铁焦制备与高炉应用的研究进展

 钢铁工业长期面临着资源短缺和环境污染的的发展现状,实现节能减排和绿色冶金是钢铁工业实现可持续发展的重点。而高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键,急需研发低碳高炉炼铁新技术。复合铁焦是实现低碳高炉炼铁的一种新型碳铁复合炉料。高炉使用铁焦后可降低热储备区温度,提高冶炼效率,降低焦比,从而实现CO₂减排。综述了国内外铁焦制备与应用的研究进展,主要包括铁焦的制备工艺和高炉应用。归纳了各种铁焦制备工艺的特点。同时提出并研究了矿煤压块-竖炉炭化-高炉应用的冷压型铁焦制备与应用新技术。重点进行了冷压型铁焦的制备及冶金性能优化、高炉应用冷压型铁焦等试验研究。冷压型铁焦制备适宜的工艺条件为,质量分数为30%铁矿粉、45%烟煤1、10%烟煤2、10%烟煤3、5%无烟煤、5%沥青类黏结剂B混合加热至60 ℃,并进行冷压成型;成型压块再经竖炉1 000 ℃炭化4 h;获得抗压强度3 977 N、I型转鼓强度77.7%、反应性69.7%、反应后强(固定气化溶损量20%)42%的优质铁焦。高炉综合炉料中添加质量分数20%~30%冷压型铁焦,综合炉料熔滴性能明显改善。以上研究为铁焦实现工业化生产与低碳高炉炼铁应用提供了参考。     

有害元素对焦炭气化反应的影响及展望

摘要：焦炭在高炉冶炼过程中起着重要作用，其中焦炭的气化反应直接关系到其热态强度，并影响高炉内部的透气透液性能。综述了高炉内焦炭气化反应的研究现状，并讨论了焦炭气化反应的评价方法；阐述了有害元素K、Na、Zn和Cl对焦炭气化反应影响的研究进展。指出现有研究多着眼于焦炭和纯CO2或水蒸汽的气化反应，并且冶金工作者对企业通用的焦炭气化反应的测定方法和标准存在不同的看法。K、Na、Zn和Cl均对焦炭气化反应起催化作用，其中K、Na和Zn的催化机理包括氧传递、层间化合物和电子转移3种理论。建议进一步模拟高炉实际气氛和温度条件开展焦炭气化反应的研究工作，并对Cl元素对焦炭气化反应的影响机理进行深入探索。     

钒钛矿冶炼高炉炉缸黏结物的矿相分布规律

摘要：焦炭在高炉冶炼过程中起着重要作用，其中焦炭的气化反应直接关系到其热态强度，并影响高炉内部的透气透液性能。综述了高炉内焦炭气化反应的研究现状，并讨论了焦炭气化反应的评价方法；阐述了有害元素K、Na、Zn和Cl对焦炭气化反应影响的研究进展。指出现有研究多着眼于焦炭和纯CO2或水蒸汽的气化反应，并且冶金工作者对企业通用的焦炭气化反应的测定方法和标准存在不同的看法。K、Na、Zn和Cl均对焦炭气化反应起催化作用，其中K、Na和Zn的催化机理包括氧传递、层间化合物和电子转移3种理论。建议进一步模拟高炉实际气氛和温度条件开展焦炭气化反应的研究工作，并对Cl元素对焦炭气化反应的影响机理进行深入探索。     

高炉使用含碳复合炉料的原理

 高炉炼铁正朝着高产、低污染、低能耗的方向发展,为了实现这一目标,包括高炉使用含碳复合炉料等一些革新的炼铁技术已经被提出或实际应用。铁焦、热压含碳球团是将铁矿粉和煤粉按一定比例混合后制成的新型含碳复合炉料。研究结果指出,含碳复合炉料相比于传统的高炉炉料（烧结矿和球团矿）具有高温强度高、还原性能好以及原料适应性强等优势。阐明了高炉使用含碳复合炉料的基本原理,介绍了铁焦制备的工艺流程及应用情况,重点进行了热压含碳球团制备工艺流程、冷态冶金性能、高温冶金性能、高炉使用热压含碳球团等试验研究,最后利用多流体高炉数学模型对高炉使用热压含碳球团操作进行了模拟研究。研究表明,高炉使用一定量的含碳复合炉料可以降低热空区温度,增加产量,降低焦比,高炉热利用效率明显提高,操作性能得到有效改善。     

焦炭在白云鄂博矿高炉冶炼中的热态性能变化

 冶金焦炭已经成为现代高炉炼铁技术所需的必备原料之一,被喻为钢铁工业的“基本食粮”,具有重要的战略价值和经济意义。随着低碳时代的来临和大喷煤技术的运用,焦炭的功能逐渐被替代。为了保证炉内的透气性以及透液性,作为高炉软熔带的“百叶窗”,焦炭作为料柱骨架和通道的作用更为突出,因此深入理解焦炭在白云鄂博矿高炉冶炼过程中的热态性能变化对指导白云鄂博矿的高效冶炼至关重要。以从包钢4号高炉中取出的入炉焦与风口焦为研究对象,使用X射线衍射仪、热重立式炉、扫描电镜、能谱仪等分析手段,对比研究了它们的基础特性、灰分的主要物相、反应性(CRI)与反应后强度(CSR)、微观孔隙结构及碱金属的含量及分布,从而得到焦炭在白云鄂博矿冶炼中的热态性能变化。结果表明,高炉中的焦炭在下降过程中发生气化反应,灰分含量提高,挥发分含量降低,SiO₂含量显著降低,但是CaO、K₂O、Na₂O、MgO等碱性氧化物含量有所增加。二次加热前期焦炭发生氮气吸附,质量没有减少反而增加;后期焦炭发生碳气化反应,质量快速下降,风口焦的反应性提高,反应后强度降低。风口焦表面出现了类似蜂窝状的孔隙,且孔隙分布不均匀,特别是被渣铁侵蚀的焦炭基质,其气孔壁变得粗糙,孔隙出现合并。碱金属在风口焦中富集,碱性氧化物含量增加。风口焦石墨碳所对应的(002)衍射峰半峰宽急剧减小,扁平峰消失,峰形尖锐。晶体结构趋向有序,石墨化程度提高。     

重新认识高炉用焦炭与CO2的反应性

简要介绍了现行焦炭反应性试验方法的来源,主要表达焦炭在高炉内进入风口回旋区前抗CO2,气化能力以及反应后的抗粉化能力,是一种规范性试验方法。回顾了国内外对焦炭反应性的认识和变化,20世纪认为反应性表达焦炭在高炉抗CO2,的气化能力,反应性高反应后强度低对高炉生产不利。进入21世纪,新日铁提出反应性只是表达了焦炭的活性,认为提高反应性可以提高高炉反应效率,对高炉生产有利,不同时期认识水平不同认知也会完全相反。通过CO2,含量和反应温度对焦炭反应性影响试验和高炉碳平衡计算,分析了喷吹煤粉高炉内焦炭的行为．确定了焦炭进入风口回旋区前的反应失重率。提出现行国家标准“焦炭反应性及反应后强度试验方法”的反应性表达的是焦炭与CO2,反应的活性,高炉内焦炭反应失重率控制因素是矿石的还原性能和未燃煤粉率,与焦炭实验室测定的反应性无关。     

高炉入炉焦/风口焦微观结构与气化反应性对比

摘要：以同一座高炉2次休风所取的入炉焦和风口焦为研究对象,采用XRD、SEM EDS、N2吸附、热分析等方法比较分析不同样品的碳化学结构、碱金属富集程度、孔隙结构、CO2气化反应性,探究了焦炭在高炉中反应性变化程度和影响因素。结果表明：风口焦炭与入炉焦炭相比,气化反应性显著升高,比表面积增大,碳结构有序化程度升高,碱金属含量提高;金属钾在风口焦炭边部的存在形式以可溶性盐为主,在焦炭内部以钾霞石为主;入炉焦各部位差异较小,而风口焦边部、中部、芯部的气化反应性和结构性质存在显著差异,表明其各部位在高炉中所经历的气化反应过程不同;风口焦中碱金属含量为影响气化反应性的最主要因素,次要影响因素为碳化学结构和孔隙结构。     

铁焦高温冶金性能评价方法的研究进展

摘要：铁焦作为低碳高炉炼铁的一种新型碳铁复合炉料,其高温冶金性能至关重要。铁焦的高温冶金性能直接关系到其在高炉内的实际应用以及高炉的冶炼效率。国内外相关学者对铁焦的高温冶金性能做了试验研究,并相继提出了评价铁焦高温冶金性能的新方法。但是,目前还没有统一的合理的铁焦高温冶金性能评价方法。总结了当前铁焦高温冶金性能评价方法的研究现状及进展。同时,采用各种方法评价铁焦高温冶金性能,并与相同条件下焦炭的高温冶金性能进行对比。通过分析比较,并结合高炉冶炼的实际情况,提出了较为科学的评价铁焦高温冶金性能的新方法。新评价方法的提出,将为铁焦的生产制备和高炉应用提供理论参考。     

高炉-转炉钢铁制造流程低碳技术发展与认识

在全球“碳达峰”“碳中和”发展形势下，研究高炉-转炉流程低碳技术发展战略、目标和路径，大幅度降低CO₂排放对钢铁工业实现可持续发展具有重要意义。面向未来，钢铁仍是重要的基础材料、结构材料和功能材料，钢铁工业仍是经济社会发展的重要基础产业。研究分析了日本钢铁工业发展现状及其特征，介绍了高炉-转炉流程减碳关键技术研究及其进展。针对日本钢铁工业减碳技术开发研究，论述了高炉矿焦混装技术、高比率球团矿冶炼技术对于常规高炉降低燃料比的机理和应用效果。讨论了含碳团矿和预还原烧结矿的制备工艺流程，分析了新型炉料制备的关键技术难点，论述了新型炉料在高炉冶炼过程的减碳机理。介绍了SCOPE 21新型炼焦工艺的构成、技术特点和应用效果；针对铁焦制备的工艺过程、冶金机理和使用效果进行了评述。重点论述了新一代高炉炼铁工艺COURSE 50的工艺组成、技术路线和流程特征，阐述了核心技术难点和关键技术构成以及工程应用前景。分析了构建智能化高炉信息物理系统对高炉减碳的支撑作用，指出了高炉智能化与低碳化协同发展的重要性。结合日本高炉-转炉流程减碳技术发展现状及未来方向，提出了制定可行的减碳技术战略...     

焦炭溶损对高炉冶炼的影响和焦炭高温性能讨论

分析了焦炭反应性CRI和反应后强度CSR指标相差很大的焦炭在国内外高炉能够使用的原因。通过焦炭溶损反应对高炉还原、热交换和焦炭溶损劣化的作用分析,提出了一些焦炭热性质及其质量指标,供高炉操作和炼焦配煤参考。     

改进分段尝试法研究焦炭气化反应动力学

焦炭作为高炉炼铁的主要燃料,对高炉的正常运行以及高效冶炼发挥着至关重要的作用.伴随着现代高炉大型智能化的发展趋势,面对资源的不断消耗,用于冶炼优质冶金焦的原料逐渐减少,低质冶金焦引起了冶金工作者越来越多的关注.在测定高炉使用的焦炭基础理化特性后,通过对不同升温速率下不同质量焦炭与CO2的气化反应试验,采用分段尝试法建立...     

适应高比例球团冶炼的高炉系统设计与生产实践

 当前中国钢铁工业面临着节能减排、绿色发展等多重压力,呈现出减量化和创新性发展的新形态。在非高炉炼铁关键技术取得重大突破及大规模应用前,以高炉为主的炼铁工艺在一段时间内仍将保持主体地位。而高比例球团冶炼是当前中国高炉炼铁的发展方向,是未来钢铁工业实现减污降碳的必然趋势。为了进一步推动高比例球团技术的研发与应用,从球团矿的物理化学性质出发,阐述了球团矿在高炉内的行为,分析了限制球团矿比例提高的因素,从冶金反应机理到工程实践总结了未来高比例球团冶炼的高炉系统设计发展方向,提出以低碳绿色为前提、以资源和能源利用为基础、以智能化装备为支撑的高炉设计理念。通过对比分析国内外多种高炉炉型、冷却系统、炉缸炉底设计方案,重点分析了多段式炉身、全铸铁冷却壁、串罐无钟炉顶在高比例球团冶炼中的优势,归纳了矿焦槽、热风炉及自动化检测与模型控制等技术特点,给出了适应高比例球团冶炼的高炉系统设计建议。根据球团矿在高炉内的反应机理以及操作炉型对强化冶炼的影响,提出合理的炉料结构的确定方法,最佳的炉料碱度控制标准,以及装料、送风、出铁、热、渣等操作制度。最后,通过高炉冶炼实践,验证了高比例球团冶炼技术经济指标的进步,为今后高比例球团冶炼高炉系统设计及优化方向奠定了基础。     

焦炭喷洒ZBS改质剂的改性机理及生产实践

 针对阳春新钢铁炼铁高炉所采购焦炭品种多、质量波动大,造成高炉炉况波动、成本偏高的问题,进行了焦炭提质增效的工业性试验研究。通过向焦炭立体喷洒ZBS焦炭改质剂,研究了ZBS改质剂与焦炭的相互作用行为,阐述了ZBS改性机理。研究发现,经过ZBS改性后的焦炭形成了碳的络合物和化合物,改变了碳的结构,提高了焦炭的石墨化度。经ZBS改质剂处理后,焦炭反应性(CRI)平均降低5.2%,反应后强度(CSR)平均提高7.83%。相较于基准期,高炉炉温波动小,硫含量合格, 生铁合格率达到100%。试验的1号高炉日产提高75 t,入炉焦比降低33.8 kg/t,综合燃料比降低11.63 kg/t。通过项目实施,达到了高炉稳产、增产、降低焦炭用量的目的,为高炉炼铁增产降耗提供了一种新方法。     

添加剂对焦炭冶金性能及微观结构的影响

 为了掌握高反应性铁焦性能及微观结构,分别以高炉除尘灰和铁矿粉为添加剂在40 kg焦炉中生产高反应性铁焦。结果表明,配入添加剂后焦炭反应性明显升高,铁氧化物最终大部分被还原成单质铁,以球状颗粒形式存在于焦炭内部,在焦炭气化反应时起到催化作用。随着添加剂配比的增加,含铁物质在焦炭局部开始聚集,形成片状区域,使得铁元素催化作用极大降低。研究表明,铁颗粒与碳基质的有效接触是影响铁元素催化作用的重要因素。     

炭化工艺参数对铁焦冶金性能的影响

摘要：复合铁焦被认为是实现低碳高炉炼铁的革新技术之一。为了获得高质量的铁焦,需要采用适宜的炭化工艺条件。研究了炭化工艺参数对铁焦机械强度、反应性和反应后强度等冶金性能的影响,并对炭化后铁焦的金属化率、微观结构和碳微晶结构进行了解析。结果表明,炭化温度的升高可以提高铁焦的抗压强度和反应性。当温度为900～1000℃时,铁焦的抗压强度和反应性较优。炭化时间的延长可以使铁焦的抗压强度提高,反应性降低。当炭化时间为3～4h时,铁焦抗压强度和反应性较优。升温速度越快,铁焦的机械强度越低。适宜的升温速度为:Ⅰ段（室温至550℃）小于7℃/ min,Ⅱ段（550℃至1000℃）小于5℃/min。为防止铁焦冶金性能因碳气化溶损反应而劣化,在CO和CO2混合炭化气氛中,CO2与CO体积比(V(CO2)/V(CO))应控制在0.11以下。在优化的炭化工艺条件下,制备的铁焦抗压强度大于3500N,反应性大于60%,反应后强度在16%左右。     

添加铁矿粉对焦炭质量影响的研究

高反应性焦炭能够降低高炉焦比,减少CO2的排放量,改善高炉内铁矿石还原反应的反应效率。研究了在配合煤中添加碱性铁矿粉和酸性铁矿粉炼焦,铁矿粉的配入量对焦炭热性能的影响规律。试验结果表明,随着铁矿粉配入量的提高,焦炭的反应性增大,随后增幅放缓,且添加碱性矿粉的焦炭反应性高于添加酸性矿粉的焦炭,反应后强度与机械强度均有明显劣化;焦炭的灰分增大、硫含量逐步下降;焦炭的各向异性指数不断下降。     

高炉焦炭在铁水中溶解行为研究现状及展望

 在当前及未来大型高炉高冶炼强度的条件下,加快焦炭在铁水中的溶解速率、提高高炉炉缸铁水的碳饱和度是削弱碳不饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀、保证炉缸正常工作及延长高炉寿命的重要措施,同时可以为下游的炼钢工序提供部分热量来源。首先对国内外焦炭在铁水中溶解的试验和模拟研究方法进行了概括,然后对焦炭自身结构性能、焦炭中矿物质、铁水的物理性质等影响焦炭溶解速率的因素进行了详细分析。结果表明,碳结构的有序度和铁水温度的升高有利于焦炭的溶解,而焦炭中矿物质及铁水中硫、磷等元素的存在会抑制铁水的进一步渗碳。研究结果为高炉操作者理解焦炭在铁水中的溶解行为提供借鉴,指导钢铁工业的节能减排。     

Mathematical model of metallurgical thermal processes and application

There are lots of physical changes and chemical reactions in the processes of iron and steel making, these processes are quite complex in the aspect of heat transfer.The processes of iron and steel making can be approximately divided into three kinds.The first kinds are the processes of fusion metallurgy which involve enormous chemical reactions,such as blast furnace,converter,electric furnace and coke oven.The second kinds are the processes of heating and cooling which are mainly the physical changes,such as walking-beam reheating furnace,annular heating furnace and car-type furnace.The third kinds are the processes of heat treatment which mainly adjust metallurgical structure of metal,such as roller hearth heat treatment furnace, strip continuous heat treatment vertical/horizontal furnace and HPH bell-type annealing furnace.Every process can only be finished in particular thermal equipment.And all the physical and chemical processes mentioned above must obey first principles of engineering thermodynamics,heat & mass transfer,hydromechanics, combustion,metallurgy physical chemistry etc,and which can be summarized as principle of heat transfer,mass transfer,momentum transfer and chemistry reaction.In this paper,based on first principle of heat and mass transfer in iron and steel making processes,a series of mathematical models of thermal equipments and processes are presented.Such as the model of hot-blast stoves,coke oven,CDQ-boiler system,sintering, reheating furnace,soaking furnace,annular heating furnace,roller hearth heat treatment furnace,strip continuous heat treatment vertical/horizontal furnace,HPH bell-type annealing furnace,control cooling of medium plate,burner,heat exchanger and regenerative burner etc.The on-line application of the model is based on experimental certification of the mathematical model.And finally the computer optimization system of metallurgical thermal process is obtained.     

高品质钢冶炼出铁场耐火材料结合剂的研究进展

出铁场是高炉炼铁通往炼钢的重要渠道,受出铁沟尺寸、形状及环境条件等因素的影响,目前大多采用浇注成型.而对不定形耐火浇注料而言,结合剂不仅决定其施工性能和力学强度,而且影响加热烘烤过程及高温使用状态下被结合材料的界面状态、显微结构与使用性能.综述了广泛应用于出铁沟耐火浇注料的结合剂类型、基本性质及其结合机制,归纳了各类结...     

不同反应性炭的气化差异及对铁矿还原的影响

纯氧高炉和煤气化耦合联产是降低炼铁和煤气化工艺能耗和碳排放的重要手段,而研究不同反应性炭的气化差异及其对铁矿石还原影响是实现煤气调质与降低焦比的关键.在模拟纯氧高炉与煤气化耦合联产工艺条件下进行了木炭、兰炭、焦炭的气化和烧结矿、球团矿的还原试验研究.研究结果表明,3种炭与CO2和水蒸气的反应性由强到弱的顺序为木炭＞兰炭...