区分和控制钾、钠对高炉冶炼的不利影响

通过对国内外多座高炉碱金属富集调研结果的统计分析,以及模拟高炉碱富集区域钾、钠对焦炭劣化影响的试验,发现碱富集区域钾蒸气在焦炭上的吸附能力和破坏性都远大于钠,认为高炉现场应严格控制入炉钾负荷,建议将高温下抗碱金属蒸气破坏的能力作为焦炭新增的质量指标,并提出了入炉碱金属上限值的计算公式。     

碱金属对高炉焦炭结构及性能的影响

焦炭在高炉冶炼过程中发挥着重要作用,高炉的大型化发展以及冶炼强度的提高对焦炭的质量提出了更高的标准,高炉入炉原料中的碱金属对焦炭的结构和冶金性能均有显著影响,为了保证高炉稳定顺行,有必要清晰了解焦炭在高炉冶炼过程中的劣化机制,并采取合理的焦炭质量控制措施。本研究采用气相吸附法考察了碱金属钾和钠对焦炭结构及性能的影响,对焦炭的基础性能检测分析,并采用工业计算机断层扫描（CT）观察焦炭的裂纹及气孔等微观结构。结果表明,钾蒸气对焦炭结构的劣化程度大于钠蒸气,并且随着钾蒸气含量增加,焦炭粉化程度增大,焦炭裂纹进一步延展,孔径增大;但是,焦炭吸附5%钠蒸气后,焦炭内部的裂纹及孔隙变化较小。     

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。     

高炉入炉焦/风口焦微观结构与气化反应性对比

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、N_2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、CO_2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。     

入炉碱负荷与焦炭劣化的关系

为了研究首钢高炉入炉碱负荷与炉内焦炭劣化的关系,利用碱金属循环富集模型计算碱金属在高炉内的最大富集量及在高炉内部不同部位的分布,然后进行焦炭在不同浓度碱蒸气下的熔损试验,通过反推计算最终得到了在不同入炉碱负荷情况下焦炭劣化的程度。结果表面,钾和钠在首钢高炉内最大的富集量分别为34.89和7.44kg/t,炉内焦炭已经发生严重劣化,反应性CRI为53.14%,反应后强度CSR为61.69%。要想控制住碱金属对首钢高炉的危害,入炉K2O和Na2O质量必须分别限制在0.48和3.11kg/t以内。     

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.      

高炉炉缸径向焦炭碱金属变化及其对焦炭性能影响的研究

加长风口取样机取得整个高炉炉缸半径上的焦炭样品。分析了炉缸径向不同位置、不同粒级的焦炭的碱金属含量,得出随着炉缸径向相同位置风口焦炭粒度的减小,碱金属含量下降、灰分上升;在风口焦炭粒级相同时,由炉缸边缘至中心,碱金属含量和灰分都增加的结论。通过对炉缸焦炭、入炉焦炭显微组织及碱金属含量的关系的对比分析,得出风口焦炭的碱金属含量和乏∑ISO所占比例都较人炉焦炭高、入炉焦炭各向同性的组成较各向异性的组成在高炉内的抗碳熔损能力强的结论。     

高炉内碱金属和碱金属氯化物对焦炭的影响

针对近年炉料劣化,碱金属严重影响高炉冶炼的问题,对某钢厂碱金属对焦炭的影响进行了研究.前人大多是采用焦炭浸泡碱金属碳酸盐的方法("浸碱"法)研究碱金属对焦炭的影响,根据实际高炉炉身中下部区域,绝大部分碱金属是以气态形式存在,设计了一个吸附碱金属蒸气的装置,研究了碱金属蒸气对焦炭的影响;还研究了用来改善烧结矿低温还原粉化...     

碱金属对焦炭热性能的影响

通过模拟高炉内焦炭同时受钾和钠蒸汽影响的实际情况,得到在钾和钠不同比例条件下焦炭结构和热性能(CRI、CSR)的变化。结果表明,碱金属的比例达到3%时,就会破坏焦炭结构,而且随着钾蒸汽比例的提高,焦炭粉末也会增多,这表明钾蒸汽对焦炭结构造成了巨大破坏。当钾和钠的质量比为3︰7时,焦炭的反应性(CRI)达到最高,反应后强度(CSR)达到最低。通过扫描电镜和能量光谱仪观察发现,焦炭基体和矿物质中均存在钾和钠;通过X射线衍射检测发现,焦炭和碱金属蒸汽发生反应生成了霞石,霞石中钾和钠的含量取决于碱金属蒸汽中两者的比例。     

高炉炉缸径向焦炭碱金属变化及其对焦炭性能影响的研究

利用风口焦炭取样机取得了整个高炉炉缸半径上的焦炭样品。分析了炉缸径向不同位置、不同粒径的焦炭的碱金属含量,得出:炉缸径向同一位置风口焦炭粒度由小至大的碱金属含量是升高趋势,且同一风口焦炭粒级,由炉缸边缘至中心,碱金属总体呈上升趋势。通过对炉缸焦炭、入炉焦炭光学组织及碱金属的对比分析,得出:入炉焦炭中的各向同性的组成相比于各向异性的组成在高炉内具有较强的抗碳溶损能力;迁钢1号高炉炉缸径向风口焦炭中各向同性的比例与其碱金属含量没有相关性。     

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.      

焦炭在白云鄂博矿高炉冶炼中的热态性能变化

 冶金焦炭已经成为现代高炉炼铁技术所需的必备原料之一,被喻为钢铁工业的“基本食粮”,具有重要的战略价值和经济意义。随着低碳时代的来临和大喷煤技术的运用,焦炭的功能逐渐被替代。为了保证炉内的透气性以及透液性,作为高炉软熔带的“百叶窗”,焦炭作为料柱骨架和通道的作用更为突出,因此深入理解焦炭在白云鄂博矿高炉冶炼过程中的热态性能变化对指导白云鄂博矿的高效冶炼至关重要。以从包钢4号高炉中取出的入炉焦与风口焦为研究对象,使用X射线衍射仪、热重立式炉、扫描电镜、能谱仪等分析手段,对比研究了它们的基础特性、灰分的主要物相、反应性(CRI)与反应后强度(CSR)、微观孔隙结构及碱金属的含量及分布,从而得到焦炭在白云鄂博矿冶炼中的热态性能变化。结果表明,高炉中的焦炭在下降过程中发生气化反应,灰分含量提高,挥发分含量降低,SiO₂含量显著降低,但是CaO、K₂O、Na₂O、MgO等碱性氧化物含量有所增加。二次加热前期焦炭发生氮气吸附,质量没有减少反而增加;后期焦炭发生碳气化反应,质量快速下降,风口焦的反应性提高,反应后强度降低。风口焦表面出现了类似蜂窝状的孔隙,且孔隙分布不均匀,特别是被渣铁侵蚀的焦炭基质,其气孔壁变得粗糙,孔隙出现合并。碱金属在风口焦中富集,碱性氧化物含量增加。风口焦石墨碳所对应的(002)衍射峰半峰宽急剧减小,扁平峰消失,峰形尖锐。晶体结构趋向有序,石墨化程度提高。     

有害元素对焦炭气化反应的影响及展望

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。     

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.     

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。