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)
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