COREX熔融气化炉中块煤裂化现象

COREX流程主要使用块煤作为燃料,但仍需要加入一定比例的焦炭来支撑熔融气化炉内炉料,保证炉况顺行.块煤裂解形成的半焦和焦炭在熔融气化炉内的劣化程度对煤气流的透气性、渣铁的透气透液性和炉缸热量的分布等影响较大.利用风口取样技术取出风口焦试样,进行粒度分布研究、显微结构分析、透气性指数计算和热态性能测定,发现风口焦试样中大于10mm的较大颗粒多为入炉焦炭劣化所致,小于10mm的小颗粒多为块煤裂解所致；认为块煤挥发分热解后的产物会加剧焦炭的溶损反应,且块煤裂解半焦的反应后强度不及入炉焦炭,半焦在炉内的劣化是影响渣铁透气透液性的主要因素；最后结合对试验结果的分析,给出了降低COREX流程能耗的一些措施.     

喷煤对COREX熔化气化炉炉况影响的物理模拟

通过COREX喷煤整体和区域模型整体和区域模型计算分析,研究了喷煤对块煤用量、理论燃烧温度、风口煤气量等重要参数的影响。计算结果表明：随着喷煤量的增加,风口煤气量增大,块煤用量和理论燃烧温度均降低。最后,本文建立了二维COREX熔化气化炉热态模型,利用石蜡模拟矿石,玉米粒子模拟焦炭。在热态物理模拟实验中,考察了矿/(块煤+焦)体积比、风温和风量等操作参数对COREX熔化气化炉炉况的影响。     

COREX炉内块煤裂化成焦的热态强度

通过对COREX所用2种块煤在不同条件下所成半焦的显微结构、热态强度进行观察,分析了影响块煤成焦质量的内在因素。比较2种块煤所成半焦的组成结构及性能差异后,发现兴隆庄煤成焦结构要优于大同煤,但兴隆庄原煤组织反应性较高,故在前期其煤成焦强度低于大同煤,直至成焦结构较多时,才高于大同煤。通过对COREX风口焦及实验室自制半焦的微观形貌和性能进行对比,确定了风口焦的来源,风口前兴隆庄煤形成焦炭的表面呈现出较浅的孔洞,其热态强度明显高于大同煤形成的焦炭。     

Corex熔融气化炉煤焦混合料柱特性研究

在宝钢Corex工厂休风时,进行了熔融气化炉风口取样分析,得出了纯氧鼓风熔融气化炉煤焦混合料柱结构特点,并通过光学显微镜对粉末进行鉴别,得知料柱粒度分布结构形成的机理。利用XRD对风口水平焦的石墨化程度进行分析,并以此来推断其在炉内的高温历程。结果表明,气化炉料柱炉料的平均粒度小于7.7mm,是制约料柱透气性的关键因素,而块煤在炉内劣化严重,是导致料柱透气性差的主要原因。在此基础上,提出改善料柱结构和提高炉缸透气透液性的措施。     

COREX熔化气化炉软熔区域的实验研究

为了模拟COREX熔融气化炉软熔区域,本研究建立了COREX熔融气化炉热态模型,利用石蜡模拟矿石,玉米粒子模拟焦炭和块煤。在热态物理模拟试验中,考察了实际生产过程中熔炼率、矿/(块煤+焦)体积比、风口回旋区煤气温度和风口回旋区煤气量等操作参数对软熔区域高度和厚度的影响。试验获得不同操作参数下软熔区域高度和厚度的变化趋势。     

高炉风口焦热态性能的研究

为了了解高炉风口焦的高温热态性能,满足高炉冶炼所需焦炭的质量,用粒焦法测定了高炉风口前试样中焦炭的反应性和反应后强度。试验结果表明:随着风口前距离增加,风口焦平均粒度下降,反应性略有下降,而反应后强度略有提高。风口前试样中小块焦炭的反应性比大块焦的要高,反应后强度要低。风口前试样中焦炭的高温反应性和反应后强度之间具有很好的线性相关性。     

熔融气化炉内块煤成焦后粉化现象的相关研究

采用200 kg级炼焦炉对熔融气化炉主要使用的2种块煤进行了不同时间的半焦裂解试验,比较了2种块煤成焦后的粒度分布和强度变化,发现B煤在炼焦炉内粉化严重,随结焦时间的延长其粒度降解度一直在升高,而A煤降解度在达到最大值后开始下降.对比了2种块煤生成半焦的矿相微观结构,A煤生成的半焦主要以镶嵌结构和各向同性结构为主,而B煤生成的半焦主要以类丝炭和各向同性结构为主;2种半焦均含有未成焦煤.通过分析熔融气化炉内取出的风口试样中不同粒度的含碳物质其矿相微观结构,认为在炉缸内6.3 mm的颗粒由2种块煤裂解成焦后的粉化现象所引起,且B煤的粉化是主要因素.     

熔融气化炉风口回旋区冶炼特征的数值模拟研究

相比于高炉风口喷吹富氧热风,熔融气化炉风口采用常温纯氧,使得炉内质量、动量、热量的传输以及煤气流分布等冶炼特征与高炉存在较大差异.通过建立熔融气化炉风口回旋区二维数学模型,系统考察熔融气化炉风口回旋区内速度分布、温度分布及气体组分分布的冶炼特征.结果表明:在气固相热交换及焦炭 (或块煤形成的半焦) 燃烧反应的综合作用下,熔融气化炉风口回旋区内气体温度迅速升高至3 500 K以上;此外,风口前端存在小规模的气体循环流动现象,故风口前端扩孔破损现象严重,进而导致非计划休风率较高;为减少此类休风现象,可适当额外喷吹富氢燃料性气体 (天然气、焦炉煤气),不仅能降低风口回旋区内气体温度,更可替代部分固体燃料,并充分发挥其中H₂的高温还原优势,提升熔融气化炉冶炼效率.      

大同煤热解动力学研究

目前,COREX流程中的熔融气化炉采用块煤代替焦炭作为燃料冶炼铁水。块煤在熔融气化炉中的反应行为对炉况的稳定顺行及铁水质量有着重要的影响。采用非等温热重分析法针对COREX用煤（大同煤）在热解过程中的失重速率、失重量以及影响因子进行了研究,分析了煤热解的整个失重过程,并讨论了不同升温速率对热解的影响。同时,考虑煤热解过程的不同特性,采用分段尝试法建立了煤热解过程的动力学理论模型,进而得到相应的动力学参数,有助于更好地分析块煤在气化炉内的热解行为,为COREX流程块煤的合理使用及采用风口喷煤技术提供理论依据。     

COREX熔融气化炉内料柱的透液性指数及影响因素

休风时对COREX熔融气化炉进行风口取样,通过对风口试样的检测分析,用压差度的倒数表示炉内气相对料柱透液性的影响,用空隙度和温度强度的乘积表示炉内的渣铁液相对料柱透液性的影响,建立了表征熔融气化炉料柱透液性的公式.对两批风口试样的研究发现,熔融气化炉内不同位置风口试样的透液性指数与相应位置的滞留铁比呈现一致的对应关系.进一步分析了透液性指数的影响因素,发现在炉况不顺时,未反应完全的酸性脉石直接落入炉缸,导致沿风口径向部分位置的渣样熔化温度高于1500℃,影响了渣铁流动性.提出了增加料层厚度、采取合理的造渣制度、控制均匀的煤气流分布等技术措施,为改善熔融气化炉内料柱的透液性提供帮助.      

焦炭与烧结矿在耦合反应过程中的溶损特性

为了研究高炉冶炼中焦炭的溶损行为,选用2种不同反应性的焦炭考察焦炭与烧结矿在不同温度下的耦合反应,研究不同温度下焦炭溶损与烧结矿还原的关系。研究结果表明,焦炭溶损和烧结矿还原的耦合反应随着反应温度的升高逐渐加剧,且焦炭反应性提高有利于烧结矿的还原。焦炭溶损率与烧结矿还原度呈正线性相关性,焦炭反应性(CRI)与拟合曲线的斜率k呈反比,而与截距b呈正比,截距可以表征焦炭对烧结矿的初始还原能力。耦合反应后焦炭的光学各向异性指数OTI增大、平均孔径和气孔率大幅增大,反应性较大的焦炭易于在焦炭表面溶损,反应后的孔径较大;而反应性较小的焦炭在反应过程中CO₂气体易于扩散至焦炭内部均匀溶蚀各级气孔。     

灰成分及光学组织对焦炭热性能的影响

根据唐钢现有配煤方案为基准,选取其中有代表性的焦炭为研究对象,研究灰成分及光学组织对焦炭热性能的影响。研究结果表明,焦炭灰成分变化对矿物质催化指数影响较大,焦炭的反应性随MCI(矿物质催化指数)的增加呈升高趋势,而焦炭的反应后强度随MCI的增加而降低;焦炭光学组织与各向异性指数的关系密切,焦炭的反应性随OTI(光学各向异性指数)的增加呈降低趋势,而焦炭的反应后强度随OTI的增加而升高。合理控制焦炭灰成分和光学组织的工艺参数对改善高炉内焦炭反应性和反应后强度有重要意义。     

首钢高炉喷吹煤种的灰熔融特性

为了研究首钢高炉喷吹煤粉在风口前灰渣的熔点和高温黏度特性,采用灰熔点仪和FactSage软件对首钢几种常用喷吹煤种及混煤的灰熔融特性进行了对比分析,发现两种方法得到的结果具有相同的趋势。利用FactSage热力学计算软件,分析了1 600 ℃下京唐、迁钢两地喷吹煤灰在SiO₂-CaO-Al₂O₃-MgO(w(MgO)＝2%)四元相图中的位置,并对灰组分中SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Fe₂O₃对液相线温度和对高温下煤灰黏度的影响进行了分析。研究发现,不同灰组分改变对煤灰液相线温度和黏度的影响是不同的,灰组分对液相线温度的影响相对复杂。高温状态下,首钢高炉煤灰下灰组分中Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO质量分数增加有降低煤灰黏度的作用,而SiO₂质量分数增加会增加煤灰黏度。混煤时应考虑不同组分对煤灰液相线温度和黏度的影响,通过合理控制灰组分达到控制风口前结渣的目的。     

炼焦煤灰分对其结焦性的影响规律

 炼焦煤灰分是决定其价格的重要因素,为比较同一矿点煤种灰分对结焦性质的影响规律,对各炼焦煤进行黏结性、煤岩特征、灰分等分析并进行40 kg试验焦炉炼焦试验分析。研究表明,不同煤种炼焦煤灰分降低对黏结性改善幅度不同,黏结性较好的炼焦煤当其灰分降低时,黏结性改善不明显;黏结性较差的炼焦煤当灰分降低时,其黏结性改善较为明显;且不同煤种炼焦煤灰分降低时灰组成变化规律不同。不同煤种炼焦煤灰分降低时所炼焦炭其强度变化程度不同,黏结性较好的炼焦煤,当其灰分降低,所炼焦炭强度变化幅度不大;黏结性较差的炼焦煤,当其灰分降低时,所炼焦炭强度改善较大。     

气煤替代1/3焦煤的配煤方案优化试验

为扩大炼焦煤资源、降低焦化企业配煤成本,通过坩埚焦试验和40 kg小焦炉试验考察了 3种气煤(分别记为QM1、QM2和QM3)替代某焦化企业工业配煤方案中1/3焦煤的可行性,并采用镜质体反射率分布图对气煤的适宜配入比例进行了优化.结果表明,在原生产配煤方案中,当气煤替换比为8％时,焦炭冷态强度变化较小,但其热态强度均有...     

Interaction mechanism between coal combustion products and coke in raceway of blast furnaces

The interaction mechanism between the combustion products of pulverized coal injected and coke in the raceway of blast furnace was studied through thermodynamic calculation and experiments.The results in-dicated that additives significantly affected the melting property of coal ash in high temperature zone.Al-though the unburnt char, raw coal ash, and catalyzed coal ash failed to wet the coke surface, the wettabil-ity of the catalyzed coal ash on the coke was greater than that of the raw coal ash.Since the unburnt char had weak reaction with the coke surface, it showed little influence on the surface morphology of the coke. The interaction between the raw coal ash and the coke gave rise to the increase in the pore size on the coke surface.However, the raw coal ash only affected the coke surface and the entrances of the pores owing to its poor fluidity.After being melted, the catalyzed coal ash was expected to immerge into the inside part of the coke and then react with the coke, resulting in an expansion and increase of coke cavities.The raw coal ash and the unburnt char reduced the coke reactivity, while the catalyzed coal ash improved the coke reac-tivity.Thereinto, the coal ash containing Fe2 O3 exhibited a larger influence on the reactivity than that containing CaO.     

Microstructure of a Variety of Cokes After Alkali Enrichment

 It is difficult to distinguish tamping coke and top charging coke by conventional testing methods, such as cold strength, abrasion resistance, reactivity and strength after reaction. Some of tamping coke′s properties were even better than those of top charging coke, but from practical using effects of blast furnace, tamping coke was not as good as top charging coke. The reaction conditions were featured as high temperature, high alkali condition, intense reaction atmosphere and short time. Distribution of porosity in profile, microstructure and slag forming property of ash were analyzed and following conclusions were obtained. After alkali-rich reaction, there were obvious differences between top charging coke and tamping coke in microstructure. The porosity′s unevenness of tamping coke was greater than those of top charging coke, and tamping coke was with less and big pores in out space and inner part was dense with more throughout pores. After phase diagram and microstructure analysis, it could be obtained that ash forming characteristics of top charging coke were better than those of tamping coke, and top charging coke′s pores were blocked more seriously than those of tamping coke. From analysis of tuyere samples, it could be found that calcium content of ash in coke′s pores was small and it should belong to coke′s inherent ash; kalium (wK=28%) was unusually high in coke, so the situation of high alkali was close to real blast furnace reaction condition.     

一种X煤在首钢的应用实践

针对当前优质炼焦煤资源越来越少，而高炉生产对焦炭质量指标要求越来越高的情况下，对具有低灰、高硫特点的X煤进行了系统的炼焦试验研究。结果发现，在炼焦生产中合理配加5%～8%的X煤不会造成焦炭硫分升高的不利影响，焦炭灰分下降明显，强度保持稳定。该研究成果成功应用于首钢炼焦生产，焦炭各项指标均达标，这不仅扩大了炼焦煤的使用范围，而且在资源使用方面为公司焦炭灰分的降低提供了支持。