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高炉中的焦粉与焦炭质量

焦炭是高炉炼铁生产中重要的原料。应经济和环境方面的要求,减少高炉炼铁用焦炭的压力日渐增加。通过风口喷吹补助燃料多为煤粉和天然气替代焦炭。提高燃料喷吹率、降低焦炭量可完成其还原剂和力学作用。在降低焦比操作期间,焦炭在高炉内停留时间较长,经受较大的应力负载,产生焦粉,影响焦床的透液性和透气性,影响高炉的生产率。对此进行了广泛的研究,重点在于改变低焦比操作条件下影响工业炉运行稳定性的各种因素。除了生产工艺参数外,燃料的性能对高炉的运行有重大影响。

减少对焦炭的依附成为高炉炼铁法的焦点问题。焦炭的质量问题也变得日益重要,要求较少量的焦炭要产生还原气体并提供充分的物理支持而无任何过多焦粉产生和聚积。故此,主要应研究焦炭质量对焦炭性能的影响,包括焦粉在高炉中的产生和同化的机理,同时根据焦炭反应对焦粉性能的影响提出综合焦粉指数。

高炉中的焦粉与焦炭质量

由于焦炭为高炉提供热能,作为还原剂使用,并为保持高炉内透气性提供空间,因此,焦炭在高炉中有多重作用。在低焦比操作期间,焦炭负荷降低,在高炉中的堆积和黏结区形成薄焦层,从而延长焦炭的停留时间。焦炭经受力学、热河化学应力的时间延长,导致粉化趋势加大,从而增加焦粉的产生。焦粉的产生影响了透液性和透气性,并在高炉下部聚积以致影响出铁、出渣。因此,焦粉性能的机理,如产生和同化,一旦产生对高炉运行的稳定性和生产率产生大的影响。

焦粉在高炉不同区域回和其他燃料结合,可分为两类,取决于高炉中煤和焦炭的性能,尤其是碳转化动力学。如,未燃尽的焦炭会出现在风口外,归因于因煤粉的不充分燃烧,由于焦炭的质量差,高炉的不同区域会产生焦粉。

焦炭粉化在机理上与焦炭的气化行为有关。然而,当前对高炉中焦粉行为的了解很不够。由于落下和磨损,高炉的上部就产生了焦粉。在高炉的下部,碱和高温机制也会影响焦粉的产生。根据目前对焦炭粉碎形成焦粉的了解,其机理可概括如下:

机械应力和高碰撞磨损

溶解损失反应

热机械碰撞

高温化学侵蚀,包括循环

早高炉上部的落下和磨损与冷焦炭的强度有关,由于受到焦炭的物理性能影响,如孔隙度。在软化和高温区,焦炭气化是产生焦粉的主要影响因素。溶解损失反应时,气化导致焦炭碳的贫化,表面剥落,结构弱化,由于焦炭的不均匀的石墨化,而产生裂纹。加上化合物的形成及碱的催化作用,会因体积膨胀引起应力而产生焦粉。在高炉的下部,焦粉的产生和同化受到包括石墨化和焦炭与气、液渣及金属的高温反应的控制。可见,影响焦粉行为的主要因素及机理与焦炭的性能有关,包括碳结构及矿物质。某些机理相互关联,由于热处理而导致碳结构的改变将影响焦炭矿物质的性能,反之亦然。因此,促进抑制或是阻止焦粉的产生趋势取决于焦炭抗冲击的机械强度和反应性。焦炭的反应性需要优化以影响焦粉在高炉中的产生与同化。碳的结构和焦炭矿物质影响焦炭与气体、渣和金属的反应性。


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