高炉大型化后对焦炭性质及在炉内劣化的思考

 焦炭作为高炉炼铁的主要燃料,对高炉的顺行和高效冶炼发挥着极其重要的作用,随着高炉大型化和智能化的发展,对焦炭质量及对其的评价、预测和控制的要求亦越来越高。针对高炉内不同部位焦炭的劣化经历、劣化后焦炭的高温反应特性及焦炭组织结构的变化进行了分析。依据国内一些特大型高炉的生产实践,提出了在达到高水平高炉操作指标时不同容积高炉焦炭高温反应特性所需的指标,并对适合评价高炉大型化焦炭劣化后质量的标准做了探讨。     

高炉内焦炭劣化因素的研究进展

焦炭以其坚硬的质地、多孔的结构和较高的发热量等特性在高炉冶炼过程中发挥着不可替代的骨架作用以及供热、还原、渗碳等重要功能。但焦炭在高炉内多种因素(热应力、机械作用、碱金属侵蚀、溶损反应等)作用下会发生劣化，使其质量降低。焦炭抵抗劣化的能力对高炉的稳定顺行及其产品质量、技术经济指标和寿命等具有重大影响。因此，亟需深入探索高炉内造成焦炭劣化的因素，从而制备出符合高炉冶炼需求的焦炭。综述了高炉内热应力、机械磨损、碱金属侵蚀、溶损反应等劣化因素对焦炭宏观性能、孔隙和微晶结构的影响。同时提出亟需利用宏观和微观相结合的方法，完整模拟高炉内焦炭实际劣化过程，建立适合现代高炉炼铁的各类焦炭的质量评价指标，为高炉高效稳定冶炼提供参考。     

高炉焦炭石墨化程度及其影响因素的研究进展

 焦炭是高炉炼铁过程中不可替代的原燃料,石墨化行为是其在高炉内的一个重要劣化机制。由于优质炼焦煤资源短缺及未来高炉大型化的影响,对入炉焦炭的质量要求越来越高,明确焦炭在高炉内的劣化机制及石墨化机理,合理控制焦炭质量是降低冶炼成本以及保证高炉稳定顺行的重要措施。详细阐述了不同的热处理温度、焦炭的灰分以及渣铁成分等因素对焦炭石墨化程度的影响。目前对于焦炭石墨化的理解还停留在宏观尺度,对于其微观反应机理,特别是各种渣铁和矿物的催化石墨化行为认识还有待进一步研究。     

入炉碱负荷与焦炭劣化的关系

为了研究首钢高炉入炉碱负荷与炉内焦炭劣化的关系,利用碱金属循环富集模型计算碱金属在高炉内的最大富集量及在高炉内部不同部位的分布,然后进行焦炭在不同浓度碱蒸气下的熔损试验,通过反推计算最终得到了在不同入炉碱负荷情况下焦炭劣化的程度。结果表面,钾和钠在首钢高炉内最大的富集量分别为34.89和7.44kg/t,炉内焦炭已经发生严重劣化,反应性CRI为53.14%,反应后强度CSR为61.69%。要想控制住碱金属对首钢高炉的危害,入炉K2O和Na2O质量必须分别限制在0.48和3.11kg/t以内。     

高喷煤比操作对焦炭劣化的影响

为考查提高喷煤量对焦炭在炉内劣化的影响，在宝钢高炉上进行了风口取样研究。结果表明，喷煤量达到200kg/t以上时焦炭劣化严重。高炉生产实绩回归显示，焦炭的热性能对高炉透气性的影响比冷强度显著。分析认为焦炭热性能指标CRI、CSR对高炉高煤比操作更重要。借此还提出了提高喷煤量和改善焦炭质量需加强研究的课题。     

高喷煤比操作对焦炭劣化的影响

为考查提高喷煤量对焦炭在炉内劣化的影响,在宝钢高炉上进行了风口取样研究.结果表明,喷煤量达到200 kg/t以上时焦炭劣化严重.高炉生产实绩回归显示,焦炭的热性能对高炉透气性的影响比冷强度显著.分析认为焦炭热性能指标CRI、CSR对高炉高煤比操作更重要.借此还提出了提高喷煤量和改善焦炭质量需加强研究的课题.     

首钢4号高炉风口焦炭取样分析研究

利用风口焦炭取样设备在4号高炉（有效容积为2100m^3）进行了风口焦炭取样。首钢焦炭种类多，焦炭质量相对较差，焦炭在炉内劣化严重。分析认为：焦炭质量改进能够减弱风口焦炭劣化、增加风口回旋区长度。对风口焦炭样成分的分析表明，随着焦炭中碱金属含量的降低，风口焦炭劣化度呈减小趋势。     

有害元素对高炉内焦炭热态性能的影响

针对有害元素在高炉内的反应行为和对焦炭劣化的催化作用,分析了钾、钠、锌、铅、氯化物在高炉内的循环富集过程,重点探讨了其对焦炭热态性能的影响,进一步明确了几种有害元素对焦炭和高炉冶炼的危害性,并根据其循环富集特点提出了控制措施。     

焦炭质量对高炉冶炼的影响

通过对鞍钢多年焦炭质量指标与高炉经济技术指标的统计,分析了焦炭M40和CRS与高炉利用系数和燃料比之间的关系,以及焦炭质量波动对高炉顺行状况的影响规律,同时利用风口焦取样方法,研究了焦炭在炉内的劣化程度和炉缸的工作状态。     

高炉内风口焦炭的劣化度及改善措施

为深入了解焦炭在高炉中的劣化情况,详细研究了风口焦的性状。利用风口取样技术取出高炉风口焦炭,对风口前不同位置的焦炭进行筛分,确定其粒度分布及不同位置不同粒度风口焦的反应性。用粒度的降解度表示风口焦物理性质的变化,用风口焦反应性增加的倍数表示风口焦炭的化学性质变化,从而定量的给出了口焦炭劣化度的公式。文章指出提高入炉焦炭的高温性能和各向异性含量,控制碱金属的入炉量及采用合理的造渣制度来控制炉渣碱度等技术措施,可以减缓风口焦炭劣化,提高炉缸活跃程度。     

焦炭反应性与反应后强度的再探讨

对比了焦炭反应性及反应后强度的测定方法与焦炭在高炉内劣化过程的差异,讨论了影响焦炭CRI及CSR的主要因素,经过分析后认为,焦炭的反应性及反应后强度更多的是表征焦炭与CO2反应的活性,不能充分代表焦炭在高炉中的热态性能。     

首钢外购焦炭质量恶化后的高炉生产实践

针对焦炭质量劣化的状况，高炉操作以活跃炉缸为主，从上下部调剂入手，采取疏导煤气、控制合理的实际风速和鼓风动能、缓解焦炭在高温区的粉化等措施，有效地改善了高炉的顺行状况，并逐步恢复高炉指标。     

首钢京唐5500m~3高炉风口取焦探究

研制了多点移动式高炉风口焦炭取样机,并在首钢京唐5500 m~3高炉上取样9次,以考察特大型高炉内焦炭的劣化行为。结果表明,京唐高炉风口焦平均粒度偏小,而且粉焦率偏高。认为:①京唐高炉风口焦粒度偏小、粉焦率偏高的主因,不是焦炭质量本身,而在于高炉的碱负荷较高;②高炉风口焦平均粒度与高炉碱负荷高度相关,碱负荷越高焦炭平均粒度越小。     

稳定和改善焦炭质量的途径

从焦炭在高炉内的劣化原因着手,结合装炉煤灰分、粘结性、焦炭显微结构方面的影响因素,分析影响酒钢焦炭强度的因素,提出稳定和改善焦炭质量的途径.     

武钢6号高炉中修炉内残留焦炭分析

 为了进一步研究焦炭在高炉内的劣化行为,探索更加适合高炉的的焦炭评价指标,利用武钢6号高炉中修挖炉缸的机会,从炉内自上而下分层取出焦炭试样,测定分析经高温反应后的焦炭试样的各项理化性能。采用开元5E-MAG6700全自动工分仪测定其水分、灰分和挥发分,采用科翔XQK-2000型显气孔率测定仪测定其显气孔率和灰分。研究结果表明,炉内残留焦炭相对于入炉焦灰分质量分数较高,固定碳质量分数下降明显,焦炭孔隙内滞留大量炉渣。高炉内初渣中SiO2、Al2O3、CaO和MgO质量分数并不高,MnO和P2O5质量分数是终渣中几倍甚至10倍,有相当部分的造渣是在炉缸下部进行的。高炉内碱金属在炉腹下部至炉缸上部富集量最大,锌在炉缸上部富集量最大。通过对高炉中修残留焦炭的研究分析,对焦炭在高炉各部位的劣化行为规律认识更加深刻,并对高炉的特性把握更加准确,可用于指导高炉生产。     

高炉风口取样技术及其在宝钢的应用

风口取样是国内外研究高炉风口回旋区和死料柱的必备手段。通过风口取样研究焦炭的劣化和喷吹煤粉的行为，对监控焦炭质量和指导高炉操作具有重要意义和实用价值。作者对宝钢高炉风口取样机的构造、性能和采用风口取样技术所取得的研究成果进行了阐述。     

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。     

持续改善焦炭质量的实践

分析了焦炭在高炉中的劣化过程,以及高炉提高喷煤后对焦炭质量的要求.总结了济钢在改善焦炭质量方面的持续改进措施.通过强化原料煤管理、干法熄焦、建设大型焦炉、煤调湿技术、焦炭钝化技术等一系列措施实施,持续提高焦炭质量,满足了提高喷煤后大高炉生产对焦炭质量的需求.     

碱金属对钒钛磁铁矿高炉冶炼的影响及对策

分析了碱金属在钒钛磁铁矿高炉冶炼中的循环富集行为、对炉料性能以及高炉冶炼的影响,指出了高炉内碱金属的潜在危害及防止措施.认为:攀钢高炉碱负荷较高,但炉渣排碱能力较强,目前碱害尚未凸现.碱金属对焦炭的破坏作用突出,且近年来劣化趋势明显,应加以重视.通过合理配煤或尝试对焦炭钝化处理,可以在一定程度上改善其热性能,增强焦炭的抗碱侵蚀能力.     

碱金属对高炉焦炭结构及性能的影响

焦炭在高炉冶炼过程中发挥着重要作用,高炉的大型化发展以及冶炼强度的提高对焦炭的质量提出了更高的标准,高炉入炉原料中的碱金属对焦炭的结构和冶金性能均有显著影响,为了保证高炉稳定顺行,有必要清晰了解焦炭在高炉冶炼过程中的劣化机制,并采取合理的焦炭质量控制措施。本研究采用气相吸附法考察了碱金属钾和钠对焦炭结构及性能的影响,对焦炭的基础性能检测分析,并采用工业计算机断层扫描（CT）观察焦炭的裂纹及气孔等微观结构。结果表明,钾蒸气对焦炭结构的劣化程度大于钠蒸气,并且随着钾蒸气含量增加,焦炭粉化程度增大,焦炭裂纹进一步延展,孔径增大;但是,焦炭吸附5%钠蒸气后,焦炭内部的裂纹及孔隙变化较小。