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.      

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。     

抑制高炉回旋区内焦炭粉化的焦炭特性和高炉操作条件

发生在回旋区内的焦炭粉化现象，对高炉操作有很大影响。利用焦炭燃烧实验和从千叶厂5号高炉采集的焦炭，研究了回旋区内焦炭的粉化行为。焦炭燃烧实验证实了死料柱内的焦炭粉化率随着焦炭强度的下降、焦炭CRI降低、火焰温度的降低或鼓风速度的提高而增加，并验证了焦炭特性对回旋区内焦炭粉化的影响。这些结果意味着焦炭的气化反应和破碎导致了回旋区内的焦炭发生粉化。通过焦炭气化反应、机械冲击破坏和高浓度氧的燃烧组成的回旋区焦炭粉化数学模型，说明采用高强度焦炭、高反应性焦炭、高火焰温度或低鼓风速度可以减少回旋区内焦炭的粉化。     

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。     

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。     

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。     

不同反应性炭的气化差异及对铁矿还原的影响

纯氧高炉和煤气化耦合联产是降低炼铁和煤气化工艺能耗和碳排放的重要手段,而研究不同反应性炭的气化差异及其对铁矿石还原影响是实现煤气调质与降低焦比的关键.在模拟纯氧高炉与煤气化耦合联产工艺条件下进行了木炭、兰炭、焦炭的气化和烧结矿、球团矿的还原试验研究.研究结果表明,3种炭与CO2和水蒸气的反应性由强到弱的顺序为木炭＞兰炭...     

包钢焦炭钝化试验研究

通过配制不同浓度的硼酸溶液,采用多种方式处理焦炭后进行焦炭热反应性研究,试验结果表明焦炭反应性明显降低,焦炭反应后强度大幅度提高.由此认为硼酸溶液对焦炭起到钝化作用,可以提高焦炭反应后强度,有利于提高高炉冶炼能力,增加高炉喷煤量,降低冶炼成本.     

提高焦炭质量试验的研究

通过配制不同浓度的硼酸溶液,采用多种方式处理焦炭后进行焦炭热反应性研究,试验结果表明焦炭反应性明显降低,焦炭反应后强度大幅度提高.由此认为硼酸溶液对焦炭起到钝化作用,提高焦炭反应后强度,有利于提高高炉冶炼能力,增加高炉喷煤量,降低冶炼成本.     

焦炭热反应性的研究

焦炭热反应性影响高炉的透气性和高炉顺行。炼铁系统随着高炉生产的不断强化，对焦炭的热态性能要求也逐步提高。为了掌握焦炭热反应性的内部机理及其影响因素．结合生产实际。探讨改善焦炭热反应性及反应后强度的措施，建立有效的焦炭热态性能预警系统。     

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。     

有害元素对焦炭气化反应的影响及展望

摘要：焦炭在高炉冶炼过程中起着重要作用,其中焦炭的气化反应直接关系到其热态强度,并影响高炉内部的透气透液性能。综述了高炉内焦炭气化反应的研究现状,并讨论了焦炭气化反应的评价方法;阐述了有害元素K、Na、Zn和Cl对焦炭气化反应影响的研究进展。指出现有研究多着眼于焦炭和纯CO2或水蒸汽的气化反应,并且冶金工作者对企业通用的焦炭气化反应的测定方法和标准存在不同的看法。K、Na、Zn和Cl均对焦炭气化反应起催化作用,其中K、Na和Zn的催化机理包括氧传递、层间化合物和电子转移3种理论。建议进一步模拟高炉实际气氛和温度条件开展焦炭气化反应的研究工作,并对Cl元素对焦炭气化反应的影响机理进行深入探索。     

基于图像处理的高炉炉缸死铁层中焦粒信息分析

高炉铁口水平线下(死铁层区)死料堆的位置、大小、孔隙度、更新速度等直接决定铁水及炉渣在炉缸内的流动方式,同时影响炉缸传热、耐材的侵蚀、铁水及渣的排出速度等。使用图像处理技术对莱钢1 880m3高炉浸入死铁层中死料柱下部形状、孔隙度、焦粒尺寸、形貌分布等关键信息进行了提取。通过分析计算得到死料柱下部焦层二维孔隙度为56.73%。该区域焦粒平均粒度为15.3mm,缩减了约70%。通过形貌分析发现炉缸死铁层中焦炭更接近椭球状,该现象说明自炉顶装入后焦炭各方向消耗速度不一致,具有明显的取向性。该高炉内渣铁通过炉缸该区域死料柱焦粒过程中,水平方向与竖直方向冲刷程度较深。有助于对高炉炉缸"黑箱"进行信息解析,进一步加深操作者对于高炉冶炼过程中死料柱下部及炉缸工作状态的认知。     

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.     

焦粉与兰炭对高炉混煤燃烧特性的影响

 为了探究焦粉、兰炭替代无烟煤进行喷吹对混煤燃烧的影响,使用新型高炉喷煤燃烧模拟试验装置与热重分析设备,研究了焦粉、兰炭以及混煤粒度对混煤燃烧的影响。利用扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS)观察了未燃煤粉的外观形貌。研究结果表明,粒度降低对燃烧有促进作用,焦粉用于喷吹的粒度应低于0.074 mm;兰炭替代无烟煤没有明显影响,而焦粉作用明显;当焦粉添加量超过15%时,混煤燃烧性能急剧下降。兰炭与焦粉对混煤燃烧性的影响不同,主要原因是兰炭与焦粉具有不同的化学性能与结构。从混煤燃烧性能的角度考虑,少量焦粉替代无烟煤用于高炉喷吹是可以被接受的。     

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)。     

高炉内渣铁焦界面润湿行为研究现状及展望

 高炉作为目前世界上最大的移动床式冶金反应器,保持高炉内良好的透气透液性是保证高炉稳定顺行的关键。高炉内部被软熔带分割开来,分为上部固体散料区和下部固液共存区,下部的固液共存区是决定高炉透气透液性和煤气流分布的重要区域,因此若想明晰高炉影响透气透液性的关键,必须对高炉下部固液共存区的反应进行全面研究。高炉高温区焦炭床与渣铁的相互作用行为是决定铁-焦-渣交互作用及高炉透气透液性的重要因素,调控好液态渣铁与焦炭床的润湿性变化,可以有效改善高炉内部的透气透液性,最终会影响高炉生产效率和稳定性。因此,明晰高炉内渣铁焦的界面润湿行为显得尤为重要。首先对界面润湿现象进行了概述;然后详细从铁水成分以及焦炭性质对铁-焦界面润湿行为的影响进行了总结;其次详细分析了炉渣温度、炉渣成分以及焦炭自身性质对渣-焦界面润湿行为的影响。结果表明,目前高炉内渣铁焦界面润湿行为的研究已经从实验室试验以及基础模拟方面进行了研究,研究结果可为高炉操作者理解高炉内渣铁焦界面润湿行为提供初步理论指导,但仍需在可反映高炉内实际复杂情况的润湿行为变化方面进行深入研究。