焦炭床内铁水渗碳行为

高炉冶炼过程中铁水最终渗碳量接近饱和,相比而言,闪速炉中没有固体炉料的压迫作用,无法发生像高炉炉缸内死料柱根部与铁水之间的渗碳反应,最终渗碳量难以预料。为此,以电解铁和化学纯石墨为原料,利用管式电阻炉升温到1 855K熔化铁块,以高纯Ar作为保护气体研究焦炭床内铁水渗碳行为,并对铁水渗碳行为进行数值模拟,为闪速炼铁工业化打下基础。实验结果表明,终铁C含量随焦炭粒度增大和渗碳床高度降低而减小,且铁水初始C含量对终铁C含量具有较大影响。对于不同条件下铁水渗碳反应中C元素的迁移规律,基于VB编程技术进行了数值模拟,模拟结果与高温实验结果较吻合,相对误差在3%以内。渗流速度控制因子始终控制在0.5左右,即铁水在焦炭床中的平均速度为初始滴落速度的一半左右。     

焦炭床内铁水渗碳行为

摘要：高炉冶炼过程中铁水最终渗碳量接近饱和,相比而言,闪速炉中没有固体炉料的压迫作用,无法发生像高炉炉缸内死料柱根部与铁水之间的渗碳反应,最终渗碳量难以预料。为此,以电解铁和化学纯石墨为原料,利用管式电阻炉升温到1855K熔化铁块,以高纯Ar作为保护气体研究焦炭床内铁水渗碳行为,并对铁水渗碳行为进行数值模拟,为闪速炼铁工业化打下基础。实验结果表明,终铁C含量随焦炭粒度增大和渗碳床高度降低而减小,且铁水初始C含量对终铁C含量具有较大影响。对于不同条件下铁水渗碳反应中C元素的迁移规律,基于VB编程技术进行了数值模拟,模拟结果与高温实验结果较吻合,相对误差在3%以内。渗流速度控制因子始终控制在05左右,即铁水在焦炭床中的平均速度为初始滴落速度的一半左右。     

COREX用焦在铁水中的渗碳特性

 钢铁工业是支撑国民经济发展的基础产业,同时也属于资源和能源密集型行业,随着国家严格的环保政策的逐渐实施,其面临的资源和环保要求日益增加。传统高炉炼铁生产工艺由于存在能耗高、污染物排放多的弊端,发展受到了限制,因此非高炉炼铁工艺的研究和应用日益受到钢铁行业的重视。系统研究了COREX熔融还原非高炉炼铁工艺使用的顶装焦、捣固焦和气煤焦在铁水中渗碳特性,并分析了3种不同样品在铁水中的渗碳动力学行为。研究结果表明,高温铁水与碳原子接触时发生渗碳反应的吉布斯自由能远小于Fe₃C生成反应的吉布斯自由能,焦炭与高温铁水接触被消耗的过程以渗碳反应为主。顶装焦、捣固焦和气煤焦3种焦炭样品与高温液态铁水接触后迅速发生渗碳反应,铁水中碳含量快速增加,但铁水中碳含量增加的幅度随着铁水中碳含量的升高而快速降低,在渗碳反应时间超过120 min后铁水中的碳含量基本保持恒定。3种焦炭在铁水中的渗碳速率由高到低分别为气煤焦、顶装焦和捣固焦,铁水温度对渗碳过程具有明显的影响,随着温度的升高,渗碳速率和最终铁水中的碳含量增加。动力学分析表明,捣固焦在铁水中的渗碳活化能最高,顶装焦次之,气煤焦最小。     

高炉内铁?焦界面的渗碳润湿行为研究

高炉内铁水渗碳过程是影响冶炼效率及未饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀的重要因素。本文通过高温真空润湿性测试装置模拟了高炉炉缸区的铁水渗碳反应,分析了不同碳质量分数（3.8%、4.3%、4.8%）的Fe?C熔体与质量分数为99.9%的石墨基体在高温下界面间的润湿反应,同时利用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）研究了渗碳界面的微观形貌及渗碳距离。结果表明:界面接触角随着Fe?C熔体中碳含量的增加而变大;熔化过程中,接触角随着反应时间延长而减小,并最终趋于稳定;4.8%碳质量分数的Fe?C熔体中由于含碳量已至饱和,处于不润湿状态。扫描电镜分析显示,Fe?C熔体与石墨基体的接触界面形成了“球帽状”凹陷,凹陷半径与体积随碳含量的增加而减小。能谱线扫描分析显示,随着Fe?C熔体中初始碳含量的增加,石墨基体中的碳素溶解量减少,渗碳效果变差,良好的润湿性有利于碳的传质。通过计算表面能发现,石墨基体中碳素溶解进入Fe?C熔体后,有效减小了两者之间的表面能,使得表面张力减小,接触角在熔化期间递减。      

高炉炉缸凝铁层物相分析

在高炉炉缸破损调研的基础上对高炉炉缸耐火材料热面凝铁层进行取样,利用扫描电子显微镜、物相分析等分析手段揭示了凝铁层的物相组成,并运用Thermol-calc热力学计算软件结合TCFE8数据库对铁水中石墨碳的析出温度及析出相分数进行了计算,最后揭示了炉缸凝铁层物相的形成机理.结果表明,高炉炉缸凝铁层主要由Fe相和石墨碳相交替分布组成,铁水成分对石墨碳析出温度影响较大,石墨碳析出温度远高于铁水凝固温度,铁水中C、Si元素含量对石墨碳析出相分数影响较大,而石墨碳析出相可增大铁水黏度11.9%.凝铁层中石墨碳的析出主要是由于Fe-耐火材料界面温度低于石墨碳析出温度,使得铁水中C不断向耐火材料热面迁移,进而形成Fe-C交替的分层结构.     

焦炭在铁水中溶解的动力学实验

高炉冶炼过程中铁水最终渗碳量接近饱和,相比而言,闪速炉中没有固体炉料的压迫作用,无法发生像高炉炉缸内死料柱根部与铁水之间的渗碳反应,最终渗碳量难以预料。以还原铁粉和化学纯石墨为原料,利用管式电阻炉升温到1 855K熔化铁粉,以高纯N2作为保护气体研究焦炭在铁水中溶解的动力学,为闪速炼铁工业化打下基础。实验结果表明,在自然对流条件下,不考虑溶解速率系数kt随溶解时间的变化时,得到了各组实验条件下确定的kt值分别为4.20μm/s(第1组)、5.28μm/s(第2组)和6.50μm/s(第3组);考虑溶解速率系数随溶解时间变化时,焦炭的kt值随着溶解时间的增加而降低,且仅受传质控制;当铁碳熔体中有硫存在时,溶解速率随着铁浴中硫含量的增加而降低。     

铁渣熔体穿行焦炭床的渗碳机理

由于高炉炼铁工艺流程长、对冶金焦依赖性强,尤其是焦化、烧结、球团等原料制备过程中产生的环境问题,因此该工艺的发展受到严重制约。闪速炼铁工艺是近年来提出的一种新兴熔融还原炼铁技术,发展前景可期。不同于高炉炼铁,闪速炉中没有焦炭死料柱,其铁水渗碳量难以预估。为此,以金属化球团和工业焦炭为原料,设计实验研究焦炭床内铁渣熔体渗碳行为,并基于VB编程对铁渣熔体渗碳行为进行了数值模拟。实验结果表明,球团矿金属化率对终铁C含量有较大的影响,渗碳量(w[C],%)随着金属化率(x)的提高呈指数级增加。当焦炭床高度为50 mm时,拟合而得w[C]=0.014 34+exp((x-84.2)/3.253 48);基于VB编程进行的数值模拟结果与高温实验结果吻合较好,相对误差在10%以内,可直观展示铁渣熔体流经焦炭床时碳含量的变化规律。     

高炉焦炭在铁水中溶解行为研究现状及展望

在当前及未来大型高炉高冶炼强度的条件下,加快焦炭在铁水中的溶解速率、提高高炉炉缸铁水的碳饱和度是削弱碳不饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀、保证炉缸正常工作及延长高炉寿命的重要措施,同时可以为下游的炼钢工序提供部分热量来源。首先对国内外焦炭在铁水中溶解的试验和模拟研究方法进行了概括,然后对焦炭自身结构性能、焦炭中矿物质、铁水的物理性质等影响焦炭溶解速率的因素进行了详细分析。结果表明,碳结构的有序度和铁水温度的升高有利于焦炭的溶解,而焦炭中矿物质及铁水中硫、磷等元素的存在会抑制铁水的进一步渗碳。研究结果为高炉操作者理解焦炭在铁水中的溶解行为提供借鉴,指导钢铁工业的节能减排。     

铁焦性能的影响因素及富氢高炉使用铁焦的探讨

铁焦是一种新型碳铁复合炉料,相比普通焦炭,其具有高反应性,能降低高炉热储备区温度,提高工作效率。铁焦的性能受制备原料的种类、配比和工艺参数等因素的影响。对于高炉富氢冶炼,因其铁矿石还原及成渣过程改变,需要加速初渣熔化和金属铁渗碳过程;而铁焦的气化反应温度低,有利于碳黑的析出和促进金属铁的渗碳,因此将铁焦代替部分焦炭应用于富氢高炉冶炼可以发挥铁焦和氢气的双重节能减排优势。系统讨论了制备因素对铁焦性能的影响,并探讨了铁焦在富氢高炉应用的可行性和优势。结果表明,铁矿粉对铁焦的反应性具有正向催化作用,加入一定配比的黏结剂可使铁焦结构致密,炭化温度会影响铁焦金属化率,适当的炭化时间可提高铁焦抗压强度和反应后强度。部分铁焦代替焦炭应用于富氢高炉,在发挥其高反应性作用的同时,还可以保护焦炭,加速铁水的渗碳过程并改善高炉的透气性。建议深入探索铁焦在富氢高炉内的反应行为和性能演变特点,并结合富氢高炉对铁焦的性能要求和制备铁焦的影响因素,研究适用于高炉富氢冶炼的铁焦制备技术,以推动高炉低碳冶炼技术的实施。     

焦炭与铁水溶蚀实验研究

高炉内焦炭强度恶化的程度,决定于它和煤气中CO_2、炉渣中FeO、SiO_2作用以及溶于铁水消耗的碳量。本文将探讨焦炭与铁液作用及失碳规律。1 焦炭溶铁损失和反应时间 将磨制的焦炭探头安置在吊挂装置上,放入盛有铁水的刚玉坩埚中,探头插入铁液     

铁水温度对炭砖坩埚动态侵蚀的影响研究

在实验室条件下,考察了不同铁水温度下、炭砖和焦炭同时作为渗碳碳源时,炭砖的侵蚀速率和焦炭的溶解速率及炭砖微观结构的变化。结果表明:在实验范围内,随着铁水温度升高,炭砖侵蚀速率和焦炭溶解速率加快,且焦炭的溶解速率远大于炭砖坩埚的侵蚀速率,说明铁液更易与焦炭发生渗碳反应;侵蚀后的炭砖分层明显,并且有清晰的铁液渗透通道。由此得出,在高炉实际生产中,添加渗碳性能好的焦炭以及定期更新炉缸内死料柱可在一定程度上缓解铁液对炉缸炭砖的侵蚀,从而实现高炉长寿。     

高炉富氢冶炼后焦炭的性能演变研究现状及展望

在国家提出“碳达峰”和“碳中和”的背景下，钢铁企业的绿色改革迫在眉睫。钢铁企业的化石燃料消耗和CO₂排放主要来源于高炉炼铁工序，高炉富氢冶炼技术可以有效降低高炉焦炭消耗和CO₂排放，高炉内H₂体积分数的增加将使焦炭的性能演变过程发生较大变化，因此，探索这一变化过程对高炉生产的稳定顺行和节能减排尤为重要。综述了高炉富氢后对焦炭的气化反应、微观结构以及软熔带渣铁-焦界面熔蚀过程影响的研究现状。与传统高炉不同，高炉富氢冶炼加大了低温区焦炭的气化反应失重率，但是高温条件下焦炭的气化过程主要发生在表面，这抑制了高温区焦炭反应后强度的降低；高炉软熔带渣铁对焦炭的侵蚀减少，同时焦炭表层灰分质量分数较大，阻碍了渗碳反应的发生。在此基础上对需要进一步深入研究的问题进行了展望，为富氢高炉生产以及焦炭的选择提供参考。     

高炉风口焦炭的形貌与冶金行为

 为了研究焦炭在风口区域的劣化过程,获取高炉风口区及风口区边缘焦炭样品,利用显微分光光度计和扫描电镜对焦炭与氧化性气体、炉渣和铁水的反应界面形貌与生成物进行了检测,分析了焦炭在风口区的冶金行为。研究结果表明,氧化性气体会以消耗碳元素方式侵蚀焦炭基质,炉渣则会进入焦炭气孔和裂纹中,通过反应、冲蚀和挤压气孔壁的方式瓦解焦炭。铁水主要通过渗碳作用侵蚀焦炭,残留的灰分会覆盖气孔壁表面,阻碍化学反应进行。风口区的焦炭已经高度石墨化,呈现大量片状石墨结构,微观结构的改变导致焦炭强度降低,最终瓦解粉化。焦炭内部的灰分、炉渣颗粒会与炉渣融合,形成终渣。     

高炉炉缸碳源渗碳性能及动力学

摘要：提高铁水碳饱和度,减弱侧壁炭砖侵蚀,实现炉缸长寿对高炉炼铁具有重要意义。利用静态法系统地研究了高炉系统中进入炉缸铁水的碳源的渗碳性能,并计算了表观反应速率常数K。研究结果表明,不同碳源的渗碳性能由强到弱为：NMA炭砖>碳棒>煤粉>焦炭>9RDN炭砖。碳源的渗碳性能随其石墨化程度的升高而降低。碳源中的灰分会极大影响其渗碳性能,但以团聚大颗粒形式存在的灰分并不能减弱其渗碳能力,同时Al2O3可明显降低碳源的渗碳速率。9RDN炭砖的渗碳性能低,预示着其可适应更加复杂的炉况条件。煤粉和焦炭渗碳性能偏差,煤粉以及炉料下行过程形成的焦粉进入炉缸会降低死料柱空隙度,造成炉缸不活跃,使得炉况波动频繁,并不利于死料柱渗碳和侧壁保护层的稳定。因此,要适当提升入炉焦炭粒度,增大风量,减弱未燃煤粉及焦粉对炉缸侧壁炭砖长寿的负面影响。     

解剖高炉中不同部位焦炭性质变化的研究

文中叙述了高炉中不同部位焦炭性质的变化,特别是炉身下部、软熔层附近、风口区等部位焦炭.通过比较,可以肯定CO_2溶碳反应比热力和机械作用对焦炭性质的恶化起更重要的影响.要判明高炉中焦炭准确的溶碳失重是困难的,但可以根据焦炭固定碳含量和必要校正来估计碳素失重率.这一估计值对焦炭块度减小、强度降低、碱金属含量和气孔增大等性质都有良好的相关,这可做为分析焦炭性质恶化机理的参考.作者认为,使焦炭在CO_2反应到一定程度后仍具有块度与强度较高的稳定性,将是良好的高炉焦炭必要条件,这可以通过炼焦工艺的改进来达到.     

铁水中碳行为的研究

通过实验室实验和大量现场数据的统计分析，探讨了高炉铁水中碳的饱和程度，详细研究了块状带金属渗碳，滴落带铁滴渗碳和炉缸内铁液渗碳的机理，过程及诸多影响因素，认为在一定范围内铁水中（Ｃ）与炉温的关系比（Ｓｉ）与炉温的关系更显著；（Ｃ）可以作为高炉热状态的一个更为适当的判据。还提出高炉内铁水含碳并不饱和，（Ｃ）不仅可以控制，而且对高炉行程极有影响，因而对铁水中碳行为的研究应当引起足够的重视。     

高炉炉缸凝铁层的组成分析与导热系数测定

摘要：高炉炉缸内衬表面形成稳定的凝铁层将保护高炉炭砖并延长高炉寿命。利用光学数码显微镜观察统计分析高炉凝铁层生产样品,探究不同焦炭体积占比对凝铁层导热系数的影响。利用元素分析（XRF）、X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜(SEM-EDS)等手段分析凝铁层的组成,并观察其微观形貌。利用瞬态平面热源法（TPS）测定凝铁层的导热系数,进一步分析其组成与导热系数之间的关系。结果表明,凝铁层由铁、充满铁水的焦炭、石墨碳、少量渣相组成,凝铁层内部没有气隙。凝铁层生产样品的导热系数测定范围为27.21～97.38W/(m·K),导热系数（λ）与其组成的焦炭面积比（Sc=22%～48%）之间的线性关系为：λ=-257.47Sc +157.65。模拟实验凝铁层的导热系数范围为30.54～53.95W/(m·K),该值远大于目前数学模型中采用的凝铁层导热系数（2～4W/m·K）,随着焦炭粒度的增加,凝铁层的导热系数先增加后减小。凝铁层中导热系数（λ）与焦炭体积分数Vc（Vc=39%～50%）的线性关系为：λ=-80.50Vc +78.56。研究结果进一步明确了凝铁层的物相组成及其导热系数,为高炉长寿的研究指明了方向。     

铁渣熔体穿行焦炭床的渗碳机理

摘要：高炉炉缸内衬表面形成稳定的凝铁层将保护高炉炭砖并延长高炉寿命。利用光学数码显微镜观察统计分析高炉凝铁层生产样品,探究不同焦炭体积占比对凝铁层导热系数的影响。利用元素分析（XRF）、X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜(SEM-EDS)等手段分析凝铁层的组成,并观察其微观形貌。利用瞬态平面热源法（TPS）测定凝铁层的导热系数,进一步分析其组成与导热系数之间的关系。结果表明,凝铁层由铁、充满铁水的焦炭、石墨碳、少量渣相组成,凝铁层内部没有气隙。凝铁层生产样品的导热系数测定范围为27.21～97.38W/(m·K),导热系数（λ）与其组成的焦炭面积比（Sc=22%～48%）之间的线性关系为：λ=-257.47Sc +157.65。模拟实验凝铁层的导热系数范围为30.54～53.95W/(m·K),该值远大于目前数学模型中采用的凝铁层导热系数（2～4W/m·K）,随着焦炭粒度的增加,凝铁层的导热系数先增加后减小。凝铁层中导热系数（λ）与焦炭体积分数Vc（Vc=39%～50%）的线性关系为：λ=-80.50Vc +78.56。研究结果进一步明确了凝铁层的物相组成及其导热系数,为高炉长寿的研究指明了方向。     

高炉炉缸凝铁层的组成分析与导热系数测定

高炉炉缸内衬表面形成稳定的凝铁层将保护高炉炭砖并延长高炉寿命。利用光学数码显微镜观察统计分析高炉凝铁层生产样品,探究不同焦炭体积占比对凝铁层导热系数的影响。利用元素分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM-EDS)等手段分析凝铁层的组成,并观察其微观形貌。利用瞬态平面热源法(TPS)测定凝铁层的导热系数,进一步分析其组成与导热系数之间的关系。结果表明,凝铁层由铁、充满铁水的焦炭、石墨碳、少量渣相组成,凝铁层内部没有气隙。凝铁层生产样品的导热系数测定范围为27.21～97.38 W/(m·K),导热系数(λ)与其组成的焦炭面积比(S_c=22%～48%)之间的线性关系为:λ=-257.47S_c+157.65。模拟实验凝铁层的导热系数范围为30.54～53.95 W/(m·K),该值远大于目前数学模型中采用的凝铁层导热系数(2～4 W/m·K),随着焦炭粒度的增加,凝铁层的导热系数先增加后减小。凝铁层中导热系数(λ)与焦炭体积分数V_c(V_c=39%～50%)的线性关系为:λ=-80.50V_c+78.56。研究结果进一步明确了凝铁层的物相组成及其导热系数,为高炉长寿的研究指明了方向。     

铁矿石含碳球团中碳的气化反应速度对球团熔融的影响

 利用气化反应速度不同的焦炭和石墨作为还原剂,考察了铁矿石含碳球团在高温加热时还原铁的渗碳、熔融及球团结构的变化规律。根据研究的结果,得到以下结论：①碳的气化反应速度对铁的渗碳及熔融有重要影响;②气化反应速度较快的焦炭混合球团在1 350 ℃加热9 min时球心部首先出现熔融铁粒,而气化反应速度较慢的石墨混合球团在1 250 ℃加热9 min时在球团表面首先出现熔融铁粒;③反应中物料混合状态的变化以及反应后球团内部空洞的大小都受到碳的气化反应速度的影响。