辽宁科技大学本科生毕业论文 第6页 （1）提高焦炭的冷态强度
在同样的配煤比下，捣固焦炭与常规顶装焦炭相比，其抗碎强度M40提高1%-6%，耐磨指标M10降低2%-4%[19]。捣固炼焦对提高焦炭冷态强度的程度取决于配合煤的性质。配合煤G值较低时，焦炭冷态强度提高明显；配合煤G值较高时，捣固炼焦对焦炭冷态强度的改善不明显，尤其是抗碎强度M40几乎没有改善，个别焦炭的M40还略有下降。捣固炼焦生产的焦炭块度均匀，大块焦炭较少，粉焦(小于10mm)减少，耐磨指标M10明显改善。捣固炼焦工艺生产出来的焦炭块度适中且较均匀，焦炭的耐磨指标M10改善较明显。 （2）提高焦炭的反应性
焦炭的化学性质即光学显微结构对焦炭的热性质，尤其是焦炭的反应性影响显著，而焦炭的光学显微结构又主要取决于煤自身的性质。因此，捣固炼焦工艺对焦炭的反应性影响不大；而焦炭的反应后强度不仅与焦炭的光学显微结构有关，还与焦炭的孔隙结构和焦炭的基质强度密切相关。捣固炼焦工艺可以通过改善焦炭的孔隙结构来提高焦炭的基质强度。因为在捣固煤饼中煤颗粒间的间距比常规顶装煤粒间距缩小28%～33%，而且，结焦过程中产生的气体不易析出，增大煤粒间的膨胀压力，使煤料进一步受压，增加煤粒间的接触面积。焦炭孔壁厚度增大，气孔直径变小，气孔率降低。因此，捣固炼焦工艺对焦炭的反应性影响不大，但可以明显提高焦炭的反应后强度，一般可提高CSR值l%～6%。 （3）扩大炼焦煤资源
炼焦生产工艺要求炼焦煤具有一定的粘结性，这样炼焦煤在热解加热时就能够软化、熔融，产生大量的液态产物，使煤粒彼此结合，固化成焦炭，因此炼焦煤中都需要配入一定量的强粘结性煤，以保证焦炭的质量。目前，我国强粘结性煤的资源有限，对于拥有高挥发分、弱粘结性气煤与1/3焦煤等煤种而缺少主炼焦煤的企业来说，捣固炼焦技术大大改善了焦炭质量[20]。通常情况下，顶装炼焦工艺只能配入约35%气煤，而捣固炼焦工艺可配入气煤高达55%[21]。此外，捣固炼焦工艺煤料的粘结性要求较低，即使有些煤料的粘结能力稍差，经过合理的配煤，也可以生产出高质量的焦炭。 （4）降低成本，提高经济效益
一般情况下，在入炉煤相同时，采用捣固炼焦技术生产出来的焦炭质量要优
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辽宁科技大学本科生毕业论文 第7页 于顶装焦炉炼焦生产出来的焦炭质量；对焦炭质量需求一致时，采用捣固炼焦技术可以在减少使用粘结能力较强的煤料时，配入低灰、低硫、低价格的弱粘结性煤，从而降低入炉煤成本。另外，采用捣固炼焦技术增加了炼焦煤的堆密度，以堆密度增加25%计算，单位体积的焦炭产量提高为12%。在原有体积炭化室的条件下，较为明显的提高了焦炭产量，从而提高了经济效益。中国炼焦行业协会对比全国大型焦化厂入炉煤的配比，得出的结论是：捣固炼焦比顶装炼焦多用气煤和1/3焦煤共约8%，多用瘦煤和贫瘦煤共约7%，少用焦煤9%、肥煤5%。综上所述，采用捣固炼焦比顶装炼焦可少用15%～20%的强粘结性煤[22-23]。 （5）保护环境
捣固焦炉不仅可以选用顶装煤焦炉采用的环境保护措施，而且由于捣固焦炉独有的特点，可以在炉顶设置焚烧洗涤消烟除尘车，减少装煤推焦逸散的烟尘量，使得环境保护措施更趋完善，降低污染物排放量。
1、出焦除尘采取与顶装焦炉相同的措施，如出焦地面除尘站、热浮力罩等。 2、采用与顶装焦炉相同的球面密封除尘孔盖座、上升管水封盖及翻板阀水封，敲打刀边炉门或挠性弹簧刀边炉门，减少焦炉的无组织排放。
3、熄焦烟尘也由安装在熄焦塔上部的折流板除尘装置除去其中的颗粒物。 4、捣固焦炉装煤堆密度比顶装焦炉提高了1/3，相应增加了装炉煤量及出焦量，减少了单位焦炭产量装煤推焦次数，相应减少了装煤推焦烟尘逸散总量。
5、捣固焦炉炉顶没有装煤车，其位置设置了消炳除尘车，将装煤烟尘中的有毒、有害物质焚烧无害化处理后，再经洗涤除去颗粒物；也可以采取顶装焦炉的消烟除尘措施在炉顶设置干式除尘车或将烟尘引至地面除尘站消除装煤时产生的颗粒物[24] 。
总之，由于捣固炼焦工艺既可以利用价廉原料，又可以提高焦炭产量，所以其经济效益优于常规顶装工艺。另外，捣固工艺由于配有装炉烟尘转送系统，可将在密闭系统中收集的装炉烟尘转送到荒煤气中，因此能够满足严格的环保要求，达到保护环境的目的[25] 。 1.4.3 国内外捣固炼焦技术的应用及发展
目前，捣固炼焦技术已有百年历史，而国内成熟的大型捣固焦炉只在近几十
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辽宁科技大学本科生毕业论文 第8页 年活跃起来。国内捣固焦炉主要有两种：一种是顶装改捣固焦炉；一种是新建的捣固焦炉。近几年，随着强粘结性煤供应的逐步紧张，我国的一些钢铁企业使用了捣固焦炉，成效显著。我国攀钢焦化厂在2009年将其新建的5.5m捣固焦炉生产的焦炭用在1000m3~2000m3的炼钒钛磁铁矿的高炉上；涟钢焦化厂在2009年将其新建的5.5m捣固焦炉生产的焦炭用在3000m3的高炉上。另外长冶钢铁公司和山东潍坊钢铁公司建成炭化室高4.3m的捣固焦炉，高炉容积达1080m3。
20世纪80年代初，德国迪林根焦化厂建成了世界上炭化室最高的捣固焦炉，煤饼高宽比达到15:1，生产至今效果良好，在捣固焦炉大型化方面保持着领先地位，并且采用地面站抽烟清洗及焦侧除尘等措施，环境条件可达到宝钢引进的先进焦炉的水平。
印度因其国内主要产高挥发分、高灰分和低粘结煤，所以1998～1999年建成投产了第一座应用捣固炼焦工艺的焦炉，2001年以来印度每年有200万t以上冶金焦炭是采用捣固炼焦技术生产的。印度塔塔钢铁公司，2000年成为世界上最大捣固炼焦生产企业后，一直保持着领先地位。公司目前拥有的9座焦炉中有7座(144孔)采用捣固装煤方式，利用40%～60%进口半软煤，焦炭CSR指标达到65%以上
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另外法国、捷克、罗马尼亚等国也大量采用捣固炼焦技术。20世纪70年代，
联邦德国在煤捣固工艺上取得重大突破，主要是采取薄层连续给煤并加以捣固等技术措施[20]，提高捣固机械作业率，并有效控制了煤饼装煤时的烟尘，这一工艺已引起各国的重视，相继在印度、前苏联和我国等国推广应用。目前世界上较先进的捣固技术为德国萨尔堡捣固技术[27-28]，该技术在世界上应用较广，我国青岛管道燃气公司采用的就是该种技术。
1.5 煤的膨胀压力
煤在一定体积的炭化室中受热分解时，不能自由膨胀，因而对炭化室的墙或者测定膨胀压力的装置的壁产生一定的压力，此压力称为膨胀压力[29]。 1.5.1 煤膨胀压力形成机理
关于膨胀压力的来源，有些学者[30]认为：焦炉内煤料的加热不仅来自两侧
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辽宁科技大学本科生毕业论文 第9页 的炉墙，而且还来自炉顶、炉底，甚至还可能来自两端的炉门。所以，煤在塑性状态下形成了一个封闭的包层，且随炭化过程，该包层逐渐向炉中心移动。这样，从胶质层煤侧析出的挥发物便被封阻在该包层内，从而形成膨胀压力。当胶质层凝合时，膨胀压力达最大值。该压力通过焦炭层传到炉墙，因而炉墙压力也对应出现一个峰值。当胶质体在煤料中心固化并产生裂纹时，被封阻在其中的挥发物得以释放，至此膨胀压力与炉墙压力均消失。
另有一些研究者则不完全认同塑性体包层理论。认为，不会形成一个封闭的包层，而只能形成端部敞开的“管状塑性体”，且不能将气体封阻在其内部。因此认为，膨胀压力来源于封阻在胶质体自身内的气体。当胶质层凝合时，施加于炉墙上的膨胀压力达最大值。因为，此处的加热速率更快，挥发物的析出速率也更快。后来，通过置于炉墙与焦炉中心中间位置的探头观测膨胀压力。发现，当胶质层通过探头顶部时，膨胀压力达最大值，然后减小。这证实了膨胀压力的确来自封阻在胶质层自身内的气体。
膨胀压力的产生与胶质体内产生煤气的压力及其膨胀有关。这些压力限制了胶质体内部热解气体的逸出。胶质体的透气性受以下2个因素的影响：胶质体的性质和胶质体边界的堆密度， 后者受半焦收缩的影响。胶质体内部的塑性变性、半焦收缩与胶质体边界的透气性紧密相关。
目前还没有一个能全面反映胶质体性质的指标。就胶质体主要性质而言，有热稳定性、流动性、透气性、和膨胀性。热稳定性可用煤的软固化温度区间来表示，即煤开始固化温度（t固）与开始软化温度（t软）之间的范围（△t=t固-t软）。它表示煤粒处于胶质体状态所经历的时间，也反映了胶质体热稳定性的好坏。流动性用煤的流动度或黏度来衡量，煤在胶质体状态下的流动性对黏结影响较大，如果胶质体的流动性差，表明胶质体液相数量少，不利于将煤粒之间与惰性组分之间的空隙填满。所形成的焦炭就熔融差，界面结合不好，耐磨性差，因此煤的黏结性差。透气性用挥发物穿透胶质体析出时所受到的阻力来表示，透气性对煤的黏结影响很大。若透气性差，则膨胀压力大，有利于变形煤粒之间的黏结。膨胀性用煤的膨胀度来表征，若体积膨胀不受限制，则自由膨胀。若体积膨胀受限，就会产生一定的压力，即为膨胀压力。如煤在炭化室内干馏时，会对炉墙产生一定的压力，一般膨胀性大的煤，黏结性好，反之则较差。
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半焦收缩为胶质体的膨胀提供了空间，降低了塑性区间的堆密度， 增加了气体的透气性。堆密度越大，透气性越低。同时，半焦的收缩还影响其内部的孔隙结构和裂纹的生成情况。当裂纹较少且孔隙较小时，透气性差，气体排出困难，从而产生膨胀压力；相反，当裂纹较多时，透气性相当好，气体迅速排出，而不会产生膨胀压力。
Rmax是目前国际上公认标志煤的变质程度最佳的一个指标，它能综合地反应煤的化学结构。中变质程度镜质组的膨胀压力高，低变质程度镜质组的膨胀压力低，或无膨胀压力，故需两者适当配合使其适中，这是焦炉配煤炼焦试验的主要目的之一。最大膨胀压力一般在结焦时间3/4时出现，这与镜质组综合显示的变质程度和惰性成分含量直接有关。 1.5.2 影响煤膨胀压力的因素
单种煤的膨胀压力由多种因素决定，配合煤中各单种煤之间又存在相互作用、相互影响，因此配合煤的膨胀压力不能以各单种煤的膨胀压力加和计算，配合煤的膨胀压力与粘结性指标之间不存在规律性的相互关系，添加惰性物时膨胀压力有所降低或者基本不变，添加黏结剂或者强黏结剂时膨胀压力不能预计，只能用实验测定配合煤的膨胀压力值[31]。影响炼焦煤膨胀压力的因素主要由以下几个方面[32]：
（1）煤的种类：不同的变质程度的煤种具有不同的膨胀压力； （2）加热速度越快，膨胀压力越大； （3）煤的堆密度越大，膨胀压力越大；
（4）煤的氧化能降低煤的膨胀能力。煤的氧化能力使胶质体的流动性和胶质层的厚度降低，使胶质体内的气体容易透过。因此氧化可以显著降低煤的膨胀压力，甚至可以完全降低膨胀压力。但是，氧化却使煤的粘结性降低或丧失； （5）加入瘦化剂可以降低煤的氧化能力。例如，加入焦粉或者无烟煤等瘦化剂，可使膨胀压力降低。
（6）同一煤料在较宽炭化室内炼焦，可降低膨胀压力。
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