承钢常用焦炭高温冶金性能的研究.pdf

总第 1 9 2期 2 0 1 1年 第 1 2期 河北冶全 HEBE l M ETAL L U RGY To t a 1 1 9 2 2 01 1， Nu mb e r 1 2 承钢常用焦炭高温冶金性能的研究 李文英 ， 方觉 1 ． 河北联合大学 冶金与能源学院， 河北 唐山 063 9 ； 2 ． 河北钢铁集团 承钢公司， 河北 承德 0 6 7 1 0 2 摘要 对承钢常用焦炭进行了实验室高温冶金性能的研究 ， 讨论温度、 失碳率以及焦炭反应性对冶金性 能的具体影响， 得出计算公式， 指导高炉生产。 关键词 试验； 焦炭； 冶金性能； 研究 中图分类号 T Q 5 2 2 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 5 0 0 8 2 0 1 1 1 2 0 0 1 4 0 3 R ES E ARCH AB0 L rⅢ 1J H T EN Ⅱ E R AT r【 E 姗A I J I 瓜 GI CAL P R0咖S OF COKE L i We n y i n g ， F a n g j l i e 1 ． Me t a l l u r g y a n d E n e r g y R e s o u r c e I n s t i t u t e ， H e b e i Un i o n U n i v e r s i t y ， T a n g s h a n ， He b e i ， 0 6 3 0 0 9 ； 2 ． C h e n g d e I r o n a n d S t e e l C o mp a n y ， H e b e i I r o n a n d S t e e l G r o u p ， C h e n g d e ， He b e i ， 0 6 7 1 0 2 Ab s t r a c t Th e r e s e a r c h i s c o n d u c t e d i n l a b o r a t o r y a b o u t h i g h t e mp e r a t u r e me t a l l u r g i c a l p r o p e r t i e s o f c o k e n o r ma l l y us e d i n Ch e ng St e e 1 ．The c o n c r e t e i n flue n c e of t e mp e r a t ur e，c arb on l o s t r a t i o a n d c o k e r e a c t i o n i s d i s c u s s e d，t h e c alc ul a t i n g f or mu l a g o t ，whic h C an g u i d e p r od u c t i o n o f bl a s t f u m a c e． Ke y W or d s t e s t ；c o k e；me t a l l u r g i c a l p r o pe rty；r e s e a r c h 1 引言 高炉喷煤对现代高炉炼铁技术来说是一项重要 的技术革命 ， 随着高炉喷煤技术的不断普及与优化 ， 喷煤所带来的经济效益也是大家有目共睹的。但随 着高炉煤 比的不断提高 ， 高炉负荷逐步增大， 焦炭在 高炉内所承受 的压力随之增加 ， 直至焦炭 因不能承 受高炉内的压力而严重破损 ， 失去有效的骨架作用， 这是决定极限煤 比的限制性环节之一。很明显 ， 只 有在焦炭强度能够承受在高炉内的负荷时才能避免 严重破碎， 为高炉提供有效 的骨架作用。本文对承 钢炼铁生产常用的焦炭进行了高温抗压试验研究和 质量水平评价。 2 研 究 内容 1 通过试验 了解焦炭的抗压强度与温度 、 失 碳率的关系以及受两者共同影响时的变化规律。 2 通过焦炭强度与温度和失碳率 的关系 ， 以 及高炉各部位的实 际温度与失碳率 ， 得到焦炭在高 炉内的真实强度及计算公式， 便于及时了解炉况， 适 收稿 日期 2 0 1 1 0 8 2 5 作者简介 李文英 1 9 7 8一 ， 女 ， 工程 师 ， 2 0 0 1年毕业于包 头钢铁学 院钢铁冶金专业 ， 现 在河北 钢铁 集 团承德分公 司炼 铁厂 工作 ， E ma i l X X I tl i wy c d v t ． c o m． c n 1 4 时增减焦炭用量 ， 保证高炉顺行 。 3 研究方案 3 ． 1 试 验设 备 1 脱碳电炉 脱碳电炉 图 1 是使用铬酸镧作为发热元件， 最高使用温度为 1 7 0 0 o C， 短时间内可以达到 1 8 0 0 ℃ ， 升温过程使用微电脑全 自动控制。 图 l 脱碳 电炉 F i g． 1 El e c t r i c a l d e c a r b u r i z a t i o n o v e n 2 可调气氛高温抗压试验机 可调气氛高温抗压试验机 图2 的抗压试验可 在还原性 、 中性或氧化性气氛 中进行 ， 最高试验温度 河北 冶金 2 0 1 1年第 1 2期 可达 1 5 0 0 o C 受压杆高温强度 限制 ， 可连续进行 1 0个试样 的测试。 1 ． 加压横梁 ； 2 ． 压力变送器 ； 3 ． 密封 ； 4 ． 压杆 ； 5 ． 加热元件 ； 6 ． 试样 ； 7 ． 载样 台； 8 ． 动力部件 图 2 可调气氛高温抗压试验机 F i g ． 2 At m o s p h e r e a d j u s t a b l e h i g h t e mp e rat u r e c o mp r e s s t e s t ma c hin e 3 ． 2 试验 方案 3 ． 2 ． 1 焦炭试样 的制取 1 选取承钢 目前 常用 的 7种外 购焦炭 ， 进行 常规检测 ， 结果见表 l 。 表 1 焦炭成分及热 态强度 ％ Ta b ． 1 Co mp os i t i o n a n d h o t s t r e n g t h o f c o k e ％ 2 焦炭抗压试样的制取 选取粒度适 中， 外观无异常的焦炭 ， 切成厚度为 1 50 ． 2 r n l T l 的片状。用空心玻璃钻在片状焦炭上 钻取 8 0 ． 1 m m 的圆柱体即为抗压试样。 3 焦炭反应后抗压试样 的制取 焦炭反应后抗压试样通过碳的气化反应制取 ， 方式与一般 的吊篮试验相 同。气化剂采用 C O ， 温 度为 1 0 0 0 o C。这种方式的优点是可根据需要控制 试样的失碳率。 3 ． 2 ． 2 脱碳试 验 将 已经制好 的小圆柱体焦炭在 KS J高温加热 炉 内进 行脱 碳 ， 脱碳 剂 C O 自高 温炉 下 部通 人。 C O 在上升过程 中接触焦炭发 生反应 生成 C O， 达 到脱碳 的 目的 ， 试验 得 到 脱碳 率 分别 为 0 、 1 0 ％、 2 0 ％ 、 3 0 ％、 4 0 ％和 5 0 ％的焦炭样品。 3 ． 2 ． 3 抗压试验 选取外观完好 的试验样品进行抗压试验 ， 试验 温度分别设 定为 3 0 o C、 5 0 0 o C、 8 0 0 o C、 1 0 0 0 o C、 1 2 0 0 o C ，剔除 1 0个试验 中的异常数据后取平均值 作为试样的抗压强度 ， 过程如下。 1 将不同料批 的焦炭试样分别置于刚玉质载 样台上 ， 按顺序装入抗压试验机的高温炉内。 2 设定升温曲线进入升温阶段 ， 温度达到 2 0 0 o C 时， 打开冷却水。在温度达到 3 0 0 o C时， 开始通 N 2 。 3 升温过程完成后 系统 自动调用加压过程。 压样过程可连续运行 ， 直至试验结束。 3 ． 2 ． 4 试 验数据及分析 1 常温和 5 0 0 o C时不 同失碳率条件下的焦炭 抗压强度见表 2 。 表 2 焦炭抗压强度 Ta b． 2 Co mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o k e k Pa k P a 失碳 率 是影 响焦 炭 抗 压 强度 的重 要 因素 之 一 ， 算 公式 对常温和5 0 0 oC时不同失碳率的焦炭进行数据分 二级 S 1 1 ． 0 4 1 3 ． 1 1 L 析， 分别得到 与 L 的关系曲线图3 、 图4 。 潞宝 1 5 ． 8 6 3 7 ． 8 4 L 由图3可以看 出， 在 常温条件 下 与 L 几乎 大土河 S 1 5 ．1 9 31 ． 7 0L 成线性关 系。可 以用线性方程 S 。 A B L 表示。 文峰 S 9 ．1 14． 31 L 由此可以得到承钢焦炭在常温下的抗压强度计 光大 S 2 9． 2181 ． 7 L 1 5 总第 1 9 2期 梗阳 1 9 ． 7 91 4 ． 9 L 。 图 3 常温时 S 与 L 的关 系 F i g ． 3 Re l a ti o n b e t we e n S c a n d Lc u n d e r n o r ma l t e mp e r a t u r e 图 4 5 0 0 o C时 S 与 L 。 的关 系 F i g ． 4 R e l a ti o n b e t we e n S a n d， J u n d e r 5 0 0 ℃ 由图 4可以看 出 ， 在 5 0 0 o C时 与 L 几乎成 线性关系， 可以用线性方程 S A B L 。 表示 。 由此得到承钢焦炭在 5 0 0 o C下的抗压强度计算 公式如下 二 级 S 8 ． 8 71 8 ． 6 0 L 潞宝 S 1 2 ． 8 6 3 0 ． 1 L 大土河 S 1 2 ． 1 4 2 9 ． 3 5 L 文峰 S 7 ． 7 41 5 ． 2 0 L 光大 S 2 2 ． 0 3 5 9 ． 8 0 L 梗 阳 S 1 4 ． 9 91 1 ． 3 L 。 2 L 2 0 ％时 ， 常温和5 0 0 o C时焦炭抗压强度 与反应性的关系见图 5 、 图 6 。 图5 常温时 S 。 与 C R I 的关系 F i g ． 5 Re l a t i o n b e t we e n S c a n d CRI u n d e r n o r ma l t e mp e r a t u r e l 6 图 6 5 0 0℃时 S 与 C R I 的关 系 F i g ． 6 Re l a ti o n b e t we e n S and CR I u n d e r 5 0 0 ℃ 3 L 2 0 ％时 ， 常温和 5 0 0 o C时， 与 C S R的 关系， 见图 7 、 图 8 。 图7 常温时 S 。 与 C S R的关系 F i g ． 7 Re l a tio n b e t we e n S c a n d CS R u n d e r n o r mal t e mp e r a t u r e 图 8 5 0 0 o C时 S 与 C S R的关系 Fig ． 8 Re l a t i o n b e t we e n S c an d CS R u n d e r 5 0 0℃ 由图 5～ 8可以看出图中的点是散乱分布的， 说 明焦炭的抗压强度与焦炭的反应性没有明显关系。 一 般讲， 反应性高的焦炭与 C O 和H O容易发 生气化反应 ， 导致高炉内直接还原度和焦炭失碳率 的升高 ， 而失碳率是影响焦炭强度的主要 因素之一， 因此较高的失碳率将导致焦炭抗压强度降低。 燃烧带以外的失碳反应主要是直接还原和渗 碳， 其它反应对失碳率的贡献不大， 可以忽略。F e 的直接还原消耗碳素量 由生铁含 F e 量和直接还原 度决定 。设生铁含 F e 9 5 ％， 直接还原度为 ， 则 F e 直接还原耗碳约为每吨生铁 2 0 4 r k g 。渗碳反应每 吨生铁约耗碳 4 0 k g ， 其它元素的直接还原耗碳则一 般在 1 0 以下 ， 下转第1 3页 河北冶金 2 0 1 1年 第 1 2期 精粉配 比为 2 5 ％ 方案 F一 2 时 ， R D I n 则大幅低 于方案 F一 0 。 由于巴西铁精粉的 T i O 含量比海砂略低， 但是 原矿粉的 T i O 含量比海砂高 ， 所 以用 巴西铁精粉代 替海砂 ， 低温还原粉化会有所改善。当 巴西铁精粉 配比为 2 5 ％时， 由于巴西铁精粉替代 了 1 5 ％的含钒 精粉 ， 烧结矿的粉化率下降较多。 3 ． 4 烧结矿矿物组成分析 烧结矿 的矿物组成见表 5 。 表 5 矿相组成 T a b ． 5 Co mp os i t i o n o f o r e p h a s e ％ ％ 由表 5可以看出， 在添加海砂的烧结矿 中， 粘结 相主要为钙钛矿和硅酸二钙 ， 在添加 1 0 ％的巴西铁 精粉的烧结矿 中， 粘结相 主要 为铁酸钙与硅酸二钙 为主 ， 在添加 2 5 ％ 的巴西铁精粉 的烧结矿 中， 粘结 相主要为钙钛矿和铁 酸钙 为主 ， 钙钛矿含量对烧结 矿的强度与低温还原粉化都不利 ， 因为在添加 1 0 ％ 的巴西铁精粉的烧结矿中， 钙钛矿含量最少 ， 其低温 还原粉化指数及转鼓最好 。 4 结语 上接第 1 6页 因此 ， 燃烧带以外每吨生铁消耗的碳素量约为 5 0 2 0 4 r k g 。也就是说 ， 除 了焦 比及未 燃煤粉的影响 外 ， 焦炭的失碳率主要由直接还原度决定。 如高炉内使用 了反应性较高的焦炭 ， 则将 引起 直接还原度增高 ， 焦 比增加 ， 从而引起煤气量增加 。 煤气量的增加必然导致间接还原的发展 。间接还原 度的提高又将直接导致直接还原度的降低 ， 从而使 焦炭失碳率降低 。在这一 自我限制的机制作用下 ， 正常高炉直接 还原度 的波动 范围并不 大 也就是 说 ， 尽管焦炭的反应性较高 ， 但 C O 的供应受 到限 制 ， 反应性在高炉 内虽然对焦炭失碳率有 一定的影 响 ， 但程度并不大。 4 研究存在的问题及解决方法 4 ． 1目前存在的 问题 1 试验数据尚不完善。 2 不同失碳率 的焦炭试样在高温下的抗压强 用巴西铁精粉替代海砂烧结指标明显改善 ， 烧 结矿成品率大幅度增加 ， 转鼓强度基本保持不变， 低 温还原粉化率 R DI n 也有较大幅度 的增加。建议 巴西铁精粉在承钢烧结含 铁料中的配 比为 1 0 ％左 右。 参考文献 [ 1 ] G B ／ T 2 4 5 3 12 0 0 9高炉和直接还原用铁矿石转股 和耐磨 指数测 定 。 『 2 ] GB ／ T 1 3 2 4 1 1 9 9 1矿石还原性 的测 定方法 。 度尚未完全测定。 3 焦炭 高温抗压 强度 渐变计算公 式有 待确 定。 4 ． 2 解决方法 1 尽快补充不足的试验数据。 2 对不同失碳率焦炭的高温抗压强度的实验 室数据进行分析。 3 进一步分析焦炭抗压强度与温度和失碳率 的关系。 5 结语 1 常温和 5 0 0 o C下承钢几种常用焦炭抗压强 度与失碳率成线性关系， 焦炭强度随失碳率 的升 高 而降低。 2 焦炭的抗压强度与在焦炭的反应性无必然 联系。 1 3