浅析焦炭破碎设备的选用

浅析焦炭破碎设备的选用

吉洪  张南  蒋显龙

攀枝花攀煤联合焦化有限责任公司  四川 攀枝花  617000

摘要：焦炭在炼铁高炉中作为料柱骨架需要较高的机械强度、适宜的物料粒度、气孔度。本文通过对物料常用破碎方式的分析，提出在焦炭破碎工序中如何选择破碎设备才能提高焦炭破碎工序的生产能力和焦炭利用率。

关键词：焦炭；料柱骨架；粒度；双辊可调周向齿形破碎机

1 前言

焦炭按照用途分为冶金焦（包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等）、气化焦和电石用焦等，主要用于高炉炼铁和有色金属的鼓风炉冶炼等。在炼铁高炉工艺中的作用主要体现为：1）作为燃料，2）作为还原剂和渗碳剂，3）作为料柱骨架，保证渗透性（透气与透液）[1]。随着炼铁工艺喷吹技术及风温水平的提高，高炉热量吸收中焦炭作为燃料份额显著较少，但作为还原剂与渗碳剂作用不变，且随着高炉工艺节能中占主要方面的降低焦比、燃料比措施的采用，焦炭作为料柱骨架，保证渗透性的作用更加凸显。

焦炭作为料柱骨架其物理机械性质包括机械强度、粒度组成和气孔度等，其中机械强度对高炉冶炼影响最大。焦炭是形状不规则的多孔体，又有很多裂纹，当表面受到切向摩擦力时会产生表层分离现象，形成焦炭细屑或粉末，在受到外力冲击时会沿裂纹破碎产生碎块或粉焦。料柱中碎焦和粉末增多会堵塞气孔通道使透气性恶化，当焦粉渗入溶渣时将大大增加熔渣的粘度，使流动性变坏引起炉况不顺。焦炭粒度的大小及其组成的均匀性都影响粒柱的透气性，粒度太小或组成不均匀含碎焦多，将降低料柱的透气性还易引起炉缸堆积，焦炭块度较大会影响布料的均匀性对气流分布产生不利影响[2]。因此，在炼铁高炉中的焦炭需要机械强度高，粉末要少，并且粒度大小适宜、筛分组成均匀。实践表明，25-40mm一级的焦炭强度最好，性能稳定。15-25mm的次之，40-60mm再次之，60mm以上的最差。目前，中型高炉和小型高炉使用焦炭大于15mm，以20-40mm为宜。

2 焦炭破碎方式的分析

焦炭结构的特殊性（强度、气孔度）导致焦炭的破碎比金属矿石容易。焦炭属脆性物料，在外力作用下使其内部应力达到材料强度极限时，物料即破裂。物料机械破碎分为挤压、劈裂、折断、磨剥、冲击等5种。前三种方法都是使物料受静压力的作用进行破碎，但破碎形式不同，挤压需要的力较大，劈裂和折断由于作用力集中，所需作用力仅仅为挤压力的十分之一。冲击破碎是瞬时力载荷，而物料多系脆性材料，具有较弱的抗冲击载荷能力，因此冲击破碎效果好，破碎比大。焦炭属于低强度脆性材料易破碎。挤压破碎会使焦炭内部产生微裂纹降低焦炭强度，不能满足炼铁对焦炭强度的要求，冲击破碎是瞬间力但破碎方式实质仍为挤压也不能用于焦炭破碎。磨剥只有在需要细小粒度时才适应，炼铁焦炭需要一定块度所以并不适用。劈裂和折断属于局部用力，易于破碎而不破坏焦炭块内的强度又能保证一定的块度，所以在焦炭破碎中尽可能采用这两种破碎方法。在焦化厂的破碎中只要求焦炭块度不大于一定值，通过破碎、筛分然后满足炼铁高炉对焦炭的块度要求。

目前，焦化厂对焦炭的破碎一般采用颚式破碎机、锤式破碎机及辊式破碎机进行破碎。颚式破碎机是使物料进入破碎腔受挤压而破碎，辊式破碎机是利用两个平行相向运动的辊面使物料受到挤压而破碎，如果两个辊面转速不同还有磨剥作用。冲击破碎机包括锤式破碎机和反击式破碎机，利用高速旋转轴上的锤头冲击和物料本身以高速向固定不动的衬板上冲击而使物料破碎。以上几种破碎机除锤式破碎机是冲碎外其余几种均为挤碎，严重存在着过碎现象。由于破碎产生了不能用于炼铁的碎焦，在破碎工序中才有了把碎焦分离出来的筛分工序和后面的碎焦处理工序。如果选择破碎设备时，让破碎过程中劈裂和折断方式占主导位置，而使挤压、磨剥、冲击占次要位置，破碎工序产生的碎焦将大幅度减少，碎焦占合格块焦的百分比在炼铁对焦炭的要求范围内，将大幅度提高焦炭的利用率，节省人力、物力和相关设备能耗。

3 焦炭破碎设备的选用分析

焦炭破碎设备中，辊式破碎机是利用两个平行相向运动的辊面使物料受到挤压而破碎，工作示意图如图1所示。

图1 辊式破碎机工作示意图

双辊可调周向齿形破碎机是将圆辊改为齿形（刀斧）辊面，调节好辊面间距，将破碎方式由挤压改为劈碎和折断破碎，示意图如图2所示。

图2 齿形辊面破碎机工作示意图

辊面齿形结构在使用中分为轴向齿形和辊周向齿形，不论是轴向齿形还是辊周向齿形都将破碎方式改为了劈碎和折断破碎，辊子高速旋转产生的离心力有利于焦炭破碎后的排出。其中轴向齿形在破碎过程中对焦炭产生一定的横向挤压并且随着辊子的转动对设备形成一定的冲击，因此在辊式破碎机选择辊周向齿形破碎机优于选择轴向齿形破碎机。辊周向齿形顺序排列不连续，有利于提高破碎效率，将锤式破碎机锤头、冲击式破碎机反击板、辊式破碎机辊面的长处进行综合利用。辊面采用一辊固定，另一辊可调节用于调整辊间距根据需求调整焦炭破碎块度，同时固定辊安装位置高于调节辊，有利于进料和排料作业。

4 结束语

选择双辊可调周向齿形破碎机，改变了原有焦炭破碎方式，破碎过程中劈裂和折断方式占主导位置，而使挤压、磨剥、冲击占次要位置，减少焦炭块相互挤压和摩擦，破碎工序产生的碎焦、粉焦大幅度减少，碎焦占合格块焦的百分比在炼铁对焦炭的要求范围内，大幅度提高焦炭的利用率，节省了人力、物力，提高了焦炭块的生产能力。

参考文献：

[1] 潘立慧,魏松波编著.炼焦技术问答[M].冶金工业出版社,2007.1：第59页.

[2]季焕林，新疆炼焦煤改质制备高强度冶金焦炭的研究[D].重庆:重庆大学,2015.