焦炭光学组织的测定与分析
马学刚
济南钢铁集团总公司技术中心 山东济南250101
摘 要在分析了煤变质程度、煤岩相组成等对焦炭光学组织的影响以及焦炭光学组织与焦炭性质之间的关系的基础上,指出以粒状镶嵌组织为主的焦炭更符合高炉的要求。
关键词焦炭光学组织测定方法各向异性
中图分类号 TF526+. 1 文献标识码 B 文章编号 1004-4620(2003)02-0037-03
Measurement and Analysis of Coke Optical Texture
MA Xue-gang
(The Technical Center of Jinan Iron and Steel Group,Jinan 250101,China)Abstract On the basis of analyzing the influences of coal degenerativedegree and the coal petrographic constituents on coke optical texture andthe relation between the coke optical texture and its quality,points outthat the coke with grain enchasing texture is according with the needsof blast furnace.
Key words coke;optical texture;measurement method;anisotropy1前 言
焦炭的光学组织决定了焦炭的冶金性能。目前对焦炭冶金性能指标的测定仅限于宏观性能如M40、 M10等。因此对焦化生产中出现的异常现象只能从宏观上去寻找原因忽视了微观组织对性能的影响。试图通过对焦炭光学组织的测定与分析探讨焦炭光学组织对性能的影响。
2焦炭的光学组织及其测定方法
2. 1分类与命名
在偏反光显微镜下可观察到焦炭由气孔与气孔壁组成。焦炭本身是一种不均匀的物质具有多种结构形态它们的光学性质也不相同。具体的分类与命名见表1。
2.2测定原理
将由焦炭试样制成的光片置于偏反光显微镜下用白光入射在正交偏光下插入石膏检板用油浸物镜观察焦炭气孔壁的组织。根据等色区尺寸、形态、突起等特征进行鉴定。用数点法统计各光学组织的体积百分数。
2.3试样的采取和制备
2.3. 1试样的采取和粉碎 取样按GB 1997-89规定进行。将破碎到1 mm的试样混匀缩分出4050g粒度必须全部小于1.0mm(方孔筛) 弃去其中小于0.071 mm级细粒。但不应过分粉碎,要求小于0.071 mm级细粒不得多于总量的15%。取
0.0711.0mm级试样45g用于制片。
2.3.2光片的制备 光片的制备方法按原煤炭部推荐标准MT116. 1-86规定进行。粉焦光片直径不得小于22 mm其中胶结物所占体积应小于1/3。抛光后表面应光洁无明显麻点无擦痕和污物光学组织的界面应清晰、特征分明[1] 。
2.4测定方法
2.4. 1调节显微镜 将试样放置在带有胶泥的载片上压平后置于载物台上调整好焦距然后矫正物镜中心调节光源、孔径光圈和视域光圈使视域亮度适中光线均匀成像清晰调节起偏镜和检偏镜使之正交插入石膏检板(1λ ) 使视域呈现一级红的干涉色。
表1焦炭光学组织划分类别
类别 镜下特征
粗粒镶嵌各向异性单元尺寸 5.010.0μ m
纤维状
片状 各向异性单元尺寸长及宽均不小于10.0μ m
其它组织
2.4.2对粉焦光片的测定 确定移动步长保证400个以上有效测点均匀布满全片点距以0.30.5 mm、行距一般以0.50.8 mm为宜。从试样的一端开始鉴定十字丝交点下的物质属何种光学组织记入相应的计数键中随后按预定的步长沿固定方向移动一步若遇胶结物、气孔、裂隙、光学组织中的胞腔作为无效点不予统计。当一行测定结束时以预定的行距移动一行继续进行该行的测定直到测点布满全片为止。
3结果与讨论
3. 1影响焦炭光学组织的因素
影响焦炭光学组织的因素主要有煤的变质程度、岩相组成以及加工条件等。
3. 1. 1煤变质程度的影响 对焦炭光学组织影响最大的是煤变质程度。煤变质程度升高其焦炭中的各向同性结构逐渐减少各向异性结构逐渐增多微晶的大颗粒结构也逐渐增多(见图14) 。
图1各向同性组织(×500)
图2中粒镶嵌状组织(×500)
图3粗粒镶嵌状组织(×500)
图4完全纤维状组织(×500)
变质程度较低的烟煤(镜质组反射率Rmax小于0.80) 形成各向同性组织较多的焦炭。 随煤变质程度增加,焦炭中各向同性组织减少,粒状镶嵌组织增多。当煤的镜质组反射率达1.6时焦炭中的纤维组织最多,且片状组织也明显增多。气煤形成以各向同性结构为主的焦炭;肥焦煤形成的焦炭各向异性明显,其中以粒状镶嵌结构、纤维状结构较多。
3. 1.2煤岩相组成的影响 焦炭光学组织中的丝质与破片状主要由丝质组转化而来。煤中的丝碳基本上以原来的形状保存在焦炭中。丝碳化基质基本上转变为
破片状结构。稳定组由于大部分析出仅少量保存在焦炭中成焦后以原来的形状形成气孔。镜质组是形成焦炭光学组织的主要成分。它的性质对焦炭光学组织起着决定性的影响决定着焦炭光学组织的类型及各向同性与各向异性的比例。
3. 1.3加工条件的影响 热解温度升高焦炭光学组织中各向异性组织增加当达到3000℃时则完全转化为石墨型的晶体结构[2] 。
3. 1.4中间相历程的影响 煤中不同显微煤岩组分所经历的中间相历程不同形成了不同的焦炭光学组织。煤中的活性组分(镜质组与稳定组) 在350℃左右时分解为气相与一部分液相(为各向同性) 而惰性组分保持原来的形态。随着热分解与热缩合的进行从液相中形成一部分中间相(各向异性) 其余部分仍为各向同性的液相到500℃左右时形成半焦。中间相固化后形成各向异性结构。各向同性的液相部分及惰性组分构成了焦炭中的各向同性结构。这两种结构一起构成了焦炭物质。由此可见焦炭中的各向异性结构都经历过中间相过程焦炭中的各向同性结构由未形成中间相的液相及惰性物质所形成。焦炭中各向异性的比例主要取决于中间相的数量。各向异性的强弱则与中间相的片状稠环的聚合程度有关。中间相只能由活性组分形成。因此镜质组的性质在很大程度上决定着能否形成中间相、中间相的数量及小球体的聚合程度。煤镜质组的性质又取决于变质程度。
低变质程度煤芳构化程度低热解时易形成较多的小分子气体产物其层片的直径小杂原子多化学缩聚活性大易形成交连键而随机取向不易形成中间相。所以即使熔融也只能形成光学各向同性的焦炭。
高变质程度煤加热时不熔融不存在形成中间相的条件。高变质程度煤中的某些活性组分本身就含有一定尺寸、一定形状和在一定程度上呈三维排列的分子。这些分子在炭化时只要使其分子结构发生微妙的变化即可转化为光学各向异性焦炭这就是焦炭光学组织中的基础各向异性组织、较强各向异性结构的片状组织。
中等煤化度的烟煤其镜质组结构趋于二维有序排列交连键少。热解产物的化学活性适中液相的流动性和温度区间都较大有利于中间相的形成和发展、加热时软化熔融形成胶质体 固化后形成各种镶嵌结构和流动型结构。
3.2焦炭光学组织对焦炭性质的影响