高阶弱黏结煤的配用方法与流程

本发明属于煤化工领域，具体涉及一种高阶弱黏结煤的配用方法。

背景技术：

高阶弱黏结煤指变质程度高的炼焦煤，即根据中国煤炭分类标准(gb5751-2009)挥发分>10～20％，g值5～65的炼焦煤(在本发明中，指瘦煤、贫瘦煤及瘦煤和贫瘦煤的混合物)。该类炼焦煤价格低，挥发分低，配用一定量的高阶弱黏结煤可降低配煤成本，改善焦炭块度，提高焦炭产量。但是高阶弱黏结煤成焦存在裂隙大、孔径大、孔壁薄等微观单元结构缺陷，造成焦炭内部裂纹多、粉化剥离等问题(项茹等，不同粒度气煤和瘦煤参与配煤炼焦比较，煤炭转化，2010年7月)。因此，高阶弱黏结煤配用量一般较低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高阶弱黏结煤的配用方法，以解决配用高阶弱黏结煤过高导致的成焦存在裂隙大、孔径大、孔壁薄等微观结构缺陷，造成焦炭内部裂纹多、粉化剥离的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

1)高阶弱黏结煤成焦结构缺陷分析及调控

高阶弱黏结煤成焦存在裂隙、孔径大、孔壁薄等结构缺陷，如果不打破这些结构缺陷，造成高阶弱黏煤结焦中心作用弱化，形成较大的焦炭惰性区，易在热反应过程中成块脱落，造成焦炭热性能劣化。因此，需对高阶弱黏煤成焦结构缺陷进行单元尺寸分析。

先在光学显微镜下观察未经粉碎的高阶弱黏结煤成焦显微结构，将块状结构体之间存在有若干裂缝的结构定义为裂隙结构缺陷；将裂隙结构缺陷中两裂缝间的距离定义为裂隙结构缺陷单元尺寸(一个裂隙结构缺陷有多个裂隙结构缺陷单元尺寸，裂隙结构缺陷单元尺寸也可称为裂隙间单元尺寸)。将若干气孔密集在一起形成的蜂窝状结构定义为薄壁多孔结构缺陷(因该类型结构往往孔多、孔壁薄)；将薄壁多孔结构缺陷中每个气孔的直径定义为薄壁多孔结构缺陷单元尺寸(一个薄壁多孔结构缺陷有多个薄壁多孔结构缺陷单元尺寸)；根据上述定义，辨析裂隙结构缺陷、薄壁多孔结构缺陷；并利用imagej软件辨别分析裂隙结构缺陷的单元尺寸、薄壁多孔结构缺陷的单元尺寸，并对各微观结构缺陷单元尺寸进行统计，分别得出不同单元尺寸范围裂隙结构缺陷个数、薄壁多孔结构缺陷个数、裂隙结构缺陷总个数、薄壁多孔结构缺陷总个数，从而计算出各单元尺寸范围下的裂隙结构缺陷比例和薄壁多孔结构缺陷比例，当某一单元尺寸范围及较该单元尺寸范围更小的所有单元尺寸范围下，裂隙结构缺陷比例之和与薄壁多孔结构缺陷比例之和均在10％以下时，即可认为该高阶弱黏煤的两种结构缺陷集中在该单元尺寸范围以上，调控该高阶弱黏结煤成焦结构缺陷时，将该单元尺寸范围的上限作为调控高阶弱黏煤成焦结构缺陷的粉碎粒度的上限值，在低于该上限值的任一粉碎粒度的高阶弱黏煤进行成焦，其结构缺陷都基本消失。

2)不同粉碎粒度下的高阶弱黏结煤界面结合力的分析及调控

对于不同粉碎粒度下的高阶弱黏结煤界面结合力的分析，按照界面结合力测定方法进行；所述界面结合力测定方法参照国标gb/t5447-2014烟煤黏结指数测定方法进行，所不同的是界面结合力测定方法全部取用高阶弱黏结煤，而无需加无烟煤；例如：将不同粉碎粒度的高阶弱黏结煤称取6克，放入黏结指数测试专用坩埚，搅拌丝搅拌约2分钟后，用搅拌丝将煤粉小心拨平，用镊子夹压块于坩埚中央，然后将其置于压力器下，将压杆轻轻放下，静压30s。加压结束后，加上坩埚盖放入坩埚架，再放入马弗炉，在850℃加热15min。所得焦块用黏结指数专用转鼓转，用计算烟煤黏结指数的方法计算高阶弱黏结煤的界面结合力。通过统计各粉碎粒度下的高阶弱黏结煤的界面结合力变化，找出界面结合力最大值，将不低于95％的界面结合力最大值的界面结合力所对应的最大粉碎粒度，作为调控界面结合力的粉碎粒度的上限值。

3)高阶弱黏结煤成焦结构缺陷调控和界面结合力调控的结合

比较高阶弱黏结煤成焦结构缺陷调控得到的粉碎粒度上限值和界面结合力调控得到的粉碎粒度上限值，较小的一个上限值则作为高阶弱黏结煤的粉碎粒度控制值(两者相等时，则可以认为该值即是较小值)，在粉碎粒度为小于该控制值时，既能满足高阶弱黏结煤结构缺陷基本消失又能使界面结合力较大。在该粉碎粒度下配煤炼焦，明显提高焦炭热反应后强度，高阶弱黏结煤配用比例可提高到20～25％。

优选地，高阶弱黏结煤成焦结构缺陷分析及调控步骤中，每个裂隙结构缺陷中，裂缝的个数为8个以上，每个薄壁多孔结构缺陷中，气孔的个数为8个以上。

优选地，高阶弱黏结煤成焦结构缺陷分析及调控步骤中，各单元尺寸范围依次为＞3mm、≤2～3mm、≤1～2mm、≤0.8～1mm、≤0.6～0.8mm、≤0.5～0.6mm、≤0.4～0.5mm及≤0.4mm，其中≤2～3mm表示大于等于2mm而小于3mm，≤1～2mm表示大于等于1mm而小于2mm，……，≤0.4～0.5mm则表示大于等于0.4mm而小于0.5mm。

优选地，高阶弱黏结煤成焦结构缺陷分析及调控步骤中，当某一单元尺寸范围及较该单元尺寸范围更小的所有单元尺寸范围下，裂隙结构缺陷比例之和与薄壁多孔结构缺陷比例之和均在10％以下时，且裂隙结构缺陷比例之和与薄壁多孔结构缺陷比例之和的和为15％以下时，将该单元尺寸范围的上限作为调控高阶弱黏煤成焦结构缺陷的粉碎粒度的上限值。

优选地，不同粉碎粒度下的高阶弱黏结煤界面结合力的分析及调控步骤中，各粉碎粒度依次为<3mm、<2mm、<1mm、<0.8mm、<0.6mm、<0.5mm、<0.4mm、<0.3mm、<0.2mm、<0.1mm。

优选地，不同粉碎粒度下的高阶弱黏结煤界面结合力的分析及调控步骤中，将不低于97％的界面结合力最大值的界面结合力所对应的最大粉碎粒度，作为调控界面结合力的粉碎粒度的上限值。

优选地，配用高阶弱黏结煤时，各单种煤及其重量百分比为：肥煤：10～20％，气肥煤：5～10％，1/3焦煤：15～25％，焦煤：30～45％，高阶弱黏煤：20～25％，炼焦时，先将高阶弱黏煤粉碎至小于高阶弱黏结煤的粉碎粒度控制值，然后与其它单种煤混合粉碎，最后进入焦炉炼焦。

优选地，所述高阶弱黏结煤为贫瘦煤。

本发明能够有效改善高阶弱黏结煤成焦结构缺陷，配用量提高到20％以上时配煤炼焦所得焦炭质量为csr>66％，m40>86％，m10<6.2％，满足3000m³大型高炉需求。

附图说明

图1为实施例1中未粉碎的瘦煤成焦显微结构某一视域中裂隙结构缺陷图。

图2为实施例1中未粉碎的瘦煤成焦显微结构某一视域中薄壁多孔结构缺陷图。

图3为实施例1中粉碎至粒度<0.5mm时的瘦煤成焦缺陷显微结构形貌。

图4为实施例1中粉碎至粉碎至粒度<0.5mm时的瘦煤成焦缺陷显微结构形貌。

图5为imagej图像处理软件测定瘦煤结构缺陷的单元尺寸数据截图。

图6为瘦煤结煤成焦界面结合力随粒度变化图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例1

瘦煤：挥发分17.52％，g值30，y值4mm，将其参与配煤炼焦。

步骤1、瘦煤成焦结构缺陷分析及调控

将未经粉碎的瘦煤成焦，结合图像分析及结构缺陷统计，对瘦煤成焦结构缺陷单元尺寸进行统计分析，分析不同结构缺陷单元尺寸下的裂隙结构缺陷比例和薄壁多孔结构缺陷比例，每种结构缺陷比例均控制在10％以下，具体为：

在光学显微镜下，通过imagej图像分析软件，对瘦煤成焦进行显微结构缺陷的观察，观察200个视域并进行结构缺陷分析。当然，本领域的技术人员知道，观察视域的数量可以在较大范围进行浮动，观察视域的数量越多，结构缺陷分析结果越准确。但为时间和经济计，一般观察视域的数量不超过500个；而为准确计，一般观察视域的数量不少于100个。

从图1、2可以看出，粒度≤0.8～1mm的瘦煤成焦裂隙结构缺陷单元尺寸为0.5mm、0.52mm等，而粒度≤0.8～1mm的瘦煤成焦薄壁多孔结构缺陷单元尺寸为0.5mm、0.66mm、0.79mm等。

利用imagej软件，自动测量并记录各粒度范围下(分别为＞3mm、≤2～3mm、≤1～2mm、≤0.8～1mm、≤0.6～0.8mm、≤0.5～0.6mm、≤0.4～0.5mm、≤0.4mm)裂隙结构缺陷和薄壁多孔结构缺陷的单元尺寸。记录结果的部分截图如图5所示：

对裂隙结构缺陷和薄壁多孔结构缺陷各单元尺寸范围下瘦煤的结构缺陷进行统计，根据得到的不同单元尺寸范围裂隙结构缺陷个数、薄壁多孔结构缺陷个数、裂隙结构缺陷总个数、薄壁多孔结构缺陷总个数，计算出各单元尺寸范围下的裂隙结构缺陷比例和薄壁多孔结构缺陷比例，计算结果如表1所示：

表1不同单元尺寸范围下瘦煤的结构缺陷统计

从表1可以看出，瘦煤结构缺陷单元尺寸在3mm以上时，裂隙结构缺陷占31％，薄壁多孔结构缺陷占10％；单元尺寸在≤2～3mm时，裂隙结构缺陷占25％，薄壁多孔结构缺陷占12％；且根据表1中数据可以计算得到，结构单元尺寸在2mm以上时，在该尺寸范围内的裂隙结构缺陷占其总量56％，在该尺寸范围内薄壁多孔结构缺陷占其总量22％；当结构单元尺寸在≤0.5～0.6mm时，该尺寸范围内的裂隙结构缺陷占5％，薄壁多孔结构缺陷占10％；根据表1中数据还可以计算得到，结构单元尺寸在0.5mm以上时，裂隙结构缺陷占其总量98％，薄壁多孔结构缺陷占其总量91％；也就是说结构缺陷单元尺寸在0.5mm以下，裂隙结构缺陷仅占其总量的2％，薄壁多孔结构缺陷仅占其总量的9％。因此，根据以上统计分析，瘦煤成焦结构缺陷单元尺寸主要集中在0.5mm以上，如果将瘦煤的粒度粉碎到0.5mm以下，这些缺陷仅少量存在，均低于各自缺陷总量的10％，二者之和为11％。从图3和图4可以看出，当瘦煤的粉碎粒度在0.5mm以下时，裂隙结构缺陷和薄壁多孔缺陷很少出现，因此，将0.5mm作为调控瘦煤成焦结构缺陷的粉碎粒度的上限值。

步骤2、瘦煤成焦界面结合力的分析及调控

参照国标gb5447-2014黏结指数操作方法，将各粉碎粒度(依次为<3mm、<2mm、<1mm、<0.8mm、<0.6mm、<0.5mm、<0.4mm、<0.3mm、<0.2mm、<0.1mm)的瘦煤结焦(所不同的是不加无烟煤)，统计不同粉碎粒度下的瘦煤界面结合力(界面结合力的计算方法为烟煤黏结指数的计算方法)变化，观察其界面结合的最大值。

从图6中可知，当粉碎粒度<0.4mm时，瘦煤成焦界面结合力达到最大值，为68。当粉碎粒度<0.5mm时，瘦煤成焦界面结合力为65。该值大于最大值的95％而小于最大值的97％。将不低于95％的界面结合力最大值的界面结合力所对应的最大粉碎粒度，作为调控界面结合力的粉碎粒度的上限值，为0.5mm；将不低于97％的界面结合力最大值的界面结合力所对应的最大粉碎粒度，作为调控界面结合力的粉碎粒度的上限值，则为0.4mm。

步骤3、瘦煤成焦结构缺陷调控和界面结合力调控的结合

比较瘦煤成焦结构缺陷调控得到的粉碎粒度上限值和界面结合力调控得到的粉碎粒度上限值，当将不低于95％的界面结合力最大值的界面结合力所对应的最大粉碎粒度，作为调控界面结合力的粉碎粒度的上限值时，两者的上限值相等都为0.5mm，因此，0.5mm作为瘦煤的粉碎粒度控制值，在粉碎粒度为小于0.5mm时，既能满足高阶弱黏结煤结构缺陷基本消失又能使界面结合力较大。在该粉碎粒度下配煤炼焦，6米及6米以上顶装焦炉炼焦，瘦煤配用比例可提高到20～25％，所得焦炭csr>66％，m40>86％，m10<6.2％，满足3000m³大型高炉需求。当将不低于97％的界面结合力最大值的界面结合力所对应的最大粉碎粒度，作为调控界面结合力的粉碎粒度的上限值时，由于瘦煤结构缺陷调控得到的粉碎粒度的上限值为0.5mm，瘦煤界面结合力调控得到的粉碎粒度上限值为0.4mm，由于0.4mm小于0.5mm，因此，0.4mm作为瘦煤的粉碎粒度控制值，在粉碎粒度为小于0.4mm时，相同配用方案(仅瘦煤粉碎粒度不同)，所得焦炭质量能够进一步提高。

实施例2

贫瘦煤：挥发分16.25％，g值17，y值3mm，将其参与配煤炼焦。

结构缺陷统计：

将未经粉碎的贫瘦煤成焦，将焦块进行光片制作，采用数点统计法用德国进口的msp—200显微镜进行焦炭光学显微图像测试分析，并结合imagej软件，对贫瘦煤进行显微结构缺陷的观察，观察200个视域并进行结构缺陷分析。将各结构缺陷统计分析，如表2所示。

表2不同单元尺寸范围下贫瘦煤的结构缺陷统计

从表2中可知，贫瘦煤结构缺陷单元尺寸在0.5mm以下，裂隙结构缺陷仅2％，薄壁多孔结构缺陷8％。因此，将0.5mm作为调控贫瘦煤成焦结构缺陷的粉碎粒度的上限值。

界面结合力统计：

参照国标gb5447-2014黏结指数测定方法进行改进形成的自黏结强度测定方法(此方法不加标准无烟煤，国家标准测黏结指数需要标准无烟煤，按国标方法测g值均为17，没法区分)，通过测定单种煤自身界面结合力的变化，确定界面结合力优化条件下的细粉碎粒度。

从测定结果知，贫瘦煤粒度粉碎到<0.4mm时，界面结合力大于各粉碎粒度下的最大值的95％而小于最大值的97％，而粉碎粒度在0.4mm以上时，界面结合力小于各粉碎粒度下的最大值的95％。因此，作为调控界面结合力的粉碎粒度的上限值为0.4mm。

优化结构缺陷和界面结合力

从上面分析可知，当粒度在0.5mm以下，贫瘦煤各成焦结构缺陷大幅下降，均占各自总量10％以下。当粉碎粒度<0.4mm时，界面结合力达较高值，而0.5mm>0.4mm，为了满足结构缺陷较少化界面结合力较大，此贫瘦煤的粉碎粒度应<0.4mm。将其参与配煤炼焦，其配用量达20～25％，6米以上顶装焦炉焦炭csr达65％以上。

配煤方案：肥煤：15％，气肥煤：8％，1/3焦煤：20％，焦煤：34％，贫瘦煤：23％，炼焦时，先将贫瘦煤粉碎至小于0.4mm，然后与其它单种煤混合粉碎，最后进入焦炉炼焦。所得焦炭csr>66％，m40>86％，m10<6.2％，满足3000m³大型高炉需求。