焦炭溶损反应起始温度对高炉碳素消耗的影响

利用生产高炉冶炼参数,计算得到不同焦炭溶损反应起始温度下的高炉操作线,分析了焦炭溶损反应起始温度对高炉冶炼和技术经济指标的影响。结果表明：焦炭溶损反应起始温度对高炉操作参数有显著影响。随着焦炭溶损反应起始温度的降低,高炉还原剂消耗降低,炉顶煤气利用率提高,直接还原度降低。     

铁氧化物对焦炭溶损反应的影响

焦炭溶损反应对焦炭性能有着重要的影响,是决定高炉焦比高低的关键.通过添加催化剂和吸附催化剂的方法向实验室自制焦炭上负载铁氧化物,并对含铁焦样进行了焦炭溶损反应实验、XRD检测、SEM扫描电镜及图像分析.研究结果表明,铁氧化物对焦炭溶损反应具有明显的催化作用,铁氧化物会使焦炭反应性指数升高,溶损反应开始温度降低,同时分析了焦炭中负载铁氧化物后气孔率的变化、金属铁及其氧化物的分布规律及赋存状态.     

焦炭热性质评价方法的研究进展

焦炭是高炉炼铁最重要的原燃料,其性质直接关系到高炉冶炼的效率和成本。焦炭的热性质备受炼焦和高炉炼铁领域关注,各国研究者根据对焦炭溶损反应的试验研究结果,相继提出了新的方法来测试和评价焦炭的热性质,获得简捷而实用的焦炭热性质指标对高炉生产至关重要。总结了当前对焦炭溶损反应行为以及焦炭热性质评价方法的研究进展,归纳了各种焦炭热性质评价方法的特点,提出了关于焦炭反应行为和焦炭性质评价方法的一些新思路和研究方向。     

富碱焦炭在不同反应条件下的溶损劣化模式

采用高温热还原法制取K、Na蒸汽,并对四种工业焦炭进行了K、Na蒸汽吸附,对富碱焦炭进行了1 100℃恒温和模拟高炉温度制度下的溶损反应劣化研究,分析了碱金属对焦炭溶损反应速率和反应后强度的影响。结果表明,未富碱焦炭的溶损反应率随着温度的升高而加快,CSR_(25%)随反应温度的升高呈现先减小后增大的规律,溶损反应模式为低温均匀反应模式+中温协同模式+高温反应核模式;1 100℃恒温下富碱焦炭的CSR_(25%)都在未富碱焦炭的劣化模式范围内,且K、Na协同富碱焦炭劣化程度最严重;模拟高炉温度制度下富碱焦炭的溶损劣化强度明显高于1 100℃恒温下的富碱焦炭。     

焦炭与烧结矿在耦合反应过程中的溶损特性

为了研究高炉冶炼中焦炭的溶损行为,选用2种不同反应性的焦炭考察焦炭与烧结矿在不同温度下的耦合反应,研究不同温度下焦炭溶损与烧结矿还原的关系。研究结果表明,焦炭溶损和烧结矿还原的耦合反应随着反应温度的升高逐渐加剧,且焦炭反应性提高有利于烧结矿的还原。焦炭溶损率与烧结矿还原度呈正线性相关性,焦炭反应性(CRI)与拟合曲线的斜率k呈反比,而与截距b呈正比,截距可以表征焦炭对烧结矿的初始还原能力。耦合反应后焦炭的光学各向异性指数OTI增大、平均孔径和气孔率大幅增大,反应性较大的焦炭易于在焦炭表面溶损,反应后的孔径较大;而反应性较小的焦炭在反应过程中CO₂气体易于扩散至焦炭内部均匀溶蚀各级气孔。     

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。     

高炉焦炭微观结构演变的多尺度表征及应用

 焦炭是高炉冶炼的重要原料,其微观结构演变的多尺度表征对焦炭质量的合理评价和高炉顺行起着至关重要的作用。溶损过程中,焦炭多孔结构内部会产生不同程度的劣化梯度,这对焦炭行为会产生十分重要的影响,但目前的焦炭评价体系并未能考虑到这一因素。以反应速率常数k_rea和扩散系数D_eff的比值(k_rea/D_eff)表征溶损反应对焦炭空间结构劣化的影响,可为进一步准确表征和预测焦炭内部的劣化梯度从而优化焦炭质量提供基础。对不同粒级尺度的焦炭进行了高温溶损试验,并研究了溶损过程中焦炭的基质反应特性和孔结构演变特征。通过傅里叶变换红外光谱、光学显微镜、SEM-EDS和BET比表面积孔径分布仪对不同溶损焦炭的成分、孔结构参数等进行了分析。结果表明,随着焦炭溶损程度的加深,矿物质在焦炭表面逐渐析出,并对溶损过程起到一定的催化作用,导致反应活化能Ea降低、k_rea增大;此时焦炭内部的微孔扩大并合并成中孔和大孔,CO₂分子的扩散路径减少,扩散活化能E_D降低、D_eff逐渐增大。进入溶损反应中后期,焦炭中的活性组分被大量消耗,且其内部的灰分大量析出,使得反应活化能Ea升高、k_rea减小;而焦炭内部的大孔数量也进一步增加,多孔结构的曲折度大幅降低,使得扩散活化能E_D继续降低、D_eff增大。通过研究焦炭k_rea/D_eff发现,随着溶损程度增加,k_rea/D_eff呈快速减小的趋势。且k_rea/D_eff越大,焦炭内部的劣化梯度越大,容易从焦炭表面产生焦粉,不利于高炉实际生产。因此,在降低焦炭溶损率或反应后强度CSR的基础上,控制k_rea/D_eff在合理范围内是进一步提高焦炭质量的有效措施。     

高反应性焦炭与高炉低成本操作

高反应性高强度焦炭可以通过降低高炉热储备区温度,促进高炉内铁氧化物的还原,达到降低高炉炼铁燃料消耗并减少CO_2排放的目的。总结了国内外关于高反应性焦炭生产制备、性能评价以及进行高炉冶炼实践的现状,提出了高反应性焦炭需要开展的研究方向,根据资源和环境的需要选择适宜的配煤添加剂,以及焦炭在高炉内溶损反应的特点正确评价高反应性焦炭的性能。     

钢渣配煤对焦炭溶损反应动力学的影响

将1%转炉钢渣配入吕家坨焦煤中制备焦炭,采用自制的粒焦反应性装置研究了900~1 200℃下所得焦炭的溶损反应过程。结果表明,在碳素溶损率30%时,焦炭的溶损速率基本保持恒定;而在碳素溶损率30%时,溶损速率则逐渐减小。钢渣的配入增加了焦炭的溶损反应速率,而且溶损温度越高,焦炭溶损速率增幅越大。用随机孔模型描述了焦炭的溶损反应动力学过程,求得焦炭和添加1%钢渣后焦炭的溶损反应的表观活化能分别为133.76 k J/mol和121.51 k J/mol。     

高炉焦炭微观气孔结构演变及分形特征研究

为了研究孔结构对高炉焦炭降解过程的影响,通过溶损-转鼓实验分析了不同溶损焦炭的孔结构分形特征和微观组织结构变化。在此基础上,通过引入考虑分形特征的物料破碎方程,分析了焦炭降解能耗与表面分形维数之间的联系。结果表明:考虑分形特征的功耗方程可以较好地应用于冶金焦炭的降解过程中,焦炭降解能耗与分形维数之间存在明显的相关性,反应气氛会影响焦炭的表面分形维数进而改变焦炭降解的难易程度。     

焦炭质量对高炉炉况的影响

由于新钢5#、6#焦炉干熄焦(9#高炉入炉配比50%)变为水熄焦,焦炭冷强度M40下降约4%,造成9#(2500m3)高炉料柱透气、透液性变差,压量关系紧张,炉况波动较大,甚至悬料。通过上下部调剂相结合稳定炉况,加强管理保证生产,高炉炉况逐步恢复。     

2200 m3高炉用喷洒ZBS添加剂焦炭的试验

针对韶钢的现场情况，选择合适的喷洒点向焦炭喷洒ZBS添加剂溶液，并在7号高炉(2200 m3)进行了工业性试验。试验结果表明，试验期间喷洒ZBS溶液的焦炭反应性（CRI）较未喷洒ZBS溶液的降低了8.3％，CSR提高了54％；与基准期相比，试验期间7号高炉的产量日增加1.4％，综合焦比降低3.47％。     

焦炭热性能指标意义浅析

通过对焦炭在高炉内的历程及其变化规律的剖析,阐述焦炭热性能指标的意义,形象地把焦炭在高炉内的损耗分为三部分(M1,M2,M3)。指出M2对焦比及焦炭价格有一定的指导作用。     

焦炭热态性能对高炉产质量影响的统计解析

 焦炭是高炉重要的燃料之一。 为研究不同范围内焦炭热态性能对高炉产质量指标的影响，首先统计实际高炉生产数据，将焦炭热态性能划分为不同区间，利用SPSS软件对不同区间数据进行统计解析，通过线性或非线性拟合得出影响规律和适宜的反应性和反应后强度。鉴于反应性和反应后强度存在较强的负相关性，综合考虑两因素，得出合适的焦炭综合热态性能，从而指导高炉和炼焦生产并提供一种新的焦炭热态性能研究方法。     

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。     

超大型高炉风口焦炭取样分析研究

为恢复炉况及探讨超大型高炉冶炼规律,对首钢京唐公司高炉进行了风口焦炭取样分析,研究了其入炉焦炭热强度与焦炭反应性、焦炭冷强度与焦炭耐磨强度之间的关系;探明了风口焦炭的粒度、劣化度及渣铁滞留量;探索了渣铁滞留量与渣铁体积、风口焦炭粒度、煤比及炉渣二元碱度的关系;分析了炉缸径向焦炭粒度分布、风口前高透气性区长度、炉缸透气性等;根据上述研究结果,提出了高炉操作建议并得到应用。实践结果表明:风口焦炭取样分析可以作为高炉操作调整的重要参考。     

高炉块状带焦炭强度模拟研究

 重点研究焦炭在高炉块状带内的抗压强度与温度和反应程度的关系。使用1台热模型对高炉块状带进行了模拟研究,1台可调气氛高温抗压试验机对所获焦炭试样进行了抗压强度检验,得到了焦炭在实际温度下的反应后抗压强度分布。在高炉间接还原区内,焦炭抗压强度随温度的升高而直线下降,在高温区内强度下将更为严重。焦炭失碳率是影响其强度的主要因素,在高煤比条件下应采用高反应性煤种并保留适量未燃煤,以保护焦炭强度。     

混装铁焦对人造富矿还原行为的影响

 高炉炼铁是资源、能源的消耗大户,节能潜力巨大。铁焦是一种高反应性焦炭,将合适粒度和数量的铁焦与含铁炉料混装入炉,从理论上说具有降低焦比,取得节约稀缺炼焦煤资源和降低生产成本的潜力。对混合试样的还原机理进行了分析,并对铁焦与人造富矿的耦合反应进行了实验室研究,证明混入铁焦对烧结矿和球团矿的还原反应有明显的促进作用,提高温度和增加铁焦用量对提高铁矿石的还原度有利。     

焦炭和无烟煤混合物的热性质研究

在实验室条件下,研究焦炭、无烟煤以及焦炭与无烟煤的混合物与CO2在高温下的气化反应作用机理及规律,为高炉混装粒煤冶炼提供理论参考。通过研究发现：混装一定量粒煤后,焦炭的起始反应温度和剧烈反应温度均有所提高,焦炭的反应性下降,反应后强度增加,说明无烟煤对焦炭的气化反应具有保护作用,而且对高反应性焦炭保护作用更加明显。     

提高焦炭质量的研究

介绍了焦炭质量变化对高炉操作的影响以及大高炉生产对焦炭质量的要求。通过完善煤质管理、改善焦炉炉温均匀性、重视焦炭的热性质、优化配煤结构、改善焦炭强度等途径,提高焦炭质量。提出在炼焦煤资源紧张的情况下,采取选择粉碎、煤干燥、煤水分控制、煤干燥风选压块、干法熄焦等配煤炼焦新技术,可以提高涟钢焦炭质量,满足大高炉生产需要。