CN106053758A - 模拟焦炭在高炉反应的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟焦炭在高炉反应的装置，包括刚玉盒、刚玉筛板、刚玉杆；刚玉盒上带有第一筛孔，并固定在刚玉管的底部；刚玉管的上部设有第二筛孔，刚玉管的顶部设有刚玉盖，刚玉盖通过悬臂与立柱连接；悬臂分别与悬臂升降机构、悬臂旋转机构连接；刚玉杆穿过刚玉盖伸入刚玉管内，与刚玉管内的刚玉筛板连接，刚玉筛板的下方一侧设有刚玉刷；刚玉杆分别与刚玉杆升降机构、刚玉杆旋转机构连接。本发明还提供一种模拟焦炭在高炉反应的方法。该方法能真实模拟焦炭在高炉中自上而下的裂化过程，能准确的测定焦炭高温性能；该装置能真实模拟焦炭在高炉下部的反应，从而能准确的测定焦炭高温性能。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业高炉炼铁技术领域，具体涉及一种模拟焦炭在高炉反应的装置及方法。
背景技术
焦炭是高炉冶炼的主要燃料之一，焦炭在高炉内起着发热剂、还原剂、骨架作用，也起着部分的渗碳剂的作用。焦炭质量的好坏决定着高炉的顺行与否。
由于高炉是个“黑匣子”，其内部自上而下不同的部位发生着复杂的物理化学反应。在炉身上部，炉料开始软化，含铁炉料与向上的高炉煤气发生还原反应。在炉身中部的900-1000℃区域，碳融反应剧烈，含铁炉料与焦炭发生直接还原反应，此阶段直接还原反应与间接还原反应并存。在高炉下部炉缸区域，主要发生直接还原反应，此区域液态铁水穿过滴落带进入炉缸；该区域只有焦炭能以固态形式稳定存在，焦炭在该区域的骨架作用尤为重要。
焦炭在高温下热性能指标的好与坏，将决定炉缸是否活跃以及中心死料柱透液性的好与差。炉缸活跃程度、中心死料柱透液性对高炉的稳定顺行、长寿等有至关重要的影响，也影响高炉产量、焦比等各项经济指标。
目前的高炉质量指标如冷强度M40、M10、灰分、挥发分、S含量、粒度组成、水分等是在冷态下测定焦炭的理化性能，而高炉内是在高温下发生着复杂的物理化学反应，焦炭的裂化主要发生在高炉下部高温区域。因此，这些指标在评价焦炭质量时有很大的局限性，不能准确反映高炉的质量。
现有对焦炭高温性能的测试通常采用焦炭高温反应性CRI及反应后强度CSR测定实验，该方法是在1100℃温度条件下模拟焦炭在高炉中上部软融带发生碳融反应，该指标能在一定程度上表征焦炭的高温热性能。但在高炉下部实际温度远高于此，且在试验过程中焦炭的孔隙中渗入了大量的高温渣铁，不利于与铁水发生直接还原反应，影响了焦炭的高温热性能测定，使测定结果不准确。因此，CRI、CSR测定的实验过程并不能很好的模拟高炉中焦炭的实际劣化行为。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟焦炭在高炉反应的装置及方法，该方法能真实模拟焦炭在高炉中自上而下的裂化过程，能准确的测定焦炭高温性能；该装置能真实模拟焦炭在高炉下部的反应，从而能准确的测定焦炭高温性能。
本发明所采用的技术方案是：
一种模拟焦炭在高炉反应的装置，用于真实模拟焦炭在高炉下部的反应，它包括刚玉管、刚玉盒、刚玉筛板、刚玉杆、立柱、悬臂；
所述刚玉盒上带有若干第一筛孔，并固定在刚玉管的底部；
所述刚玉管的上部设有若干第二筛孔，所述刚玉管的顶部设有刚玉盖，刚玉盖通过悬臂与立柱连接；悬臂分别与悬臂升降机构、悬臂旋转机构连接；悬臂升降机构带动悬臂升降，从而带动刚玉管上下移动；悬臂旋转机构带动悬臂绕立柱旋转，从而带动刚玉管旋转；
所述刚玉杆穿过刚玉盖伸入刚玉管内，与刚玉管内的刚玉筛板连接，刚玉筛板的下方一侧设有刚玉刷；刚玉杆分别与刚玉杆升降机构、刚玉杆旋转机构连接；刚玉杆升降机构带动刚玉杆上下移动，从而带动刚玉筛板上下移动；刚玉旋转机构带动刚玉杆旋转，从而带动刚玉刷旋转。
更进一步的方案是，所述悬臂升降机构、悬臂旋转机构、刚玉杆升降机构、刚玉杆旋转机构均包括电机。
更进一步的方案是，所述立柱位于主沟一侧。
更进一步的方案是，第一筛孔、第二筛孔的直径为0.3-0.7mm；刚玉筛板上的筛孔直径为0.3-0.7mm。
更进一步的方案是，第一筛孔、第二筛孔的直径约为0.5mm；刚玉筛板上的筛孔直径约为0.5mm。
本发明还提供一种采用上述测定焦炭高温性能的装置进行模拟焦炭在高炉反应的方法，包括如下步骤：
1）、将焦炭破碎、筛分后，制成球形；
2）、将球形焦炭放入烘箱中干燥；
3）、将干燥后的焦炭在高温条件下与CO2反应，得到经高温反应劣化后的焦炭；
4）、将步骤3）中的焦炭放入刚玉盒中，再将刚玉盒放入刚玉管；通过悬臂旋转机构使刚玉管旋转至主沟上方；通过悬臂升降机构使悬臂缓慢下降，从而使刚玉管也缓慢下降，当主沟内的炉渣液面漫过刚玉管上部的第一筛孔后，刚玉管停止下降；液态渣铁通过刚玉管的第一筛孔以及刚玉盒上的第二筛孔进入刚玉盒内，使焦炭浸润在高温铁水中；通过刚玉杆升降机构使刚玉杆下降，从而使刚玉筛板先后经过炉渣液面、铁水液面后置于刚玉盒上方；刚玉刷随着刚玉筛板下降后位于刚玉盒的外壁与刚玉管的内壁之间；通过刚玉杆旋转机构使刚玉筛板旋转，从而使刚玉刷做周向运动，搅动液态渣铁，使刚玉筛板下部的渣铁作周向运动，以及使焦炭在刚玉盒中沿着刚玉盒管壁周向回旋，以模拟高炉下部焦炭受到高温渣铁的侵蚀；搅动一定时间后，通过悬臂升降机构上提悬臂，使刚玉管的低端位于炉渣液面上方；通过悬臂旋转机构使刚玉盒旋转至主沟一侧，取出刚玉管内的高温焦炭以进行焦炭高温性能的测定。
更进一步的方案是，步骤1）中，所述球形的直径约为40mm。
更进一步的方案是，步骤2）中，将球形焦炭放入烘箱中，在165-170℃温度下保温2h，以确保焦炭的干燥。
更进一步的方案是，步骤3）中，将干燥后的焦炭在高温条件下与CO2反应，得到经高温反应劣化后的焦炭的方法为：将干燥后的焦炭放入反应器中，使反应器的炉体开始升温，在炉体升温的同时通入N2保护气体；当温度升至1100-1300℃时，停止通入N2，向炉体内通人CO2，焦炭与CO2发生反应；在焦炭与CO2反应的同时，保持恒温1-2h（恒温时间随温度做调整，即1100℃时反应2h，1300℃时反应1h，1200℃时反应1.5h）；降温，即得到经高温反应劣化后的焦炭。该反应器的下端设置有进气口，上端设置有排气口，炉膛为刚玉材质。实验原理为：C+CO2=2CO，此反应主要是模拟焦炭在高炉中上部焦炭发生碳融反应，该反应焦炭明显劣化，粒强度损失较大，焦炭组分也发生明显变化，焦炭发生质量损失。
更进一步的方案是，高炉出铁口的主沟长度一般为4-5m，将测定焦炭高温性能的装置放置在远离铁口靠近主沟沟头区域，立柱位于主沟一侧。
本发明产生的有益效果是：本方法首先将焦炭经过碳融反应，再经渣铁侵蚀，能真实模拟焦炭在高炉中自上而下的裂化过程，因而能更加准确的测定高炉焦炭的性能，既有利于高炉炉况分析，也有利于高炉的稳定运行，降低炼铁成本，并指导焦化生产处更加符合高炉炉况的焦炭；
本装置结构简单、合理，能真实模拟焦炭在高炉下部的反应，从而得出准确的焦炭高温性能，为高炉炉况分析提供数据支持，保证高炉的稳定运行。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明模拟焦炭在高炉反应的装置的结构示意图；
1、主沟，2、铁水液面，3、出铁场平台，4、炉渣液面，5、刚玉管，6、刚玉盖，7、刚玉杆， 8、立柱，9、连杆，10、金属悬臂，11、刚玉筛板，12、刚玉刷，13、第一筛孔，14、第二筛孔，15、刚玉盒。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种模拟焦炭在高炉反应的装置，用于真实模拟焦炭在高炉下部的反应，整个装置位于远离铁口靠近主沟1沟头区域的主沟1（高炉出铁口的主沟1长度一般为4-5m）的一侧；它包括刚玉管5、刚玉盒15、刚玉筛板11、刚玉杆7、立柱8、金属悬臂10；
刚玉盒15上带有若干第一筛孔13，且刚玉盒15固定在刚玉管5的底部；刚玉盒15内放置有焦炭，将焦炭置于刚玉盒15内能防止焦炭漂浮；
刚玉管5的上部设有若干第二筛孔14，刚玉管5的顶部设有刚玉盖6，刚玉盖6通过连杆9、金属悬臂10与立柱8连接，立柱8置于主沟1的一侧；金属悬臂10分别与悬臂升降机构、悬臂旋转机构连接；悬臂升降机构的电机带动金属悬臂10上下移动，从而带动刚玉管5上下移动；悬臂旋转机构的电机带动金属悬臂10绕立柱8旋转，从而带动刚玉管5绕立柱8旋转；
刚玉杆7依次穿过连杆9、刚玉盖6伸入刚玉管5内，与刚玉管5内的刚玉筛板11连接，刚玉筛板11的下方一侧设有刚玉刷12，刚玉刷12与刚玉筛板11连接；刚玉杆7分别与刚玉杆升降机构、刚玉杆旋转机构连接；刚玉杆升降机构的电机带动刚玉杆7上下移动，从而带动刚玉筛板11、刚玉刷12上下移动；刚玉旋转机构的电机带动刚玉杆7旋转，从而带动刚玉筛板11、刚玉刷12旋转。
为了防止炉渣中的大颗粒进入刚玉管5和刚玉盒15内，影响焦炭的反应，也为了避免焦炭从刚玉管5内跑出，可将第一筛孔13的直径、第二筛孔14的直径、刚玉筛板11上的筛孔直径设计为0.3-0.7mm，优选为0.5mm。
本发明还提供一种采用上述模拟焦炭在高炉反应的装置进行模拟焦炭在高炉反应的方法，包括如下步骤：
1）、将焦炭破碎、筛分后，制成直径为40mm的球形；
2）、将球形焦炭放入烘箱中，在165-170℃温度下保温2h，以确保焦炭的干燥；
3）、将干燥后的焦炭在高温条件下与CO2反应，得到经高温反应劣化后的焦炭；
具体为：将干燥后的焦炭放入反应器中，使反应器的炉体开始升温，在炉体升温的同时通入N2保护气体；当温度升至1100-1300℃时，停止通入N2，同时向炉体内通人CO2，焦炭与CO2发生反应；在焦炭与CO2反应的同时，保持恒温1-2h（恒温时间随温度做调整，即1100℃时反应2h，1300℃时反应1h，1200℃时反应1.5h）；降温后即得到经高温反应劣化后的焦炭；该反应器的下端设置有进气口，上端设置有排气口，炉膛为刚玉材质；
4）、将步骤3）中的焦炭放入刚玉盒中，再将刚玉盒放入刚玉管，模拟高炉下部焦炭受到高温渣铁的侵蚀；
具体为：
将模拟焦炭在高炉反应的装置放置在远离铁口靠近主沟沟头区域，立柱位于主沟一侧；
将步骤3）中的焦炭装入刚玉盒中，将刚玉盒放入刚玉管内，再将刚玉筛板、刚玉刷放入刚玉管内，然后盖上刚玉盖，此时，刚玉筛板位于第一筛孔的上部；将刚玉盖通过连杆、金属悬臂与立柱连接；
通过悬臂旋转机构使刚玉管旋转至主沟上方；通过悬臂升降机构使悬臂缓慢下降，从而使刚玉管也缓慢下降，当主沟内的炉渣液面漫过刚玉管上部的第一筛孔后，刚玉管停止下降；液态渣铁通过刚玉管的第一筛孔以及刚玉盒上的第二筛孔进入刚玉盒内，使焦炭浸润在高温铁水中；由于焦炭的密度小于渣铁的密度，因此设置刚玉盒,以防止焦炭漂浮，影响焦炭高温性能的测定；
通过刚玉杆升降机构使刚玉杆下降，从而使刚玉筛板先后经过炉渣液面、铁水液面后置于刚玉盒上方；刚玉刷随着刚玉筛板下降后位于刚玉盒的外壁与刚玉管的内壁之间；通过刚玉杆旋转机构使刚玉筛板旋转，从而使刚玉刷做周向运动，搅动液态渣铁，使刚玉筛板下部的渣铁作周向运动，以及使焦炭在刚玉盒中运动，以模拟高炉下部焦炭受到高温渣铁的侵蚀，此时焦炭不仅受到渣铁的侵蚀，同时与渣铁发生直接还原反应；搅动30min左右，停止搅拌，通过悬臂升降机构上提金属悬臂，使刚玉管的底端位于炉渣液面上方；
上提刚玉筛板，使刚玉筛板位于第一筛孔上方；旋转刚玉管至水平，使刚玉管中的高温液态渣铁由第一筛孔、第二筛孔流出，以使刚玉管中仅剩焦炭；
旋转刚玉管至竖直状态，通过悬臂旋转机构使刚玉管旋转至主沟一侧，取出刚玉管内的高温焦炭，以进行焦炭高温性能的测定。
本发明中，焦炭高温性能的测定主要为： 对焦炭粒度筛分，测定其平均粒径；焦炭N2冷却后，测定焦炭的灰成分以及观察焦炭显微组分；测定经渣铁反应后的高温抗压强度。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种模拟焦炭在高炉反应的装置，其特征在于：包括刚玉管、刚玉盒、刚玉筛板、刚玉杆、立柱、悬臂；
所述刚玉盒上带有若干第一筛孔，并固定在刚玉管的底部；
所述刚玉管的上部设有若干第二筛孔，所述刚玉管的顶部设有刚玉盖，刚玉盖通过悬臂与立柱连接；悬臂分别与悬臂升降机构、悬臂旋转机构连接；悬臂升降机构带动悬臂升降，从而带动刚玉管上下移动；悬臂旋转机构带动悬臂绕立柱旋转，从而带动刚玉管旋转；
所述刚玉杆穿过刚玉盖伸入刚玉管内，与刚玉管内的刚玉筛板连接，刚玉筛板的下方一侧设有刚玉刷；刚玉杆分别与刚玉杆升降机构、刚玉杆旋转机构连接；刚玉杆升降机构带动刚玉杆上下移动，从而带动刚玉筛板上下移动；刚玉旋转机构带动刚玉杆旋转，从而带动刚玉刷旋转。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述悬臂升降机构、悬臂旋转机构、刚玉杆升降机构、刚玉杆旋转机构均包括电机。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述立柱位于主沟一侧。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：第一筛孔、第二筛孔的直径为0.3-0.7mm；刚玉筛板上的筛孔直径为0.3-0.7mm。
5.一种模拟焦炭在高炉反应的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）、将焦炭破碎、筛分后，制成球形；
2）、将球形焦炭放入烘箱中干燥；
3）、将干燥后的焦炭在高温条件下与CO2反应，得到经高温反应劣化后的焦炭；
4）、将步骤3）中的焦炭放入刚玉盒中，再将刚玉盒放入刚玉管；通过悬臂旋转机构使刚玉管旋转至主沟上方；通过悬臂升降机构使悬臂缓慢下降，从而使刚玉管也缓慢下降，当主沟内的炉渣液面漫过刚玉管上部的第一筛孔后，刚玉管停止下降；液态渣铁通过刚玉管的第一筛孔以及刚玉盒上的第二筛孔进入刚玉盒内，使焦炭浸润在高温铁水中；通过刚玉杆升降机构使刚玉杆下降，从而使刚玉筛板先后经过炉渣液面、铁水液面后置于刚玉盒上方；刚玉刷随着刚玉筛板下降后位于刚玉盒的外壁与刚玉管的内壁之间；通过刚玉杆旋转机构使刚玉筛板旋转，从而使刚玉刷做周向运动，搅动液态渣铁；搅动一定时间后，通过悬臂升降机构上提悬臂，使刚玉管的低端位于炉渣液面上方；通过悬臂旋转机构使刚玉盒旋转至主沟一侧，取出刚玉管内的高温焦炭以进行焦炭高温性能的测定。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1）中，所述球形的直径为40mm。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤2）中，将球形焦炭放入烘箱中，在165-170℃温度下保温2h。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤3）中，将干燥后的焦炭在高温条件下与CO2反应，得到经高温反应劣化后的焦炭的方法为：将干燥后的焦炭放入反应器中，反应器的炉体开始升温，在炉体升温的同时通入N2保护气体；当温度升至1100-1300℃时，停止通入N2，向炉体内通入CO2，焦炭与CO2发生反应；在焦炭与CO2反应的同时，保持恒温1-2h；降温，即得到经高温反应劣化后的焦炭。
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