西部焦化廠煉焦用單種煤灰熔融性研究

(1.包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭市,014010；2.包鋼焦化廠，內(nèi)蒙古包頭市,014010)

煤灰熔融性是指煤灰受熱時(shí)由固態(tài)向液態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化的特性，是表征煤灰在一定條件下隨加熱溫度的變化而變化時(shí)的灰樣變形、軟化、呈半球和流動特征的物理狀態(tài)。這三個(gè)物理狀態(tài)通常用三個(gè)特征溫度：變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)、流動溫度(FT)來表示這一變化。這三個(gè)溫度代表了煤灰在熔融過程中固相減少，液相逐漸增多時(shí)的三個(gè)不同狀態(tài)，在工業(yè)上多用軟化溫度作為熔融性指標(biāo)，稱為灰熔點(diǎn)。不同煤灰中各主要組分SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO 、KNaO不同，而且不同類別、不同時(shí)代形成的煤的煤灰熔融性有差異，故對煤的灰熔融性進(jìn)行試驗(yàn)分析，進(jìn)一步對煤質(zhì)進(jìn)行全面分析，在深入了解煤質(zhì)的基礎(chǔ)上，達(dá)到充分利用煤質(zhì)的目的，有利于降本增效，擴(kuò)大煉焦煤源，同時(shí)能夠合理使用各單種煤，提高焦炭質(zhì)量。

1 煤灰熔融性試驗(yàn)

1.1 煤灰的制備

把煤樣放入馬弗爐中，使其全部灰化，灰化完成后，將灰樣取出放在空氣中冷卻，再將灰樣用研缽研細(xì)，使灰樣的粒度全都通過0.1mm的篩子。

1.2 灰錐的制作

取1—2g煤灰放在玻璃板上，用少量糊精溶液把煤灰攪拌均勻，然后用鏟刀把煤灰小心地鏟起，每次鏟起的量不宜過多，放入模具中，并用鏟刀稍使勁按一按，使其壓實(shí)。小心在瓷板上卸下模具，一定要保證灰錐的灰尖完好無損，否則，重新制作灰錐。制好的灰錐在空氣中風(fēng)干。

1.3 灰錐實(shí)驗(yàn)

將灰錐固定在灰錐托板上，置于剛玉舟上，用夾子將其慢慢推到爐子內(nèi)部，關(guān)上爐蓋，開始加熱，加熱速度900℃以下稍快些，以15-20℃/min加熱，900℃以上以5±1℃/min加熱[1]。隨時(shí)觀察灰錐的形狀變化，高溫時(shí)需戴上墨鏡觀察，記錄灰錐的熔融特征，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

表1中數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：所做10種單種煤中，同德、自洗慶華木里、鎮(zhèn)城底、蒙古的煤灰可以熔化，且灰熔點(diǎn)從1291℃-1480℃逐漸增加，而哈爾蓋、自洗蒙古、烏肥、烏焦、大武口、邯鄲煤灰不熔。

2 試驗(yàn)分析

2.1 灰熔融性分析

2.1.1 可熔煤灰

所做10種單種煤中，同德、鎮(zhèn)城底、蒙古、自洗慶華木里這四種煤的煤灰可以熔化，且灰熔點(diǎn)從1291℃-1480℃不等。其中，同德、自洗慶華木里煤的灰顏色較深，灰熔點(diǎn)較低，而鎮(zhèn)城底、蒙古煤的煤灰雖然也是可熔的，但其灰熔點(diǎn)偏高，接近1500℃，且其顏色偏淺。

表1 單種煤灰熔融性特征

2.1.2 不熔煤灰

哈爾蓋、自洗蒙古、烏肥、烏焦、大武口、邯鄲煤灰不熔。其中邯鄲煤的煤灰呈灰白色，而自洗蒙古、烏肥、烏焦、大武口、特別是大武口的煤灰雖然也不熔，但其顏色就稍偏深一些。

2.2 煤灰熔融性與灰成分關(guān)系

2.2.1 我國煤灰成分分析

我國煤灰成分一般含有SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O+Na2O等物質(zhì)，其中純物質(zhì)的SiO2呈白色，熔點(diǎn)1723℃，不溶于水，A12O3顏色呈白色或微紅色，熔點(diǎn)為2045℃，不溶于水，F(xiàn)e2O3顏色呈橙紅色或紫紅色，著色力及遮蓋力強(qiáng)，不溶于水，熔點(diǎn)為1565℃，CaO呈白色，常因含氧化美、氧化鋁、三氧化二鐵等雜質(zhì)而呈暗灰色、淡黃色、褐色，熔點(diǎn)為2614℃，MgO 呈白色或米黃色粉末，不溶于水，熔點(diǎn)2852℃，Na2O呈白色，熔點(diǎn)1132℃，沸點(diǎn)1275℃(升華)，K2O為白色晶體或結(jié)晶形粉末，熔點(diǎn)770℃，沸點(diǎn)1500℃。SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O+Na2O等物質(zhì)按不同比例混合在一起就組成了煤灰。從表1中可以看出，10種煤灰的熔化溫度從1155℃到1500℃不等，但是都比SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O+Na2O這些純物質(zhì)的熔點(diǎn)低[2]。

2.2.2 煤灰開始融化時(shí)溫度的高低

一般情況下，煤灰開始融化時(shí)溫度高，則說明煤灰中含有較多的偏酸性的氧化物，如SiO2、A12O3。如果煤灰開始融化時(shí)溫度低，則說明煤灰中含有較多的偏堿性的氧化物，如CaO 、MgO、Fe2O3和K2O、Na2O含量多[3]。

因此，灰熔點(diǎn)偏低的煤顏色較深且其所含堿性氧化物含量偏高，灰熔點(diǎn)偏高或不熔的煤，顏色偏淺，且其所含酸性氧化物偏高。

2.3 單種煤灰熔融性分析

從以上結(jié)論可知，同德、自洗慶華木里煤煤灰顏色較深，灰熔點(diǎn)低，說明堿性氧化物含量較高，邯鄲煤的煤灰呈灰白色，說明其含較多的酸性氧化物[4]，而哈爾蓋、自洗蒙古、烏肥、烏焦、大武口、特別是大武口的煤灰雖然也不熔，但其顏色就稍偏深一些，這說明雖然其含的酸性氧化物也較多，但其堿性氧化物的含量應(yīng)該是較邯鄲偏多，但與可熔煤灰比可能要差一些。鎮(zhèn)城底、蒙古煤灰雖然也是可熔的，但因其灰熔點(diǎn)偏高，接近1500℃，且其顏色也偏淺，故該兩種煤灰中所含有的酸性氧化物會較同德、自洗慶華木里偏高，較其他不熔煤灰偏低。

3 西部焦化廠用煤分析

煤灰的堿度即堿性氧化物與酸性氧化物之比，堿度越高，熱強(qiáng)度越低，而堿性氧化物中特別是鉀鈉的存在對焦炭與二氧化碳的反應(yīng)有催化作用，K、Na和K2O、Na2O能進(jìn)入焦炭的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成嵌入式化合物，使碳原子之間的鍵松弛、距離增大，使碳結(jié)構(gòu)變形、開裂，加速焦炭與二氧化碳的反應(yīng)。一般情況下，鉀鈉的含量每增加0.1%-0.5%，焦炭與二氧化碳的反應(yīng)速率提高10%-15%，從而降低焦炭熱強(qiáng)度。

同德、鎮(zhèn)城底是優(yōu)質(zhì)煉焦煤，而自洗慶華木里煤質(zhì)一般，且其中又含有較多的堿性氧化物，且在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)自洗慶華木里有變瘦的趨勢，而煤灰中Na2O和K2O在高溫時(shí)易使煤灰揮發(fā)，而使其縮小變瘦，因此可進(jìn)一步說明自洗慶華木里煤中含有較多的Na2O和K2O。因此在配煤中隨著自洗慶華木里煤的配入量的不斷增加，焦炭熱強(qiáng)度會顯著下降，因此應(yīng)嚴(yán)格控制其配比。

不熔煤灰中的烏肥、大武口的灰錐也明顯縮小。故這兩種煤的煤灰中Na2O和K2O含量也較多，應(yīng)控制好配比量。邯鄲的酸性氧化物含量最高，自洗蒙古、烏焦、哈爾蓋含有的酸性氧化物次于邯鄲，蒙古煤酸性氧化物含量最低。

綜上所述，西部焦化廠在降本增效過程中，不斷加大蒙古、哈爾蓋和自洗慶華木里煤等價(jià)格稍低煤的的使用量，但應(yīng)綜合考慮煤質(zhì)。