1、煤中灰分的组成对焦炭质量的影响时间：2012-4-9 | 点击：99 | 字体：大 小房承宣 严加才（开滦煤化工研究开发中心，唐山 063611)炼焦煤的灰分相同、而灰分的组成不同时，对焦炭质量的影响较大，目前在这方面的研究较少。本文着重研究了煤中灰分组成的差异对焦炭微观结构和焦炭质量的影响，这对于提高焦炭质量，改善高炉反应效率，降低高炉焦比具有重要的现实指导意义。1 实验方案及内容实验选择西北煤（A、B、C）和东部煤（D、E)为样品，对其进行灰分及其组成分析、脱灰处理、脱灰前后煤种炼焦实验以及焦炭结构和质量分析。1.1 煤灰分及其组成的测定按照国标 GB 212-91有关煤的灰分测定方法规定
2、的灰化条件，将分析煤样烧成煤灰。灼烧后的煤灰利用 JY38S单道扫描型高频耦合等离子直读光谱仪进行分析测试煤灰分的组成。1.2 坩埚炼焦、40kg 焦炉炼焦及焦炭反应性的测定将脱灰前后的煤试样粒度控制在 3mm以下，入炉煤水分控制在8左右，坩埚炉升温速度开始以 57/min 加热至 400，然后将升温速度调整为 3/min，直至焦饼中心温度达到 950。保温 40min后通入氮气，使炉膛温度冷却到 200以下，取出焦炭。40kg配煤炼焦实验模拟实际焦炉，铁箱两侧用耐高温硅酸铝纤维板模拟炭化室炉墙，煤样细度在 80左右，水分 10左右，结焦时间为 18h，焦饼中心温度 1050左右。坩埚焦的焦炭
3、反应性在粒焦反应性（PRI）装置上测定，取 20g粒度为 36mm 干燥后的焦样，以 2025/min 升温至 400，通入氮气保护，继续升温至 1100，切换成 CO2气体，流量为 0.5L/min，反应时间为 120min。然后通入氮气保护冷却至室温，以反应前后焦样损失的质量百分率作为粒焦的反应性指标。40kg 焦炉的炼焦配煤方案见表 1。40kg 焦炉焦炭反应性和反应后强度按国标 GB/T 4000-1996测定方法测定。表 1 西北煤的配煤炼焦方案方案号 配比 方案号 配比C4 用 B煤替代 10%的 1/3焦煤C1 肥煤、焦煤各 25%，1/3 焦煤10%，气煤 32%，瘦煤 8%
4、C5 用 C煤替代 15%焦煤C2 用 B煤替代 15%肥煤 C6 用 C煤替代 25%焦煤C3 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，西北煤的灰分与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
5、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 试验用 5种单种煤的基本性质（）煤号 Mad Ad Vdaf GA煤（肥煤） 0.58 9.08 30.88 103B煤（肥煤） 0.33 8.86 27.79 103C煤（焦煤） 0.75 10.69 22.78 98D煤（焦煤） 0.79 9.44 23.35 87E煤（肥煤） 1.96 11.01 27.83 92表 3 煤灰的组成分析数据（）西北煤 东部煤煤样A煤 B煤 C煤 D煤 E煤SiO2 29.70 36.20 47.20 46.82 48.
6、75Al2O3 17.40 12.97 15.92 35.94 34.91Fe2O3 16.40 19.17 15.86 5.09 7.80CaO 15.30 14.75 10.85 2.93 2.23MgO 7.52 7.62 4.12 0.92 1.14K2O 1.40 1.57 1.53 1.07 0.20Na2O 3.52 3.75 1.97 0.41 0.77P2O5 0.82 0.40 0.82 1.94TiO2 0.69 0.57 0.59 2.12 2.00BaO 0.35 0.20 0.19 0.14 0.14MnO2 0.19 0.06 0.054 0.015 0.07V2
7、O5 0.02 0.024 0.028 稀土 0.01 0.027 0.016 其他 6.70 2.69 0.85 4.55 0.05合计 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00表 4 煤灰的组成分分类（）煤样 西北煤 东部煤A煤 B煤 C煤 D煤 E煤酸性氧化物 47.12 49.17 63.12 82.76 83.66碱性氧化物 4.92 5.32 3.50 1.48 0.97碱土金属 40.50 42.37 31.66 11.22 13.38由表 3、表 4可见，D 煤和 E煤的硅铝含量很高，总量都超过80%，碱金属含量很低。而 A煤、B 煤、C 煤的灰成分
8、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) /(100V d)(SiO2+Al2O3)式中的 MBI为煤的碱度指数；V d为煤的挥发分；A d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+Fe2O3)/(100V d)(SiO2+0.41Al2O3+2.5TiO2)
9、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)/(100V d)(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（）西北煤 东部煤煤样A煤 B煤 C煤 D煤 E煤MBI 11.15 11.83 7.68 1.92 1.42MCI 18.03 16.86 11.19 2.62 3.89MMCI 10.03 9.71 6.88 1.68 1.72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
10、本身也有差异，C 煤的灰催化指数要明显低于 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。
11、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 3mm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Mad Ad A d Vdaf V daf G G脱灰前 0.75 10.69 22.78 98C煤脱灰后 1.02 7.513.1822.350.43971脱灰前 0.79 8.51 22.35 87D煤脱灰后 0.93 7.171.3421.590.76852表 7 脱灰前后的粒焦反应性 PRI （)焦炭种类 C煤 脱灰 C煤 D煤 脱灰 D煤PRI 52.54 41.94 22.92
12、 20.87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与 CO2反应加剧；D 煤脱灰前后的 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
13、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 Mad Ad Vdaf GC1 1.13 9.35 28.29 81C2 1.02 9.11 28.53 88C3 1.45 9.44 28.02 91C4 1.40 9.88 26.59 87C5 1.32 9.82 27.51 88C6 1.26 9.84 24.15 87C7 1.53 9.54 25.55 83配煤方案 C2C7 的灰分、挥发分和 G值与基础方案相差不大，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
14、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 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图 3 配煤替代后焦炭的反应后强度变化从图 2和图 3可看出，与基础方案比较，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, 与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，
