煤中灰分的組成對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

1、煤中灰分的組成對(duì)焦炭質(zhì)量的 影響煤中灰分的組成對(duì)焦炭質(zhì)量的影響時(shí)間：2012-4-9| 點(diǎn)擊：99 | 字體：大小房承宣 嚴(yán)加才（開灤煤化工研究開發(fā)中心，唐山063611）煉焦煤的灰分相同、而灰分的組成不同時(shí)，對(duì)焦炭質(zhì)量的影 響較大，目前在這方面的研究較少。 本文著重研究了煤中灰分組成的差 異對(duì)焦炭微觀結(jié)構(gòu)和焦炭質(zhì)量的影響，這對(duì)于提高焦炭質(zhì)量，改善高爐反應(yīng)效率，降低高爐焦比具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。1 實(shí)驗(yàn)方案及內(nèi)容實(shí)驗(yàn)選擇西北煤（A B、C）和東部煤（D E）為樣品，對(duì)其 進(jìn)行灰分及其組成分析、脫灰處理、脫灰前后煤種煉焦實(shí)驗(yàn)以及焦炭結(jié) 構(gòu)和質(zhì)量分析。1.1 煤灰分及其組成的測(cè)定按照國(guó)標(biāo)GB21

2、2-91有關(guān)煤的灰分測(cè)定方法規(guī)定的灰化條件，將分析煤樣燒成煤灰。灼燒后的煤灰利用JY38S單道掃描型高頻耦合等 離子直讀光譜儀進(jìn)行分析測(cè)試煤灰分的組成。1.2 坩堝煉焦、40kg焦?fàn)t煉焦及焦炭反應(yīng)性的測(cè)定將脫灰前后的煤試樣粒度控制在3mm以下，入爐煤水分控制在8%左右，坩堝爐升溫速度開始以57C/min加熱至400C，然后將 升溫速度調(diào)整為3C/min，直至焦餅中心溫度達(dá)到 950C。保溫40min 后通入氮?dú)?，使?fàn)t膛溫度冷卻到 200 C以下，取出焦炭。40kg配煤煉焦實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)際焦?fàn)t，鐵箱兩側(cè)用耐高溫硅酸鋁纖維板模擬炭化室爐墻，煤樣細(xì)度在80%左右，水分10%左右，結(jié)焦時(shí)間為18h，焦餅中

3、心溫度1050C左右。坩堝焦的焦炭反應(yīng)性在粒焦反應(yīng)性（PRI）裝置上測(cè)定，取20g粒度為36mm干燥后的焦樣，以2025°C/min升溫至400C,通 入氮?dú)獗Ｗo(hù)，繼續(xù)升溫至1100C，切換成CO氣體，流量為0.5L/min , 反應(yīng)時(shí)間為120min。然后通入氮?dú)獗Ｗo(hù)冷卻至室溫，以反應(yīng)前后焦樣 損失的質(zhì)量百分率作為粒焦的反應(yīng)性指標(biāo)。40kg焦?fàn)t的煉焦配煤方案見表1。40kg焦?fàn)t焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度按國(guó)標(biāo)GB/T 4000-1996測(cè)定方法測(cè)定。表1西北煤的配煤煉焦方案萬案號(hào)配比萬案號(hào)配比C1肥煤、焦煤各25% 1/3焦煤10% 氣煤32% 瘦煤8%C4用B煤替代10%勺1/3焦煤

4、二C5用C煤替代15%焦煤C2用B煤替代15呱巴煤匚C6用C煤替代25%焦煤C3用B煤替代25呱巴煤C7用C煤替代10%勺1/3焦煤1.3 焦炭光學(xué)組織及顯微結(jié)構(gòu)分析按照GB1997-89進(jìn)行焦炭試樣的制備，使用NIKON-II偏反光光學(xué)顯微鏡。按照GB8899-88進(jìn)行煤的顯微組分和礦物的測(cè)定，用焦炭光學(xué)組織指數(shù)（OTI）來表征焦炭光學(xué)組織的各向異性程度。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論2.1煤的灰分及其組成分析試驗(yàn)用5種單種煤的基本性質(zhì)見表 2,其灰分組成見表3。對(duì) 比表2數(shù)據(jù)，西北煤的灰分與東部煤的灰分含量相差不大，且揮發(fā)分適中，但C煤的粘結(jié)指數(shù)G值明顯高于同類焦煤D煤，同為肥煤的A煤、 B煤的G值也

5、比E煤高出很多。將表3堿性氧化物、酸性氧化物、堿土 金屬分別歸類于表4中。表2試驗(yàn)用5種單種煤的基本性質(zhì)（）煤號(hào)MdAdVdafGA煤（肥煤）0.589.0830.88103B煤（肥煤）0.338.8627.79103C煤（焦煤）0.7510.6922.7898 JD煤（焦煤）0.799.4423.3587E煤（肥煤）1.9611.0127.8392表3煤灰的組成分析數(shù)據(jù)（）煤樣西北煤東部煤A煤B煤C煤D煤E煤1SiO2 二29.7036.2047.2046.8248.75 二AI2QJ17.4012.9715.9235.9434.91FqQ16.4019.1715.865.097.80CaO

6、15.3014.7510.852.932.23 nMgO7.527.624.120.921.14 nKO1.401.571.531.070.20NqO3.523.751.970.410.77P2Q0.820.400.82一1.94 JTiO20.690.570.592.122.00 jnBaO0.350.200.190.140.14MnO0.190.060.0540.0150.07V2Q0.02:0.024:0.028 I -一稀土0.010.0270.0161 -一其他6.7012.6910.854.550.05合計(jì)100.00100.00100.00100.00100.00煤灰的組成分分類

7、（）煤樣西北煤P東部煤A煤二B煤C煤D煤E煤酸性氧化物47.12 J49.17二 63.12匸 82.7683.66堿性氧化物4.925.32二 3.50 1.48P 0.97堿土金屬40.5042.3731.6611.2213.38由表3、表4可見，D煤和E煤的硅鋁含量很高，總量都超過80%堿金屬含量很低。而 A煤、B煤、C煤的灰成分中，酸性氧化物含 量相差很明顯，堿性氧化物總量是東部煤的34倍。此外鋇、錳、稀土金屬元素含量也相當(dāng)高。由此可見，西北煤中的礦物質(zhì)硅鋁含量低， 而正催化作用強(qiáng)的礦物質(zhì)含量高。用加拿大CCR/法來計(jì)算煤的堿度指數(shù)為：MBI = 100%A dX (Na 20+KO+

8、CaO+MgO+Fe) /(100Vd) X (SiO 2+Al 2Q)式中的MBI為煤的堿度指數(shù)；Vd為煤的揮發(fā)分；Ad為煤的灰 分。寶鋼預(yù)測(cè)模型提供的礦物質(zhì)催化指數(shù)為：MCI =100%AX (2.2Na 2O+1.9K2O+1.6CaO+0.93MgO+FQ)/(100 Vd) X (SQ2+0.41AI 2O+2.5TQ2)安徽工業(yè)大學(xué)課題組的修正礦物質(zhì)指數(shù)為:MMCI=100%dX (2.85Na 2O+1.9KO+1.03CaO+0.43MgO+Fe2Q+2.34BaO)/(100 - Vd) X (SQ2+O.74AI 2O+2.5TQ2)根據(jù)公式和表2數(shù)據(jù)計(jì)算上述各煤種的催化指

9、數(shù)，其結(jié)果見表5。表5煤的催化指數(shù)值（）煤樣西北煤 東部煤A煤二B煤二C煤D煤E煤匚MBI11.15 二11.83Q 7.681.921.42 二MCI18.03 二16.86二 11.192.623.89MMCI10.039.716.881.681.72由表5可看出，西北單種煤的灰催化指數(shù)是東部煤的 56倍。 西北煤本身也有差異，C煤的灰催化指數(shù)要明顯低于 A煤和B煤，前者 是后者的2/3左右。MBI計(jì)算最大值的B煤為11.83，最小值的E煤為 1.42。同理，MCI最大值是最小值的6.9倍，MMC最大值是最小值的 6.0倍。不同的催化指數(shù)公式計(jì)算結(jié)果都表明：礦物質(zhì)的組成不同，其 催化指數(shù)相

10、差很大，由此也可看出，礦物質(zhì)催化指數(shù)高是西北煤的主要 特征。2.2灰成分變化對(duì)焦炭反應(yīng)性的影響表6列出了 C煤和D煤用鹽酸進(jìn)行脫灰試驗(yàn)的結(jié)果，從表 5 可看出，C煤的灰分脫除率較高，而 D煤的脫除率較低，C煤的堿金屬、 鈣、鎂、鐵含量較高，它們均較容易溶解于酸。 D煤的硅含量高，相對(duì) 來說難以脫除。此外，煤的粒徑也影響其脫除效果，由于要用于煉制坩堝焦，煤粒徑在3mn左右，不利于徹底脫灰。脫灰后各煤種的揮發(fā)分和G值都無明顯變化，脫灰前后的粒焦反應(yīng)性見表 7表6煤脫灰前后的基本性質(zhì)()煤種處理方 式MdA AdVdaf VdafG GC煤脫灰前:0.7510.693.1822.780.4398d脫

11、灰后1.027.5122.35：二 97D煤脫灰前0.798.511.3422.350.76872脫灰后0.937.1721.5985表7脫灰前后的粒焦反應(yīng)性 PRI (%)焦炭種類C煤脫灰C煤D煤脫灰D煤PRI52.5441.9422.9220.87由表7可看出，C煤和D煤在灰分、粘結(jié)性和結(jié)焦性相差不大的情況下，粒焦反應(yīng)性的相差很大。究其原因是由于二者的灰分組成差異造成的。C煤中含正催化作用的堿金屬和堿土金屬比例太高，受催化作用影響焦炭在高溫下與 CO反應(yīng)加??；D煤脫灰前后的PRI由22.92 %降到20.87%;而C煤脫灰前后的PRI從52.54 %降到41.94%,說明C煤脫灰后的PRI

12、明顯降低，這也證明了高含量堿金屬的存在是造 成C煤焦炭相比同類煤焦炭熱態(tài)性能較差的原因。西北煤配煤方案中，盡量不改變配合煤中的氣、肥、焦、瘦比例，保持揮發(fā)分、結(jié)焦過程中膠質(zhì)體和惰性物質(zhì)數(shù)量不變，只考慮由于西北煤的配入引起的變化，其配煤的基本性質(zhì)見表8。配煤方案MdAViafG配煤的基本性質(zhì)表8(%)C11.139.3528.2981C21.029.1128.5388 nC31.459.4428.0291C41.409.8826.5987C51.329.8227.5188 寸C61.269.8424.1587C71.539.5425.5583配煤方案C2C7的灰分、揮發(fā)分和G值與基礎(chǔ)方案相差不大

13、， 僅考慮替代煤種引起礦物質(zhì)含量變化對(duì)焦炭質(zhì)量的影響。本試驗(yàn)研究測(cè)試了煉焦配煤所得焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度、塊焦反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度以及焦炭 的光學(xué)組織等性質(zhì)。配合煤所得各焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度見圖1。圖1各配煤方案所得的焦炭冷態(tài)強(qiáng)度圖1的試驗(yàn)結(jié)果表明，B煤替代15%的肥煤（C2方案）后所 得焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度無變化；B煤替代25 %的肥煤（C3方案）后所得焦 炭的冷態(tài)強(qiáng)度只下降1個(gè)百分點(diǎn)；B煤替代10%的1/3焦煤（C4方案） 后所得焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度變?yōu)?78.3%,略有提高。C煤替代15% 25%的焦煤以及10%的1/3焦煤后，焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度都略有提高。由此可見， 西北煤作為配煤時(shí)，沒有降低焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度，反而稍有

14、提高。6個(gè)替代配煤煉焦試驗(yàn)方案所得焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度見圖2和圖3。3Q252。CI C2 C3 C4 C5 C6 C7配煤方峯代號(hào)5045圖3配煤替代后焦炭的反應(yīng)性變化配煤替代后焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度變化從圖2和圖3可看出，與基礎(chǔ)方案比較，焦炭的反應(yīng)性都有不同程度的提高，反應(yīng)后強(qiáng)度都有所降低。7種配煤方案焦炭的灰催化指數(shù)見圖4,與焦炭反應(yīng)性和焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系見圖5、圖6gwCl C2 C3 C4 C5 C6 C7配煤方案代號(hào)圖4配煤替代焦炭灰催化指數(shù)的變化202 4Mtn n與焦炭反應(yīng)性的關(guān)系MB/您圖6 AfBI與焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系由圖4可知，焦炭的灰催化指數(shù)都隨西北煤的配入量有不同程

15、度的提高，配入量增多時(shí)，灰催化指數(shù)明顯增大。由圖5、圖6可看出，灰催化指數(shù)與焦炭反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度都有著明顯的線性相關(guān)性， 由F檢驗(yàn)知道F> Fo.oi(1,5)=16.26，同樣相關(guān)系數(shù)R也在置信水平上顯 著。綜上所述，當(dāng)灰成分有顯著差異的西北煤配煤時(shí)，配煤的結(jié) 焦性能和灰分含量變化不大，高溫炭化后的焦炭冷態(tài)強(qiáng)度也沒有變化， 但明顯惡化了焦炭的熱反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度。2.3配煤的焦炭光學(xué)組織與熱性質(zhì)的關(guān)系7種配煤焦炭的光學(xué)組織見表 9。隨著西北煤的配入，配合煤 所得的焦炭的OTI值相應(yīng)降低，各向同性I +FF含量增加?；A(chǔ)煤樣的 OTI值為137.7，隨著配入量的增加，各向同性組織明顯增

16、多，粗粒鑲 嵌的含量有所下降。一般來說，不同顯微組織的反應(yīng)性順序?yàn)椋篎B> I> Mf> Mc> Mm> Fi > F,即各向異性程度越高的組織反應(yīng)性越小。焦炭 的各向同性組織的反應(yīng)活性大于各向異性組織，各向同性在高溫下容易發(fā)生分解反應(yīng)，從而使其反應(yīng)性增大。例如，方案C3的OTI值最低為106.1，其熱反應(yīng)性對(duì)應(yīng)的最高為 48.2%。表9各配煤所得焦炭的光學(xué)組織焦炭光學(xué)組織CRI%IMfMmMcLFFI+FFOTIC109.9 二30.931.60.427.027.0：137.735.7】C21.519.1 J33.814.0031.633.1 :116.2

17、41.0C3014.329.816.1039.839.8106.148.2C41.711.143.616.2027.429.1132.439.4 1C5010.638.120.4031.031.0127.641.訂C607.238.416.7037.737.7117.446.3C704.944.416.7034.034.0127.139.9光學(xué)組織的各項(xiàng)成分可以從微觀的角度表現(xiàn)焦炭的結(jié)構(gòu)，西北煤的配入不僅增加了焦炭的溶損反應(yīng)，而且也改變了焦炭的微觀結(jié)構(gòu)，使得耐CQ反應(yīng)能力較強(qiáng)的各向異性組織減少，從而在溶損催化和 微觀結(jié)構(gòu)方面都影響了焦炭質(zhì)量。由此可見，礦物質(zhì)對(duì)焦炭在高爐內(nèi)降解是通過2條途徑實(shí)現(xiàn)的：一是通過對(duì)溶損反應(yīng)的催化作用，使焦炭溶損反應(yīng)加劇，反應(yīng)性增高，反應(yīng)后強(qiáng)度降低；二是影響其微觀結(jié)構(gòu)，使 得以礦物質(zhì)微粒為中心的易于和 CO2反應(yīng)的各向同性組織增加。3 結(jié)論(1) 西北煤的粘結(jié)性優(yōu)于東部煤，灰分含量相差不大，但灰分的組成差異很大，灰催化指數(shù)高，MBI計(jì)算最大值B煤為1