高爐灰中未燃煤粉含量檢測方法研究

馬利科，董少南，賈麗春

（本鋼技術研究院，遼寧 本溪 117021）

在高爐煉鐵過程中，礦石、焦炭、熔劑中的微細粉塵會被高爐煤氣帶出爐外，再通過爐外的煤氣除塵凈化系統捕捉除去，其中含有大量以煤粉和焦炭形態存在的碳。隨著降低高爐冶煉成本的訴求愈發強烈，大噴煤技術已成為降低焦比的有效手段之一，但是隨著噴煤量的增加，未燃煤粉在高爐煤氣中的含量也越來越高［1-5］，不僅惡化高爐透氣性，而且降低焦比的效果變差，造成經濟上的不合理。因此，準確檢測高爐灰中未燃煤粉含量具有重要意義［6-8］。

傳統的高爐灰中未燃煤粉檢測方法是先采用鑲嵌制樣法，再利用顯微鏡進行簡單的面積對比分析，但在對鑲嵌樣表面拋光時，易造成小顆粒的煤粉被拋掉，導致檢測數據不準確，無法進行對比校正分析，最終只能通過大量礦相分析來保證檢驗結果的準確性。因此，找到一種準確、高效的高爐灰中未燃煤粉檢測方法非常必要。本文利用礦相分析和化學成分分析相結合的新型檢測方法，進行了高爐灰中未燃煤粉的檢測實驗探討。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

實驗儀器包括制樣用C50制樣研磨機，觀察礦相用Axioskop40蔡司礦相顯微鏡，制樣用的載玻片與蓋玻片，以及力克碳硫444分析儀。

1.2 實驗方法

首先，對高爐灰及煉鐵原料進行化學成分分析，為后續驗證做準備。其次，利用制樣機將高爐灰研磨至0.147 mm以下的均勻粉料，應用載玻片與蓋玻片制成光學式樣，形成5 mm×5 mm的檢驗區。該方法可有效避免傳統鑲嵌樣拋光過程中帶來的誤差，而且得到的組分粒徑分布均勻，各組分的體積比可近似面積比，進而計算得到各組分質量百分比。實驗假設高爐灰由燒結礦或其他含鐵料（S）、煤粉（M）、焦炭（J）和其他組分（Q）組成，即VS%+VM%+VJ%+VQ%=100%。最后，通過煉鐵原料化學成分對礦相分析進行驗證。

根據各組分密度（CS，CM，CJ，CQ）和體積比計算出各組分質量百分比（ZS：ZM：ZJ：ZQ），其中根據化學成分分析所得到的燒結礦含鐵量（STFe），高爐灰含鐵量（HTFe）、含碳量（HC），煤粉含碳量（MC）和焦炭含碳量（JC），進行碳、鐵平衡計算。

若碳、鐵都平衡，則測試準確，否則重新檢測。進而得到簡易的高爐灰中煤粉含量計算式：

2 檢測結果

在正交偏光鏡下燒結礦呈紅色，煤粉顏色發黑且較焦炭深；從微觀結構上看，燒結礦呈斑塊狀結構，焦炭中含有規則微孔，而煤粉中幾乎沒有。正交偏光鏡下高爐灰中燒結礦、煤粉、焦炭視圖見圖1。

對煉鐵原料進行化學成分分析得出，煤粉中含碳量為80.5%，焦炭中含碳量為81.5%，燒結礦中含鐵量為55.5%。高爐灰中各組分密度為：煤粉［9］0.6～0.7 kg/m3， 焦 炭［10］0.45～0.55 kg/m3， 燒 結 礦［10］1.5～1.6 kg/m3，其他組分1.1～1.3 kg/m3。取4種高爐灰樣進行測定，用測得的面積比代替體積比進行質量比檢測，結果見表1。

圖1 正交偏光鏡下高爐灰中燒結礦、煤粉、焦炭視圖Fig.1 Schematic Diagram of Sintering,Pulverized Coal and Coke under Orthogonal Polarizer

表1 高爐灰礦相分析檢測結果Table 1 Test Results of BF Ash Mineral Phase Analysis %

3 分析討論

用鐵碳平衡進行校正計算，礦相分析和化學成分分析結果見表2。

表2 高爐灰礦相分析和化學成分分析結果Table 2 Results of BF Ash Mineral Phase and Chemical Composition Analysis %

統計學規定4次檢測允許標準差值為＜1.08；8次檢測允許標準偏差值為＜1.03。由表1、表2可知，礦相分析所得各物相組成與燒結礦、焦炭、煤粉成分分析得到的含碳量、鐵量相近，標準偏差小于統計學規定，說明新型檢測方法適合用于快速檢測高爐灰中未燃煤粉含量。

4 結論

（1）利用礦相分析和化學成分分析相結合的新檢測方法能方便快捷地檢測出高爐灰中未燃煤粉存在的量。

（2）對高爐灰進行整粒處理，制備0.147 mm以下的粉料，為用面積比代替體積比提供準確檢測條件。

（3）選擇載玻片制樣可有效避免鑲嵌樣拋光時造成的誤差，而且制樣效率更高、成本更低。