D0I:10.13374/j.issnl00I63.2006.08.018 第28卷第8期 北京科技大学学报 Vol.28 No.8 2006年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2006 高炉喷吹贫瘦煤最低着火温度 张俊燕宋存义王丽颖金岩辉 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要从工业安全角度出发，对实验煤样进行了元素分析和工业分析，在高德伯儿格一格瑞瓦尔 德炉中对潞安常村、漳村贫瘦煤的最低着火温度进行了比较全面、系统的实验研究，探讨了煤粉质 量浓度、喷吹压力以及粒度对最低着火点的影响·结果表明，最低着火温度随煤粉质量浓度的减小 而升高，随喷吹压力和煤粉粒度的增大而升高·对实验数据进行线性回归分析，得出影响因素与最 低着火温度的函数关系，从而为贫瘦煤工业应用的安全性提供了一定的参考依据· 关键词高炉喷吹：贫瘦煤：最低着火温度(TIM):爆炸性能：数学模型 分类号TF538.6 当前炼铁系统工艺结构优化的核心是大量喷 行研究，针对这一领域的空白对其爆炸特性参数 煤，高炉喷吹可节约焦炭用量，减少焦炉投资和 中的煤粉粉尘云最低着火温度进行了实验测定， 焦化污染，增加高炉铁产量，近几年，国内高炉喷 煤粉的最低着火温度不仅与物化性能如种类、粒 吹技术得到了大力发展，喷吹用煤量呈逐年递升 度有关，还与测试条件如喷吹压力、煤粉质量浓 之势山.由于无烟煤资源有限，不能满足高炉喷 度、氧气质量浓度以及环境温湿度等有关，此次 煤发展的需要，根据贫煤、贫瘦煤挥发分比无烟煤 实验选取粒度、喷吹压力和煤粉质量浓度三种主 略高，燃烧性和反应性好等特点，积极利用不粘 要的影响因素为研究对象， 煤、贫煤、贫瘦煤等煤种开发高炉喷吹煤具有广泛 的应用前景， 1实验装置及煤样 贫瘦煤挥发分较无烟煤高，安全性能比无烟 1.1实验装置 煤差，因此安全问题更为重要，现在我国各钢铁 本次研究粉尘云的最低着火温度采用的是国 企业高炉喷吹煤粉系统一般按喷吹无烟煤种设 际上比较成熟、通用的标准测试装置一高德伯 计，当改喷贫瘦煤时，如何解决喷吹时的安全问题 儿格格瑞瓦尔德炉（简称高一格炉），测试系统见 将是整个喷吹系统的关键[).在高炉喷煤的过程 图1，高一格炉采用内壁光滑、下口敞开的高强耐 中，可燃性煤粉弥散在空气中，如果遇到点火源使 热石英玻璃管，内径为36.5mm,长216.0mm,炉 粉尘的温度达到该粉尘的点火温度，就有可能着 管容积为226mL,炉管上端、储粉室、空气压缩机 火燃烧或发生爆炸，因此测定煤粉粉尘云最低着 通过橡胶管相连。炉管中插有电热偶，它与温控 火温度，对预防粉尘爆炸和进行防爆设备的设计 仪相连，温控仪可以直接显示测试温度， 都是必要的， 我国大多数冶金企业过去采用无烟煤作为高 炉喷吹煤，“八五”期间烟煤喷吹技术在鞍钢获得 成功后，现在全国大多数冶金企业己转向喷吹烟 煤或烟煤与无烟煤混合煤，因此对煤粉最低着火 温度的研究也仅限于无烟煤和高挥发性烟煤，本 次实验着重对介于无烟煤与烟煤之间的贫瘦煤进 收稿日期：2005-07-19修回日期：2006-04-29 基金项目：国家技术创新项目(No-D2C07-0一17)和北京市教 图1紧低着火温度测试系统图 育委员会共建项目建设计划资助(No·xk100080432) Fig.1 Testing system of TIM 作者简介：张俊燕(1972一)，女，讲师，博士
高炉喷吹贫瘦煤最低着火温度 张俊燕 宋存义 王丽颖 金岩辉 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 摘 要 从工业安全角度出发对实验煤样进行了元素分析和工业分析在高德伯儿格－格瑞瓦尔 德炉中对潞安常村、漳村贫瘦煤的最低着火温度进行了比较全面、系统的实验研究探讨了煤粉质 量浓度、喷吹压力以及粒度对最低着火点的影响．结果表明最低着火温度随煤粉质量浓度的减小 而升高随喷吹压力和煤粉粒度的增大而升高．对实验数据进行线性回归分析得出影响因素与最 低着火温度的函数关系从而为贫瘦煤工业应用的安全性提供了一定的参考依据． 关键词 高炉喷吹；贫瘦煤；最低着火温度（TIM）；爆炸性能；数学模型 分类号 TF538∙6 收稿日期：20050719 修回日期：20060429 基金项目：国家技术创新项目（No．D2CJ－07－01－17）和北京市教 育委员会共建项目建设计划资助（No．xk100080432） 作者简介：张俊燕（1972－）女讲师博士 当前炼铁系统工艺结构优化的核心是大量喷 煤．高炉喷吹可节约焦炭用量减少焦炉投资和 焦化污染增加高炉铁产量．近几年国内高炉喷 吹技术得到了大力发展喷吹用煤量呈逐年递升 之势［1］．由于无烟煤资源有限不能满足高炉喷 煤发展的需要根据贫煤、贫瘦煤挥发分比无烟煤 略高燃烧性和反应性好等特点积极利用不粘 煤、贫煤、贫瘦煤等煤种开发高炉喷吹煤具有广泛 的应用前景． 贫瘦煤挥发分较无烟煤高安全性能比无烟 煤差因此安全问题更为重要．现在我国各钢铁 企业高炉喷吹煤粉系统一般按喷吹无烟煤种设 计当改喷贫瘦煤时如何解决喷吹时的安全问题 将是整个喷吹系统的关键［2］．在高炉喷煤的过程 中可燃性煤粉弥散在空气中如果遇到点火源使 粉尘的温度达到该粉尘的点火温度就有可能着 火燃烧或发生爆炸因此测定煤粉粉尘云最低着 火温度对预防粉尘爆炸和进行防爆设备的设计 都是必要的． 我国大多数冶金企业过去采用无烟煤作为高 炉喷吹煤“八五”期间烟煤喷吹技术在鞍钢获得 成功后现在全国大多数冶金企业已转向喷吹烟 煤或烟煤与无烟煤混合煤因此对煤粉最低着火 温度的研究也仅限于无烟煤和高挥发性烟煤．本 次实验着重对介于无烟煤与烟煤之间的贫瘦煤进 行研究针对这一领域的空白对其爆炸特性参数 中的煤粉粉尘云最低着火温度进行了实验测定． 煤粉的最低着火温度不仅与物化性能如种类、粒 度有关还与测试条件如喷吹压力、煤粉质量浓 度、氧气质量浓度以及环境温湿度等有关．此次 实验选取粒度、喷吹压力和煤粉质量浓度三种主 要的影响因素为研究对象． 1 实验装置及煤样 1∙1 实验装置 本次研究粉尘云的最低着火温度采用的是国 际上比较成熟、通用的标准测试装置———高德伯 儿格－格瑞瓦尔德炉（简称高－格炉）测试系统见 图1．高－格炉采用内壁光滑、下口敞开的高强耐 热石英玻璃管内径为36∙5mm长216∙0mm炉 管容积为226mL．炉管上端、储粉室、空气压缩机 通过橡胶管相连．炉管中插有电热偶它与温控 仪相连温控仪可以直接显示测试温度． 图1 紧低着火温度测试系统图 Fig．1 Testing system of TIM 第28卷 第8期 2006年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．28No．8 Aug．2006 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2006．08．018
.786 北京科技大学学报 2006年第8期 经过安装、调试和对比实验，表明本装置测出 将粉尘吹入炉内，如果粉尘在炉内燃烧，则从炉子 的数据是可靠的，装置性能指标：温控仪的恒温 的下端敞口处可观察到火焰和亮光，粉尘的最低 范围为0~1000℃；温度测量分辨率为0.1℃：控 着火温度可由使通过炉管中的粉尘刚刚不着火时 制精度为士1℃；空气压缩机所提供的压力范围 的炉管的内壁面的最低温度来表示， 为00.7MPa. 1.2煤样分析 高一格炉的测试原理是：将一定量的待测粉 本文所用两种煤样采集于潞安矿区漳村贫瘦 尘装入贮粉室，开启空气压缩机的两通阀，使贮气 煤和常村贫瘦煤，其元素分析及工业分析见表1 室充气至所需喷粉压力时，关闭阀门；当炉温升至 所示 并恒定在设定的温度时，开启电磁阀，使高压气体 表1贫瘦煤煤质特性分析 Table 1 Characteristic of meager-lean coal 工业分析（质量分数）/% 元素分析（质量分数）/% 低位发热量， Sal 煤种 % Qet. 水分，Md灰分，Aa 挥发分，V固定碳，FCD Cad Ha Na Oas (MJkg1) 漳村 1.05 9.62 15.01 76.82 0.30 93.73 3.82 1.48 0.64 28.23 常村 0.45 9.13 12.72 79.31 0.29 91.51 4.16 1.36 2.65 29.44 2实验结果 比粒度小的粉尘(200目以下)更加明显.在质量 浓度从88.5mgL-1变化到442.5mgL-1时， 2.1煤粉质量浓度对最低着火温度的影响 100~200目的常村贫瘦煤的最低着火温度为 两种煤样在80℃下烘干2h,取100~200目 480~340℃，200目筛下的常村贫瘦煤最低着火 之间和200目筛下的煤粉在喷气压力为0.5MPa 温度为380~310℃. 的条件下进行实验，由实验结果绘制煤粉质量浓 480r 度对最低着火温度的趋势图，如图2和图3所示， 440 ·一100-200自 500 ★200目以下 480 400 460 100-200目 +200目以下 440 360 4204 400 320 380 360 44.25132.75221.25309.75398.25486.75 煤粉质量浓度(mgL-) 340 320 39825132752125309.75,398.25486.75 图3煤粉质量浓度对漳村贫瘦煤最低着火温度的影响 煤粉质量浓度(mgL) Fig.3 Effect of dust concentration on the minimum ignition temperature of Zhangcun meager-lean coal 图2煤粉质量浓度对常村贫瘦煤最低着火温度的影响 由图3可以看出：漳村贫瘦煤最低着火温度 Fig-2 Effect of dust concentration on the minimum ignition 随煤粉质量浓度的增大是逐渐下降的，但是88.5 temperature of Changcun meager-lean coal mgL到132.75mgL1的下降趋势最明显， 煤粉的着火过程直接关系到高炉喷煤的操作 221.25mgL-1到442.5mgL-1之间温度随质量 安全和喷吹效果，从安全的角度看，煤粉的最低 浓度的变化趋于平缓.质量浓度从88.5mgL1 着火点是煤粉爆炸的重要引爆参数，Tmi越高，对 变化到442.48mgL-1时，100~200目的漳村贫 安全操作越有利，另一方面，从喷吹效果看，Tmin 瘦煤最低着火温度为460~340℃，200目筛下的 越低，煤粉燃烧效果应该越好 漳村贫瘦煤最低着火温度为370~300℃. 由图2可见：常村贫瘦煤最低着火温度随粉 2.2喷吹压力对最低着火温度的影响 尘粒度减小下降，另外，随着煤粉质量浓度增大， 实验条件：炉管为226mL;煤粉质量浓度为 着火温度降低，但是降低幅度是逐渐减小的，粒度 221.25mgL-(即测试煤粉质量50mg).由实验 大的粉尘(100~200目)，温度随质量浓度的变化 结果绘制喷粉压力对最低着火温度的趋势图，如
经过安装、调试和对比实验表明本装置测出 的数据是可靠的．装置性能指标：温控仪的恒温 范围为0～1000℃；温度测量分辨率为0∙1℃；控 制精度为±1℃；空气压缩机所提供的压力范围 为0～0∙7MPa． 高－格炉的测试原理是：将一定量的待测粉 尘装入贮粉室开启空气压缩机的两通阀使贮气 室充气至所需喷粉压力时关闭阀门；当炉温升至 并恒定在设定的温度时开启电磁阀使高压气体 将粉尘吹入炉内如果粉尘在炉内燃烧则从炉子 的下端敞口处可观察到火焰和亮光．粉尘的最低 着火温度可由使通过炉管中的粉尘刚刚不着火时 的炉管的内壁面的最低温度［3］来表示． 1∙2 煤样分析 本文所用两种煤样采集于潞安矿区漳村贫瘦 煤和常村贫瘦煤其元素分析及工业分析见表1 所示． 表1 贫瘦煤煤质特性分析 Table1 Characteristic of meager-lean coal 煤种 工业分析（质量分数）／％ 水分Mad 灰分Ad 挥发分Vdaf 固定碳FCD Std／ ％ 元素分析（质量分数）／％ Cdaf Hdaf Ndaf Odaf 低位发热量 Qnetar／ （MJ·kg －1） 漳村 1∙05 9∙62 15∙01 76∙82 0∙30 93∙73 3∙82 1∙48 0∙64 28∙23 常村 0∙45 9∙13 12∙72 79∙31 0∙29 91∙51 4∙16 1∙36 2∙65 29∙44 2 实验结果 2∙1 煤粉质量浓度对最低着火温度的影响 两种煤样在80℃下烘干2h取100～200目 之间和200目筛下的煤粉在喷气压力为0∙5MPa 的条件下进行实验．由实验结果绘制煤粉质量浓 度对最低着火温度的趋势图如图2和图3所示． 图2 煤粉质量浓度对常村贫瘦煤最低着火温度的影响 Fig．2 Effect of dust concentration on the minimum ignition temperature of Changcun meager-lean coal 煤粉的着火过程直接关系到高炉喷煤的操作 安全和喷吹效果．从安全的角度看煤粉的最低 着火点是煤粉爆炸的重要引爆参数T min越高对 安全操作越有利另一方面从喷吹效果看T min 越低煤粉燃烧效果应该越好． 由图2可见：常村贫瘦煤最低着火温度随粉 尘粒度减小下降．另外随着煤粉质量浓度增大 着火温度降低但是降低幅度是逐渐减小的粒度 大的粉尘（100～200目）温度随质量浓度的变化 比粒度小的粉尘（200目以下）更加明显．在质量 浓度从 88∙5mg·L －1变化到442∙5mg·L －1时 100～200目的常村贫瘦煤的最低着火温度为 480～340℃200目筛下的常村贫瘦煤最低着火 温度为380～310℃． 图3 煤粉质量浓度对漳村贫瘦煤最低着火温度的影响 Fig．3 Effect of dust concentration on the minimum ignition temperature of Zhangcun meager-lean coal 由图3可以看出：漳村贫瘦煤最低着火温度 随煤粉质量浓度的增大是逐渐下降的但是88∙5 mg·L －1到132∙75mg·L －1的下降趋势最明显 221∙25mg·L －1到442∙5mg·L －1之间温度随质量 浓度的变化趋于平缓．质量浓度从88∙5mg·L －1 变化到442∙48mg·L －1时100～200目的漳村贫 瘦煤最低着火温度为460～340℃200目筛下的 漳村贫瘦煤最低着火温度为370～300℃． 2∙2 喷吹压力对最低着火温度的影响 实验条件：炉管为226mL；煤粉质量浓度为 221∙25mg·L －1（即测试煤粉质量50mg）．由实验 结果绘制喷粉压力对最低着火温度的趋势图如 ·786· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第8期
Vol.28 No.8 张俊燕等：高炉喷吹贫瘦煤最低着火温度 .787. 图4和图5所示 个系统点火就能成功.当粉尘质量浓度小，单位 由图4可以看出：常村贫瘦煤最低着火温度 体积煤尘颗粒少的情况下，反应放的热就很难使 随喷粉压力的增大略有升高，粒度较大的煤粉着 火焰自行传播下去，因此就需要提供更大的初始 火温度仍然比粒度较小的煤粉高，在压力从0.2 能量，当质量浓度增大到某一值后，颗粒的辐射 变化到0.6MPa时，100~200目的常村贫瘦煤最 影响较小或几乎不影响，即辐射的影响达到饱和， 低着火温度为360~430℃，200目筛下的常村贫 所以质量浓度再增大，最低着火温度变化也不会 瘦煤最低着火温度为300~340℃， 很大 480r (2)粉尘粒度对最低着火温度的影响.粉尘 450 。100-200目 粒度是粉尘爆炸中一个很重要的参数时]，粉尘的 +200目以下 420 表面积比同质量的整块固体的表面积可大好几个 数量级.表面积的增加，意味着材料与空气的接 360 触面积增大，这就加速了固体与氧的反应，增加了 330 粉尘的化学活性，使粉尘点火后燃烧更快，根据 300 可燃性粉尘的燃烧机理[，由于其反应是在粒子 270 0.200250.300.350.400.450.500.550.60 的表面进行的，所以当粒子的比表面积增大时（即 喷粉压力MPa 粉尘粒径减小)，反应热的生成速度超过热损失速 图4喷吹压力对常村贫瘦煤最低着火温度的影响 度而聚集起来，粉尘容易着火，因而最低着火温度 Fig.4 Effect of spray-air pressure on TIM of Changcun mea- 也就下降 ger-lean coal (3)喷吹压力对最低着火温度的影响.喷吹 由图5可以看出：漳村贫瘦煤最低着火温度 压力影响煤尘云最低着火温度的原因为叮：第 随喷粉压力的增大而升高，当压力从0.2变化到 一，喷粉压力增大，会带进更多的氧气；第二，喷粉 0.6MPa时，100~200目的漳村贫瘦煤最低着火 压力增大，会加速粒子的沉降速度，还会带进更多 温度为340~380℃，200目筛下的漳村贫瘦煤最 的冷空气，由于高格炉的炉管长度固定，压缩空 低着火温度为300~320℃. 气将煤尘喷入炉管时，如果喷粉压力增大而加速 420r 了粒子的沉降速度，那么反应时间就相应缩短了， 400 。100-200目 煤粉不易发生反应.这时要使煤粉燃烧，就必须 +200目以下 ￡380 提供较高的炉壁温度.两方面的因素是共同作用 型 的，对实验中的两种煤尘来讲，最低着火温度受第 340 二条因素影响显著，最低着火温度随喷粉压力增 320 大而升高， 300 3.2实验结果的多元线性回归分析 2800.200.250300.350.400.450.500.550.60 多元线性回归的数学模型可写成矩阵的形 喷粉压力MPa 式： 图5喷吹压力对漳村贫瘦煤最低着火温度的影响 y=XB+8. Fig.5 Effect of spray-air pressure on TIM of Zhangcum mea 其中阝为系数矩阵，ε为常数矩阵，采用最小二乘 ger-lean coal 法，设b0b1,…,bk分别是参数3，月，…，月的 最小二乘估计，则回归方程为： 3 实验结果分析 =b0十b1x1十…+bkxk 3.1原理分析 由于 (1)煤粉质量浓度对最低着火温度的影响. L=XTX,L=XTy, 煤尘质量浓度影响煤尘云最低着火温度的原因 有： 为：靠近热表面的煤尘云粒子，首先通过热传 X11一X1x12一X2 导和热辐射，从外界获得热量，使表面温度急剧升 X1kxk 高，化学反应加剧，放出更多的热量，并且把热量 X21-x1X22一X2 X2一Xk 辐射给其他的颗粒，使更多的粒子发生化学反应， 如果最初的粒子点火后能使火焰自行传播，则整 X1X1X2一X2
图4和图5所示． 由图4可以看出：常村贫瘦煤最低着火温度 随喷粉压力的增大略有升高．粒度较大的煤粉着 火温度仍然比粒度较小的煤粉高．在压力从0∙2 变化到0∙6MPa 时100～200目的常村贫瘦煤最 低着火温度为360～430℃200目筛下的常村贫 瘦煤最低着火温度为300～340℃． 图4 喷吹压力对常村贫瘦煤最低着火温度的影响 Fig．4 Effect of spray-air pressure on TIM of Changcun meager-lean coal 由图5可以看出：漳村贫瘦煤最低着火温度 随喷粉压力的增大而升高．当压力从0∙2变化到 0∙6MPa 时100～200目的漳村贫瘦煤最低着火 温度为340～380℃200目筛下的漳村贫瘦煤最 低着火温度为300～320℃． 图5 喷吹压力对漳村贫瘦煤最低着火温度的影响 Fig．5 Effect of spray-air pressure on TIM of Zhangcum meager-lean coal 3 实验结果分析 3∙1 原理分析 （1） 煤粉质量浓度对最低着火温度的影响． 煤尘质量浓度影响煤尘云最低着火温度的原因 为［4］：靠近热表面的煤尘云粒子首先通过热传 导和热辐射从外界获得热量使表面温度急剧升 高化学反应加剧放出更多的热量并且把热量 辐射给其他的颗粒使更多的粒子发生化学反应． 如果最初的粒子点火后能使火焰自行传播则整 个系统点火就能成功．当粉尘质量浓度小单位 体积煤尘颗粒少的情况下反应放的热就很难使 火焰自行传播下去因此就需要提供更大的初始 能量．当质量浓度增大到某一值后颗粒的辐射 影响较小或几乎不影响即辐射的影响达到饱和 所以质量浓度再增大最低着火温度变化也不会 很大． （2） 粉尘粒度对最低着火温度的影响．粉尘 粒度是粉尘爆炸中一个很重要的参数［5］．粉尘的 表面积比同质量的整块固体的表面积可大好几个 数量级．表面积的增加意味着材料与空气的接 触面积增大这就加速了固体与氧的反应增加了 粉尘的化学活性使粉尘点火后燃烧更快．根据 可燃性粉尘的燃烧机理［6］由于其反应是在粒子 的表面进行的所以当粒子的比表面积增大时（即 粉尘粒径减小）反应热的生成速度超过热损失速 度而聚集起来粉尘容易着火因而最低着火温度 也就下降． （3） 喷吹压力对最低着火温度的影响．喷吹 压力影响煤尘云最低着火温度的原因为［7］：第 一喷粉压力增大会带进更多的氧气；第二喷粉 压力增大会加速粒子的沉降速度还会带进更多 的冷空气．由于高－格炉的炉管长度固定压缩空 气将煤尘喷入炉管时如果喷粉压力增大而加速 了粒子的沉降速度那么反应时间就相应缩短了 煤粉不易发生反应．这时要使煤粉燃烧就必须 提供较高的炉壁温度．两方面的因素是共同作用 的对实验中的两种煤尘来讲最低着火温度受第 二条因素影响显著最低着火温度随喷粉压力增 大而升高． 3∙2 实验结果的多元线性回归分析 多元线性回归的数学模型可写成矩阵的形 式： y＝Xβ＋ε． 其中 β为系数矩阵ε为常数矩阵采用最小二乘 法设 b0b1…bk 分别是参数β0β1…βk 的 最小二乘估计则回归方程为： ＾y＝b0＋b1x1＋…＋bkxk． 由于 L＝X T XLy＝X T y 有： X＝ x11－ x1 x12－ x2 … x1k－ xk x21－ x1 x22－ x2 … x2k－ xk x n1－ x1 x n2－ x2 … x nk－ xk Vol．28No．8 张俊燕等： 高炉喷吹贫瘦煤最低着火温度 ·787·
.788 北京科技大学学报 2006年第8期 差平方和. b2 B=LLy 统计量： B bo=y->bij S,/k -1 F- S./(n-k-1) 设实验中最低着火温度T与煤粉质量浓度 S= P,喷吹压力P之间的关系为T=bo十b1p十b2P, 空(-+空(-动=sts 通过计算得出两种煤粉不同粒度的数学模型及方 差分析如表2.查表可知F0.01(2,7)=9.55,所以 式中，y:是实测值：：是理论计算值：S,S,和 以上线性回归高度显著，可以很好地反映变量间 S,分别总偏差平方和、回归偏差平方和及剩余偏 的变化关系 表2实验数据的数学模型与方差分析 Table 2 Mathematical model and variance analysis of test data 常村贫瘦煤 漳村贫瘦煤 分析结果 100~200目 小于200目 100~200目 小于200目 数学模型 T=412.1219+ T=323.0149+ T=381.2548十 T=318.0807+ 189.4412P-1.6802p 110.2505p-0.7813p 142.8516p-1.3565p 90.0963p-0.762P 回归偏差平方和 15593.38 3886051 9818.05 3292.84 剩余偏差平方和 607.24 673.43 2432.45 996.96 统计量F 89.88 20.20 14.13 11.56 4 结论 使对流传热得到加强，防止局部过热，因此适当提 高喷吹压力是必要的 (1)两种煤样的最低着火温度都随煤粉质量 (4)对实验结果进行了多元线性数学模拟， 浓度增加而降低，变化幅度逐渐减小，不同煤粉的 并对回归方程进行了方差分析，每个回归方程的 变化幅度虽略有不同，但总趋势是相同的·在相 F值都大于Fo.o1(2,7),说明所得的数学模型高 同实验条件下，漳村贫瘦煤比常村贫瘦煤的着火 度显著，可以很好地反映变量之间的函数关系， 温度低 (2)对同煤种而言，在其他条件相同的情况 参考文献 下，粒度的减小可以使煤粉的着火温度降低，有利 [1]许冠衷.高炉喷煤的新发展.鞍钢技术，1995,5：1 于改善煤粉的着火过程；而增加煤粉粒度可以使 [2]张涿，姚启康，张志冰，等.贫瘦煤作高炉喷吹用煤的研 究.治金能源，2002,8.12 高炉喷煤更加安全，而且可以节省磨煤工艺的 [3]粉尘爆炸引燃温度测试方法和装置的研究报告.天津：公 成本 安部天津消防科学研究所，1990 (3)随着喷吹压力的升高，煤粉的喷吹速度 [4]尹燕鸣，曾象志。含能材料粉尘爆炸下限浓度的实验研究 增加，通过炉膛时加热的时间缩短，两种煤粉的最 北京理工大学学报，1996(2)：106 低着火温度随压力的升高而升高，当压力增加 [5]费巴尔特克纳西特，爆炸过程和防护措施。北京：化学工 业出版社，1985 0.4MPa时，200目筛下的常村贫瘦煤最低着火 [6]Rindner R,Retino G.Dust explosion sensitivity tests.Compo- 温度上升40℃，200目筛下的漳村贫瘦煤最低着 sition Band HMX,1999 火温度上升20℃.根据结果观察，压力对最低着 [7]兆衡阳.气体和粉尘爆炸原理.北京：北京理工大学出版 火温度的影响并不十分显著，但对于煤粉喷吹的 社，1996 均匀性却有很好的作用，而且气体流量加大可以
y＝ y1－y y2－y yn－y B＝ b1 b2 bn B ＝ L —1Ly b0 ＝ y —∑ k j—1 bjxj St＝ ∑ n t＝1 （yt－y） 2＝ ∑ n t＝1 ［（yt－＾yt）＋（＾yt－y）］＝ ∑ n t＝1 （＾yt－y） 2＋ ∑ n t＝1 （ yt－＾yt） 2＝Sr＋Ss． 式中yt 是实测值；＾yt 是理论计算值；StSr 和 Ss 分别总偏差平方和、回归偏差平方和及剩余偏 差平方和． 统计量： F＝ Sr／k Ss／（ n－k－1） ． 设实验中最低着火温度 T 与煤粉质量浓度 ρ喷吹压力 P 之间的关系为 T＝b0＋b1ρ＋b2P 通过计算得出两种煤粉不同粒度的数学模型及方 差分析如表2．查表可知 F0∙01（27）＝9∙55所以 以上线性回归高度显著可以很好地反映变量间 的变化关系． 表2 实验数据的数学模型与方差分析 Table2 Mathematical model and variance analysis of test data 分析结果 常村贫瘦煤 漳村贫瘦煤 100～200目 小于200目 100～200目 小于200目 数学模型 T＝412∙1219＋ 189∙4412ρ－1∙6802P T＝323∙0149＋ 110∙2505ρ－0∙7813P T＝381∙2548＋ 142∙8516ρ－1∙3565P T＝318∙0807＋ 90∙0963ρ－0∙762P 回归偏差平方和 15593∙38 3886051 9818∙05 3292∙84 剩余偏差平方和 607∙24 673∙43 2432∙45 996∙96 统计量 F 89∙88 20∙20 14∙13 11∙56 4 结论 （1） 两种煤样的最低着火温度都随煤粉质量 浓度增加而降低变化幅度逐渐减小不同煤粉的 变化幅度虽略有不同但总趋势是相同的．在相 同实验条件下漳村贫瘦煤比常村贫瘦煤的着火 温度低． （2） 对同煤种而言在其他条件相同的情况 下粒度的减小可以使煤粉的着火温度降低有利 于改善煤粉的着火过程；而增加煤粉粒度可以使 高炉喷煤更加安全而且可以节省磨煤工艺的 成本． （3） 随着喷吹压力的升高煤粉的喷吹速度 增加通过炉膛时加热的时间缩短两种煤粉的最 低着火温度随压力的升高而升高．当压力增加 0∙4MPa 时200目筛下的常村贫瘦煤最低着火 温度上升40℃200目筛下的漳村贫瘦煤最低着 火温度上升20℃．根据结果观察压力对最低着 火温度的影响并不十分显著但对于煤粉喷吹的 均匀性却有很好的作用而且气体流量加大可以 使对流传热得到加强防止局部过热因此适当提 高喷吹压力是必要的． （4） 对实验结果进行了多元线性数学模拟 并对回归方程进行了方差分析每个回归方程的 F 值都大于 F0∙01（27）说明所得的数学模型高 度显著可以很好地反映变量之间的函数关系． 参 考 文 献 ［1］ 许冠衷．高炉喷煤的新发展．鞍钢技术19955：1 ［2］ 张涿姚启康张志冰等．贫瘦煤作高炉喷吹用煤的研 究．冶金能源20028：12 ［3］ 粉尘爆炸引燃温度测试方法和装置的研究报告．天津：公 安部天津消防科学研究所1990 ［4］ 尹燕鸣曾象志．含能材料粉尘爆炸下限浓度的实验研究． 北京理工大学学报1996（2）：106 ［5］ 费·巴尔特克纳西特．爆炸过程和防护措施．北京：化学工 业出版社1985 ［6］ Rindner RRetino G．Dust explosion sensitivity tests．Composition Band HMX1999 ［7］ 兆衡阳．气体和粉尘爆炸原理．北京：北京理工大学出版 社1996 ·788· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第8期
Vol.28 No.8 张俊燕等：高炉喷吹贫瘦煤最低着火温度 .789. Minimum ignition temperature of meager lean coal for BF injection ZHA NG Junyan,SONG Cunyi,WANG Liying,JIN Yanhui Civil and Environmental Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI In view of safety the elementary and industrial analyses of coal samples were conducted,a systematic experiment was performed to investigate the minimum ignition temperature(MIT)of Zhangcun and Changcun meager-lean coal in a G-G furnace,and the effect of dust concentration,spray-air pressure and dust particle size on the MIT was analyzed.The results show that the TIM increases with the decrease of dust concentration and the increase of spray-air pressure and dust particle size.A linear regression was conducted and the functional relationship was found,which can afford reference for the security of meager- lean coal's industry application. KEY WORDS blast furnace injection;meager-lean coal;minimum ignition temperature (TIM);explo- sion properties;mathematical model Crystallization kinetics of (Nio.75Fe0.25)78-xNb:Si10B12(x=0,5)amorphous al- loys CHEN Xueding,WEI Hengdou,WANG Xiaojun State Key Laboratory of Advanced New Non ferrous Materials,Lanzhou University of Technology.Lanzhou 730050.China ABSTRACT Amorphous ribbons of (Nio.75Fe0.25)7-x Nb,Si10B12(x=0,5)were prepared by a single roller melt-spinning technique in air atmosphere.The crystallization kinetics of the alloys were investigated by means of continuous heating,and the activation energies of the alloys were calculated using Kissinger plot method and Ozawa plot method on the basis of differential thermal analysis data.The crystallization products were analyzed by X-ray diffraction.After the (Nio.75Fe0.25)78Si10Bi2 amorphous alloy was an- nealed at the temperatures 715 and 745K,a single phase of (Fe,Ni)solid solution with grain sizes of about 10.3 and 18.5nm,respectively,precipitates in the amorphous matrix.The crystallized phases are Y (Fe,Ni)solid solution,FezSi,NiSi,and FesB after annealing at 765 K.The (Nio.7sFe0.25)73NbsSi B12 amorphous alloy was annealed at 720,750,and 800K:and the crystallization phases,(Fe,Ni)sol- id solution,(Fe,Ni)23B6,Ni31Si12 and Nb2NiBo.16 form simultaneously. KEY WORDS amorphous materials;thermal analysis;crystallization kinetics;activation energy [摘自Rare Metals,.2006,25(4):342]
Minimum ignition temperature of meager-lean coal for BF injection ZHA NG JunyanSONG CunyiWA NG L iyingJIN Y anhui Civil and Environmental Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT In view of safety the elementary and industrial analyses of coal samples were conducteda systematic experiment was performed to investigate the minimum ignition temperature （MIT） of Zhangcun and Changcun meager-lean coal in a G-G furnaceand the effect of dust concentrationspray-air pressure and dust particle size on the MIT was analyzed．The results show that the TIM increases with the decrease of dust concentration and the increase of spray-air pressure and dust particle size．A linear regression was conducted and the functional relationship was foundwhich can afford reference for the security of meagerlean coal’s industry application． KEY WORDS blast furnace injection；meager-lean coal；minimum ignition temperature （TIM）；explosion properties；mathematical model Crystallization kinetics of （Ni0∙75Fe0∙25）78－ xNb xSi10B12（ x＝05） amorphous a-l loys CHEN XuedingWEI HengdouWA NG Xiaojun State Key Laboratory of Advanced New Non-ferrous MaterialsLanzhou University of TechnologyLanzhou730050China ABSTRACT Amorphous ribbons of （Ni0∙75Fe0∙25）78－ x Nb xSi10B12（ x ＝05） were prepared by a single roller melt-spinning technique in air atmosphere．The crystallization kinetics of the alloys were investigated by means of continuous heatingand the activation energies of the alloys were calculated using Kissinger plot method and Ozawa plot method on the basis of differential thermal analysis data．The crystallization products were analyzed by X-ray diffraction．After the （Ni0∙75Fe0∙25）78Si10B12 amorphous alloy was annealed at the temperatures715and745Ka single phase of γ－（FeNi） solid solution with grain sizes of about 10∙3and18∙5nmrespectivelyprecipitates in the amorphous matrix．The crystallized phases are γ －（FeNi） solid solutionFe2SiNi2Siand Fe3B after annealing at 765K．The （Ni0∙75Fe0∙25）73Nb5Si10 B12 amorphous alloy was annealed at720750and800K；and the crystallization phasesγ－（FeNi） solid solution（FeNi）23B6Ni31Si12and Nb2NiB0∙16form simultaneously． KEY WORDS amorphous materials；thermal analysis；crystallization kinetics；activation energy ［摘自 Rare Metals200625（4）：342］ Vol．28No．8 张俊燕等： 高炉喷吹贫瘦煤最低着火温度 ·789·