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。     

碱金属对焦炭热性能的影响

结合宣钢高炉碱害严重的问题,模拟高炉软融带,通过浸渍法使焦炭表面吸附不同浓度的碳酸钠和碳酸钾,在900℃、1000℃、1100℃、1200℃分别测定吸附碱金属后焦炭的反应性及反应后强度。结果表明：在实验的温度范围内,随着温度的升高焦炭的反应性越高,反应后强度越差。钾、钠对碳溶反应起正催化作用,焦炭中碱金属浓度越高,碳溶反应的速率就越快。     

不同反应性焦炭在炉料还原-软熔过程中的作用行为

随着钢铁企业“双碳”目标的提出，明确焦炭在炼铁过程中的作用行为至关重要。同时高炉富氢冶炼技术的推广给高炉内原燃料的反应行为带来了较大的变化，因此，研究在无氢和有氢气氛下不同反应性焦炭在高炉炉料还原-软熔过程中的作用行为对高炉冶炼具有重要意义。模拟高炉实际炉料结构，研究了不同反应性焦炭对矿石还原度和焦炭的气化率及孔隙结构变化的影响，探索焦炭反应性对炉料软熔性能及软熔带透气性的影响，解析不同反应性焦炭与渣铁界面作用行为的变化机理。研究结果表明，焦炭的反应性提高使各温度下矿石还原度和焦炭气化率均提高，各温度下焦炭的表层孔隙率增加，在无氢气氛下孔隙率的增加幅度低于有氢气氛，焦炭内部孔隙结构整体变化幅度较小。焦炭反应性提高后，炉料的软化温度区间减小且向低温区移动，在无氢气氛下熔化温度区间降低，在有氢气氛下熔化温度区间略有增加，焦炭表层碳基体劣化严重且强度降低，料层最大压差增加，透气性劣化，无氢时的影响程度强于有氢时的影响程度。增加焦炭反应性后，在无氢气氛下渣铁分离较好，且炉渣可以与焦炭灰分有效融合，使熔化带向低温区移动；在有氢气氛下，焦炭表层灰分含量较高，且不能及时与炉渣融合更新焦炭表面的活性点...     

高温热处理对焦炭基质溶损反应性与微观结构影响

为探究高炉高温区域焦炭劣化机制，采用热分析法研究高温热处理对焦炭基质溶损反应的影响，并采用N₂吸附、XRD、Raman光谱等方法探究了焦炭在高温条件下微观结构的演变规律。结果表明：经高温热处理后，焦炭溶损反应速率整体降低，特征反应速率最低值对应的热处理温度为1 300～1 400℃;焦炭微晶堆垛高度增大，芳香片层间距降低，结合Raman光谱特征参数推测焦炭多环芳香结构向石墨化结构转变；焦炭的孔容积和平均孔径先降低后升高，孔隙结构剧烈变化温度与焦炭中矿物质熔融反应温度及反应性转变温度重叠度较高。推测认为升温条件下焦炭中矿物质/碳基质化学反应与物理聚集/运动作用促使焦炭孔隙堵塞与再次开放，造成了焦炭基质特征溶损反应速率出现上述波动。     

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。     

高炉内兰炭与焦炭之间的交互作用

通过热重分析实验和模拟氧气高炉中炉料反应行为,探究兰炭和焦炭的反应性,以及兰炭和焦炭之间的交互作用.热重实验结果表明,兰炭反应性优于焦炭,兰炭在加热过程中出现2个DTG峰值,第1个峰值是由于兰炭的二次热解,第2个是由于热解和气化耦合反应.在加热到800 ℃之后,兰炭和焦炭之间存在交互作用,并且随着升温速率的增加,交互作用增强.在高炉炉况下,兰炭的加入能够减少焦炭的反应和焦炭粉化程度,降低CO₂和H₂O气体对焦炭气孔壁的侵蚀作用,降低大孔的生成,从而对焦炭起到保护作用.      

钢渣对炼焦煤成焦后气化反应行为的影响

高反应性焦炭可降低高炉热储备区温度,提高高炉冶炼效率.钢渣中有大量的钙和铁,是理想的焦炭气化反应催化剂.在制备高反应性焦炭的过程中,钢渣在配合煤中的粒度和添加量会影响焦炭的反应性和反应后强度.本文从宏观动力学角度研究了钢渣对焦炭反应性和反应后强度影响的原因.细焦粉和粒度为3~6 mm的焦炭分别与CO2在950,1 100和1 250℃进行了气化反应.通过细焦粉的气化曲线确定了焦炭在各温度的本征初始气化速率(r0),通过粒焦炭的气化曲线确定了受内扩散影响的焦炭表观气化反应速率(rD).对反应效率因子(ηef)和西勒模数()的分析表明,焦炭基质反应性和气孔结构两者共同决定了焦炭反应性和反应后强度.     

武钢焦炭质量现状与改进措施

焦炭是高炉冶炼的主要燃料,高炉生产能力主要由炉况强化程度及顺行情况而定,而高炉炉况强化程度及顺行情况主要取决于焦炭的性质,因此对作为高炉炉料组成部分的焦炭的质量作出正确评价是十分必要的。目前一些国家探讨焦炭在高炉内的行为时得出以下结论:作为高炉用焦,除了具备较高的冷强度、适当的均匀块度和低灰低硫外,还应具有较好的热性质,即在高温下焦炭与二氧化碳的反应性及反应后的强度。如日本已将焦炭的二氧化碳反应性及反应后的强度     

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.     

Microstructure characteristics of dead stock coke from blast furnace

In order to reveal the relationship between the macroscopic properties and microstructure of dead stock coke, the differences between dead stock coke samples and feed coke samples were compared by industrial analysis, pore structure analysis, BET detection, XRD detection and SEM observation, etc. Dead stock coke samples and feed coke samples were both sampling from the stop experiment of a schreyerite BF in one factory in Xichang. Experimental results show that comparing with feed coke samples, the dead stock coke has significant differences in microcrystalline structure, stomatal structure, mineral distribution. The content of ash in dead stock coke increases, the number of super- atmospheric pores (pore size greater than 1000??m2) increases, the number of micropores (pore size of 0-50nm) and mesopores (pore size of 50-300nm) increase, and the crystallite size increases by about 4 times. In addition, the outer pores of the dead stock coke also adsorb a large amount of slag iron minerals, and the minerals are mainly magnesite, perovskite and iron carbon compounds. Then after the coke drops to the dead column area and stays for a long time, its porosity increases and the degree of graphitization increases.     

Effect of Coke Reaction Index on Reduction and Permeability of Ore Layer in Blast Furnace Lumpy Zone Under Non-Isothermal Condition

 Reasonable control on CRI (coke reaction index) is one of the key factors for BF (blast furnace) low-carbon smelting. However, there are contrary opinions. One is increasing CRI to improve reaction efficiency in BF and the other is decreasing CRI to suppress coke degradation in furnace. Different methods are adopted to realize effective catalysis (increasing CRI) and passivation (decreasing CRI) of coke. Simulation tests of coke in BF lumpy zone under gradual temperature rising have been done. Effect of CRI on gas composition, ore reduction, burden column permeability and heat reserve zone′s temperature under non-isothermal condition are studied. Then combined with iron making calculations, a novel BF operation suggestion is proposed as coke nut with small size be catalyzed and mixed with ore while skeletal coke with large size be passivated and separately charged into BF.     

高炉内H2体积分数对焦炭气化反应的影响

 为了明确高炉富氢冶炼条件下焦炭的气化行为,利用高温模拟试验研究了高炉内φ(H₂)对焦炭气化反应和孔隙结构的影响,得到了不同φ(H₂)下矿石的还原与焦炭气化反应的关系、焦炭气化最严重的温度区间及焦炭微观孔隙结构的变化。研究结果表明,矿石的还原度和焦炭的失重率在升温过程中都逐渐增加。随着φ(H₂)的增加,焦炭的气化率增加幅度最大的温度区间逐渐向低温区移动,主要由于随着φ(H₂)的增加,矿石的还原反应逐渐趋向于在低温区进行,使得其在高温区产生的可供焦炭气化反应的CO₂和H₂O的总量降低;φ(H₂)由5%增加至10%时,焦炭的气化率增加幅度最大;随着φ(H₂)的增加,焦炭的平均壁厚逐渐降低,孔隙率、比表面积及总孔容都逐渐增加;焦炭大孔所占比例逐渐增加,焦炭气孔壁的薄壁结构所占比例逐渐增加。     

碱金属对焦炭热性能的影响

通过模拟高炉内焦炭同时受钾和钠蒸汽影响的实际情况,得到在钾和钠不同比例条件下焦炭结构和热性能(CRI、CSR)的变化。结果表明,碱金属的比例达到3%时,就会破坏焦炭结构,而且随着钾蒸汽比例的提高,焦炭粉末也会增多,这表明钾蒸汽对焦炭结构造成了巨大破坏。当钾和钠的质量比为3︰7时,焦炭的反应性(CRI)达到最高,反应后强度(CSR)达到最低。通过扫描电镜和能量光谱仪观察发现,焦炭基体和矿物质中均存在钾和钠;通过X射线衍射检测发现,焦炭和碱金属蒸汽发生反应生成了霞石,霞石中钾和钠的含量取决于碱金属蒸汽中两者的比例。     

The influence of simultaneous adsorption of potassium and sodium vapours on coke structure and performance

Alkali metals are one of the important factors promoting the degradation of coke in blast furnace. Previous studies usually focused on the properties of coke affected, respectively, by K and Na separately, while K and Na will simultaneously affect coke performance in the actual production of blast furnace. Through simulating the actual situation where coke is affected by K and Na vapours simultaneously in blast furnace, the evolution of coke structure and thermal properties (CRI, CSR) after alkalisation with different proportions of K and Na vapours are revealed in this study. Results showed that coke structure was broken when the proportion of alkali vapours reached 3%, and coke fine formation rate increased with the increase of K vapour, indicating that K vapour caused a great damage to coke structure; CRI of coke reached the highest and CSR the lowest when K/Na ratio was 3/7. It was observed with SEM/energy dispersive spectrometer that K and Na existed in both mineral matters and carbon matrix; nepheline, generated when coke reacted with alkaline (K, Na) vapours, was determined by XRD. The content of K and Na in nepheline is dependent on the ratio of alkaline (K, Na).     

探讨现行高炉焦炭质量指标模拟性的积极意义

从焦炭在高炉中劣化径探讨焦炭质量指标Ｍ４０、Ｍ１０、ＣＲＩ（反应性）、ＣＳＲ（反应后强度）的模拟性。认为Ｍ４０和Ｍ１０对高炉块状带有一定模拟性,但块状带对焦劣化不太明显;ＣＲＩ在无碱条件下测定,而高炉中均积累了一定数量的循环碱,因此,ＣＲＩ指标对实际焦炭质量会产生误导,由此衍生出传统配煤技术概念需要更新的问题。     

攀钢高炉风口焦特征

从风口焦和入炉焦的粒度组成、热强度、化学成分、气孔率、显微结构强度、石墨化程度等方面进行对比分析。结果表明：攀钢高炉风口焦灰分及灰中TiO2、Fe2O3含量高,碱金属含量低,反应性高,反应后强度很低。     

焦炭热反应性能对高炉顺行的影响

焦炭热反应性影响其在高炉内反应后的强度,制约着焦炭在高炉中料柱骨架的作用,进而影响高炉的透气性和高炉顺行。结合生产实际,对焦炭在高炉不同部位的状态和行为进行了探讨,阐明焦炭的热反应性能对高炉顺行有较大影响。