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高爐風口焦熱態(tài)性能的研究

文檔作者：楊森吳鏗萬鵬李康湛文龍張中川文檔來源：北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院		點擊數：	更新時間： 2021年03月17日
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52
冶金能 源
ENERCY FOR METAI上URGICAL INDUSTRY
VoI．29 No．1
Jan．2010
高爐風口焦熱態(tài)性能的研究
楊 森 吳 鏗 萬 鵬 李 康 湛文龍 張中川
(北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院)
摘要為了了解高爐風口焦的高溫熱態(tài)性能，滿足高爐冶煉所需焦炭的質量，用粒焦法測
定了高爐風口前試樣中焦炭的反應性和反應后強度。試驗結果表明：隨著風口前距離增加，
風口焦平均粒度下降，反應性略有下降，而反應后強度略有提高。風口前試樣中小塊焦炭的
反應性比大塊焦的要高，反應后強度要低。風日前試樣中焦炭的高溫反應性和反應后強度之
間具有很好的線性相關性。
關鍵詞風口焦反應性反應后強度高爐
Research on the characteristics of tuyere coke at hiigh temperature in BF
Yang Sen Wu Keng Wan Peng Li Kang Zhan Wenlong Zhang Zhongchuan
(University of Science and Technology Beijing)
Abstract In order to understand the characteristics of tuyere coke at high temperature and qualified
coke quality for the blast furnace process，the investigation of CR／and CSR of tuyere coke of blast furnace
with grain coke method Was carried out．The experiments show that with increasing of the distance
from the tuyere，the average granularity of tuyere coke reduces and CR／decreases slightly，but CSR in—
creases slightly．The CR／of the smaH coke in tuyere coke samples is higher than the large one，but
CSR is lower．Moreover，the CR／and CSR of tuyere coke sam ples are perfect linearly interrelated．
Keywords tuyere coke CR／ CSR BF
長期以來，人們對于焦炭質量指標的研究較
多地集中在規(guī)定標準條件下的焦炭反應性和反應
后強度，而對于在高爐內高溫條件下焦炭質量研
究的較少。高爐實際生產中，與冷態(tài)強度相比，
熱態(tài)性能更能反應焦炭質量，特別是研究風口前
焦炭的高溫反應特性可以確定焦炭劣化的程度。
為滿足高爐需求，冶金工作者應該將提高焦炭質
量，尤其是改善焦炭熱性能指標作為一個重要的
研究課題。
風口試驗中焦炭的熱態(tài)性能指標主要包括其
$國家自然科學基金“鋼鐵聯(lián)合研究基金”50874129，國
家高技術研究發(fā)展(863)計劃資助項目
(2006AA06Z121)。
收稿日期：2009—07—01
楊森(1986一 )，碩士生；100083 北京市海淀區(qū)。
高溫反應性(CRI)和反應后強度(CSR)。高
爐焦炭反應性是指焦炭與二氧化碳、氧和水蒸氣
等進行化學反應的能力。焦炭反應后強度是指反
應后的焦炭在機械力和熱應力作用下抵抗碎裂和
磨損的能力?。焦炭反應性研究方法因目的不
同而不同，常用的有塊焦測定法、粒焦測定法、
x射線衍射法和熱重法4種 J。日本鋼管公司
(NKK) J貝0考慮了煉焦工藝條件對焦炭質量的
影響，增加了火道溫度這一工藝因素對焦炭質量
的影響。加拿大炭化研究學會(CCRA) 則采
用膨脹度，配合煤揮發(fā)分和堿度指數來預測并控
制焦炭熱性質。我國酒鋼 采用煤的揮發(fā)分或
反射率和惰性成分含量作為參數預測焦炭熱性
質?？梢?，由于配煤實踐和工藝條件不同，焦炭
熱性質的預測方法或模型有各自的適用范圍，且
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ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY 53
需在大生產實踐中不斷修正。試驗將采用符合國
家標準的粒焦法測定高爐風口焦熱態(tài)性能，為研
究風口試樣中焦炭劣化程度奠定基礎。
1 實驗室測定風口焦熱態(tài)性能
測定焦炭的反應性能采用國家標準GB／
T4000—1966，通常被稱為塊焦法。但由于塊焦
法需要反應介質(焦炭) 的量特別大，所以實
驗室采用焦炭的粒焦反應性來研究焦炭的反應性
能。粒焦反應性是先由各不同的研究者在實驗室
進行的，雖然國家給出了標準GB220—77，但對
粒度的量、粒度的大小、反應的溫度等給出的是
一定的區(qū)間范圍，沒有進行嚴格的統(tǒng)一，國內不
同單位的研究者采用的試驗參數也不盡相同。通
過對前人的試驗方法進行綜合分析，在參考煤炭
科學院提出的方法基礎上，給出了測定風口試樣
中焦炭高溫特性的方法。試驗采用RJK一2—13
管式高溫電爐，其各項參數為：功率2kW，單
相，額定電壓220V，最高工作溫度為1350℃ ，
爐膛尺寸 18×180。首先將各號焦樣分大塊焦
和細塊焦分別進行試驗。細塊焦是將焦樣用
4mm和6mm的篩網直接篩分得到粒級4—6ram
焦樣；大塊焦是將10—15mm大塊焦用鐵錘砸制
成粒級4～6mm的焦樣，每個試樣均做平行樣。
具體的實驗步驟為：稱出15g左右的試樣，裝人
管式高溫電爐中，使熱電偶置于試樣中心部位。
將瓷管置于電爐爐膛中，瓷管中的焦樣在爐內恒
溫區(qū)通電加熱過程中始終通N 保護焦樣免受氧
化，流量控制在lOOml／min。到達反應溫度
1100oC時關閉N2，改通CO ，流量控制在8Oral／
rain，在恒溫1100oC下反應70rain。反應結束后
關閉電爐和CO ，改通N ，流量仍控制在
lOOml／min，保護試樣冷卻至低于100~C，停止
通N 。冷卻后試樣稱重，測反應性和反應后強
度。用反應后所剩的質量百分比來衡量焦炭的反
應性，反應后>3ram粒度的質量百分比測定其
反應后強度。具體計算公式如下：
焦炭反應性=(反應前質量一反應后質量)／
反應前質量×100％ (1)
焦炭反應后強度=反應后粒度>3ram 的焦
炭質量／反應前質量×100％ (2)
在上述條件下測定的粒焦反應性能與現場測
定的塊焦反應性能不同，要用現場焦炭由塊焦測
定的高溫反應特性結果對粒焦的結果進行修正，
通過對人爐焦3次平行試驗確定出反應性和反應
強度的修正系數分別為0．8296和0．7926。用粒
焦法和塊焦法得到的反應特性結果數值不同，但
焦炭反應特性變化的趨勢是相同的。粒焦法得到
的結果與塊焦的變化趨勢相同，試驗中采用粒焦
法測定風口試樣中焦炭的高溫反應性能，然后對
結果進行修正。
2 試驗數據分析與討論
用不同粒度等級篩子將高爐風口焦試樣進行
粒度篩分，可以得到各粒級焦炭重量，將分析結
果列于表1中。
表1 風口試樣中不同粒度焦炭的組成和焦炭的總重量 ％
由表1可以看出，風口焦試樣粒度越小，其
重量隨著風口前距離增加而增大的趨勢越明顯，
說明距風口前距離越遠，其焦炭粉化程度越高，
也越容易破損。即隨著風口前距離增加，焦炭破
冶 金 能 源
ENERGY FOR ME IlALLURGICAL INDUSTRY
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損程度加重，導致焦炭碎裂，細顆粒增加，焦炭
平均粒度減小，粒度等級降低。
試驗共6號試樣，而每號試樣分為大塊焦和
細塊焦，每個試樣均做平行樣，進行兩次試驗，
取平均值。將實驗所得數據按計算公式I和2進
行計算，并用修正系數進行修正，得到試樣的反
應性和反應后強度數據，如表2所示。
表2 風口焦試樣的反應性(CR／)和反應后強度(CSR) ％
表2中的結果是兩次平行試驗后的平均值，
其中最大的相對誤差為0．88％ ，最小為0．05％ 。
根據表2中反應性和反應后強度的數據，得出這
批大塊風口焦高溫性能指標之間的關系，風口焦
試樣其反應性和反應后強度之間是線性相關的：
CSR = 110．01— 1．4765CRI， 相關系數R =
0．9874。隨著焦炭反應性的升高，焦炭的反應后
強度降低。分析其原因在于：氣化反應不僅在焦
炭表面發(fā)生，而且深入到內部，并擴展了內裂
紋，造成焦炭的破碎。反應性大，氣孔壁被溶
損，粉化加劇，強度顯著下降。因此反應性小、
反應后強度高的焦炭熱性能較好。
焦炭的反應性是影響反應后強度的主要因素
之一，降低焦炭的反應性是提高其反應后強度的
有效措施。并且焦炭熱強度的反應性指標與反應
后強度指標之間存在良好的相關性。
由表1和表2的結果，可以給出風口前距離
與反應性、反應后強度之間的關系，如圖1所
示。其中是大塊風口焦試樣(10～15mm)的結
果。
＼
鼎
J耵'
翻
圖1 風口前距離與反應性、反應后強度關系
在圖1中，隨著風口前距離的增加，風口試
驗中大塊焦炭的反應性也隨著下降，而反應后強
度增加。這是由于在風口循環(huán)區(qū)內焦炭被消耗的
速度要比風口循環(huán)區(qū)外大。但需要指出隨著風口
前距離增加，大塊焦炭的比例下降，而小于
2．5mm的比例增加。爐芯焦的透氣性會受到焦
炭高溫反應特性的影響，且粒度的影響會更大
些。
通過試驗可以看出：細塊焦熱反應性比大塊
焦的熱反應性高，其反應后強度恰好相反。試驗
表明，雖然細塊焦與大塊焦的最終粒徑相同，但
是其熱態(tài)性能是不同的。分析其原因為：人爐焦
在到達風口區(qū)以后，其粉化程度不同，細塊焦的
粉化程度比大塊焦的大。說明風口焦進入高爐以
后，經歷了碳溶反應、高溫熱作用、堿侵蝕以及
氣流沖刷等作用，遭到了嚴重的破壞，粒度減少
很大，粒度減少程度越大其高溫反應性能越差。
所以細塊焦反應性比大塊焦的反應性高，而反應
后強度低。
3 結論
(1)隨著風口前距離增加，焦炭破損程度
加重，導致焦炭碎裂，細顆粒增加，焦炭平均粒
度減小，粒度等級降低，反應性也隨著下降，而
反應后強度有所提高。
(2)風口焦的反應性及反應后強度之間具
有很好的反線性相關性，即隨著反應性的增大，
反應后強度相應降低。
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冶金能源
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(3)細塊焦熱反應性比大塊焦的高，其反
應后強度恰好相反。粒度減少程度越大其高溫反
應性能越差。所以細塊焦較大塊焦的反應性高，
粉化程度高，反應后強度低。
(4)對高爐風口焦的高溫反應性進行了探
索，給出了研究的方法，但有必要對更多的風口
焦試驗進行深人研究。
參考文獻
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趙艷編輯
(上接第lO頁)
1
囂
筮
柱
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囊：
薛
圖3 結構調整后企業(yè)環(huán)境負荷降低程度
從圖3可知，電爐鋼水調整為總鋼水20％
后，可以為企業(yè)減少鐵礦石消耗8．89％ 、水耗
2．28％ 、一次能耗4．23％ ，CO2排放3．58％ 、
SO 排放0．42％ 和NO。排放0．69％ 。
從以上結果可知，電爐鋼水比例增大后，企
業(yè)在資源和能源的節(jié)約(包括CO 減排)上效
果明顯。由于電耗的增加，致使企業(yè)在SO
N0 等大氣污染物減排上的效果一般。
4 結論
(1)電爐流程鋼水相比轉爐流程鋼水的主
要環(huán)境收益體現在節(jié)約資源、能源消耗以及CO
減排，對于大氣污染物減排的效果并沒有節(jié)約資
源的效果明顯。
(2)由于加工工藝的差別，電爐流程產品
并不是所有環(huán)境指標都比轉爐流程產品好。
(3)電爐鋼水比例調大后，企業(yè)環(huán)境負荷
均會有所降低，尤其資源、能源消耗以及CO
排放等指標降低明顯。
參考文獻
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萬雪編輯

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