[发明专利]一种适用于高炉瓦斯灰中碳来源的拉曼光谱定量检测方法

说明书

技术领域

本发明属于煤组分测量领域，更具体地，涉及一种高炉瓦斯灰中碳来源的定量检测方法。

背景技术

在炼铁生产过程中减少焦炭使用量、增加煤粉喷吹量，是高炉生产可持续发展的重要方向。随着喷煤量的增加，高炉风口区域由于燃烧空间有限会不同程度出现煤粉的不完全燃烧现象，高炉炉尘中碳含量会随之增加，煤粉利用效率受到限制。因此，如何更好地组织高炉喷煤后的燃烧过程，为增加高炉喷煤量和提高煤粉置换比科学的提供指导，需要检测高炉瓦斯灰中碳来源。

在煤组分相关的定量分析上，人们普遍采用岩相分析中的数点法，因其操作简单，同时无需昂贵设备而广泛应用。但是实验中的工作量很大，这是一个相当耗时的方法，实验结果易受人为主观因素，需要专业性的知识且多凭经验得出，且受到照片数量较少的影响，误差往往较大。

粒度分析是确定颗粒里不同粒度的分布，但是不能定量地分析出高炉瓦斯灰和瓦斯泥中不同含碳物质。

元素分析可以得出高炉瓦斯灰里的总含碳量，但是无法区别是来源于煤粉还是焦炭中。

以上的方法结合起来可以定量地确定瓦斯灰里焦炭和煤粉质量比，以及各自的碳含量。但是该方法的工作量相当大，实践起来十分费力，可操作性不强，而且误差往往较大，不适合为一种普遍采用的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于拉曼光谱分析的高炉瓦斯灰中碳来源的定量检测方法，该方法可靠、操作简单、快速、适用性强。

一种高炉瓦斯灰碳来源的定量检测方法，包括标定步骤和检测步骤，

所述标定步骤为：预先获取多种不同煤焦质量比例的煤焦样品，分别向各样品表面投射激光，接收来自样品表面的散射光，对其进行光谱分析得到拉曼光谱，依据样品的拉曼光谱确定D峰与G峰强度比I_D/I_G，以及D峰与G峰间的波谷最低点V与G峰强度比I_V/I_G，将该两强度比作为评价指标，建立各样品的煤炭或焦炭占样品中含碳物质的比例与评价指标间的映射关系；

所述检测步骤为：向待测高炉瓦斯灰表面投射激光，接收来自待测高炉瓦斯灰表面的散射光，对其进行光谱分析得到拉曼光谱，依据待测高炉瓦斯灰的拉曼光谱确定D峰与G峰强度比I_D/I_G，以及D峰与G峰间的波谷最低点V与G峰强度比I_V/I_G，依据该两强度比在标定步骤中建立的映射关系进行匹配，从而确定待测高炉瓦斯灰的煤炭或焦炭占其含碳物质的比例，根据该比例可获知碳来源。

进一步地，还对样品和待测高炉瓦斯灰的拉曼光谱进行了归一化处理。

进一步地，所述评价指标还包括2D峰与G峰强度比I_2D/I_G。

进一步地，采用在惰性气氛中不同温度下的煤焦样品。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于高炉瓦斯灰里的未消耗煤粉和焦炭经过的热处理程度不同，它们的碳结构的石墨化化程度也就不同。而拉曼光谱术可直接用来测量任何尺寸、形状、透明度的样品（只能被激光照射到），表征C-C，C=C，N=N等红外较弱的官能团，是一种适用性强、测量精度高、无需制样的无损检测技术。采用这种拉曼光谱术对瓦斯灰样品进行检测后，其分子的结构信息能反映在拉曼光谱图中，本发明选用两个特征峰值I_D/I_G和I_V/I_G表征碳结构的排序程度。能够取得下列将已知不同比例的煤粉和焦炭混样的特征峰值I_D/I_G和I_V/I_G与瓦斯灰的I_D/I_G和I_V/I_G比较，定量地确定瓦斯灰含碳物质中未消耗煤粉的比值，找出其碳来源的主要成分。本发明方法可靠、操作简单、快速、可适用性强、成本低，对选择煤种、合理喷煤、确定不同喷煤量时煤粉利用率和提高煤粉燃烧率降低成本具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明中冶金焦炭的原始拉曼光谱图；

图2为本发明中拉曼数据处理方法流程图；

图3为本发明中焦炭的归一化拉曼谱图；

图4为本发明中1500℃煤焦的归一化拉曼谱图；

图5为本发明中瓦斯灰的归一化拉曼谱图；