铅锌化合物对焦炭溶损反应的催化影响

通过向焦煤中加入添加剂的方法在实验室炼制出含有不同铅锌化合物的焦样,并用热重的方法对焦样进行了反应性试验。通过化学分析和SEM扫描电镜分析,研究了铅锌化合物对焦炭溶损反应的影响,并分析了铅锌化合物在焦炭中的分布规律及存在状态。结果表明,添加不同的铅、锌化合物都会增加焦炭的反应性,但增加的幅度和趋势不同。铅、锌在焦炭中的存在状态和炼焦过程发生的反应有关。     

碱金属氧化物对焦炭热态性能的影响

采用在煤中添加矿物质的炼焦方式,考察了碱金属钾、碱土金属钙镁、过渡金属铁对焦炭高温反应性和反应后强度的影响。得出所添加的矿物质使焦炭的反应性升高,反应后强度降低,焦炭反应性与反应后强度呈一定的负相关关系的结论。     

焦炭反应性的多元素矿物催化研究

对F、S及单一矿物质或多种矿物质按不同比例混合时对焦炭反应性的影响进行了研究.结果表明:碱土金属氧化物BaO、CaO、MgO和过渡金属氧化物Fe2O3、CuO、V2O5及硫的氧化物SO3对焦炭的反应性起正催化作用,但Fe2O3、CuO、V2O5和MgO的催化作用随添加量的增加有一个饱和点;B2O3、TiO2和AlF3对焦炭反应性有负催化作用.几种氧化物混合后对焦炭反应性的影响表现出单一物质作用的加和性.     

抑制焦炭反应性的试验研究

通过调整配煤结构 ,对抑制焦炭的反应性进行探索性试验研究。研究表明 ,适当降低焦炭的光学组织指数 ,有利于抑制焦炭的反应性。并对有关焦炭反应性的关系及规律进行了探讨。     

锌对焦炭冶金性能的影响

 为了探究锌对焦炭冶金性能的影响规律和机理,对焦炭进行了不同锌质量分数下的吸附,并依据国标开展了焦炭反应性及反应后强度检测试验。结果表明,锌对焦炭的气化反应有正向催化作用,同时会导致反应后强度下降。通过光学显微镜、X射线衍射及BET比表面积检测,分析了负载锌后焦炭的微观形貌、微晶结构和气孔演变规律,发现锌会侵蚀焦炭基质,具有扩孔作用。最后运用第一性原理计算对锌的催化机理进行了解释。     

重新认识高炉用焦炭与CO2的反应性

简要介绍了现行焦炭反应性试验方法的来源,主要表达焦炭在高炉内进入风口回旋区前抗CO2,气化能力以及反应后的抗粉化能力,是一种规范性试验方法。回顾了国内外对焦炭反应性的认识和变化,20世纪认为反应性表达焦炭在高炉抗CO2,的气化能力,反应性高反应后强度低对高炉生产不利。进入21世纪,新日铁提出反应性只是表达了焦炭的活性,认为提高反应性可以提高高炉反应效率,对高炉生产有利,不同时期认识水平不同认知也会完全相反。通过CO2,含量和反应温度对焦炭反应性影响试验和高炉碳平衡计算,分析了喷吹煤粉高炉内焦炭的行为．确定了焦炭进入风口回旋区前的反应失重率。提出现行国家标准“焦炭反应性及反应后强度试验方法”的反应性表达的是焦炭与CO2,反应的活性,高炉内焦炭反应失重率控制因素是矿石的还原性能和未燃煤粉率,与焦炭实验室测定的反应性无关。     

焦炭反应指数和溶损反应起始温度的测量方法研究

通过热重试验对不同焦炭的反应性指数及溶损反应起始温度进行了检测,根据焦炭溶损反应起始温度与焦炭反应性指数之间关系的分析,提出了一种通过焦炭溶损反应起始温度来评价焦炭高温性能的新方法,并与国标焦炭热反应性指数的试验方法和结果进行了对比,新方法具有操作方便、结果准确可靠的优点.     

炼焦煤特性对焦炭粒度影响研究

为了研究炼焦煤特性对焦炭粒度的影响,对鞍钢常用炼焦煤进行了炼焦试验分析和配煤炼焦试验优化研究,并在配煤炼焦生产中进行了试验应用.结果表明,不同变质程度的炼焦煤对焦炭冷热态指标及焦炭平均粒度指标的影响差异明显.试验条件下,焦煤成焦质量最好,粒度>40 mm的焦炭比例极高、达到90％以上,平均粒度在70 mm以上;调整鞍钢6 m焦炉用配煤方案,配入瘦焦煤10％,降低焦煤配比5％,停用瘦煤,能够使焦炭热态反应性降低2.1％,焦炭平均粒度提高1.8 mm,且焦炭粒度均匀性保持稳定.     

硼酸基钝化剂钝化柳钢焦炭的研究试验

通过实验室研究和半工业试验，测定以硼酸基为主的钝化剂对焦炭热反应性和热反应后强度的影响，并对使用不同钝化剂饨化的焦炭样进行微观对比分析。     

未燃煤粉对焦炭性能的影响

研究了高炉喷煤冶炼过程中未燃煤粉对焦炭性能的影响，测定了焦炭的热裂粉化性能，焦炭的气化反应性，ＵＰＣ的反应性及焦炭层喷吹ＵＰＣ后焦炭的气化反应性。试验表明：ＵＰＣ的气化反应速度比焦炭的快２－４倍；焦炭层喷吹ＵＰＣ后，焦炭的反应速度，反应性降低，气化反应后的强度提高，粉末量减少，不同温度下焦炭的反应速度与温度呈“Ｍ”型曲线关系。     

焦炭的钝化处理及其机理

 用浸泡的方法将H3BO3、Na2CO3、CaCl2、FeCl3等负载于焦炭中，并用SEM、EDS、XPS对浸泡硼酸后的焦炭结构和形貌进行了表征，对浸泡硼酸后的焦炭与二氧化碳的反应性、抵抗碱和铁的侵蚀能力、深层反应以及硼的钝化机理等进行了研究。结果表明：通过浸泡可以将不同浓度的矿物质负载于焦炭中，且B的最终存在形式是B2O3；碱和铁的存在可以加速焦炭的溶损反应，硼的存在可以抑制焦炭的溶损反应，并具有明显的抵抗或屏蔽碱、铁的侵蚀能力。     

硼酸复合制剂对焦炭反应性的影响及其作用机理研究

将硼酸复合制剂喷洒至炽热的焦炭中,研究其对焦炭反应性、对碱的屏蔽以及抗碱性的影响,并用EDS和XPS对喷洒后的焦炭的表面元素及其结合状态进行了分析.结果表明:硼酸复合制剂在炽热焦炭的表面发生分解,生成B2O3覆盖在焦炭气孔的表面,阻碍焦炭与CO2的接触;硼酸复合制剂既可以降低焦炭的反应性,又可以对焦炭内的碱起屏蔽作用,还可以抵抗碱的侵蚀,其影响程度随硼酸复合制剂浓度的增加而增加.     

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。     

碱金属对焦炭光学组织的影响

 为了研究碱金属对高炉焦炭光学组织的影响,在10%质量浓度的单质钾气氛中进行焦炭的吸附和溶损试验,然后对原始焦炭、无碱反应后焦炭、加碱反应后焦炭的光学组织进行鉴定。结果发现,与各向异性组织相比,焦炭的各向同性组织强度低、反应性高,并且各向同性程度越高,反应性越高;但是焦炭加碱后,碱金属对各向同性组织的催化作用没有对各向异性强,以至于各向异性组织的反应性要高于各向同性组织。原因是各向异性组织对碱金属的吸附较强,且碱金属在其内部渗透能力较强,从而生成更多的层间化合物。另外,可以在炼焦过程中适当增加气煤比例,不仅能节约炼焦成本,还能提高焦炭的抗碱性能。     

碱金属在高炉内的反应及分配

为了解新配矿条件下碱金属对高炉炉料性能的影响,研究了碱金属在高炉内的反应及分配.结果表明:在高温区,碱金属硅酸盐大量分解形成碱金属蒸气随煤气上升;在中温区炉料吸附的碱金属含量为2.8%左右;在低温区约为0.3%.炉料吸附碱金属的含量随其粒度的增大而减小,炉料平均粒度从11 mm增大到17 mm时,碱金属含量从1.3%下降到0.3%.碱金属化合物对焦炭的溶损和铁矿石的还原有催化作用:当K2O含量超过1.5%时,焦炭的反应性(CRI)提高23%左右,焦炭反应后的强度(CSR)约降低40%;K2O含量增加到2.56%时,烧结矿的低温还原粉化率(RDI)约提高30%;K2O含量增加1.5%时,球团矿的RDI提高15%左右.     

钾、钠对焦炭劣化作用

为了研究碱金属钾、钠对焦炭劣化作用的区别,首先将焦炭置于不同含量的钾、钠气氛下进行吸附实验,然后对吸附碱金属后的焦炭进行扫描电镜观察、能谱及X射线衍射分析和热态性能测试.由于钠更加容易以表面吸附的形式覆盖在焦炭表面,所以在碱蒸气质量比相同的气氛下,钠的吸附量要高于钾.表面吸附的碱金属对焦炭溶损反应有阻碍作用.在相同吸附量情况下,吸附钾后的焦炭中与碳化学结合的钾居多,反应性更高.另外,钾金属本身对焦炭破坏作用就很大,钾原子会插入碳层引起微晶多维膨胀,使焦炭微观组织产生破裂,并且这些新生的裂纹导致吸附钾焦炭与吸附钠焦炭在溶损方式上的不同.      

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.      

碱金属(K)对焦炭不同光学组织气化规律的试验研究

在1100℃下,碳粉与无水碳酸钾反应会生成钾蒸汽,同时向管式炉中通入5L/min CO₂或者H₂O,使钾蒸汽和反应气体同时作用于焦炭2 h.实验完成后,对原始焦炭、无碱反应后焦炭和有碱反应后的焦炭进行光学组织鉴定.结果表明,在无碱蒸汽条件下,与各向异性组织相比,各项同性组织的反应性更高.但是,当钾蒸汽和CO₂或H₂O同时作用于焦炭后发现,各项同性组织的反应性却比各项异性组织的反应性低,这是因为各向异性组织对碱的吸附能力强,碱金属在其内部渗透能力较强,可能会生成更多的层间化合物,这对焦炭的气化反应具有催化作用.      

捣固焦高温气化反应特性

通过模拟高炉实际条件,研究了温度、富碱条件等对五种捣固焦气化反应的影响,并结合光学组织和微观气孔结构分析了捣固焦在高温下的碳溶反应规律。实验结果表明,反应温度升高和富碱均能较大地提高捣固焦气化反应失碳率。不富碱时,捣固焦气化反应失碳率随温度升高先缓慢增长而后急剧升高,在1000℃以下时反应较少;富碱后,四种捣固焦失碳率随温度升高先急剧升高而后趋于平稳,在1100℃时已达到最大值。捣固焦内部闭气孔比例较大,大气孔较少,微小气孔较多,局部存在盲肠状气孔,反应后大气孔和贯穿孔数量增加。除反应性最低的捣固焦A外,其他四种捣固焦以基础各向异性和粗粒镶嵌结构为主,在1000℃和1100℃时抗碱金属侵蚀能力较差.