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焦炭热反应性能对高炉

摘要:焦炭热反应性能主要指焦炭反应性和反应后的强度。焦炭反应性的大小影响着反

应后焦炭的强度,使焦炭在高炉各个部分的状态和行为发生变化,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。

1 前言

2 焦炭热反应性能的影响

焦炭热反应性能主要指焦炭反应性和反应后

的强度。焦炭反应性指焦炭与CO 气体的反应能

力。此反应也称为焦炭的气化反应。反应后的焦炭

因失重而产生裂缝,同时因气孔壁变薄而失去强

度。

高炉焦炭在高炉冶炼中的作用非常重要。作为

发热剂,它提供铁矿石还原熔化所需的热量;作为

还原剂,它提供铁矿石还原所需的还原气体;作为

料柱骨架,它对炉料起支撑作用,并提供一个炉气

通过的透气层:生铁中的碳也全部来源于高炉焦

炭。随着富氧喷煤技术的发展,焦炭的还原剂、发热

剂、渗碳的作用已部分被喷吹煤粉所取代,但是作

为料柱骨架,保持料柱在高炉冶炼过程中具有良好

的透气性是不能取代的。特别是高炉大型化后,对

于高炉能否顺行来说,焦炭料柱骨架的作用就显得

尤为重要。如果焦炭反应性过大,就会使焦炭强度

下降,产生较多的碎焦和焦粉,恶化高炉透气性,影

响高炉顺行。

在高炉冶炼中,有四个区域起着不同的作用。

它们是块状带、软熔带、滴下带、风口回旋区。由于

这几个部位的温度、CO浓度、CO 含量都不同,焦炭

的热反应性能也不同.所以焦炭的状态与行为也各

不相同

2.1 块状带

块状带处于炉腰以上温度低于1 000 oC,由于

矿石尚处于固态,并无粘着现象,因此所有炉料基本

保持层状。由于这里的温度在炼焦最终温度以下,

所以焦炭承受热的作用很小,焦炭的热反应性能变

化不大,焦炭块度和强度下降很少,也就对高炉的透

气性影响不大。

2.2 软熔带

软熔带处于炉腰、炉腹处1 000~1 300℃左右

的部位,因温度及气流分布的关系,矿石由表及里逐

渐软化熔融,而焦炭仍以块状起到疏松和使气流畅

通作用。由于这一区域焦炭的气化反应剧烈,也就

是焦炭的反应性在这一区域充分显示出来,焦炭中

维普资讯http://www.wendangku.net/doc/97da7cc8da38376baf1faeba.html

潦柱英、焦炭披反应性能董寺曩妒遣.鸯瞧的髟响

碳的损失可达30%一40%。焦炭经CO 反应后.气孔

发生很大变化,气孔壁变薄,所以焦炭强度下降,块

焦减小很明显。如果焦炭的反应性过大.则失重就

大,反应后的强度必然就低,产生较多的碎焦和焦

粉,势必恶化高炉的透气性,影响高炉顺行。

由于大高炉的投产,济钢自产焦供应明显不足.

因此外购一些焦炭用于小高炉的生产。使用外购焦

后小高炉的炉况随之出现了一些问题,悬坐料次数

增加,风量用不上等,造成炉况难行。通过实验室对

焦炭的热性能测定.发现外购焦的热性能明显不如

自产焦的。检测指标见表1。

表1 焦炭的热性能检测指标(嘲

注:ZCJ为自产焦.WGJ为外购焦

此外由于外购焦的产地不同,焦炭的质量也不

相同,品种的变化也将引起炉况的变化,造成高炉难行,给高炉操作带来难度,影响了高炉生产。表2是

某高炉使用外购焦前后部分指标的对比情况。

表2 某高炉使用外购焦前后部分指标

焦比煤比悬料坐料风口损渣口损

(kg/t) (kg/t) (次) (次) 坏(爪) 坏(爪)

使用前365 177 7 7 3 14

使用后 382 151 45 45 19 17

注:以上为季度的指标比较。

2-3 滴下带

软熔带下有一中心料柱,完全由焦炭组成,温度

在1 350 c【=以上,它承受滴落的液渣、液铁的冲刷,使软熔带半熔化的铁滴中的碳含量由不到1%增加

到2%以上,直到将进入炉缸时达到4%左右,完成

铁的渗碳过程。滴下带的焦炭因为气化反应不深,一般能保持一定的强度和块度,高炉这部分有一定的

透气性。对软熔带因中心气流强而保持倒“V”形起

重要作用.在很大程度上促使高炉顺行。因此焦炭有

研究与探讨

{

一定的热态强度是必要的。中心料柱的焦炭大部分

来自软熔带最上部,当软熔带顶层熔融而分裂开并

向下移动时,倒“V”形顶端产生穿透作用,以致焦炭向下滑动,直到顶端新的软熔层形成。也有一部分来

自软熔带各个层面受到一定程度气化反应的焦炭.

这部分焦炭处于焦炭堆的外围.它与滴下带的一部

分焦炭向下运动,进入风口区,最后全部燃烧掉成为

高炉的热源。这部分焦炭称为活动层。中心料柱的下

部有一堆焦炭,它受到上面炉料的重力、下面液铁液

渣的浮力和四周鼓风的压力.形成一个平衡状态.因

而处于静止状态,称为呆滞层或死料柱焦。笔者认为

高炉操作应注意发展中心气流,提高高炉的透气性。但焦炭如果在软熔带就产生较多的碎焦和焦粉,这

一区域的透气性也将受到影响。由此可见焦炭热性

能稳定的重要性。

2 4 风口回旋区

风El回旋区的焦炭块度不一.它们在此被鼓入

的热空气带动强烈地回旋并且燃烧,为高炉提供热

能和还原气体CO。回旋区的外围因鼓风动能和炉

料移动关系.焦炭以不同状态分布在整个风口区域,

见图1。区域1为回旋区,焦炭在此处燃烧,温度约

达2 000 oC。区域2是块度较大的焦炭,它是供作回

旋区燃烧的焦炭来源,其块度的完整和承受热力作

用的强弱与否对风口区状态有重要作用。由于它已

受到一定气化反应和磨损,表面呈中等棱角和部分

钝圆状态,这部分焦炭称为炉腹焦。区域3是已经在

回旋区燃烧过的焦炭,并且仍不断在回旋区内循环,

称为回旋区焦炭。它已承受了较大机械力和热的作用.因而块度较小而且钝圆,其表面因高温影响有较

高的石墨化度。一般情况下越向炉子中心焦炭块度

越小.因受鼓风动力而吹向远处。区域4是在整个回

旋区焦炭下方,它是一个很紧密的结构,有碎裂的小

藏及II

粒焦块,同时夹杂因重力流下的液渣和液铁,称为雀

巢焦。强度好的焦炭,雀巢焦层不大,数量也不多,但易碎裂的劣质焦炭则雀巢焦量多且易向中心偏移,

导致碎焦充满料柱的空隙,影响渣铁液滴向下的正

常渗透。雀巢焦层的下方是大块的焦炭区5,由中心

料柱呆滞层焦炭移动和风口与风口间的焦炭堆向下

移动所形成,它们不可能再进入回旋区,而浮在液渣

上面达l~2 m厚度,起到渣铁向下渗透作用。区域6

是呆滞层焦炭,它始终处于稳定状态,直到碳素完全

溶解,灰分进入渣中为止。

焦炭从进入高炉开始,直到风口区前历经各种

热力和化学过程,优质的焦炭保持一定的块度是回

旋区正常的重要条件。减少雀巢焦的数量,增加炉腹

焦的数量,将为提高料柱的透气性以及高炉的顺行

创造有利的条件。只有热反应性能好的焦炭才能保

证炉腹焦的数量和质量。

3 结论

①焦炭的料柱骨架作用对高炉冶炼来说尤其

重要,而焦炭的热反应性能的大小决定着焦炭这一

作用的发挥。

②焦炭的热反应性能主要指焦炭的反应性和

鹭礁篓茛蕊反应能对高炉透气性的响

反应后的强度。焦炭的反应性指焦炭中的固定碳与CO,的反应能力。

③气化反应后的焦炭因失重而产生裂缝,同

时气孔壁变薄而失去强度。如果焦炭的反应性过大,

反应后的强度也将受到影响,产生较多的碎焦和焦粉,势必恶化高炉的透气性。

④焦炭的气化反应从软熔带开始,其反应程

度直接影响着滴下带及风口回旋区的工作状况。软

熔带产生的碎焦和焦粉多,进入滴下带的碎焦和焦

粉也多,风口回旋区的雀巢焦就多,高炉的透气性就差。

⑤高炉的透气性不好,造成高炉难行。风量用

不上,喷煤量难以上加,崩、悬料增加,风渣口损坏多,造成高炉生产指标下降。

⑥个人看法。对于高炉炼铁来说,焦炭气化反

应是必需的。如果焦炭的反应性过大,在软熔带就产生较多的碎焦和焦粉,势必影响整个高炉的透气性,实际上也影响了还原的进行。笔者认为下步工作应

是如何提高焦炭反应后强度。

参考文献:

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