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    焦炭反應性及性能對高爐中焦粉的影響

    2022/6/15

      焦炭是高爐煉鐵生產中重要的原料。應經濟和環境方面的要求,減少高爐煉鐵用焦炭的壓力日漸增加。通過風口噴吹補助燃料多為煤粉和天然氣替代焦炭。提高燃料噴吹率、降低焦炭量可完成其還原劑和力學作用。在降低焦比操作期間,焦炭在高爐內停留時間較長,經受較大的應力負載,產生焦粉,影響焦床的透液性和透氣性,影響高爐的生產率。對此進行了廣泛的研究,重點在于改變低焦比操作條件下影響工業爐運行穩定性的各種因素。除了生產工藝參數外,燃料的性能對高爐的運行有重大影響。

      減少對焦炭的依附成為高爐煉鐵法的焦點問題。焦炭的質量問題也變得日益重要,要求較少量的焦炭要產生還原氣體并提供充分的物理支持而無任何過多焦粉產生和聚積。故此,主要應研究焦炭質量對焦炭性能的影響,包括焦粉在高爐中的產生和同化的機理,同時根據焦炭反應對焦粉性能的影響提出綜合焦粉指數。

      高爐中的焦粉與焦炭質量

      由于焦炭為高爐提供熱能,作為還原劑使用,并為保持高爐內透氣性提供空間,因此,焦炭在高爐中有多重作用。在低焦比操作期間,焦炭負荷降低,在高爐中的堆積和黏結區形成薄焦層,從而延長焦炭的停留時間。焦炭經受力學、熱河化學應力的時間延長,導致粉化趨勢加大,從而增加焦粉的產生。焦粉的產生影響了透液性和透氣性,并在高爐下部聚積以致影響出鐵、出渣。因此,焦粉性能的機理,如產生和同化,一旦產生對高爐運行的穩定性和生產率產生大的影響。

      焦粉在高爐不同區域回和其他燃料結合,可分為兩類,取決于高爐中煤和焦炭的性能,尤其是碳轉化動力學。如,未燃盡的焦炭會出現在風口外,歸因于因煤粉的不充分燃燒,由于焦炭的質量差,高爐的不同區域會產生焦粉。

      焦炭粉化在機理上與焦炭的氣化行為有關。然而,當前對高爐中焦粉行為的了解很不夠。由于落下和磨損,高爐的上部就產生了焦粉。在高爐的下部,堿和高溫機制也會影響焦粉的產生。根據目前對焦炭粉碎形成焦粉的了解,其機理可概括如下:

      機械應力和高碰撞磨損

      溶解損失反應

      熱機械碰撞

      高溫化學侵蝕,包括循環

      早高爐上部的落下和磨損與冷焦炭的強度有關,由于受到焦炭的物理性能影響,如孔隙度。在軟化和高溫區,焦炭氣化是產生焦粉的主要影響因素。溶解損失反應時,氣化導致焦炭碳的貧化,表面剝落,結構弱化,由于焦炭的不均勻的石墨化,而產生裂紋。加上化合物的形成及堿的催化作用,會因體積膨脹引起應力而產生焦粉。在高爐的下部,焦粉的產生和同化受到包括石墨化和焦炭與氣、液渣及金屬的高溫反應的控制?梢,影響焦粉行為的主要因素及機理與焦炭的性能有關,包括碳結構及礦物質。某些機理相互關聯,由于熱處理而導致碳結構的改變將影響焦炭礦物質的性能,反之亦然。因此,促進抑制或是阻止焦粉的產生趨勢取決于焦炭抗沖擊的機械強度和反應性。焦炭的反應性需要優化以影響焦粉在高爐中的產生與同化。碳的結構和焦炭礦物質影響焦炭與氣體、渣和金屬的反應性。

      焦炭的石墨化與焦炭性能

      焦炭的石墨化對焦粉的產生有很大影響。因此,焦炭的性能,尤其是影響焦炭石墨化性能,將影響焦粉的產生。隨著溫度的不斷提高,石墨化程度將隨焦炭的性能而改變。熱效應、鐵含量及氧化鐵的催化效應對焦炭的石墨化均有影響,而黏土基礦物對碳結構的石墨化影響不大。

      焦炭與二氧化碳的反應性及焦炭的性能

      溶解損失反應是高爐中的主要反應之一,對焦粉的產生起重大作用。另一面,焦粉在高爐內的消耗還受到爐內反應的影響,包括溶解損失反應、碳化。并且影響到焦粉在排放粉塵重的比例。焦炭的反應性受碳結構和表面面積的影響,這些影響由礦物質決定。焦炭的反應性趨勢符合于不同類型的碳的一般性能,如結晶碳對氧化反應的活性較小。

      然而隨著溫度的提升,礦物質的影響就起決定性作用,并影響到反應性,在較高溫度下反應性的差異就不同于在1100下的差異。

      焦粉在高爐中的聚積與焦炭的性能

      焦炭的石墨化在高爐操作中有很多關系,包括氣化的動力學、焦粉的產生及隨后的消耗。除了冷焦炭的強度以外,粉塵中焦粉受到的焦炭反應性及焦炭在高溫石墨化狀態的影響。

      綜合焦炭氣化指數

      研究說明焦炭的碳結構對焦粉產生的影響、起點溫度、對反應性影響及焦粉同化的程度。此外,粉塵的碳結構可用來區分焦炭質量的影響和焦粉產生的機理,包括他們的含量在不同操作下的起點,并優化焦炭的利用?傊,焦粉的產生和消耗是復雜的現象,且受到諸多因素影響,如高爐內的反應氣體和高溫環境,以及焦炭消耗的其他方式。需要對各種因素和控制高爐中焦粉的產生機制進行綜合性研究。

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