CN105842065A - 冶金焦炭反应后强度的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焦炭质量测定领域，尤其涉及一种焦炭反应后强度的评价方法。一种冶金焦炭反应后强度的评价方法，将焦炭加热到反应温度范围的下限值后开始通反应气氛进行反应，在反应过程中匀速升温，使反应结束时刚好升温到反应温度范围的上限值，反应过程中辅助气氛流量不变，通过调节CO和CO₂的流量使焦炭的实际失重速率始终贴合反应计算失重速率，直到焦炭达到设定的最终失重率，将反应后的焦炭冷却后进行转鼓试验得到焦炭的反应后强度。本发明更好的模拟了焦炭在高炉中的反应过程，使最终得到反应后强度的数值能真实表达焦炭的高炉内的使用状态，大幅降低配煤成本，并能避免对某些焦炭性能的高估，最终降低了铁水成本，提高了铁水质量。

Description

冶金焦炭反应后强度的评价方法

技术领域

本发明涉及焦炭质量测定领域，尤其涉及一种焦炭反应后强度的评价方法。

背景技术

目前表征高炉用焦炭在炉内的反应性及反应后强度的试验方法，是国标“焦炭反应性与反应后强度方法” GB/T4000-2008。将焦炭样制成19～21mm块，缩取200g，放入反应器内，在1100℃恒温条件下与5升/分钟100%CO₂气体反应2小时，失重率即为反应性CRI；反应后焦块在I型转鼓中以20转/分速度转30分钟后，测定大于10mm焦块的比率，即为反应后强度CSR。此法最初由日本新日铁提出，提出后受到炼焦与炼铁界的普遍关注与迅速推广，标准定力时力图模拟焦炭在高炉中的碳溶反应条件，以获得最佳评价焦炭质量的标准；

焦炭在高炉内的反应过程及反应后强度，直接影响到配煤结构和焦炭成本最终影响铁水成本，因此在配煤时，现有国标确定的反应性CRI和反应后强度CSR为重要的选煤指标，直接决定配煤的方案；但是经过长期使用发现，现有的这个标准评价过程与焦炭在高炉中实际情况存在很大差距。首先是温度，高炉内焦炭自上而下经过块状带，软融带，滴落带，进入风口前温度处于800～1500℃，而不同温度下碳溶反应的控制模式是不同的；其次高炉内反应气氛不是纯CO₂气氛，CO₂浓度<10%；最后，对于直接还原度与未燃煤粉率稳定的高炉，焦炭的总失重率也是稳定的，而国标方法中焦炭主要是受灰成分的催化作用，失重率无限制，以上三个主要因素决定了国标焦炭热性能评价方法的局限性，也是与高炉实际情况的主要差距；导致最终得到焦炭质量标准并不准确，造成某些高品质焦炭被评价为低品质焦炭，而低品质焦炭被评价为高品质焦炭，前者提高了生产成本，后者则可能会影响钢材产品的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冶金焦炭反应后强度的评价方法在对焦炭质量进行评价时更好的模拟了焦炭在高炉中的反应过程，使最终得到反应后强度的数值能真实表达焦炭的高炉内的使用状态，以此指导炼焦配煤，使最终配煤的方案更加合理，大幅降低配煤成本，并能避免对某些焦炭性能的高估。

本发明是这样实现的：一种冶金焦炭反应后强度的评价方法，首先设定焦炭反应后的最终失重率、总反应时间和反应温度范围，然后通过焦炭的起始反应温度计算出反应计算失重速率，该失重速率设定为焦炭在反应过程中匀速失重；

然后进行拟真反应，将焦炭至于充满保护气的反应容器中，加热到反应温度范围的下限值后开始通反应气氛进行反应，在反应过程中匀速升温，使反应结束时刚好升温到反应温度范围的上限值；反应气氛包括CO、CO₂和辅助气氛，反应过程中辅助气氛流量不变，通过调节反应气氛中CO和CO₂的流量使焦炭的失重速率始终贴合反应计算失重速率，直到焦炭达到设定的最终失重率，反应结束；

最后，将反应后的焦炭冷却后进行转鼓试验得到焦炭的反应后强度。

所述转鼓试验为反应后的焦块在I型转鼓中以20转/分速度转30分钟后，测定大于10mm焦块的比率，即为反应后强度CSR。

所述通过调节CO和CO₂的含量使焦炭的失重速率始终贴合反应计算失重速率，具体方式为，通过进入反应容器中的反应气氛的CO和CO₂含量，结合反应容器排放气体中CO和CO₂的流量、温度、压力和成分进行计算，得到焦炭的当前实际反应失重速率，将当前实际反应失重速率与反应计算失重速率进行比较，反馈调节反应气氛中CO和CO₂含量。

所述的最终失重率为30%。

所述的保护气为N₂气。

所述的反应温度范围为800℃～1500℃，即反应温度范围的下限值为800℃，反应温度范围的上限值为1500℃。

所述最终失重率、总反应时间和反应温度范围的设定由高炉容积、矿石还原性能、直接还原度和未燃煤粉率决定。

所述辅助气氛包括H₂和N₂，辅助气氛含量为反应气氛的0%～90%，其中H₂：N₂为1:10～1:20。

本发明冶金焦炭反应后强度的评价方法在对焦炭质量进行评价时更好的模拟了焦炭在高炉中的反应过程，使最终得到反应后强度的数值能真实表达焦炭的高炉内的使用状态，以此指导炼焦配煤，使最终配煤的方案更加合理，在现有的定价体系下，使用本发明评价方法能在保证焦炭质量的同时，大幅降低配煤成本，并能避免对某些焦炭性能的高估，最终降低了铁水成本，提高了铁水质量。

附图说明

图1为本发明冶金焦炭反应后强度的评价方法使用的反应试验装置系统框图。

图中：1反应器、2托架、3反应炉、4气体分析仪、5控制器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例

一种冶金焦炭反应后强度的评价方法，首先设定焦炭反应后的最终失重率、总反应时间和反应温度范围，；以上三个参数的确定由高炉容积结合矿石还原性能、直接还原度、未燃煤粉率确定，然后通过焦炭的起始反应温度计算出反应计算失重速率，该失重速率设定为焦炭在反应过程中匀速失重；焦炭的起始反应温度由传感器探测取得，起始反应温度与焦炭的类型有关，通常都在800℃~900℃；

然后进行拟真反应，将焦炭至于充满N₂作为保护气的反应容器中，加热到反应温度范围的下限值后开始通反应气氛进行反应，在反应过程中匀速升温，使反应结束时刚好升温到反应温度范围的上限值；反应气氛包括CO、CO₂和辅助气氛，在本发明中，所述辅助气氛包括H₂和N₂，辅助气氛含量为反应气氛的0%～90%，其中H₂：N₂为1:10～1:20，反应过程中辅助气氛流量不变；辅助气氛的流量由该焦炭实际使用环境决定，在某些冶炼条件下，对焦炭进行测定时不通入辅助气氛；

通过调节CO和CO₂的含量使焦炭的实际失重速率始终贴合反应计算失重速率，具体方式为，因为在焦炭与反应气氛反应的过程中，H₂和N₂不参与反应，因此进出气体中的C元素质量差即为焦炭的失重量；通过进入反应容器中的反应气氛的CO和CO₂含量，结合反应容器排放气体中CO和CO₂的流量、温度、压力和成分进行计算，得到焦炭的当前实际反应失重速率，将当前实际反应失重速率与反应计算失重速率进行比较，反馈调节反应气氛中CO和CO₂含量；直到焦炭达到设定的最终失重率，反应结束；

最后，将反应后的焦炭冷却后进行转鼓试验得到焦炭的反应后强度；所述转鼓试验为反应后的焦块在I型转鼓中以20转/分速度转30分钟后，测定大于10mm焦块的比率，即为反应后强度CSR。

具体实现方法为，如图1所示，首先将焦炭的最终失重率设定为30%，所述的反应温度范围为800℃～1500℃，即反应温度范围的下限值为800℃，反应温度范围的上限值为1500℃，总反应时间为120分钟；计算可得在反应过程中的升温速率为（1500-800）/120=5.8℃/分钟；缩取19-21mm的待试验块焦200g放入反应器1中，反应器1设置在具有预热反应气氛通道的托架2上，通过反应炉3加热反应器1，反应器1内通入N₂作为保护气保护焦炭，当反应器1内的温度升到800℃时，切断保护N₂的供应，通入由CO₂，N₂，CO，H₂混合的反应气氛，温度为800℃，流量为12 L/min，一个大气压，反应气氛的初始组分为CO₂ 3 L/min，CO 4 L/min，H₂ 0.25 L/min，N₂ 4.75 L/min，通过控制器5控制使反应器1内的焦炭均匀升温到1500℃，反应过程中利用气体分析仪4取得反应器1排放出气体中CO₂和CO的含量，本实施中所用的气体分析仪4为红外线气体分析仪，北京北分分析仪器有限公司；并用传感器采集排放出气体的流量、温度、压力计算得到当前实际反应失重速率，将当前实际反应失重速率与反应计算失重速率进行比较，通过调节反应气氛中CO₂和CO的比例，使实际失重率与设定失重率吻合；例如：在升温反应过程中，计算出的当前实际反应失重速率低于反应计算失重速率，则增加CO₂相应减少CO；相反，计算出的当前实际反应失重速率高于反应计算失重速率，则减少CO₂相应增加CO，整个过程由控制器5自动控制；最终反应结束，切断反应气氛通N₂保护，并自然冷却焦炭，确保此时焦炭的失重率正好为30%。

将冷却后的焦炭进行I型转鼓试验，得到反应后强度。

实施例1

进行某类冶金焦配煤，采用某澳大利亚一类焦煤和二类焦煤在配煤中比例配5%后得到的焦炭，

按国标GB/T4000-2008检测，采用一类焦煤配煤的焦炭反应性CRI为27，反应后强度CSR为59，采用二类焦煤配煤的焦炭反应性CRI为27.5，反应后强度CSR为58.2，二类焦煤配出的焦炭反应性比一类高了0.5%，反应后强度降低了0.8%；因为该二类焦煤配出的焦炭指标较低，所以在冶炼时会给单位重量的矿石配更多的焦炭，提高吨钢所用的焦炭量，造成不必要的浪费，增加了冶炼成本；

采用本发明的方法检测，一类焦煤配煤的焦炭反应后强度为70.2%，二类焦煤配出的焦炭反应后强度为70.3%，实际使用表明二类焦煤配出的焦炭完全能够胜任冶炼的要求，两种焦炭完全相近无差异。

二类焦煤比一类焦煤便宜20美元/吨，配煤成本降低6.2元/吨，该类类钢铁每年冶炼800万吨，全年可降低成本：800万吨×6.2元/吨=4,960万元。

实施例2

进行某类冶金焦配煤，采用某澳大利亚一类焦煤和二类焦煤在配煤中比例配10%后得到的焦炭，

按国标GB/T4000-2008检测，采用一类焦煤配煤的焦炭反应性CRI为27.5，反应后强度CSR为60，采用二类焦煤配煤的焦炭反应性CRI为28.5，反应后强度CSR为58.5，二类焦煤配出的焦炭反应性比一类高了1.0%，反应后强度降低了1.5%，因为该二类焦煤配出的焦炭指标较低，所以在冶炼时会给单位重量的矿石配更多的焦炭，提高吨钢所用的焦炭量，造成不必要的浪费，增加了冶炼成本；

采用本发明的方法检测，一类焦煤配煤的焦炭反应后强度为70.2%，二类焦煤配出的焦炭反应后强度为70.2%，实际使用表明二类焦煤配出的焦炭完全能够胜任冶炼的要求，两种焦炭完全相近无差异。

二类焦煤比一类焦煤便宜20美元/吨，配煤成本降低12.4元/吨，该类类钢铁每年冶炼800万吨，全年可降低成本：800万吨×12.4元/吨=9,920万元。

实施例3

进行某类钢铁冶炼配煤，采用某澳大利亚一类焦煤和二类焦煤在配煤中比例配15%后得到的焦炭，

按国标GB/T4000-2008检测，采用一类焦煤配煤的焦炭反应性CRI为28，反应后强度CSR为61，采用二类焦煤配煤的焦炭反应性CRI为29.6，反应后强度CSR为58.6，二类焦煤配出的焦炭反应性比一类高了1.6%，反应后强度降低了2.4%；因为该二类焦煤配出的焦炭指标较低，所以在冶炼时会给单位重量的矿石配更多的焦炭，提高吨钢所用的焦炭量，造成不必要的浪费，增加了冶炼成本；

采用本发明的方法检测，一类焦煤配煤的焦炭反应后强度为70.2%，二类焦煤配出的焦炭反应后强度为70.4%，实际使用表明二类焦煤配出的焦炭完全能够胜任冶炼的要求，两种焦炭完全相近无差异。

二类焦煤比一类焦煤便宜20美元/吨，配煤成本降低18.6元/吨，该类类钢铁每年冶炼800万吨，全年可降低成本：800万吨×18.6元/吨=14880万元。

Claims (8)

1.一种冶金焦炭反应后强度的评价方法，其特征是，首先设定焦炭反应后的最终失重率、总反应时间和反应温度范围，然后通过焦炭的起始反应温度计算出反应计算失重速率，该失重速率设定为焦炭在反应过程中匀速失重；

然后进行拟真反应，将焦炭至于充满保护气的反应容器中，加热到反应温度范围的下限值后开始通反应气氛进行反应，在反应过程中匀速升温，使反应结束时刚好升温到反应温度范围的上限值；反应气氛包括CO、CO₂和辅助气氛，反应过程中辅助气氛流量不变，通过调节反应气氛中CO和CO₂的流量使焦炭的实际失重速率始终贴合反应计算失重速率，直到焦炭达到设定的最终失重率，反应结束；

最后，将反应后的焦炭冷却后进行转鼓试验得到焦炭的反应后强度。

2.如权利要求1所述的冶金焦炭反应后强度的评价方法，其特征是：所述转鼓试验为反应后的焦块在I型转鼓中以20转/分速度转30分钟后，测定大于10mm焦块的比率，即为反应后强度CSR。

3.如权利要求1或2所述的冶金焦炭反应后强度的评价方法，其特征是：所述通过调节CO和CO₂的含量使焦炭的实际失重速率始终贴合反应计算失重速率，具体方式为，通过进入反应容器中的反应气氛的CO和CO₂含量，结合反应容器排放气体中CO和CO₂的流量、温度、压力和成分进行计算，得到焦炭的当前实际反应失重速率，将当前实际反应失重速率与反应计算失重速率进行比较，反馈调节反应气氛中CO和CO₂含量。

4.如权利要求3所述的冶金焦炭反应后强度的评价方法，其特征是：所述的最终失重率为30%。

5.如权利要求3所述的冶金焦炭反应后强度的评价方法，其特征是：所述的保护气为N₂气。

6.如权利要求3所述的冶金焦炭反应后强度的评价方法，其特征是：所述的反应温度范围为800℃～1500℃，即反应温度范围的下限值为800℃，反应温度范围的上限值为1500℃。

7.如权利要求3所述的冶金焦炭反应后强度的评价方法，其特征是：所述最终失重率、总反应时间和反应温度范围的设定由高炉容积、矿石还原性能、直接还原度和未燃煤粉率决定。

8.如权利要求3所述的冶金焦炭反应后强度的评价方法，其特征是：所述辅助气氛包括H₂和N₂，辅助气氛含量为反应气氛的0%～90%，其中H₂：N₂为1:10～1:20。