高炉入炉焦炭高温反应特性的研究

焦炭的热态性能是评价其在炉内溶损反应程度及抗机械破坏作用的重要指标之一.通过对安阳钢铁1#和2#高炉入炉焦炭的高温反应特性,分别采用块焦法、粒焦法和组织结构法进行了测定,并对所得结果进行了对比,分析了不同测定方法测定结果的侧重点及内在影响因素,给出了粒焦法和块焦法所得结果之间的线性关系;焦炭的矿相显微结构是影响其在高炉内劣化的内部因素,由修正公式可知,片状结构和各向同性与CO2的反应速度较快,镶嵌结构含量高的焦炭,反应后强度较高.由安钢1#和2#高炉所用入炉焦炭的性能分析结果,结合高炉的实际生产情况,提出了改进安钢高炉入炉焦炭高温反应特性的措施.     

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。     

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。     

焦炭反应性及反应后强度试验中应注意的几个问题

焦炭反应性及反应后强度，是评价焦炭热性质的重要指标，对高炉冶炼影响很大。近年来随着高炉大型化，这两指标越来越受到人们的重视，许多国家根据本国资源和技术需要制定了不同的测试方法，并用相应指标控制焦炭质量。我国于1983年就制定了国家标准，并于1996年进行了修定，随着钢产量的飞速发展GB4000几乎已被所有企业接受，焦炭反应性及反应后强度测定已成为企业的日常工作。但是由于试验条件掌握不好，两指标的测定值相差较大，影响了对焦炭质量的评价。根据几年来的工作经验，提出几个测定中应注意的问题，供大家参考。     

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。     

关于焦炭强度指标的几点看法

焦炭不仅是高炉过程的热载体和还原剂,又是高炉料柱的支撑结构和疏松物,伴随高炉的大型化和焦比的降低,焦炭质量的研究工作倍受重视。文献资料表明,焦炭的机械强度与高炉产量、透气性以及焦炭的反应后强度密切相关,然而各国采用的试验方法和强度指标的标记不同,往往无法对比,对于如何恰当地选择焦炭强度指标认识也不够明确。本文谨就焦炭机械强度测定方法、强度指     

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。     

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。     

焦炭高温反应特性研究

针对南钢两批焦炭,采用粒焦法、块焦法和组织结构法进行了实验。通过线性拟合分析实验结果,发现粒焦法和块焦法的高温反应特性符合良好,可以用粒焦法作为焦炭质量评价和控制指标。对两批焦炭进行定量分析,得出第一批焦炭的反应后强度更好,更能满足高炉炼铁骨架的支撑作用。利用粒焦法测得高温反应特性,探究工业焦炭高温反应特性与光学显微组织的关系,得出第一批焦炭光学各向异性程度与反应性呈正相关而反应后强度呈负相关,第二批焦炭结论相反。不同于单种煤焦炭的反应性随焦炭光学各向异性程度增大而减小,工业焦炭还会存在其他情况,在生产中需要具体问题具体分析。     

冶金焦的本质特性与现代高炉冶炼的对应关系

 在对鞍钢焦炭质量现状进行科学分析的基础上,研究了焦炭强度、热态性能、化学组成、粒度及质量波动等对高炉冶炼的影响规律,并通过对高炉风口焦炭的实际取样与研究加以验证,指导高炉操作实践;同时,系统地掌握焦炭质量、焦炭质量对高炉冶炼的影响、焦炭质量的评价方法等;尤其是利用“风口取样”,掌握焦炭在炉内的变化规律和炉缸工作状况,为高炉操作提供技术支持,同时为焦化厂低成本生产出符合高炉运行要求的焦炭提供了依据。     

焦炭热性能对高炉操作影响的研究进展

通过调研国内外焦炭热性能对高炉操作影响的研究进展,发现日本炼铁界对焦炭反应性关注度较高,且观点较一致:在确保焦炭冷、热态强度的前提下,较高反应性的焦炭有利于抑制风口部位焦炭的粉化和改善高炉炉内矿石还原速度,利于低成本冶炼;国内对焦炭反应性对高炉操作影响机理方面的探讨较日本少,观点与日本不同,认为焦炭具有较低的反应性和高强度利于高炉操作。建议更为全面深入研究热性能对高炉操作的影响,并在生产实践中进行探索,以求在领域内达成共识。     

炉缸焦炭状态与炉况运行间关联性分析

为了研究炉缸内焦炭存在性状与炉况运行状态之间关系,采用炉内径向取样技术,通过对不同大型高炉炉缸区域所取焦炭的堆积程度、粒级存在状态、自身成分与结构以及热态性能等进行检测与分析,并统计出此阶段高炉运行指标,回归出炉缸焦炭存在状态与炉况运行指标间关联性规律。分析结果表明,炉缸内焦炭粒度每增加1 mm,约可提升喷煤量4.66 kg/t,降低燃料消耗4.77 kg/t,同时大型高炉要想获得较好的运行效果,死料柱内的渣、铁滞留量还应严格控制在45%以内。这也验证了良好高炉运行状态下,除应选用优质原燃料入炉,用以减轻炉内焦炭熔损程度,强化料柱功能外,还应在操作中贯彻以风量及风压为优先调剂举措,用于改善炉缸活跃程度。     

Effect of coke reactivity and nut coke on blast furnace operation

Abstract

Two measures for coke saving and increase in blast furnace efficiency related to coke characteristics – reactivity and size – are discussed in this paper. Modern blast furnace operation with low coke rate and high injection rate causes a change in coke quality requirements. A discussion has arisen recently about highly reactive coke. Here, a theoretical analysis of influence of coke reactivity on the thermal reserve zone, direct reduction and carbon consumption in the blast furnace has been undertaken. Experiments have been performed using non-standard test scenarios that simulate coke behaviour under real blast furnace operating conditions. Coke reactivity and microstructure have also been investigated under the impact of alkali and pulverised coal ash and char. Operation of many blast furnaces has proved the possibility of coke saving and increase in productivity when using small-sized coke (so-called nut coke) mixed with the burden, but the reasons for this phenomenon, and consequently the limit for nut coke consumption, are still not very clear. An analytical method and cold model simulations have been used to quantify the change in shaft permeability and furnace productivity when using nut coke.     

Effect of coke quality on blast-furnace performance indices

The quality of coke has a strong effect on the performance indices of a blast furnace. For a furnace to operate with high productivity and a low coke rate, it is necessary to use coke with high strength characteristics. The Novolipetsk Metallurgical Combine has conducted studies of the effect of coke quality on the operation of blast furnaces of different sizes. The quality of the coke was evaluated on the basis of the following indices: CSR, CRL, the cold-strength indices M₁₀ and M₂₅, and the integral coke-quality index I_g.c used by the Sidmar company. Furnace productivity, coke rate, and the totterman index (DMI) were also used for the sake of comparison.     

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.     

小块焦对高炉焦比的影响

在高炉冶炼过程中小块焦一直被认为只是作为资源再利用,使用时常常不被看好。通过实验室的探索性研究,了解到小块焦的粒度效应对其失重率作用很大,小块焦的反应性相对于冶金焦有很大的提高。可以认为小块焦在炉内改善了还原性,有促进矿石还原作用。小块焦的大量气化吸热有降低热储备区温度的倾向,对高炉的燃料消耗进一步降低起了一定作用。750 m3高炉的生产性试验结果表明,提高小块焦的用量有利于燃料消耗的降低,其他工艺参数不变,增加1 kg/t的小块焦相当于置换焦比1.19 kg/t。     

高炉使用铁焦的㶲分析

 中国钢铁生产主要以高能耗和高排放的高炉-转炉长流程为主,节能减排压力较大。因此,积极研发高炉低碳炼铁技术,促进高炉工序CO₂减排尤为重要。铁焦是将含铁原料加入适宜的煤中,经焦化或炭化后成型的新型碳铁复合炉料,其高反应性可以显著降低热储备区温度、降低碳消耗,高炉使用适量的铁焦可实现一定程度的节能降碳。基于现场生产数据,采用㶲分析理论,建立高炉使用铁焦的㶲平衡模型,探索铁焦添加量对高炉物料消耗及能量利用效率的影响。结果表明,高炉使用铁焦后,炉内间接还原得到发展,碳利用率提高,炉内灰分量降低,冶炼单位生铁的碳素消耗和炉渣量均会降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg铁焦后,吨铁碳素消耗降低25.95 kg,渣量降低11.28 kg。此外,铁焦内部的金属铁仅需熔化,节省还原所需的㶲量,焦炭和鼓风带入㶲会显著降低,因此高炉冶炼吨铁消耗的总㶲量降低,同时,炉内传热也得到改善,内部㶲损失有效降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg/t铁焦后,目的㶲效率由46.14%提高至48.87%,热力学完善度由87.46%提高到88.02%。在此条件下,高炉吨铁的内部㶲损失降低192.63 MJ,实现节能6.57 kg(标煤)。