焦炭質量影響因素討論
隨著高爐工藝的發展，對焦炭質量的要求逐漸升高，對焦炭質量預測準確度的要求也有很大提高。因此，我們需要把煤質指標與煉焦工藝條件密切結合起來，再加上大量的煉焦實驗研究，提出更好的焦炭質量預測方法。
關鍵詞：焦炭質量；影響因素；討論
焦炭質量的主要指標為高溫下焦炭的熱態性能指標，而焦炭反應性指標和反應后強度受礦物質影響較大，焦炭的礦物質來源于配合煤，因此焦化企業必須做好來煤質量檢測尤其要重視灰分及礦物質組成檢測，加強煤場管理，優化煉焦條件，合理遵循焦爐溫度制度和壓力制度，以確保焦炭質量處于較高和穩定的水平。
1影響焦炭質量的煤質因素
1.1灰分和硫分
焦炭中灰分來自于配合煤，灰分主要為金屬氧化物，而這些金屬氧化物與碳的熱膨脹系數不同，前者是后者的6—10倍，高溫下兩者的界面處產生熱應力而形成裂紋，使得CO2和堿金屬滲透到焦炭內部，加快了氣化反應的反應速率，導致焦炭的反應性上升，反應后強度下降。焦炭中的硫分來自于配合煤，而且配合煤中2/3以上的硫分帶入到焦炭中，焦炭中的硫是有害成分，不僅影響鐵水的硫分，而且還影響高爐操作等，當焦炭的硫分發生波動時，影響更為嚴重。硫含量過高，會造成生鐵硫含量過高，降低生鐵質量。因此，要求焦炭硫分盡可能低以及含量穩定，在配煤時要分析各配合煤的灰分和硫含量，各配合煤種的灰分和硫含量的加和值要小于焦炭中灰分和硫分的指標要求。
1.2揮發分
低變質煤和氣煤的揮發分相當，在配煤時，一般是用低變質煤替代氣煤。如果用低變質替代其它揮發分較低的煉焦煤，使得配合煤的揮發分過高，在煉焦時，過多的氣體逸出，一是使成焦率降低，二是在焦炭內部形成較多的裂紋和氣孔，降低焦炭的強度。當然，并不是說揮發分越低越好，揮發分過低，煉焦時其收縮度較小，容易增大高爐爐壁的壓力，對高爐造成一定程度的損壞。因此，配合煤的揮發分是較為重要的質量指標，一般將揮發分控制在25%—30%較為適宜。
1.3粘結性和結焦性
配合煤的粘結性指標主要有膠質層厚度和粘結指數。煉焦時需要有足夠的膠質來浸潤、粘結配合煤中的固體物質，但膠質過量，反而會影響揮發分的逸出，從而影響焦炭的質量，因此在配煤時，一般將膠質層厚度控制在19mm左右較為適宜。粘結指數（G）反應了煤的粘結性能和結焦性能，因此，配合煤要有足夠的G值，以保證焦炭的強度性能，但G值過高又會增加焦炭的脆性，因此，在配煤時一般控制G值在65±5較為適宜。低變質煤幾乎沒有粘結性，所以不能單獨作為煉焦煤使用，配煤時要根據各配合煤種的膠質層厚度以及粘結指數控制其配入量，一般低變質煤的配入量在5%—10%較為適宜。
2影響焦炭質量的工藝因素
2.1入爐煤的粒度、堆密度和水分
煉焦煤的粒度不宜過大，粒度過大，使得堆密度減小，一般煉焦煤的粒度控制在3mm以下較為適宜。配合煤的水分過大和粒度過大對堆密度的影響一致，均使堆密度減小，另外，水分對焦爐溫度也有影響，水分過大，煉焦時由于其蒸發而大量吸熱，使得炭化室溫度波動較大，從而影響焦炭的強度性能，一般配合煤的水分控制在8%—10%較為適宜。影響配合煤堆密度的因素主要有煤的粒度、煤的水分含量以及搗固強度，堆密度過低，焦炭中氣孔率較大，焦炭強度降低，一般要求配合煤的堆密度在1.0—1.1g/cm3較為適宜。
2.2煉焦溫度
煉焦溫度是影響焦炭質量的重要因素，是通過影響成焦過程而影響焦炭質量。煉焦爐的最高溫度以及升溫速率的穩定性直接影響焦炭的成塊率以及強度等性能。因此，在煉焦過程中，首先要確定合適的最高焦化溫度，以滿足成焦需要；其次，升溫速率要均勻平穩，使成焦過程均勻、穩定。
2.3熄焦方法
熄焦方法主要是影響焦炭的水分，傳統的水熄焦方法使得焦炭中水分過大，為保證焦炭在高爐中的應用，水法熄焦后，還有增加干燥工藝，以降低焦炭中的水分含量。新開發的水蒸氣熄焦尤其是干法熄焦可以有效降低焦炭中的水分含量。因此，盡可能的使用干法熄焦。
2.4結焦時間
結焦時間是影響焦炭冷、熱強度性能的重要因素。隨著結焦時間的延長，焦炭的平均尺寸和焦炭結構的致密性均有所增加，提高了焦炭的冷強度（抗碎強度、耐磨強度）和熱強度（反應性、反應后強度），另外，焦炭內部結構發生變化，使得各向同性結構減少、粗粒和細粒鑲嵌結構增加、孔徑減小和孔壁增厚，提高了焦炭的冷、熱強度。
3配合煤對焦炭質量的影響
由于煤炭性質、儲量、煤種分布、開采及運輸等因素的影響，配合出最理想的入爐原料，是煉焦工藝的一個關鍵。
我國很多焦化廠研究開發了適合自己特點的降耗增效配煤方案：邯鋼焦化廠將正交實驗法應用于配煤方案的選擇，利用數理統計學實現配煤的優化，得出了配比結果為氣煤：肥煤：焦煤：瘦煤=6：3：7：4，邢鋼焦化廠利用線性規劃指導煉焦配煤，求出最佳配煤方案為肥氣煤：肥煤：焦煤：瘦煤=7：3：6：4，均達到了預期效果。
但以上配煤方法僅僅是從宏觀角度出發、定性的、經驗的研究方法，亟待向微觀的、定量的、統計的研究方法邁進。資料顯示，煤巖學觀點和方法是當前論證較為充分、效果較好預測焦炭質量指導配煤的方法。
從煤巖學的角度看，煤的顯微組分可分為惰性組分（絲質組和礦物質）和活性組分（鏡質組和穩定組），前兩者不能形成膠質體，不具有粘結性；后兩者能熔融成膠質體，具有粘結性，有利于結焦。
在煉焦過程中，惰性組分作為骨架，增強焦炭的強度，活性組分則可濕潤、分散、粘結惰性組分，二者適當結合，可提高焦炭強度與塊度。
因此配煤過程中要掌握兩種組分的合理配比，資料表明，惰性組分含量以30%為宜。另外，一般情況下，氣煤、瘦煤硬度大、難粉碎，故在粉碎時粒度小一些，以改善其結焦性，焦煤、肥煤則容易破碎，其破碎粒度應大一些，以充分利用其粘結性。
4抗堿性對焦炭質量的影響
鉀、鈉對焦炭反應性、焦炭機械強度和焦炭結構均會產生有害的影響，以致危害高爐操作鉀、鈉對焦炭質量的影響也會給高爐生產帶來不良后果。焦炭與CO2反應的開始溫度降低，可導致高爐煉鐵焦比升高；由于焦炭與CO2反應速度增加，焦炭在高爐中的降解失重加劇；機械強度和塊度急劇下降，導致焦炭在高爐下部高溫區過多粉化，影響高爐順行；鉀、鈉蒸氣在高爐上部與煤氣中的CO2反應生成碳酸鹽而析出，這些堿金屬碳酸鹽部分粘附在爐壁上，會侵蝕耐火材料，影響高爐壽命。
1）增加低揮發分煤在配合煤中的用量，降低焦炭反應性，提高開始反應溫度，從根本上緩解焦炭強度在高爐內的過早惡化。
2）提高煉焦裝爐煤的散密度，使焦炭氣孔壁厚度增加，從而提高抵抗CO2的侵蝕能力。提高焦炭反應后強度。
3）在煉焦配合煤可添加一些CO2反應的抑制劑或在焦炭表面噴灑這種抑制劑。以降低鉀。鈉對CO2反應的催化作用，曾以SiO2和B2O3作為抑制劑。進行提高焦炭抗堿性試驗，試驗表明。添加0.5%的B2O3后。焦炭反應性可降低30%—50%。
4）減少堿金屬在高爐內的循環，可以降低焦炭中的鉀鈉富集量，降低高爐爐身上部溫度可減緩焦炭在進入軟融帶前發生過多的碳溶反應。從而使焦炭能承受更劇烈的反應而不致使強度過早變差。
總結
焦炭的化學成分主要有灰分、硫分、揮發分和水分，強度主要有抗碎強度、耐磨強度、反應性和反應后強度，焦炭的這些質量指標對高爐的操作運行以及鋼鐵的質量有很大的影響，而焦炭的質量主要取決于配合煤的性質和生產工藝條件，尤其是榆林低變質煤的配入可以有效降低焦炭的灰分和硫含量，但其幾乎沒有粘結性，因此，配入低變質煤時要分析各煤種的粘結性和結焦性指標，確定低變質煤的配入量并不影響焦炭的強度要求。
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