西部焦化厂炼焦用单种煤灰熔融性研究

(1.包头钢铁职业技术学院，内蒙古包头市,014010；2.包钢焦化厂，内蒙古包头市,014010)

煤灰熔融性是指煤灰受热时由固态向液态逐渐转化的特性，是表征煤灰在一定条件下随加热温度的变化而变化时的灰样变形、软化、呈半球和流动特征的物理状态。这三个物理状态通常用三个特征温度：变形温度(DT)、软化温度(ST)、流动温度(FT)来表示这一变化。这三个温度代表了煤灰在熔融过程中固相减少，液相逐渐增多时的三个不同状态，在工业上多用软化温度作为熔融性指标，称为灰熔点。不同煤灰中各主要组分SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO 、KNaO不同，而且不同类别、不同时代形成的煤的煤灰熔融性有差异，故对煤的灰熔融性进行试验分析，进一步对煤质进行全面分析，在深入了解煤质的基础上，达到充分利用煤质的目的，有利于降本增效，扩大炼焦煤源，同时能够合理使用各单种煤，提高焦炭质量。

1 煤灰熔融性试验

1.1 煤灰的制备

把煤样放入马弗炉中，使其全部灰化，灰化完成后，将灰样取出放在空气中冷却，再将灰样用研钵研细，使灰样的粒度全都通过0.1mm的筛子。

1.2 灰锥的制作

取1—2g煤灰放在玻璃板上，用少量糊精溶液把煤灰搅拌均匀，然后用铲刀把煤灰小心地铲起，每次铲起的量不宜过多，放入模具中，并用铲刀稍使劲按一按，使其压实。小心在瓷板上卸下模具，一定要保证灰锥的灰尖完好无损，否则，重新制作灰锥。制好的灰锥在空气中风干。

1.3 灰锥实验

将灰锥固定在灰锥托板上，置于刚玉舟上，用夹子将其慢慢推到炉子内部，关上炉盖，开始加热，加热速度900℃以下稍快些，以15-20℃/min加热，900℃以上以5±1℃/min加热[1]。随时观察灰锥的形状变化，高温时需戴上墨镜观察，记录灰锥的熔融特征，具体实验数据如表1。

表1中数据结果显示：所做10种单种煤中，同德、自洗庆华木里、镇城底、蒙古的煤灰可以熔化，且灰熔点从1291℃-1480℃逐渐增加，而哈尔盖、自洗蒙古、乌肥、乌焦、大武口、邯郸煤灰不熔。

2 试验分析

2.1 灰熔融性分析

2.1.1 可熔煤灰

所做10种单种煤中，同德、镇城底、蒙古、自洗庆华木里这四种煤的煤灰可以熔化，且灰熔点从1291℃-1480℃不等。其中，同德、自洗庆华木里煤的灰颜色较深，灰熔点较低，而镇城底、蒙古煤的煤灰虽然也是可熔的，但其灰熔点偏高，接近1500℃，且其颜色偏浅。

表1 单种煤灰熔融性特征

2.1.2 不熔煤灰

哈尔盖、自洗蒙古、乌肥、乌焦、大武口、邯郸煤灰不熔。其中邯郸煤的煤灰呈灰白色，而自洗蒙古、乌肥、乌焦、大武口、特别是大武口的煤灰虽然也不熔，但其颜色就稍偏深一些。

2.2 煤灰熔融性与灰成分关系

2.2.1 我国煤灰成分分析

我国煤灰成分一般含有SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O+Na2O等物质，其中纯物质的SiO2呈白色，熔点1723℃，不溶于水，A12O3颜色呈白色或微红色，熔点为2045℃，不溶于水，Fe2O3颜色呈橙红色或紫红色，着色力及遮盖力强，不溶于水，熔点为1565℃，CaO呈白色，常因含氧化美、氧化铝、三氧化二铁等杂质而呈暗灰色、淡黄色、褐色，熔点为2614℃，MgO 呈白色或米黄色粉末，不溶于水，熔点2852℃，Na2O呈白色，熔点1132℃，沸点1275℃(升华)，K2O为白色晶体或结晶形粉末，熔点770℃，沸点1500℃。SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O+Na2O等物质按不同比例混合在一起就组成了煤灰。从表1中可以看出，10种煤灰的熔化温度从1155℃到1500℃不等，但是都比SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O+Na2O这些纯物质的熔点低[2]。

2.2.2 煤灰开始融化时温度的高低

一般情况下，煤灰开始融化时温度高，则说明煤灰中含有较多的偏酸性的氧化物，如SiO2、A12O3。如果煤灰开始融化时温度低，则说明煤灰中含有较多的偏碱性的氧化物，如CaO 、MgO、Fe2O3和K2O、Na2O含量多[3]。

因此，灰熔点偏低的煤颜色较深且其所含碱性氧化物含量偏高，灰熔点偏高或不熔的煤，颜色偏浅，且其所含酸性氧化物偏高。

2.3 单种煤灰熔融性分析

从以上结论可知，同德、自洗庆华木里煤煤灰颜色较深，灰熔点低，说明碱性氧化物含量较高，邯郸煤的煤灰呈灰白色，说明其含较多的酸性氧化物[4]，而哈尔盖、自洗蒙古、乌肥、乌焦、大武口、特别是大武口的煤灰虽然也不熔，但其颜色就稍偏深一些，这说明虽然其含的酸性氧化物也较多，但其碱性氧化物的含量应该是较邯郸偏多，但与可熔煤灰比可能要差一些。镇城底、蒙古煤灰虽然也是可熔的，但因其灰熔点偏高，接近1500℃，且其颜色也偏浅，故该两种煤灰中所含有的酸性氧化物会较同德、自洗庆华木里偏高，较其他不熔煤灰偏低。

3 西部焦化厂用煤分析

煤灰的碱度即碱性氧化物与酸性氧化物之比，碱度越高，热强度越低，而碱性氧化物中特别是钾钠的存在对焦炭与二氧化碳的反应有催化作用，K、Na和K2O、Na2O能进入焦炭的结构内部，形成嵌入式化合物，使碳原子之间的键松弛、距离增大，使碳结构变形、开裂，加速焦炭与二氧化碳的反应。一般情况下，钾钠的含量每增加0.1%-0.5%，焦炭与二氧化碳的反应速率提高10%-15%，从而降低焦炭热强度。

同德、镇城底是优质炼焦煤，而自洗庆华木里煤质一般，且其中又含有较多的碱性氧化物，且在实验过程中发现自洗庆华木里有变瘦的趋势，而煤灰中Na2O和K2O在高温时易使煤灰挥发，而使其缩小变瘦，因此可进一步说明自洗庆华木里煤中含有较多的Na2O和K2O。因此在配煤中随着自洗庆华木里煤的配入量的不断增加，焦炭热强度会显著下降，因此应严格控制其配比。

不熔煤灰中的乌肥、大武口的灰锥也明显缩小。故这两种煤的煤灰中Na2O和K2O含量也较多，应控制好配比量。邯郸的酸性氧化物含量最高，自洗蒙古、乌焦、哈尔盖含有的酸性氧化物次于邯郸，蒙古煤酸性氧化物含量最低。

综上所述，西部焦化厂在降本增效过程中，不断加大蒙古、哈尔盖和自洗庆华木里煤等价格稍低煤的的使用量，但应综合考虑煤质。