宣钢改善焦炭反应性的研究与实践

焦炭质量是高炉生产操作取得良好指标的关键,使用高反应性焦炭能增强炉内的还原气氛,促进含铁炉料的还原,而料层透气性不会有显著变化。此外,焦炭反应性的提高有利于提高含铁炉料进入软熔带和滴落带时的金属化率,减少进入软熔带和滴落带炉料中FeO的含量,有利于改善高炉内含铁炉料的软熔滴落性能。     

富氢气氛下不同含铁炉料的还原行为

 高炉低碳富氢冶炼技术如高炉喷吹煤粉、富氢燃料等会导致炉内炉腹煤气中氢气体积分数增加,为探究富氢对高炉上部炉料的影响,对富氢条件下不同含铁炉料的还原行为进行了试验研究。粉化试验结果表明,在20%H₂(体积分数)条件下,块矿和烧结矿的粉化率明显改善,RDI_{>3.15 mm}分别增加了11.08%和30.23%,同时富氢条件有利于含铁炉料粒度的均匀化。还原试验结果表明,在CO体积分数不变、改变H₂加入量条件下,球团矿和烧结矿还原度最高时的H₂体积分数为25%,块矿H₂体积分数则为10%。在保持(CO+H₂)体积分数30%不变、改变H₂加入量时,当H₂体积分数超过20%时,各含铁炉料的还原度均超过90%。扫描电镜分析结果表明,还原后的块矿明显生成渣相和铁相,球团矿出现良好的赤铁矿和磁铁矿相,烧结矿则呈“针状铁酸钙相-磁铁矿相-铁相”分层现象。     

温度对高炉不同装料模式间接还原效率的影响

为了研究不同装料模式下温度对高炉间接还原效率的影响,通过模拟不同装料方式下高炉炉料组成,研究了温度对含铁炉料静态还原的影响规律。试验结果表明,间接还原区温度越高、还原气体CO含量越高,试验含铁炉料的还原度和还原效率越高;在大小烧分级入炉、CO气体浓度为55%的条件下,温度由700℃上升至1 000℃时,含铁炉料的还原度增幅达到26.7%。     

还原气氛对高炉块状带铁氧化物还原效率的影响

为了研究还原气氛对高炉块状带含铁炉料还原效率的影响,通过模拟不同装料方式下高炉炉料组成,研究了还原气氛对含铁炉料静态还原的影响规律。试验结果表明,还原区温度越高、还原气体CO含量越高,试验含铁炉料的还原度和还原效率越高。     

碳循环氧气高炉内软熔带上部炉料反应行为

近年来，在中国“碳达峰”“碳中和”战略背景下，低碳高炉炼铁已成为中国低碳冶金技术发展的重要方向。在高炉炼铁工序，由于大量使用化石燃料及炉顶煤气利用率低，导致CO₂排放量过多。为降低高炉炼铁的碳排放，提出富氢碳循环氧气高炉新工艺。以碳循环氧气高炉为研究对象，通过数值模拟与实验室试验相结合的方式，对高炉内软熔带上部含铁炉料的还原行为和焦炭气化行为进行了研究。通过SEM-EDS对烧结矿和球团矿的还原程度及渣铁分离现象加以分析，同时采用矿相显微镜对焦炭气化后的微观形貌进行表征。通过数值模拟和实验室试验得到的高炉内含铁炉料还原度变化规律基本一致，验证了数值模拟与实验室试验相结合方法的可行性。研究表明，在高炉的同一竖直方向上，随着位置的降低，含铁炉料的还原度和金属化率不断升高，焦炭的气化率不断上升。在高炉中心位置软熔带上方，含铁炉料的还原度为0.91,金属化率为67.58%,焦炭的气化率为20.91%。在高炉边缘位置软熔带上方，含铁炉料的还原度为1,金属化率为96.91%,焦炭的气化率为21.36%。并且，随着炉料下行，还原后含铁炉料的金属铁面积越大，渣铁分离越明显，观察到的...     

日本钢铁业研究的减排CO2炼铁新技术

日本钢铁业在减排CO2的炼铁技术开发中,近期主要以开发新型炉料为主,新型炉料包括高反应性焦炭、铁焦复合球团、预还原烧结矿等;长期主要以氢气还原铁矿石的高炉炼铁技术为主,还包括与氢还原相配套的新型焦炭技术等。本文介绍了高反应性焦炭、铁焦复合球团和预还原烧结矿对高炉降低还原剂比的作用及其在高炉中的用法,阐述了氢气还原铁矿石的高炉炼铁技术及与之相配套的新型焦炭技术的研究进展,指出我们应借鉴其高反应性焦炭概念、在矿焦混装时使用高反应性焦炭,以及应着手开发类似HPC的粘结剂技术。     

不同气氛下焦炭气化对烧结矿还原的影响

采用自制的支撑式热重测试仪研究了不同气氛下焦炭与烧结矿的共同反应过程,分析了反应气氛中CO/CO2含量的变化对反应速率、焦炭溶损率和烧结矿还原度的影响。结果表明:反应气氛中CO浓度的增加有利于矿焦共同反应地进行,混合气体中CO浓度提高3%则混合炉料的失重率增加6%;提高焦炭的反应性也有利于促进矿焦共同反应的深度。降低混合气氛中的CO2浓度能够加大焦炭反应性的差异,而对烧结矿还原的影响则较小,2#焦炭的溶损率约为1#焦炭的2.6倍,相对应的烧结矿还原度约为1.1倍。焦炭的OTI指数小、微孔含量高则易与CO2反应生成CO而促进烧结矿还原,促进矿焦耦合反应。     

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...     

高炉内不同还原度炉料对软熔带透气性的影响

高炉内软熔带区域的透气性是影响高炉稳定顺行的重要因素,并由炉料的软化融化特性决定.当炉料内部发生软化融化时,炉料内对气体的粘性阻力系数及内部惯性阻力系数发生巨大变化,从而导致透气性变差,内部最大压差增大.本研究旨在通过预还原实验及软化融化实验,探明混合料的还原度对软熔带的透气性影响.结果表明:在不同软融阶段,同一还原度混合料层的最大压差明显不同,当料层温度进入融化区时,粘性阻力系数突增导致压差突然上升.由于惯性阻力系数的变化,压差曲线在达到融化温度之后还会继续发生波动.还原度较低时会出现二次压差峰值,随着还原度增加,二次峰值现象减弱.当还原度达到90%时,二次峰值消失,最大压差曲线在融化开始温度后逐步下降.试验结果对提高软熔带透气性,保证高炉内部稳定顺行具有重要的指导意义.     

预还原含铁炉料在高炉内的软熔滴落行为

 试验考察不同金属化率、不同碳含量下预还原含铁炉料软熔滴落特性。结果表明：与未还原含铁炉料相比,预还原含铁炉料的软化温度区间或软熔温度区间虽然较大,但温度区间内的料柱压差较小;熔滴温度区间内,熔化开始温度随着金属化率的增加而升高,滴落温度随铁水碳含量的增加而降低,料柱的最大压差随着金属化率的增加而减小;软熔滴落性能特征值（SD）随着金属化率和碳含量的增加而减小。由此推测,高炉使用具有一定碳含量的预还原含铁炉料将有利于增大软化层空隙、降低熔融层厚度,从而改善软熔带的透气性。     

CO2对焦炭高温气化影响及微观结构分析

??In order to improve the metallurgical properties of coke in blast furnace smelting and reduce the melting loss of the material by CO2 to reduce the coke ratio?? the effect of CO2 on coke gasification in blast furnace was simulated in laboratory. The changes and specific surface areas of coke under different melting loss conditions were studied and calculated. The results shows that the specific surface area of coke is always increasing when the CO2 concentration is lower. When the CO2 volume fraction is high?? the specific surface area first increases and then decreases. Fourier transform infrared analysis shows that with the increase of CO2 volume concentration?? the macrocyclic aromatics in coke decrease?? and a large amount of gas is generated and volatilized from coke?? accompanied by the formation of other salts. Therefore?? under the condition of constant CO2 volume concentration?? with the increase of reaction time?? the specific surface area of coke increases?? the microstructure changes and the vibration peak of some groups shifts. As a result?? the coke is pulverized and the strength is lowered.     

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。     

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.     

高炉喷吹COREX脱CO2顶煤气的数值分析

 COREX脱CO₂顶煤气作为一种优质富氢气体,直接喷吹进入高炉可有效降低高炉燃料消耗。建立了高炉喷吹COREX脱CO₂顶煤气静态工艺模型,研究高炉喷气对风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气成分、风口回旋区形状、直接还原度、节焦效果等因素的影响,并进一步探究了提高风温作为热补偿措施后的适宜喷气量。研究结果表明,不采取热补偿措施条件下,随着COREX脱CO₂顶煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度逐渐降低,炉腹煤气量逐渐升高,高炉直接还原度降低。以维持理论燃烧温度和炉腹煤气量稳定为标准,风温相对基准提高30、60、90 ℃后,可接受喷吹的煤气量为45.4、85.5、123.3 m3/t。热补偿后,随着喷气量增加,鼓风量逐渐降低,富氧率逐渐升高。炉腹煤气中的CO及H₂含量随喷气量增加而增加,每增加10 m3/t的COREX煤气喷吹量,炉腹煤气中总的还原气体体积分数增加0.46 %,直接还原度降低0.006,节约焦炭1.48 kg/t。     

煤气中HCl对高炉原燃料冶金性能的影响

随着高炉喷吹煤比的提高,高炉煤气中存在HCl气体是必须面对的现实。煤气中HCl含量的增加,可以 降低焦炭的反应性并改善焦炭的反应后强度,抑制铁矿石的还原过程并改善烧结矿的低温还原粉化性能,但对球 团矿的还原膨胀性能却有不利的影响。     

Experimental study on the effect of using nut coke on the permeability of packed beds in blast furnaces

The charging pattern may affect blast furnace permeability,coke ratio,and the freedom to select low-grade raw materials. Ore-coke mixed charging is a potential technique for optimizing the charging pattern. In recent years,charging small-sized coke( nut coke) into the burden layer has been applied to save raw materials and decrease cost.Although mixed charging,especially adding nut coke into the burden layer,may have many advantages,the mechanisms and side effects of nut coke use are not well understood,and the mixing ratio is still limited in industrial blast furnace operation. In this study,the status of mixed charging,especially nut coke used in blast furnaces,was investigated. A cold flow model was established to study the permeability of the packed bed in the blast furnace "dry zone"under different conditions with the aim of better understanding the mechanisms of mixing coke and nut coke into the burden layer. The effect of coke size,mixing coke ratio,layer numbers,and gas flow rate on the pressure drop of the packed bed was investigated. The experimental results show that mixing the nut coke in the ore layers decreases the pressure drop to different extents depending on mixing ratio.     

鼓风参数对炉顶煤气循环高炉的影响分析

针对炉顶煤气循环高炉(TGRBF)的工艺特点,建立了此工艺的数学模型,根据模型的计算流程和给定的条件数据,计算出了一种给定条件下TGRBF的基本工艺参数,焦比180kg/t,煤比200kg/t,直接还原度为0.15;通过调整设定的鼓风温度和鼓风中的氧气含量,得出这2个参数变化对焦比、循环煤气量、鼓风量、炉顶煤气中CO含量、风口焦炭燃烧比例、循环煤气的富余量等参数的影响。     

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。     

回旋区深度对上部炉料运动影响的模拟分析

冶炼实践已证实,高炉回旋区形状和大小影响上部炉料的运动,进而影响煤气流分布及煤气利用率。已有研究多集中在回旋区形状、大小与高炉生产指标的关系,对相关影响机理和规律较少有深入分析。针对此问题,建立二维狭槽半高炉模型,采用离散单元法(DEM)对回旋区深度与炉料形态、混合程度、径向矿焦比的关系进行数值模拟探索。模型中考虑了炉料颗粒在下降过程中的粒度变化,利用离散单元法-计算流体力学(DEM-CFD)耦合方法得到料柱孔隙率分布特征。结果表明,随着回旋区深度增加,料批下降趋向均匀,料层倾斜程度减小,块状带下部炉料混合程度减小;随着料批的下降,矿石相对于焦炭逐渐向中心偏移,回旋区深度对料批径向矿焦比分布无明显影响;块状带整体孔隙率随回旋区深度增加而减小,变化幅度在2.1%左右;回旋区深度较大时,软熔带会有孔隙率较高的区域(较宽焦窗)。