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)技術學院，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由固態(tài)向液態(tài)逐漸轉化的特性，是表征煤灰在一定條件下隨加熱溫度的變化而變化時的灰樣變形、軟化、呈半球和流動特征的物理狀態(tài)。這三個物理狀態(tài)通常用三個特征溫度：變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)、流動溫度(FT)來表示這一變化。這三個溫度代表了煤灰在熔融過程中固相減少，液相逐漸增多時的三個不同狀態(tài)，在工業(yè)上多用軟化溫度作為熔融性指標，稱為灰熔點。不同煤灰中各主要組分SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO 、KNaO不同，而且不同類別、不同時代形成的煤的煤灰熔融性有差異，故對煤的灰熔融性進行試驗分析，進一步對煤質進行全面分析，在深入了解煤質的基礎上，達到充分利用煤質的目的，有利于降本增效，擴大煉焦煤源，同時能夠合理使用各單種煤，提高焦炭質量。

1 煤灰熔融性試驗

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，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。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干。

1.3 灰錐實驗

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]。隨時觀察灰錐的形狀變化，高溫時需戴上墨鏡觀察，記錄灰錐的熔融特征，具體實驗數(shù)據(jù)如表1。

表1中數(shù)據(jù)結果顯示：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，其中純物質的SiO2呈白色，熔點1723℃，不溶于水，A12O3顏色呈白色或微紅色，熔點為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，不溶于水，熔點為1565℃，CaO呈白色，常因含氧化美、氧化鋁、三氧化二鐵等雜質而呈暗灰色、淡黃色、褐色，熔點為2614℃，MgO 呈白色或米黃色粉末，不溶于水，熔點2852℃，Na2O呈白色，熔點1132℃，沸點1275℃(升華)，K2O為白色晶體或結晶形粉末，熔點770℃，沸點1500℃。SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O+Na2O等物質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這些純物質的熔點低[2]。

2.2.2 煤灰開始融化時溫度的高低

一般情況下，煤灰開始融化時溫度高，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，灰熔點偏低的煤顏色較深且其所含堿性氧化物含量偏高，灰熔點偏高或不熔的煤，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

從以上結論可知，同德、自洗慶華木里煤煤灰顏色較深，灰熔點低，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有催化作用，K、Na和K2O、Na2O能進入焦炭的結構內(nèi)部，形成嵌入式化合物，使碳原子之間的鍵松弛、距離增大，使碳結構變形、開裂，加速焦炭與二氧化碳的反應。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速率提高10%-15%，從而降低焦炭熱強度。

同德、鎮(zhèn)城底是優(yōu)質煉焦煤，而自洗慶華木里煤質一般，且其中又含有較多的堿性氧化物，且在實驗過程中發(fā)現(xiàn)自洗慶華木里有變瘦的趨勢，而煤灰中Na2O和K2O在高溫時易使煤灰揮發(fā)，而使其縮小變瘦，因此可進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，焦炭熱強度會顯著下降，因此應嚴格控制其配比。

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格稍低煤的的使用量，但應綜合考慮煤質。