煤中灰分的组成对焦炭质量的影响Word格式文档下载.docx

1、用B煤替代25%肥煤C7用C煤替代10%的1/3焦煤1.3 焦炭光学组织及显微结构分析 按照GB1997-89进行焦炭试样的制备，使用NIKON-II偏反光光学显微镜。按照GB8899-88进行煤的显微组分和矿物的测定，用焦炭光学组织指数（OTI）来表征焦炭光学组织的各向异性程度。2 实验结果及讨论2.1 煤的灰分及其组成分析 试验用5种单种煤的基本性质见表2，其灰分组成见表3。对比表2数据，西北煤的灰分和东部煤的灰分含量相差不大，且挥发分适中，但C煤的粘结指数G值明显高于同类焦煤D煤，同为肥煤的A煤、B煤的G值也比E煤高出很多。将表3碱性氧化物、酸性氧化物、碱土金属分别归类于表4中。表2 试

2、验用5种单种煤的基本性质（）煤号MadAdVdafGA煤（肥煤）0.589.0830.88103B煤（肥煤）0.338.8627.79C煤（焦煤）0.7510.6922.7898D煤（焦煤）0.799.4423.3587E煤（肥煤）1.9611.0127.8392表3 煤灰的组成分析数据（）煤样西北煤东部煤A煤B煤C煤D煤E煤SiO229.7036.2047.2046.8248.75Al2O317.4012.9715.9235.9434.91Fe2O316.4019.1715.865.097.80CaO15.3014.7510.852.932.23MgO7.527.624.120.921.14

3、K2O1.401.571.531.070.20Na2O3.523.751.970.410.77P2O50.820.401.94TiO20.690.570.592.122.00BaO0.350.190.14MnO20.060.0540.0150.07V2O50.020.0240.028稀土0.010.0270.016其他6.702.690.854.550.05合计100.00表4 煤灰的组成分分类（）酸性氧化物47.1249.1763.1282.7683.66碱性氧化物4.925.323.501.480.97碱土金属40.5042.3731.6611.2213.38 由表3、表4可见，D煤和E煤

4、的硅铝含量很高，总量都超过80%，碱金属含量很低。而A煤、B煤、C煤的灰成分中，酸性氧化物含量相差很明显，碱性氧化物总量是东部煤的34倍。此外钡、锰、稀土金属元素含量也相当高。由此可见，西北煤中的矿物质硅铝含量低，而正催化作用强的矿物质含量高。用加拿大CCRA法来计算煤的碱度指数为： MBI = 100%Ad （Na2O+K2O+CaO+MgO+Fe2O3） /（100Vd）（SiO2+Al2O3） 式中的MBI为煤的碱度指数；Vd为煤的挥发分；Ad为煤的灰分。 宝钢预测模型提供的矿物质催化指数为： MCI = 100%Ad（2.2Na2O+1.9K2O+1.6CaO+0.93MgO+Fe2O

5、3） /（100Vd）（SiO2+0.41Al2O3+2.5TiO2） 安徽工业大学课题组的修正矿物质指数为： MMCI=100%Ad（2.85Na2O+1.9K2O+1.03CaO+0.43MgO+Fe2O3+2.34BaO）（SiO2+0.74Al2O3+2.5TiO2） 根据公式和表2数据计算上述各煤种的催化指数，其结果见表5。表5煤的催化指数值（）MBI11.1511.837.681.921.42MCI18.0316.8611.192.623.89MMCI10.039.716.881.681.72 由表5可看出，西北单种煤的灰催化指数是东部煤的56倍。西北煤本身也有差异，C煤的灰催化指

6、数要明显低于A煤和B煤，前者是后者的2/3左右。MBI计算最大值的B煤为11.83，最小值的E煤为1.42。同理，MCI最大值是最小值的6.9倍，MMCI最大值是最小值的6.0倍。不同的催化指数公式计算结果都表明：矿物质的组成不同，其催化指数相差很大，由此也可看出，矿物质催化指数高是西北煤的主要特征。2.2 灰成分变化对焦炭反应性的影响 表6列出了C煤和D煤用盐酸进行脱灰试验的结果，从表5可看出, C煤的灰分脱除率较高，而D煤的脱除率较低，C煤的碱金属、钙、镁、铁含量较高，它们均较容易溶解于酸。D煤的硅含量高，相对来说难以脱除。此外，煤的粒径也影响其脱除效果，由于要用于炼制坩埚焦，煤粒径在3m

7、m左右，不利于彻底脱灰。脱灰后各煤种的挥发分和G值都无明显变化，脱灰前后的粒焦反应性见表7。表6煤脱灰前后的基本性质（）煤种处理方式AdVdafG脱灰前3.180.431脱灰后1.027.5122.35978.511.340.7620.937.1721.5985表7脱灰前后的粒焦反应性PRI （）焦炭种类脱灰C煤脱灰D煤PRI52.5441.9422.9220.87 由表7可看出，C煤和D煤在灰分、粘结性和结焦性相差不大的情况下，粒焦反应性的相差很大。究其原因是由于二者的灰分组成差异造成的。C煤中含正催化作用的碱金属和碱土金属比例太高，受催化作用影响焦炭在高温下和CO2反应加剧；D煤脱灰前后的

8、PRI由22.92降到20.87%；而C煤脱灰前后的PRI从52.54降到41.94%，说明C煤脱灰后的PRI明显降低，这也证明了高含量碱金属的存在是造成C煤焦炭相比同类煤焦炭热态性能较差的原因。 西北煤配煤方案中，尽量不改变配合煤中的气、肥、焦、瘦比例，保持挥发分、结焦过程中胶质体和惰性物质数量不变，只考虑由于西北煤的配入引起的变化，其配煤的基本性质见表8。表8 配煤的基本性质配煤方案1.139.3528.29819.1128.53881.4528.02919.8826.591.329.8227.511.269.8424.159.5425.5583 配煤方案C2C7的灰分、挥发分和G值和基础

9、方案相差不大，仅考虑替代煤种引起矿物质含量变化对焦炭质量的影响。本试验研究测试了炼焦配煤所得焦炭的冷态强度、块焦反应性、反应后强度以及焦炭的光学组织等性质。配合煤所得各焦炭的冷态强度见图1。图1 各配煤方案所得的焦炭冷态强度 图1的试验结果表明，B煤替代15的肥煤（C2方案）后所得焦炭的冷态强度无变化；B煤替代25的肥煤（C3方案）后所得焦炭的冷态强度只下降1个百分点；B煤替代10%的1/3焦煤（C4方案）后所得焦炭的冷态强度变为78.3%，略有提高。C煤替代15%、25的焦煤以及10的1/3焦煤后，焦炭的冷态强度都略有提高。由此可见，西北煤作为配煤时，没有降低焦炭的冷态强度，反而稍有提高。6

10、个替代配煤炼焦试验方案所得焦炭的反应性和反应后强度见图2和图3。图3 配煤替代后焦炭的反应性变化 配煤替代后焦炭的反应后强度变化 从图2和图3可看出，和基础方案比较，焦炭的反应性都有不同程度的提高，反应后强度都有所降低。7种配煤方案焦炭的灰催化指数见图4, 和焦炭反应性和焦炭反应后强度的关系见图5、图6。图4 配煤替代焦炭灰催化指数的变化 由图4可知，焦炭的灰催化指数都随西北煤的配入量有不同程度的提高，配入量增多时，灰催化指数明显增大。由图5、图6可看出，灰催化指数和焦炭反应性、反应后强度都有着明显的线性相关性，由F检验知道FF0.01（1,5）=16.26，同样相关系数R也在置信水平上显著。

11、 综上所述，当灰成分有显著差异的西北煤配煤时，配煤的结焦性能和灰分含量变化不大，高温炭化后的焦炭冷态强度也没有变化，但明显恶化了焦炭的热反应性和反应后强度。2.3 配煤的焦炭光学组织和热性质的关系 7种配煤焦炭的光学组织见表9。随着西北煤的配入，配合煤所得的焦炭的OTI值相应降低，各向同性I +FF含量增加。基础煤样的OTI值为137.7，随着配入量的增加，各向同性组织明显增多，粗粒镶嵌的含量有所下降。一般来说，不同显微组织的反应性顺序为：FBIMfMcMmFiF, 即各向异性程度越高的组织反应性越小。焦炭的各向同性组织的反应活性大于各向异性组织，各向同性在高温下容易发生分解反应，从而使其反应

12、性增大。例如，方案C3的OTI值最低为106.1，其热反应性对应的最高为48.2% 。表9各配煤所得焦炭的光学组织焦炭光学组织CRI%IMfMmMcLFFI+FFOTI9.930.931.60.427.0137.735.71.519.133.814.033.1116.241.014.329.816.139.8106.148.21.711.143.616.227.429.1132.439.410.638.120.431.0127.641.17.238.416.737.7117.446.34.944.434.0127.139.9 光学组织的各项成分可以从微观的角度表现焦炭的结构，西北煤的配入不仅增

13、加了焦炭的溶损反应，而且也改变了焦炭的微观结构，使得耐CO2反应能力较强的各向异性组织减少，从而在溶损催化和微观结构方面都影响了焦炭质量。由此可见，矿物质对焦炭在高炉内降解是通过2条途径实现的：一是通过对溶损反应的催化作用，使焦炭溶损反应加剧，反应性增高，反应后强度降低；二是影响其微观结构，使得以矿物质微粒为中心的易于和CO2反应的各向同性组织增加。3 结论 （1）西北煤的粘结性优于东部煤，灰分含量相差不大，但灰分的组成差异很大，灰催化指数高，MBI计算最大值B煤为11.83，最小值E煤为1.42。 （2）脱除煤中的灰不会影响煤的挥发分、粘结性等基本性质，只减少易和盐酸反应的矿物质含量。脱灰后C煤焦炭的反应性明显降低，PRI从52.54降到41.94%, D煤变化不大。 （3）配煤炼焦和光学组织试验表明，西北煤配入后没有降低焦炭的冷态强度，但CRI按配入比例增加后，焦炭的各向异性指数OTI相应降低，降低的幅度和配入量成正比。 （4）煤质指标中的灰分、挥发分、粘结性等基本性质相差不大，当灰分组成相差很大时，对焦炭反应性和反应后强度的影响较大，建议将灰分组成纳入煤质检测的指标。（201204091）