煤粉

煤粉是指粒度小于0.5毫米的煤[1],是铸铁型砂中最常采用的附加物。近年来国外将煤粉类物质与粘土配成一种商品(碳粘土)供应市场。[2]
铸铁用湿型砂中加入煤粉,可以防止铸件表面粘砂缺陷,改善铸件的表面光洁度,并能减少夹砂缺陷,改善型砂的溃散功能,对于湿型球铁件,还能有效的防止产生皮下气孔,可用圆形涡流燃烧器,空气不用预热。[3]
中文名
煤粉
外文名
Coal fines
特    点
密度较小
作    用
防止铸件表面粘砂缺陷和皮下气孔
物理性状
粒度小于0.5毫米
应    用
铸铁型砂中最常用的附加物
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煤粉煤粉的性质及相关

煤粉物理特性

煤粉的主要物理特性有以下几方面:
(1)颗粒特性煤粉是由尺寸不同、形状不规则的颗粉所组成,一般煤粉颗粒直径范围为0-1000μm,大多20-50μm的颗粒;
(2)煤粉的密度煤粉密度较小,新磨制的煤粉堆积密度过约为(0.45-0.5)t/m3,贮存一定时间后堆积密度为(0.8-0.9)t/m3;
(3) 煤粉具有流动性煤粉颗粒很细,单位质量的煤粉具有较大的表面积,表面可吸附大量空气,从而使其具有流动性。这一特性,使煤粉便于气力输送,缺点是易形成煤粉自流,设备不严密时容易漏粉。[4][5]

煤粉均匀指数

细度值:煤粉细度值的大小,只说明煤粉中大于及小于x值的颗粒各多少,但并不能知道煤粉颗粒组成情况,即不知道其尺寸的均匀性如何。
均匀程度:表征煤粉颗粒均匀程度的指标,称均匀性指数,也称煤粉颗粒特性系数,用N表示。将煤粉分别用两个不同筛号筛子筛分后。N值一般在0.8-1.3之间,N值越大,表明煤粉的均匀性越好。N值大小与磨煤机型式,粗粉离器型式等的关,比如,中速磨煤机比钢球筒式磨煤机磨的煤粉均匀性要好,即其N值比较大。
理化特性:颗粒特性煤粉是由尺寸不同、形状不规则的颗粉所组成,一般煤粉颗粒直径范围为0-1000μm,大多20-50μm的颗粒;煤粉为可燃物质,乙类火灾危险品,粉尘具爆燃性,着火点在300℃~500℃之间,爆炸下限浓度34 g/m3~47g/m3(粉尘平均粒径:5μm~10μm)。高温表面堆积粉尘(5mm厚)的引燃温度:225℃~285℃,云状粉尘的引燃温度580℃~610℃。[5]

煤粉理化指标

挥发份:
煤粉在限定条件下隔绝空气加热后,挥发性有机物质的产率称为挥发份,主要是由水份、碳氢的氧化物和碳氢化合物组成,但是煤粉中的物理吸附水和二氧化碳不属挥发份之列。煤粉挥发份的高低是衡量煤粉质量好坏的主要指标之一,质量好的煤粉,挥发份含量较高,浇注铸件时,在型腔内易形成还原性气体,析出大量光亮碳,可以得到表面光洁的铸件,但挥发份并非越高越好,挥发份含量超过40%,易。导致型砂发气量增大,铸件易产生气孔,浇不足等缺陷,挥发份含量一般应控制在32-38%。煤粉在规定条件下完全燃烧后的残留物,是煤矿物质在一定条件下经一系列分解,化合等复杂反应而形成的,是煤矿中矿物质的衍生物。[3]
灰分:
含量的高低,直接反映出煤粉中残留矸石含量的多少,如果煤粉灰分含量超过15%,导致煤粉补加量增大,长期使用,就会影响型砂的各项性能指标,一般应控制在10%以下或更低。[3]
水份:
包括化合水和游离水,游离水在常压下105度-110度的温度下,经过短时间干燥即可全部蒸发,而化合水通常在200度-500度才能析出,因此在测定煤粉水份时,我们只是测定出游离水煤粉中的水份也是煤的杂质,在高炉喷吹煤粉中对水份要求比较严格,而在铸造行业中煤粉中带入的水份比例远远不及混砂时加入的水份,因此一般控制不太严格,应控制在6%以下,企业在选用煤粉时,不应该把水份指标作为衡量煤粉好坏的质量指标。[3]
硫份:
通常分为有机硫和无机硫两大类,煤粉中的硫主要以硫酸盐硫,硫化铁硫和有机硫三种形态存在。硫在煤粉中是一种极为有害的物质,控制的越低越好,硫份超过1.5%的煤粉,浇注时易生产大量的SO2和SO3物质,危害人体健康,显著阻碍铸件石墨化,易使铸件形成白口倾向,因此一般应控制在1.0%以下或更低。[3]
焦渣特征:
测定挥发份后坩埚中的残留物,焦渣特征共分为8级,它反映煤粉在加热干榴过程中软化,熔融形成胶质体,胶质体的体积膨胀可部分堵塞砂型表面砂粒间的空隙,使铁液不易渗入。但是,高结渣的煤粉容易以焦炭形势与死粘土一起烧结在砂粒表面,形成多孔性薄壳,影响型砂其他性能。因此实际生产中各单位应根据自己的实际情况和使用效果,手工造型应控制在4-5级,高压造型应控制在2-3级。[3]
光亮碳:
煤粉在受热时产生的碳氢挥发物在400度以上的高温下裂解而在金属和煤粉截面上析出一层带有光泽的碳称为光亮碳,其结构与石墨相似。近年许多铸造专家深入队煤粉的研究,以及对煤粉重视,对光亮碳这个引起了高度重视。光亮碳的析出量与材料与材料本身的挥发份有关,煤粉的光亮碳析出量一般应控制在8-13%,一般企业光亮碳含量控制在4-5%左右,就可获得满意的铸件。[4][3]

煤粉煤粉的制备

煤粉的制备是指通过磨煤机将原煤加工成粒度及水分含量均符合高炉喷煤要求的煤粉的工艺过程。高炉喷吹系统对煤粉的要求是:粒径小于74μm的占80%以上,水分不大于1%。根据磨煤设备可分为球磨机制粉工艺和中速磨制粉工艺两种。

煤粉球磨机制粉

图7-2a所示为20世纪80年代广为采用的球磨机制粉工艺流程。原煤仓1
球磨机制粉流程
中的原煤由给煤机2送入球磨机9内进行研磨。干燥气经切断阀14和调节阀15送入球磨机,干燥气温度通过冷风调节阀13调节混入的冷风量来实现,干燥气的用量通过调节阀15进行调节。
干燥气和煤粉混合物中的木屑及其他大块杂物被木屑分离器10捕捉后由人工清理。煤粉随干燥气垂直上升,经粗粉分离器11分离,分离后不合格的粗粉返回球磨机再次碾磨,合格的细粉再经一级旋风分离器4和二级旋风分离器5进行气粉分离,分离出来的煤粉经锁气器12落人煤粉仓8中,尾气经袋式收粉器6过滤后由二次风机排人大气。
一次风机出口至球磨机人口之间的连接管称为返风管。设置此管的目的是利用干燥气余热提高球磨机人口温度和在风速不变的情况下减轻袋式收粉器的负荷,但生产实践证明此目的并没有达到。
此流程要求一次风机前常压运行,一次风机后负压运行,在实际生产中很难控制,因此,在20世纪90年代初很多厂家对上述工艺流程进行了改造,改造后的工艺流程如图7-2b所示。改造的主要内容有:
(1)取消一次风机,使整个系统负压运行;
(2)取消返风管,减少煤粉爆炸点;
(3)取消二级旋风分离器或完全取消旋风分离器。改造后大大简化了工艺流程,减小了系统阻力损失,减少了设备故障点。[6]

煤粉中速磨制粉

目前新建高炉普遍采用中速磨制粉工艺,其工艺流程如图7-3所示。原
中速磨制粉工艺流程
煤仓中的原煤经给煤机送入中速磨中进行碾磨,干燥气用于干燥中速磨内的原煤,冷风用于调节干燥气的温度。中速磨煤机本身带有粗粉分离器,从中速磨出来的气粉混合物直接进入袋式收粉器,被捕捉的煤粉落人煤粉仓,尾气经排粉风机排人大气。中速磨不能磨碎的粗硬煤粒从主机下部的清渣孔排出。
按磨制的煤种可分为烟煤制粉工艺、无烟煤制粉工艺和烟煤与无烟煤混合制粉工艺,三种工艺流程基本相同。基于防爆要求,烟煤制粉工艺和烟煤与无烟煤混合制粉工艺增加以下几个系统:
(1)氮气系统:用于惰化系统气氛。
(2)热风炉烟道废气引入系统:将热风炉烟道废气作为干燥气,以降低气氛中含氧量。
(3)系统内O2、CO含量的监测系统:当系统内O2含量及CO含量超过某一范围时报警并采取相应措施。烟煤和无烟煤混合制粉工艺增加配煤设施,以调节烟煤和无烟煤的混合比例。[6]

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