利用炼焦煤镜质体反射率、惰性组分含量及吉氏

本发明涉及炼焦，尤其涉及一种利用炼焦煤镜质体反射率、惰性组分含量及吉氏最大流动度预测焦炭质量的方法。背景技术：1、焦炭是含有裂纹和缺陷的不规则碳质多孔体。焦炭是高炉冶炼的主要原燃料，在高炉中应具有较高的冷态强度，以抵抗焦炭在在块状带下降过程中受到的机械冲击和磨损。焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力。焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗摩擦力而不产生表面碎屑或粉末的能力。2、近年来，随着高炉冶炼技术的发展，特别是高炉容积大型化、高风温技术以及鼓风富氧喷煤技术的发展，焦炭在高炉中的料柱骨架作用，以及焦炭保证透气、透液的作用更为突出。不仅要求高炉内的焦炭要有一定的抗碎强度(支撑上部炉料)以及一定的耐磨强度，以保持高炉的透气性，同时对焦炭热反应性以及焦炭反应后强度提出了更高的要求。3、焦炭的热反应性主要模拟焦炭在高炉内进入风口回旋区前与co2气化反应(溶损反应)能力。焦炭与二氧化碳发生气化反应，侵蚀作用焦炭失重而产生裂缝，内部的气孔壁变薄，降低焦炭强度，加快焦炭破损。如果焦炭在软熔带反应性过大，会导致煤气利用程度变差，焦比升高，焦炭破损产生较多的碎块和焦粉也恶化高炉料柱的透气性，影响高炉顺行。焦炭热反应性对高炉冶炼有极大的影响，成为限制高炉稳定、均衡、优质、高效生产铁水的关键性因素之一。为了提高炉顶煤气中的二氧化碳含量，改善煤气利用程度，使炉缸温度及煤气流分布更为合理，炉料顺利下降，改善焦炭骨架支撑作用，要求焦炭在一定温度下的热反应性(cri)尽量小些。4、焦炭反应后强度(csr)衡量焦炭在经受co2和碱金属侵蚀状态下保持高温强度的能力。焦炭与二氧化碳发生气化反应，侵蚀作用焦炭失重而产生裂缝，内部的气孔壁变薄，降低焦炭强度，加快焦炭破损。如果焦炭在软熔带反应性过大，会导致煤气利用程度变差，焦比升高，焦炭破损产生较多的碎块和焦粉也恶化高炉料柱的透气性，影响高炉顺行。焦炭反应后强度对高炉冶炼有极大的影响，成为限制高炉稳定、均衡、优质、高效生产铁水的关键性因素之一。为了提高炉顶煤气中的二氧化碳含量，改善煤气利用程度，使炉缸温度及煤气流分布更为合理，炉料顺利下降，改善焦炭骨架支撑作用，要求焦炭在一定温度下的反应后强度(csr)尽量高。5、以上这些对焦炭的质量要求无形中对炼焦配煤工作也提出了更高的要求，需要深入研究单种煤质量对焦炭抗碎强度、焦炭耐磨强度、焦炭热反应性以及焦炭反应后强度的影响、建立对应的控制模型，通过优化配煤将焦炭质量精确控制在高炉操作所需范围内。6、建立焦炭抗碎强度、焦炭耐磨强度、焦炭热反应性以及焦炭反应后强度的预测模型和控制方法，对焦化厂选择经济配煤比、预测和控制焦炭质量以及煤场管理具有重要意义。各国煤炭资源情况不同，各焦化厂用煤策略各异，评价指标、测试方法也存在差异，配煤管理参数与焦炭抗碎强度、焦炭耐磨强度、焦炭热反应性以及焦炭反应后强度等的预测方法也各不相同。近年来，国内外研究者围绕焦炭抗碎强度、焦炭耐磨强度、焦炭热反应性以及焦炭反应后强度预测以改善焦炭质量这一目标进行了大量的研究工作，大致可分为以下几种：7、(1)利用煤岩参数进行预测，如美国的si-cbi法(强度指数与组成平衡指数法)等；8、(2)利用挥发分与工艺参数进行预测，如我国常用的v-y法(挥发分-胶质层指数法)、v-g法(挥发分-黏结指数法)、英国的v-td法(挥发分-总膨胀度法)、加拿大的v-csn法(挥发分-坩埚膨胀序数法)；9、(3)利用挥发分与工艺参数进行预测，如r-g法(镜质体反射率-黏结指数法)、日本的mof法(镜质体反射率-吉氏最大流动度法)等；10、(4)利用炼焦工艺条件进行预测，如德国的g因子法。11、(5)利用煤灰催化指数进行预测，如mci指数法或mbi指数法。12、炼焦煤的性质主要取决于变质程度、粘结熔融性能以及煤中活性组分与惰性组分含量及比例。煤岩配煤以镜质体反射率表征煤化程度，用惰性组分含量和最佳比表征组分平衡指数，对煤的工艺性质缺少表征。13、而炼焦煤的组成、结构非常复杂且极不均一，上述提及的工艺参数只能代表炼焦煤某一方面的工艺特征，远不能反映出煤岩组分和镜质组质量的差异。14、变质程度相同、煤岩组成相似的炼焦煤，成焦特性可能存在较大的差异。仅靠镜质体反射率和煤岩组分含量预测焦炭抗碎强度、焦炭耐磨强度、焦炭热反应性或焦炭反应后强度存在局限性，煤岩特征参数的不同和差异不足以反映炼焦煤在加热过程中的塑性变化。因此，需要引进反映塑性变化的参数来弥补煤岩参数的不足。技术实现思路1、本发明提供了一种利用炼焦煤镜质体反射率、惰性组分含量及吉氏最大流动度预测焦炭质量的方法，以煤岩配煤理论为基础，采用单种炼焦煤的镜质体反射率、惰性组分含量和吉氏最大流动度等参数建立三元配煤模型，建立有关焦炭抗碎强度、焦炭耐磨强度、焦炭热反应性及焦炭反应后强度的控制图，对炼焦配煤提供有效指导，达到控制和提高焦炭质量的目的。2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：3、一种利用炼焦煤镜质体反射率、惰性组分含量及吉氏最大流动度预测焦炭质量的方法，以镜质体反射率、惰性组分含量及吉氏最大流动度表征和量化单种煤的质量特性，采用数学方法建立焦炭抗碎强度、焦炭耐磨强度、焦炭热反应性以及焦炭反应后强度的三元控制图，对炼焦煤的质量进行评价，在此基础上控制焦炭质量。4、一种利用炼焦煤镜质体反射率、惰性组分含量及吉氏最大流动度预测焦炭质量的方法，具体包括如下步骤：5、1)进行单种煤镜质体反射率测试，得到单种煤镜质体反射率6、2)对煤岩显微组分进行定量：测试各单种煤中镜质组v、惰质组i、壳质组e的含量；假定炼焦煤中显微组分的相对密度为1.35，矿物的相对密度为2.8，根据parr公式，矿物质的质量分数为：7、1.08×ad+0.55×st,d……(式1)8、式中：ad—干基灰分，质量分数％；9、st,d—干基全硫含量，质量分数％；10、以灰分和硫分含量对矿物体积含量mm进行修正，如式(2)所示：11、12、按照式(3)计算单种煤惰性组分含量ti：13、ti＝i+mm……(式3)14、3)进行吉氏最大流动度测试，得到单种煤的吉氏最大流动度lgmf；15、4)进行焦炭质量测试，包括焦炭抗碎强度测试、焦炭耐磨强度测试、焦炭热反应性测试以及焦炭反应后强度测试；得到单种煤的焦炭抗碎强度m40、焦炭耐磨强度m10、焦炭热反应性cri、焦炭反应后强度csr；16、5)数据归一化；对镜质体反射率惰性组分含量ti、吉氏最大流动度lgmf进行归一化处理，归一化方程为：17、18、式中：ri—第i种单种煤归一化后的性质；ri—第i种单种煤的性质；rmax—性质r的最大值；rmin—性质r的最小值；19、6)绘制焦炭质量控制图，包括焦炭抗碎强度控制图、焦炭耐磨强度控制图、焦炭热反应性控制图以及焦炭反应后强度控制图；其中：20、焦炭抗碎强度控制图是以镜质体反射率为x轴，以惰性组分含量ti为y轴，以吉氏最大流动度lgmf为z轴，在三角坐标系中建立焦炭抗碎强度m40的等值线图；21、焦炭耐磨强度控制图是以镜质体反射率为x轴，以惰性组分含量ti为y轴，以吉氏最大流动度lgmf为z轴，在三角坐标系中建立焦炭耐磨强度m10的等值线图；22、焦炭热反应性控制图是以镜质体反射率为x轴，以惰性组分含量ti为y轴，以吉氏最大流动度lgmf为z轴，在三角坐标系中建立焦炭热反应性cri的等值线图；23、焦炭反应后强度控制图是以镜质体反射率为x轴，以惰性组分含量ti为y轴，以吉氏最大流动度lgmf为z轴，在三角坐标系中建立焦炭反应后强度csr的等值线图。24、进一步的，所述步骤1)中，单种煤的镜质体反射率即镜质体平均最大反射率，具体根据gb/t 6948-2008《煤的镜质体反射率显微镜测定方法》进行测试，测试点数不少于100点，计算测试数据的均值μ，即为镜质体反射率25、进一步的，所述步骤2)中，根据gb/t 8899-201《煤的显微组分组和矿物测定方法》，测试各单种煤中镜质组v、惰质组i、壳质组e的含量。26、进一步的，所述步骤3)中，按照gb/t 25213-2010《煤的塑性恒力矩吉式塑性仪法》测试单种煤的吉氏最大流动度lgmf。27、进一步的，所述步骤4)中，利用焦炉实验进行焦炭抗碎强度测试，具体如下：28、利用40kg焦炉制备单种煤焦炭；按照gb/t 2006-2008《焦炭机械强度的测定方法》，采用micum转鼓测试焦炭的抗碎强度m40；取焦炭进行振筛筛分，筛分大于60mm粒径的焦炭进行micum转鼓测试，100转后静置1～2min，对所得焦炭进行40mm筛分并称重；29、焦炭的抗碎强度：m40＝m1/m×100％……(式5)30、式中，m：入转鼓焦炭质量，kg；31、m1：出鼓后大于40mm焦炭的质量，kg。32、进一步的，所述步骤4)中，利用焦炉实验进行焦炭耐磨强度测试，具体如下：33、利用40kg焦炉制备单种煤焦炭；按照gb/t 2006-2008《焦炭机械强度的测定方法》，采用micum转鼓测试焦炭的耐磨强度m10；取焦炭进行振筛筛分，筛分大于60mm粒径的焦炭进行micum转鼓测试，100转后静置1～2min，对所得焦炭进行10mm筛分并称重；34、焦炭的耐磨强度：m10＝m2/m×100％……(式6)35、式中，m：入转鼓焦炭质量，kg；36、m2：出鼓后小于10mm焦炭的质量，kg。37、进一步的，所述步骤4)中，利用焦炉实验进行焦炭热反应性测试，具体如下：38、按照gb/t 4000-2008《焦炭反应性及反应后强度试验方法》测试焦炭的热反应性cri；取大于的焦炭20kg，用颚式破碎机破碎、缩分，缩分出10kg；用圆孔筛筛分，对大于的焦块进行再破碎、筛分；制成的焦块；39、称取焦炭200±0.5g置于耐高温合金钢反应器或刚玉质反应器中，在1100℃±5℃与流量为5l/min的二氧化碳反应2h后，以焦炭质量损失的百分数表示焦炭反应性cri；40、cri＝(m3-m4)/m×100％……(式7)41、式中，m3：反应前焦炭质量，g；42、m4：反应后残余焦炭质量，g。43、进一步的，所述步骤4)中，利用焦炉实验进行焦炭反应后强度测试，具体如下：44、按照gb/t 4000-2008《焦炭反应性及反应后强度试验方法》测试焦炭的反应后强度csr；取大于焦炭20kg，用颚式破碎机破碎、缩分，缩分出10kg；用圆孔筛筛分，对大于的焦块进行再破碎、筛分；制成的焦块；45、称取焦炭200±0.5g置于耐高温合金钢反应器或刚玉质反应器中，在1100℃±5℃与流量为5l/min的二氧化碳反应2h，经ⅰ型转鼓试验后，以大于10mm粒级焦炭占反应后焦炭的质量分数表示焦炭反应后强度csr；46、csr＝(m5-m6)/m×100％……(式8)47、式中，m5：反应后残余焦炭质量，g；48、m6：转鼓后大于10mm粒级焦炭质量，g。49、进一步的，所述步骤6)中，采用的数据分析方法包括多项式回归法、反距离加权插值法、克里金法、最小曲率法、改进谢别德法、自然邻点法、最近邻法、径向基函数法、线性插值三角网法、移动平均法及局部多项式法。50、与现有技术相比，本发明的有益效果是：51、1)以煤岩配煤理论为基础，采用单种炼焦煤的镜质体反射率、惰性组分含量和吉氏最大流动度等参数建立三元配煤模型，建立有关焦炭抗碎强度、焦炭耐磨强度、焦炭热反应性及焦炭反应后强度的控制图，对炼焦配煤提供有效指导，达到控制和提高焦炭质量的目的。52、2)炼焦煤在焦化过程中形成可熔组分(活性组分)与不熔组分(惰性组分)两部分；镜质体反射率是炼焦煤变质程度最科学的表征参数。对于某一变质阶段的炼焦煤，只有惰性组与活性组分以最合适的比例混合才能制备抗碎强度较好的焦炭。53、3)吉氏最大流动度既能反映胶质体的数量又能够体现胶质体的质量，炼焦煤的吉氏最大流动度越高，胶质体流动性越好，可以在煤粒之间充分流动、黏结固体颗粒，获得较高质量焦炭；吉氏最大流动度对低变质炼焦煤黏结特性区分能力强，对炼焦煤的性质变化较为敏感，适用于低变质炼焦煤以及煤源多样的情况。54、4)本发明设计指标合理，以镜质体反射率、惰性组分含量及吉氏最大流动度科学表征和量化单种炼焦煤的质量特性，采用数学方法建立四种焦炭质量相关指标的三元控制图，有效克服目前炼焦煤使用和炼焦配煤过程存在的弊端，实现对炼焦煤质量的科学评价，对精准控制焦炭质量提供定量指导，从而达到稳定和提高焦炭质量的目的。55、5)本发明所述方法操作简单，易于实现，能够有效提高高炉用焦炭的质量稳定性。