钒钛矿冶炼高炉炉缸黏结物的矿相分布规律

摘要：焦炭在高炉冶炼过程中起着重要作用，其中焦炭的气化反应直接关系到其热态强度，并影响高炉内部的透气透液性能。综述了高炉内焦炭气化反应的研究现状，并讨论了焦炭气化反应的评价方法；阐述了有害元素K、Na、Zn和Cl对焦炭气化反应影响的研究进展。指出现有研究多着眼于焦炭和纯CO2或水蒸汽的气化反应，并且冶金工作者对企业通用的焦炭气化反应的测定方法和标准存在不同的看法。K、Na、Zn和Cl均对焦炭气化反应起催化作用，其中K、Na和Zn的催化机理包括氧传递、层间化合物和电子转移3种理论。建议进一步模拟高炉实际气氛和温度条件开展焦炭气化反应的研究工作，并对Cl元素对焦炭气化反应的影响机理进行深入探索。     

有害元素对焦炭气化反应的影响及展望

焦炭在高炉冶炼过程中起着重要作用,其中焦炭的气化反应直接关系到其热态强度,并影响高炉内部的透气透液性能。综述了高炉内焦炭气化反应的研究现状,并讨论了焦炭气化反应的评价方法;阐述了有害元素K、Na、Zn和Cl对焦炭气化反应影响的研究进展。指出现有研究多着眼于焦炭和纯CO_2或水蒸汽的气化反应,并且冶金工作者对企业通用的焦炭气化反应的测定方法和标准存在不同的看法。K、Na、Zn和Cl均对焦炭气化反应起催化作用,其中K、Na和Zn的催化机理包括氧传递、层间化合物和电子转移3种理论。建议进一步模拟高炉实际气氛和温度条件开展焦炭气化反应的研究工作,并对Cl元素对焦炭气化反应的影响机理进行深入探索。     

基于里斯特操作线解析有害元素对高炉焦比的影响

分析了有害元素在高炉内的循环行为,结合高炉实际生产参数,运用里斯特操作线进行计算,揭示了有害元素对焦比的影响规律,建立了焦比与有害元素入炉负荷和循环富集倍数之间的定量关系.计算结果表明:有害元素在高炉内"还原-氧化-再还原"的循环过程会将高温区的CO转移到低温区,降低煤气利用率,同时消耗了高温区大量热量,从而使焦比升高.不同有害元素的影响程度不同.有害元素循环富集倍数对焦比影响的强弱顺序为:Na > K > Zn,有害元素入炉负荷对焦比影响的强弱顺序为:Zn > Na > K.进一步的分析表明,Na、Zn对高炉焦比的影响大于K.但考虑到K对焦炭劣化的作用更明显,故要严格控制K、Na、Zn的入炉负荷.基于上述计算得到的定量关系,利用高炉不同有害元素入炉负荷以及焦比进行曲线拟合,预测高炉有害元素的循环富集倍数.曲线拟合结果与高炉解剖实验结果相吻合.      

昆钢6号高炉入炉有害元素调查分析

通过入炉取样分析研究，再次证实了昆钢6号高炉炉墙砖衬受到了K、Na、Zn、Pb等有害元素的综合侵蚀，其中Zn的危害尤其突出，而且高炉锌负荷却一直居高不下，并提出昆钢今后应当进一步降低Zn的入炉量，以减轻对高炉长寿和正常生产的危害。     

富碱焦炭在不同反应条件下的溶损劣化模式

采用高温热还原法制取K、Na蒸汽,并对四种工业焦炭进行了K、Na蒸汽吸附,对富碱焦炭进行了1 100℃恒温和模拟高炉温度制度下的溶损反应劣化研究,分析了碱金属对焦炭溶损反应速率和反应后强度的影响。结果表明,未富碱焦炭的溶损反应率随着温度的升高而加快,CSR_(25%)随反应温度的升高呈现先减小后增大的规律,溶损反应模式为低温均匀反应模式+中温协同模式+高温反应核模式;1 100℃恒温下富碱焦炭的CSR_(25%)都在未富碱焦炭的劣化模式范围内,且K、Na协同富碱焦炭劣化程度最严重;模拟高炉温度制度下富碱焦炭的溶损劣化强度明显高于1 100℃恒温下的富碱焦炭。     

K、Na、Zn在高炉内富积研究

对武钢5号高炉和7号高炉进行K、Na、Zn平衡计算,分析K、Na、Zn的排出状况和在高炉内的富积情况,并结合4号和5号高炉大修破损调查,分析K、Na、Zn在高炉内的分布,研究减少K、Na、Zn在高炉内富积的途径。     

涟钢高炉有害元素的分布与控制

研究分析了K,Na,Pb,Zn,Cu,As,Sn等有害元素在涟钢高炉炉料及产品中的分布情况。以光学显微镜、荧光分析仪、扫描电镜等仪器研究了有害元素在烧结矿、球团矿、块矿、焦炭、生铁、炉渣中的分布形态及其在富集载体渣皮、耐火材料、死铁层中的分布情况。同时,对高炉主要原燃料及产品中有害元素与其他元素的相关性进行了分析,并提出了一些控制高炉有害元素危害的方法与原则。     

有害元素对沙钢5800m^(3)高炉风口寿命的影响北大核心

对沙钢5800m^(3)高炉风口表面出现白色黏结物进行了取样分析,发现主要成分为K、Na和Zn等有害元素。通过实验发现,Zn影响铜的导热性能,铜-锌合金层的导热系数远低于纯铜的导热系数,影响风口的导热能力;此外,K、Na会加剧焦炭的劣化,使得炉内透气性变差,炉缸活性下降,影响风口寿命。认为特大型高炉,要加强原燃料管理,控制入炉碱金属及锌负荷,以保证炉况的稳定顺行及风口长寿.     

高炉块状带焦炭劣化机理

 模拟高炉块状带气流和温度条件,研究了粒度、熄焦方式和焦炭类型对焦炭劣化影响,以及高炉上部碱金属K2CO3和Na2CO3催化焦炭与CO2的反应机理。结果表明：小粒度焦炭和湿熄焦炭失碳率较高,产生的粉末量多;捣固焦炭在反应开始时劣化程度低于顶装焦炭,随着反应时间增加,劣化程度高于顶装焦炭;碱金属会与焦炭中的灰分形成催化复合物,导致焦炭与CO2反应的起始温度降低,破坏焦炭的微晶结构,失碳率增加,粉化加重;K2CO3的催化作用高于Na2CO3的催化作用。     

有害微量元素对邯钢高炉炉料冶金性能的影响

为了降低有害微量元素对邯钢高炉冶炼的影响,研究了K,Na,Zn,Cl等有害微量元素对炉料冶金性能的影响,同时研究了抑制其危害的措施。研究结果表明:少量的有害微量元素即可对焦炭的冶金性能产生巨大的危害,而对于铁矿石的影响略轻,有害微量元素含量越高,炉料的冶金性能越差。在焦炭上喷洒质量浓度为0.04%的硼酸溶液,在铁矿石上喷洒质量浓度为0.04%的CaCl2溶液,可有效降低有害微量元素的危害。     

PbO对高炉原燃料冶金性能影响的分析

铅作为高炉原料中的一种微量元素,在高炉内循环富集会对高炉冶炼产生一系列不利影响。为了明确PbO对原燃料冶金性能的影响,通过气相吸附法制备不同铅含量的烧结矿、球团矿和焦炭样品,采用扫描电子显微镜对反应前后的富铅样品进行微观分析,研究富铅后原燃料冶金性能的变化。结果表明,铅以PbO的形式吸附在烧结矿、球团矿和焦炭的表面和孔隙中;PbO对烧结矿和球团矿还原以及焦炭的气化反应起到一定的催化作用,当表面吸附的铅含量较高时,会降低其催化作用,但对焦炭反应后强度影响不大。     

有害元素对高炉内焦炭热态性能的影响

针对有害元素在高炉内的反应行为和对焦炭劣化的催化作用,分析了钾、钠、锌、铅、氯化物在高炉内的循环富集过程,重点探讨了其对焦炭热态性能的影响,进一步明确了几种有害元素对焦炭和高炉冶炼的危害性,并根据其循环富集特点提出了控制措施。     

高炉碱金属富集区域钾、钠加剧焦炭劣化新认识及其量化控制模型

碱金属对高炉内焦炭的破坏大多通过研究碱金属碳酸盐对焦炭气化反应的影响,从而得出钾、钠破坏性相近,在控制碱金属入炉时也基本不对二者进行区分;但高炉调研表明在碱金属富集明显加剧的区域碱金属碳酸盐已分解且焦炭中钾含量均大于钠.本文通过热力学计算得知在碱富集区域碱金属主要以单质蒸气而非碳酸盐或氧化物形式存在,据此设计了模拟此区域有无CO₂时钾、钠单质蒸气在焦炭上的自主吸附和破坏实验,结合原子吸收光谱法、X射线衍射法和扫描电镜-能谱分析发现钾蒸气和焦炭中灰分大量结合形成钾霞石后体积膨胀、裂纹扩展导致碱金属富集区域钾在焦炭上的吸附和破坏能力均远大于钠,因此建议尽量采用低灰分焦炭并严格控制入炉钾负荷.进一步研究体系中不同钾蒸气含量对气化反应的影响规律,得出当钾蒸气与焦炭的气固质量比率超过3%后焦炭反应性陡升.依据碱金属富集区域钾、钠在焦炭上的不同吸附和破坏性,建立了钾、钠各自入炉上限及总量上限的量化控制模型.      

Performance Optimization and Efficient Application of Highly Reactive Iron Coke: Research Progress and Future Trend

Iron coke has emerged as a promising raw material for low-carbon ironmaking. However, the structure and properties of iron coke are still obstacles to practical application in blast furnaces, especially the strength of iron coke. Herein, investigations on the preparation and properties of iron coke are reviewed and an integrated system for the performance optimization and efficient utilization of iron coke is proposed. First, the characteristics of different preparation processes for iron coke are compared; then the advantages and limitations of the three processes are summarized. Afterward, the evolution mechanism of iron coke strength and the catalytic mechanism of Fe on the gasification reaction of iron coke are explored in depth. In addition, the coupling mechanism of iron coke gasification and iron ore reduction is analyzed and discussed. The influence of iron coke on the melting–dropping properties of blast furnace charge and the mathematical simulation of using iron coke in the blast furnace are analyzed and summarized. Finally, a comprehensive strategy for the performance optimization of iron coke and its efficient application in the blast furnace is proposed, in which the sequence slicing 3D reconstruction method is applied to analyze the relationship between microstructure and performance of iron coke.     

高炉入炉焦/风口焦微观结构与气化反应性对比

摘要：以同一座高炉2次休风所取的入炉焦和风口焦为研究对象,采用XRD、SEM EDS、N2吸附、热分析等方法比较分析不同样品的碳化学结构、碱金属富集程度、孔隙结构、CO2气化反应性,探究了焦炭在高炉中反应性变化程度和影响因素。结果表明：风口焦炭与入炉焦炭相比,气化反应性显著升高,比表面积增大,碳结构有序化程度升高,碱金属含量提高;金属钾在风口焦炭边部的存在形式以可溶性盐为主,在焦炭内部以钾霞石为主;入炉焦各部位差异较小,而风口焦边部、中部、芯部的气化反应性和结构性质存在显著差异,表明其各部位在高炉中所经历的气化反应过程不同;风口焦中碱金属含量为影响气化反应性的最主要因素,次要影响因素为碳化学结构和孔隙结构。     

氧化钙对焦炭性能的影响

 碱土金属对焦炭气化反应具有正催化作用,而焦炭的气化特性影响高炉的能量利用状况。通过实验室条件下配煤炼焦试验,系统研究了添加氧化钙质量分数分别为0%,1%,2%,4%,8%,12%时对焦炭强度、气化起始反应温度、平均反应速率及表观活化能的影响。研究结果表明：当配加氧化钙质量分数为4%时,焦炭强度降低最大为7%,气化起始反应温度降低最多为80℃,平均气化反应速率增加最大,表观活化能降低最大约30%。     

改进分段尝试法研究焦炭气化反应动力学

焦炭作为高炉炼铁的主要燃料,对高炉的正常运行以及高效冶炼发挥着至关重要的作用.伴随着现代高炉大型智能化的发展趋势,面对资源的不断消耗,用于冶炼优质冶金焦的原料逐渐减少,低质冶金焦引起了冶金工作者越来越多的关注.在测定高炉使用的焦炭基础理化特性后,通过对不同升温速率下不同质量焦炭与CO2的气化反应试验,采用分段尝试法建立...     

高炉内渣铁焦界面润湿行为研究现状及展望

 高炉作为目前世界上最大的移动床式冶金反应器,保持高炉内良好的透气透液性是保证高炉稳定顺行的关键。高炉内部被软熔带分割开来,分为上部固体散料区和下部固液共存区,下部的固液共存区是决定高炉透气透液性和煤气流分布的重要区域,因此若想明晰高炉影响透气透液性的关键,必须对高炉下部固液共存区的反应进行全面研究。高炉高温区焦炭床与渣铁的相互作用行为是决定铁-焦-渣交互作用及高炉透气透液性的重要因素,调控好液态渣铁与焦炭床的润湿性变化,可以有效改善高炉内部的透气透液性,最终会影响高炉生产效率和稳定性。因此,明晰高炉内渣铁焦的界面润湿行为显得尤为重要。首先对界面润湿现象进行了概述;然后详细从铁水成分以及焦炭性质对铁-焦界面润湿行为的影响进行了总结;其次详细分析了炉渣温度、炉渣成分以及焦炭自身性质对渣-焦界面润湿行为的影响。结果表明,目前高炉内渣铁焦界面润湿行为的研究已经从实验室试验以及基础模拟方面进行了研究,研究结果可为高炉操作者理解高炉内渣铁焦界面润湿行为提供初步理论指导,但仍需在可反映高炉内实际复杂情况的润湿行为变化方面进行深入研究。     

CO2-H2O混合气体与捣固焦和顶装焦深度反应影响

 由于全球气候变暖,CO₂的减排逐渐成为人们关注的热点。钢铁工业作为CO₂排放大户,需要严格控制其CO₂的排放量,富氢炼铁由于具有降低碳排放的特点,已经成为冶金工艺未来发展趋势,但富氢燃料的使用会在高炉内产生大量水蒸气,所以研究高炉中不同种类焦炭与CO₂-H₂O混合气体在气化溶损反应下的变化至关重要,可以为高炉富氢冶炼条件下焦炭的选择和质量的控制提供理论依据。通过研究不同含量CO₂-H₂O气体通入管式炉中与捣固焦和顶装焦发生深度气化溶损反应,分析CO₂-H₂O混合气体中水蒸气含量变化产生的气化反应溶损差异、焦炭有机官能团和碳素结构的变化规律以及利用未反应核模型分析气化反应过程中限制性环节。研究结果表明,两种焦炭气化反应的限制性环节为界面化学反应,通过对比顶装焦和捣固焦颗粒气化溶损过程中边缘、中间、中心隙结构和相对密度上的差异发现,随着CO₂-H₂O混合气体中水蒸气含量的增加,两种焦炭表面溶损反应较其他两部分更加严重,出现了明显的开孔现象,并且捣固焦的内部开裂情况更加严重。结合FT-IR分析可知,水蒸气能够加剧气化反应过程中顶装焦和捣固焦结构内脂肪族官能团和甲基的消耗,从而导致两种焦炭的芳香度升高,同时反应后捣固焦样品中芳香烃的缩合程度增加。