高炉灰中未燃煤粉含量检测方法研究

马利科，董少南，贾丽春

（本钢技术研究院，辽宁 本溪 117021）

在高炉炼铁过程中，矿石、焦炭、熔剂中的微细粉尘会被高炉煤气带出炉外，再通过炉外的煤气除尘净化系统捕捉除去，其中含有大量以煤粉和焦炭形态存在的碳。随着降低高炉冶炼成本的诉求愈发强烈，大喷煤技术已成为降低焦比的有效手段之一，但是随着喷煤量的增加，未燃煤粉在高炉煤气中的含量也越来越高［1-5］，不仅恶化高炉透气性，而且降低焦比的效果变差，造成经济上的不合理。因此，准确检测高炉灰中未燃煤粉含量具有重要意义［6-8］。

传统的高炉灰中未燃煤粉检测方法是先采用镶嵌制样法，再利用显微镜进行简单的面积对比分析，但在对镶嵌样表面抛光时，易造成小颗粒的煤粉被抛掉，导致检测数据不准确，无法进行对比校正分析，最终只能通过大量矿相分析来保证检验结果的准确性。因此，找到一种准确、高效的高炉灰中未燃煤粉检测方法非常必要。本文利用矿相分析和化学成分分析相结合的新型检测方法，进行了高炉灰中未燃煤粉的检测实验探讨。

1 实验部分

1.1 实验仪器

实验仪器包括制样用C50制样研磨机，观察矿相用Axioskop40蔡司矿相显微镜，制样用的载玻片与盖玻片，以及力克碳硫444分析仪。

1.2 实验方法

首先，对高炉灰及炼铁原料进行化学成分分析，为后续验证做准备。其次，利用制样机将高炉灰研磨至0.147 mm以下的均匀粉料，应用载玻片与盖玻片制成光学式样，形成5 mm×5 mm的检验区。该方法可有效避免传统镶嵌样抛光过程中带来的误差，而且得到的组分粒径分布均匀，各组分的体积比可近似面积比，进而计算得到各组分质量百分比。实验假设高炉灰由烧结矿或其他含铁料（S）、煤粉（M）、焦炭（J）和其他组分（Q）组成，即VS%+VM%+VJ%+VQ%=100%。最后，通过炼铁原料化学成分对矿相分析进行验证。

根据各组分密度（CS，CM，CJ，CQ）和体积比计算出各组分质量百分比（ZS：ZM：ZJ：ZQ），其中根据化学成分分析所得到的烧结矿含铁量（STFe），高炉灰含铁量（HTFe）、含碳量（HC），煤粉含碳量（MC）和焦炭含碳量（JC），进行碳、铁平衡计算。

若碳、铁都平衡，则测试准确，否则重新检测。进而得到简易的高炉灰中煤粉含量计算式：

2 检测结果

在正交偏光镜下烧结矿呈红色，煤粉颜色发黑且较焦炭深；从微观结构上看，烧结矿呈斑块状结构，焦炭中含有规则微孔，而煤粉中几乎没有。正交偏光镜下高炉灰中烧结矿、煤粉、焦炭视图见图1。

对炼铁原料进行化学成分分析得出，煤粉中含碳量为80.5%，焦炭中含碳量为81.5%，烧结矿中含铁量为55.5%。高炉灰中各组分密度为：煤粉［9］0.6～0.7 kg/m3， 焦 炭［10］0.45～0.55 kg/m3， 烧 结 矿［10］1.5～1.6 kg/m3，其他组分1.1～1.3 kg/m3。取4种高炉灰样进行测定，用测得的面积比代替体积比进行质量比检测，结果见表1。

图1 正交偏光镜下高炉灰中烧结矿、煤粉、焦炭视图Fig.1 Schematic Diagram of Sintering,Pulverized Coal and Coke under Orthogonal Polarizer

表1 高炉灰矿相分析检测结果Table 1 Test Results of BF Ash Mineral Phase Analysis %

3 分析讨论

用铁碳平衡进行校正计算，矿相分析和化学成分分析结果见表2。

表2 高炉灰矿相分析和化学成分分析结果Table 2 Results of BF Ash Mineral Phase and Chemical Composition Analysis %

统计学规定4次检测允许标准差值为＜1.08；8次检测允许标准偏差值为＜1.03。由表1、表2可知，矿相分析所得各物相组成与烧结矿、焦炭、煤粉成分分析得到的含碳量、铁量相近，标准偏差小于统计学规定，说明新型检测方法适合用于快速检测高炉灰中未燃煤粉含量。

4 结论

（1）利用矿相分析和化学成分分析相结合的新检测方法能方便快捷地检测出高炉灰中未燃煤粉存在的量。

（2）对高炉灰进行整粒处理，制备0.147 mm以下的粉料，为用面积比代替体积比提供准确检测条件。

（3）选择载玻片制样可有效避免镶嵌样抛光时造成的误差，而且制样效率更高、成本更低。