模拟焦炭在高炉软融带碳溶反应的研究

分析了国内外常用的几种测定焦炭与CO2反应性的方法,发现用这些方法测得的反应性指标CRI和反应后强度指标CSR对高炉软融带碳溶反应缺乏模拟性.为此,用特制的大型高温反应炉进行模拟高炉软融带碳溶反应条件实验,得出碱对焦炭的碳溶反应具有正催化作用;随着所加碱的质量分数的增加,焦炭的反应性增大,反应后强度略有降低,反应后焦炭的平均粒径略有减小.     

焦炭的高温反应炉实验分析

本实验主要是对比国标法、高温反应炉两种不同实验方式下焦炭反应性和反应后强度的变化情况,通过焦炭加碱进入高温反应炉后,模拟焦炭进入高炉后的反应情况,测定焦炭热强度,调整配煤结构,指导炼焦生产。     

不同反应性焦炭溶损劣化行为

为了研究不同反应性焦炭的溶损劣化行为与孔隙结构变化的关系,以不同温度下溶损反应前后焦炭气孔结构变化为主要研究对象,采用自主研发的焦炭综合热性质检测装置,对6种焦炭进行国标实验以及1 050、1 100、1 150、1 200、1 250和1 300℃恒温等溶损率为25%的溶损实验,通过I型转鼓检测焦炭溶损后强度,采用低温N2吸附法检测溶损反应前后气孔结构。结果表明:国标法评价焦炭的热性质值得商榷,应采用等溶损率为25%,且通过调整溶损温度来改变溶损速率的方法,模拟焦炭在高炉内实际溶损过程。通过焦炭溶损-转鼓后比表面积变化得到焦炭在不同温度下溶损反应模型存在差异,相同溶损温度下高反应性焦炭溶损区域较大,低反应性焦炭溶损反应区域较小。     

干熄焦工艺改善焦炭质量的措施研究

在高炉冶炼过程中,焦炭的骨架作用非常重要,其核心指标是抗碎强度、耐磨强度、反应性和反应后强度,其中最重要的是反应性和反应后强度。只有降低焦炭的反应性,提高焦炭的反应后强度,才能够保证高炉顺行和各项指标的优化,从而使焦比降低、产量增加、铁成本降低,这对炼铁生产具有重要意义。本研究针对酒钢焦化厂干熄焦工艺存在的问题,结合混合放焦的操作方法,对酒钢焦化厂干熄焦烧损率、气料比和放焦方法进行了研究和改进,从而改善了焦炭质量。     

不同气氛下钠对焦炭微观结构侵蚀的影响研究

碱金属对焦炭结构的破坏是导致焦炭劣化的重要因素之一。本文以高炉用普通焦炭和高反应性焦炭为研究对象,将其置于5%的Na气氛下进行吸附实验,然后分别开展N_2和CO_2气氛下焦炭的劣化实验,对实验后试样进行扫描电镜、能谱及X射线衍射分析。结果表明,在N_2气氛下,Na对普通焦炭结构的侵蚀破坏高于高反应性焦炭,高反应焦炭表面及孔隙中吸附一定量的CaO,对焦炭吸附碱金属蒸汽有阻碍作用,从而保护了焦炭基质强度;而在CO_2气氛下,高反应焦炭与CO_2的起始反应温度降低,加剧了焦炭气化溶损反应的进行,Na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,导致高反应性焦炭微观结构的破坏更为严重。     

焦炭强度在高炉内的变化规律

使用一台连续性高炉块状带热模型对焦炭在高炉中上部的失碳率与温度的对应关系进行了模拟研究。使用一台可调气氛高温抗压试验机研究了焦炭强度与温度和失碳率的关系。讨论了实际条件下焦炭失碳率及其强度在高炉内的变化规律。     

焦炭强度在高炉内的变化规律

使用一台连续性高炉块状带热模型对焦炭在高炉中上部的失碳率与温度的对应关系进行了模拟研究.使用一台可调气氛高温抗压试验机研究了焦炭强度与温度和失碳率的关系.讨论了实际条件下焦炭失碳率及其强度在高炉内的变化规律.     

焦炭热反应性能对高炉顺行的影响

本文焦炭热反应性影响其在高炉内反应后的强度,制约着焦炭在高炉中料柱骨架的作用,进而影响高炉的透气性和高炉顺行.结合生产实际,对焦炭在高炉不同部位的状态和行为进行了探讨,阐明焦炭的热反应性能对高炉顺行有较大影响.     

碱金属对焦炭反应性和反应后强度的影响

作者通过焦炭的浸碱试验，阐述了碱金属对焦炭反应性和反应后强度的影响，认为碱金属加速了焦炭的气化反应。显微组织研究表明，气化后的焦炭有明显的烧蚀现象。由此产生裂隙，形成许多脆弱薄壁的连通孔，导致焦炭强度下降，块度变小     

高炉内氯元素对焦炭高温冶金性能的影响

为探索不同形式氯元素对焦炭高温冶金性能的影响规律,在对高炉内含氯化合物进行反应热力学分析的基础上,通过实验研究HCl气体、CaCl_2溶液和HCl溶液等3种不同含氯化合物对焦炭反应性(CRI)和反应后强度(CSR)的影响。结果表明,由原燃料带入高炉的氯元素多和其它物质反应生成HCl气体,当煤气中HCl气体体积分数在0~1.8%范围内增加时,焦炭的反应性先升高再降低,反应后强度先降低再升高;煤气中HCl气体体积分数为0.6%时,焦炭的高温冶金性能劣化最严重;HCl溶液和CaCl_2溶液的质量分数分别在0~8%范围内增加时,焦炭的反应性均逐渐提高,反应后强度均逐渐降低。因此,高炉内不同形式的氯元素对焦炭高温冶金性能均有劣化作用。建议高炉生产现场建立氯元素的检测制度,控制入炉的氯元素含量,以减少对焦炭高温冶金性能的影响。     

高炉用焦炭质量评价方法的研究

论述了焦炭质量的优劣对高炉冶炼的影响，在对现行高炉用焦炭的质量评价方法进行综合评述的基础上，对针高炉内焦炭破坏的主要原因，提出了一种新的焦炭质量检测装置在该装置中焦炭同时经受机械破坏，热破坏和化学破坏，与现行检测装置相比，该装置更加接近高炉生产实际，对高炉冶炼及焦炭生产更具指导意义，本文还对检测方法的制定提出了较系统的设想。     

焦炭质量预测模型

随着高炉大型化、富氧喷吹技术的发展,焦炭在高炉中的骨架作用愈加重要,钢铁企业迫切要求提高焦炭质量,为此需建立一组准确的焦炭质量预测模型,以更好地指导炼焦生产.在分析总结了国内外焦炭质量预测模型的基础上,对小焦炉实验数据进行了分析与回归,通过线性加修正的方法建立炼焦配煤数学模型,得到了焦炭灰分、硫分、机械强度(M40,M10)和热性质(CRI,CSR)的预测模型.通过实际生产进行了验证,模型的预测值与实测值间的误差均在6%以下,能很好地满足实际生产需求,为焦化厂快速准确得到配煤方案提供了理论依据.     

重点钢铁厂铁矿石还原及焦炭气化的藕合反应

通过在模拟高炉温度和煤气成分变化的条下,对我国重点钢铁厂铁矿石还原及焦炭气化的藕合反应研究,阐明了焦炭气化与铁矿石还原与反应历程有关。分析预测高炉冶炼效果除考虑恒定温度和恒定煤气成分下焦炭与铁矿石冶金性能外,还应考虑焦炭与铁矿石藕合反应过程CO过剩量。研究表明宝钢、首钢、本钢、鞍钢CO过剩系数ηc较小,煤气利用好;包钢、重钢和梅山冶金公司ηco较大,煤气利用较差。     

焦炭高温性质对高炉炉况的影响

采用可调气氛高温抗压试验机研究焦炭的高温抗压强度。在高炉实际反应程度范围内,焦炭抗压强度与失碳率呈近似直线关系。失碳率对强度的影响随温度升高而减弱,抗压强度也随温度升高而降低。在此基础上,从理论上分析了高炉用焦炭的破碎机理。     

新疆库拜煤改质炼焦及冷态强度预测

新疆库拜煤反应活性高,炼制的焦炭性能差,难以满足大型高炉冶炼需求.为降低焦炭反应性(CRI),提高反应后强度(CSR),进行了系列煤粉改质和炼焦研究.通过热重实验分析配合煤改性机理,发现煤粉改质剂主要作用于胶质体形成及半焦缩聚阶段,通过傅里叶红外光谱分析发现库拜QM含氧官能团主要为羟基和烃基醚,羧基几乎没有.以配合煤挥发分(Vdaf),黏结指数(G)等为自变量,以焦炭抗碎强度(M25)和耐磨强度(M10)为因变量,用统计软件SPSS17.0分别对煤粉改质炼焦的结果进行多元线性回归分析,建立了焦炭冷态强度的预测模型,从而在热态性能和冷态强度两方面灵活地指导配煤和炼焦.     

焦炭在碱金属负荷条件下对炉料熔滴性能的影响

通过模拟炼铁高炉内炉料的熔滴过程,研究了焦炭在不同碱金属负荷下对熔滴过程的影响.对不同碱金属负荷与炉料的最大压差Δpmax和熔滴总特性值S的关系进行了分析.研究发现焦炭影响炉料熔滴性能主要是由于碱金属对其熔损反应的催化作用造成的.由扫描电镜观察到熔滴反应后的焦炭形貌可知,随着碱金属负荷的增加,其表面的气孔增多,气孔变大,焦炭表面被侵蚀得越来越严重,最终焦炭强度下降,甚至崩裂,最终影响到炉料的熔滴性能,使Δpmax,S值指标变差.     

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.     

基于聚类分析和神经网络的高炉焦比预测模型

为降低高炉生产焦炭的消耗,对高炉操作参数和燃料比指标进行关联性分析,提出了一种组合聚类分析与神经网络进行高炉焦比指标预测的方法。聚类分析将数据集聚划分为几类,数据的相似度比较高,分类训练相应的神经网络模型,实现高炉焦比指标的预测。结合聚类分析构建的神经网络模型,用某高炉生产数据进行仿真学习,并跟传统的神经网络模型进行比较。结果表明,加入聚类分析的神经网络模型平均绝对误差降低3.13 kg/t,平均相对误差降低5.19%。     

高炉布料过程中焦炭坍塌现象的模型研究

为了精确预测高炉炉料分布，开发了高炉布料数学模型。运用土力学边坡稳定理论，定量表示了焦炭向高炉中心的坍塌量。模拟结果与实测结果比较符合，证明此模型是适用的。结果表明，由于坍塌焦炭的积累，阻碍了矿石滚向高炉中心，明显改变了高炉边缘到中心的矿焦比。焦炭层的坍塌程度受布料模式、焦炭层的料面形状、矿石种类及配比、矿石批重和煤气流速等因素的影响，因此随着炉况的变化，焦炭层的坍塌状况也随之发生变化。