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配煤添加活性炭对炭化条件和焦炭质量的影响

发布时间:2020-08-22 浏览

配煤中生物材料的加入是减少高炉炼铁温室效应气体逸散的有效方法。加拿大矿物与能源研究中心在350kg试验焦炉(宽460mm、容积0.405m3)上进行试验,研究了活性炭加入配煤对炭化条件和焦炭性能的影响。活性炭加入大幅降低了炼焦过程中焦炭对焦炉炭化室墙的压力。灰分含量和活性炭的粒度对焦炭性能有重要影响。

配煤添加活性炭对炭化条件和焦炭质量的影响

细粒活性炭对焦炭稳定性和硬度有利,但对焦炭性能和CSR的影响与粗粒活性炭截然相反。为了生产适合高炉炼铁的焦炭,同时使活性炭的加入量较大化,需控制活性炭的矿物含量及混合位置。

对活性炭加入量为2%~5%的配煤进行了9次炭化试验。所用活性炭由加拿大东部的硬木缓慢热解形成。试验用煤破碎至粒度<3.35mm占80%,活性炭有3种不同的粒度范围(6.4~9.5mm,2.4~3.4mm,<0.07mm)。对混合煤的性质(灰分、挥发分和FC)、元素含量和矿物含量进行分析可知,混合煤的Ca含量和容碱量随活性炭加入量的增加而增加。

1、分析了混合煤的热流变性能

活性炭的加入使log10很大流动度稍微降低,混合煤的膨胀度SD2.5(ASTMD5515-97(2010))也相对变化。FS1比最大流动度和膨胀度敏感性低,随活性炭的加入保持不变。这表明,较少含量的活性炭与煤混合良好,因此,活性炭不影响炼焦过程胶质层的形成。

2、对混合煤进行了岩相分析

与基础配煤相比,活性炭的加入导致惰性组分增加,而混合煤中的镜质组含量和活性组分总量随惰性组分的稀释相对降低。混合煤中惰性组分的增加受最大平均反射率下降的影响。煤的显微组分分析表明,活性炭越细,与煤的混合越好,因此,可用光学显微镜区分活性炭与煤组分。

煤经进料槽由重力作用加人炭化室,2个垂直墙分别固定和可移动,试验过程中温度保持1200℃,在炼焦过程中监测作用在炭化室墙上的压力。测试表明,活性炭的加入对炭化室墙压力的影响很大,并且炭化室墙压力的下降程度与活性炭的粒度相关。当活性炭粒度减小,炭化室墙压力的下降程度减少。众所周知,惰性材料(如活性炭或焦粉)可作为压力调节剂,使气体更自由地从胶质层中逸出。

配煤1和配煤2分别加人6.4~9.5mm和2.4~3.4mm的粗粒活性炭,配煤3加入<0.07mm的细粒活性炭。粗粒活性炭的加入使<12.5mm的较小粒度的焦炭料位明显提高。与不加活性炭的基础配煤相比,配煤1和配煤2炭化试验中所得焦炭的ASTM稳定性和硬度明显降低。且配煤1和配煤2焦炭具有较低的IRSTDI40和较高的I10指数,这也表明其焦炭的冷强度有明显降低。配煤1和配煤2焦炭的表观密度比相对应的基础配煤稍低。而加入细粒活性炭的配煤3所得焦炭的稳定性、硬度和IRSID的变化很小。

分别测定2.4~3.4mm和<0.07mm的活性炭(5%)加入配煤炼焦所得焦炭的光学显微镜图像。对于加入2.4~3.4mm活性炭的配煤所得焦炭,活性炭颗粒与原材料的蜂窝状多孔结构一致,胶质层渗人部分活性炭的多孔结构中,但大部分的大颗粒活性炭未被焦炭包围,导致焦炭基质薄弱及稳定性和硬度大幅下降。由<0.07mm的细粒活性炭加入配煤所炼焦炭的显微图片可见,惰性材料的小颗粒镶嵌在焦炭结构中,消除了粗粒活性炭的缺点,焦炭的稳定性和硬度与基础配煤相差不大。

3、测定了活性炭对焦炭CRI和CSR的影响

与相应的基础配煤相比,焦炭CRI有很大程度地提高,CSR下降,加入<0.07mm活性炭的配煤所得焦炭的CSR降幅更大。比较了加入5%活性炭配煤与基础配煤所得焦炭的CSR,活性炭中矿物质含量高(特别是Ca)导致焦炭反应性提高,Ca作为催化剂加速了焦炭中的碳与CO2的反应。细粒活性炭加入配煤炼焦时,矿物质均匀分散在焦炭中,而粗粒活性炭的催化作用相对稳定,因此,其CSR的降低程度相对较低。

总之,配煤添加活性炭对炭化条件和焦炭质量会有一定的影响,今后有必要对活性炭进行矿物质去除的预处理,可将加入活性炭的配煤压制成煤饼以提高焦炭性能,并使活性炭的加入量较大化。

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