CN108399512A - 一种评价冶金焦炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种评价冶金焦炭的方法，包括首先对不同地区的炼焦单种煤以及配合煤进行测定表征炼焦单种煤、配合煤和焦炭的相关基本技术参数，建立数据信息库；然后分析确定冶金焦炭各主要技术参数在高炉内行为的影响权重，确定评价冶金焦炭质量性能的核心参数；然后建立风口焦的热态性能数学方程式；最后将入炉焦的核心参数数据带入风口焦的热态性能数学方程式，得到表征风口焦性质的焦炭热反应性及反应后强度，表征冶金焦炭在高炉冶炼过程的质量。本发明的评价冶金焦炭的方法为合理利用储量丰富而低廉的低变质程度炼焦煤提出了新的科学依据，具有较大经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及冶金工业技术领域，尤其涉及一种利用高炉风口焦评价冶金焦炭的方法。
背景技术
冶金焦炭是现代高炉炼铁的基础性关键物料，在高炉冶炼中有着重要的不可替代的作用。其主要体现在：一是焦炭的热源作用，提供矿石还原、熔化所需要的大量热量，在高炉炼铁中，焦炭所供给的热量约占全部所需热量的75％以上；二是焦炭的还原作用，高炉中矿石的还原无论是直接还原还是间接还原都依靠焦炭提供丰富的还原气体CO进行；三是焦炭的支撑骨架作用，高炉风口区以上始终保持块状物的物料只有焦炭，尤其是滴落带，铁矿石和溶剂都已熔化，此时只有焦炭是对高炉炉料起支撑作用的骨架，并承受着液铁、液渣的冲刷，同时，焦炭在高炉中比其他炉料的堆密度小，具有很大的容隙度，起到疏松作用，使高炉中上升气流流动阻力小，气流均匀，成为高炉顺行的必要条件；四是焦炭的渗碳作用，高炉炼铁时生铁中的碳全部来源于高炉焦炭，进入生铁中的碳约占焦炭中含碳量的7％-10％；焦炭中的碳从高炉软融带开始渗入生铁；在滴落带，滴落的液态铁与焦炭接触时，碳进一步渗入铁内，最后可使生铁的含碳量达到4％左右。目前，随着高炉富氧喷煤技术的逐渐普及与加强，焦炭的还原作用、热源作用以及渗碳作用一定程度上被所喷吹煤粉所替代，但唯有支撑骨架作用的负荷却因此进一步加剧。并且，现代大容积高炉的发展与普及以及高炉富氧喷吹煤粉技术也对焦炭支撑骨架作用的负荷提出了更高的要求。
高炉矿石及焦炭含有一定量的碱金属，在冶铁过程中会造成高炉内碱循环富集，使焦炭在高炉内的状态发生了巨大的根本性的变化，深入研究焦炭质量特别是高炉中高碱负荷状态下焦炭。在高炉碱负荷下，对焦炭光学组织及非常规分析的进一步深入地研究，它既能正确评价现有焦炭质量，反映高炉内焦炭运行情况，又能对配煤方案及焦炭质量作出正确的判断，指导方案的制定。
冶金焦炭是一种非常复杂的物质，人们对其冶炼成焦的过程及原理也各说纷纭，不同的研究学者从不同的研究角度有着不同解释和结论。随着科技工作者对冶金焦炭的深入研究与分析，冶金焦炭出现了众多的评价指标，这些评价指标都试图从不同的角度去解释和评价冶金焦炭的质量，从而更好地的炼焦与高炉冶铁。目前比较重要评价冶金焦炭质量在高炉中的指标主要有焦炭冷态强度，包括抗碎强度(M40)、耐磨强度(M10)，热态性能，包括反应性(CRI)、反应后强度(CSR)，焦炭光学组织等。
对于冶金焦炭，是高炉炼铁非常重要和关键的基础物料，因此，人们更关注的是焦炭在高炉中的运行状况，高炉中风口区的焦炭是高炉冶炼过程中最能集中体现和评价焦炭质量的。但利用高炉风口焦对焦炭进行冶金焦炭的评价还存在诸多缺陷，主要体现在，首先由于高炉中风口焦不易取，只有在高炉休风时才能取样，取样时温度非常高，取样极不方便；其次所取试样由于夹带铁渣，取样的代表性也较差，不能很好的评价代表高炉内的焦炭；再次，由于风口焦温度较高，取样时只能取到外围的风口焦，不能正确反映高炉内风口焦的实际状态，取样的代表性较差。因此综合考量焦炭的评价指标，探索研究改进评价冶金焦炭的方法对炼焦和炼铁行业都具有重要的现实意义和长远战略意义，将产生巨大的经济效益和深远的社会效益。
因此，本领域技术人员致力于开发一种评价冶金焦炭的方法，以解决现有技术中利用高炉风口焦对焦炭进行冶金焦炭的评价的诸多问题和缺陷。
发明内容
鉴于现有技术的上述问题和缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有技术在利用高炉风口焦对冶金焦炭进行的评价，存在着不能很好的评价表征高炉内的焦炭特征行为。
为实现上述目的，本发明提供了一种评价冶金焦炭的方法，包括以下步骤：
步骤1、对不同地区的炼焦单种煤以及配合煤进行测定表征炼焦单种煤、配合煤和焦炭的相关基本技术参数，建立数据信息库；
步骤2、分析确定冶金焦炭各主要技术参数在高炉内行为的影响权重，确定评价冶金焦炭的核心参数；
步骤3、通过入炉焦和风口焦的核心参数耐磨强度M10、热反应性CRI及反应后强度CSR、矿物质催化指数(MCI)、各向同性组织(∑ISO)建立风口焦的热态性能数学方程式；
步骤4、将入炉焦的核心参数数据带入风口焦的热态性能数学方程式，计算得到风口焦的热反应性CRI及反应后强度CSR，表征冶金焦炭在高炉冶炼过程的质量。
进一步地，所述步骤1中，基本技术参数包括水分，灰分、挥发分、硫份、焦炭耐磨强度M10、抗碎强度M40、焦炭热反应性CRI、反应后强度CSR、焦炭光学显微结构各向同性组织∑ISO和焦炭灰成分矿物质催化指数MCI；
进一步地，所述步骤2中，分析确定冶金焦炭各主要技术参数在高炉内行为的影响权重，从而确定风口焦的热态性能数学方程式的核心参数为耐磨强度M10、热反应性CRI及反应后强度CSR、矿物质催化指数(MCI)、各向同性组织(∑ISO)。
进一步地，所述焦炭光学显微结构各向同性组织∑ISO能更好的表征焦炭在高炉中劣化性趋势以及高温抗碱侵蚀能力；
∑ISO在有碱金属存在时，所有显微结构的反应性均增加，原来反应性高的∑ISO反应性增加的幅度小，原来反应性较低的，反应性增加的幅度大，即有碱金属存在时，不同显微结构的反应性的差别变小，由此可知，焦炭显微结构组成是焦炭劣化的主要的内在因素；
进一步地，所述焦炭灰成分矿物质催化指数MCI为焦炭中的灰成分对CO2反应性的催化性；
焦炭灰分是影响焦炭热性能的重要因素，灰成分破坏焦炭微观结构并影响其热反应速度，开展灰成分影响焦炭热性能机理的研究，对准确预测和科学评价焦炭质量具有重要意义。
焦炭中的灰成分主要通过以下方面对焦炭溶损反应产生影响，灰成分的存在破坏了焦炭的微观和宏观结构，灰分微粒破坏焦炭中的石墨化层状结构，从而使其强度降低。同时较大颗粒的灰分颗粒在焦炭中形成裂纹中心，使焦炭在受到外力如机械力或热应力时，裂纹中心分裂导致其强度降低；灰成分对焦炭的热性能的影响是通过其对CO2反应性的催化作用来实现的，各种灰成分的催化作用程度和大小是不一样的，有些成分是正催化作用，正催化作用是指灰成分加速焦炭溶损反应的进行，可以加快CO2的反应性，提高其反应性；
对焦炭的溶损反应主要起正催化作用的灰成分有碱金属、碱土金属、过渡金属等，如K2O、Na2O、CaO、MgO、SiO2、Fe2O3。负催化作用是指灰成分使焦炭溶损反应受到抑制，可抑制CO2的反应性，导致焦炭反应性降低。对焦炭溶损反应有负催化作用的灰成分有硼、钼、钛等元素的氧化物如B2O3、TiO2；
进一步地，所述焦炭耐磨强度M10为高炉处于块状带的耐磨性；
当焦炭进入软融带前后，开始有选择性的碳溶反应，焦炭表面结构逐渐受到破坏，其逐渐失去在高炉运行状态；
进一步地，所述步骤3中，风口焦的热态性能数学方程式为以风口焦的热反应性CRI及反应后强度CSR表示；
焦炭热反应性CRI及反应后后强度CSR为模拟焦炭在高炉中碳溶反应条件，高炉中循环碱的存在，使各种焦炭显微结构的CRI反应序列逆转，是衡量焦炭的重要指标，是具有高炉模拟性的焦炭质量指标；
进一步地，所述风口焦的热态性能数学方程式具体表示形式为
CRI(FKJ)＝A+BXa 1+CXb 2+DXc 3+EXd 4
CSR(FKJ)＝A+BXe 1+CXf 5+DXg 3+EXh 4；
进一步地，所述风口焦的热态性能数学方程式中，
CRI(FKJ)表示高炉风口焦炭热反应性CRI
CSR(FKJ)表示高炉风口焦炭反应后后强度CSR
X1表示耐磨强度M10；
X2表示热反应性CRI；
X3表示矿物质催化指数(MCI)；
X4表示各向同性组织(∑ISO)；
X5表示热反应性CSR；
A、B、C、D、E为数学函数常数，其数值可为正数也可为负数；
a、b、c、d、e、f、g、h为数学函数指数，其数值为正数且≦3。
进一步地，所述评价冶金焦炭的方法，当配煤炼焦单种煤更替或性质指标发生较大变化，需要对根据炼焦煤性质变化后的数据对风口焦的热态性能数学方程式进行修正。
采用以上方案，本发明公开的评价冶金焦炭的方法，具有以下优点：
本发明的评价冶金焦炭的方法以高炉风口焦研究及碱负荷配煤炼焦试验为切入点和突破点全面考察、细致检测各相关技术参数，提出焦炭光学显微结构各向同性组织∑ISO作为衡量焦炭质量指标的可行性。灰成分破坏焦炭微观结构并影响其热反应速度，引入灰成分催化指数评价焦炭热性能。界定冶金焦炭机械强度(M40、M10)、热态性能(CRI％、CSR％)、光学组织(∑ISO)、矿物质催化指数(MCI)等焦炭重要指数之间的关系，确定焦炭在高炉中碱金属循环富集状态下焦炭质量评价方法；
本发明的评价冶金焦炭的方法建立了以焦炭耐磨强度M10、热反应性CRI及反应后强度CSR、矿物质催化指数(MCI)、各向同性组织(∑ISO)为参数的新的、适用于高炉冶炼模拟性的焦炭衡量指标——风口焦的热态性能数学方程式；为合理利用储量丰富而低廉的低变质程度炼焦煤提出了新的科学依据，势必减少对我国奇缺的优质焦煤的开采和使用，对优化炼焦配没资源，保护生态自然环境和煤炭资源的开发利用都具有重要意义，因而具有较大经济效益和社会效益；
本发明的评价冶金焦炭的方法，提供一种综合焦炭质量评价体系指标，该评价体系指标以高炉风口焦为切入点，综合分析各指标关联性，提出以为焦炭光学显微结构各向同性组织∑ISO和焦炭灰成分矿物质催化指数MCI为核心的焦炭评价指标体系。能够客观、真实、准确评价冶金焦炭在高炉内的状态，为合理利用储量丰富而低廉的低变质程度炼焦煤提出了新的科学依据；
本发明的评价冶金焦炭的方法，能够客观、真实、准确评价冶金焦炭在高炉内的状态，以高炉风口焦为切入点，综合分析各指标关联性，提出以为焦炭光学显微结构各向同性组织∑ISO和焦炭灰成分矿物质催化指数MCI为核心的焦炭评价指标体系，破解当前冶金焦炭一味追求高热态性能、高机械强度的盲区，为合理利用储量丰富而低廉的低变质程度炼焦煤提出了新的科学依据，势必减少对我国奇缺的优质焦煤的开采和使用，对优化炼焦配没资源，保护生态自然环境和煤炭资源的开发利用都具有重要意义，因而具有较大经济效益和社会效益；
在整个评价过程中，方法简便易操作，适合推广应用。
以下将结合具体实施方式对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
以下参考本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例：
首先要根据地区使用炼焦单种煤以及配合煤的不同，全面、仔细测定表征炼焦单种煤、配合煤和焦炭的相关基本技术参数，如水分，灰分、挥发分、硫份、焦炭耐磨强M10、抗碎强度度M40、焦炭热反CRI、反应后强度CSR、焦炭光学显微结构各向同性组织∑ISO和焦炭灰成分矿物质催化指数MCI等基础性检测指标，积累大量的试验数据。在全面准确检测、积累数据的前提下，利用数据统计理论建立数据信息库。
然后，通过大量分析与研究，并借助于数据分析模型分析确定冶金焦炭各主要技术参数在高炉内行为的影响权重，从而确定风口焦的热态性能数学方程式的核心参数为耐磨强度M10、热反应性CRI及反应后强度CSR、矿物质催化指数(MCI)、各向同性组织(∑ISO)。
再次，利用数学理论模型通过对入炉焦M10、热反应性CRI及反应后强度CSR、矿物质催化指数(MCI)、各向同性组织(∑ISO)建立新的、适用于高炉冶炼模拟性的焦炭衡量指标——风口焦的热态性能数学方程式。
再后，依据基础检测指标和数据库资料，分析风口焦的热态性能数学方程式。
最后，利用风口焦的热态性能数学方程式表征焦炭质量，客观评价风口焦的热反应性CRI及反应后强度CSR，从而为更清晰探究冶金焦炭在高炉内行为。
当配煤炼焦单种煤更替或性质指标发生较大变化，需要对根据炼焦煤性质变化后的数据对风口焦的热态性能数学方程式进行修正。
由以上实施例显示，在使用本发明评价冶金焦炭的方法对焦炭进行评价过程中，以高炉风口焦为切入点，综合分析各指标关联性，提出以为焦炭光学显微结构各向同性组织∑ISO和焦炭灰成分矿物质催化指数MCI为核心的焦炭评价，使用风口焦的热态性能数学方程式，有利于合理利用储量丰富而低廉的低变质程度炼焦煤，势必减少对我国奇缺的优质焦煤的开采和使用，对优化炼焦配没资源，保护生态自然环境和煤炭资源的开发利用都具有重要意义，因而具有较大经济效益和社会效益。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种评价冶金焦炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对不同地区的炼焦单种煤以及配合煤进行测定表征炼焦单种煤、配合煤和焦炭的相关基本技术参数，建立数据信息库；
步骤2、分析确定冶金焦炭各主要技术参数在高炉内行为的影响权重，确定评价冶金焦炭质量性能的核心参数；
步骤3、通过入炉焦和风口焦的核心参数耐磨强度M10、热反应性CRI及反应后强度CSR、矿物质催化指数MCI、各向同性组织∑ISO建立风口焦的热态性能数学方程式；
步骤4、将入炉焦的核心参数数据带入风口焦的热态性能数学方程式，计算得到风口焦的热反应性CRI及反应后强度CSR，表征冶金焦炭在高炉冶炼过程的质量。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1中，基本技术参数包括水分，灰分、挥发分、硫份、焦炭耐磨强度M10、抗碎强度M40、焦炭热反应性CRI、反应后强度CSR、焦炭光学显微结构各向同性组织∑ISO和焦炭灰成分矿物质催化指数MCI。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2中，分析确定冶金焦炭各主要技术参数在高炉内行为的影响权重，从而确定风口焦的热态性能数学方程式的核心参数为耐磨强度M10、热反应性CRI及反应后强度CSR、矿物质催化指数(MCI)、各向同性组织(∑ISO)。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤4中，风口焦的热态性能数学方程式为以风口焦的热反应性CRI及反应后强度CSR表示；
焦炭热反应性CRI及反应后后强度CSR为模拟焦炭在高炉中碳溶反应条件，高炉中循环碱的存在，使各种焦炭显微结构的CRI反应序列逆转，是衡量焦炭的重要指标，是具有高炉模拟性的焦炭质量指标。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述评价冶金焦炭的方法，当配煤炼焦单种煤更替或性质指标发生较大变化，需要对根据炼焦煤性质变化后的数据对风口焦的特态性能数学方程式进行修正。
6.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述炭光学显微结构各向同性组织∑ISO为焦炭在高炉中劣化性，高温抗碱侵蚀能力。
7.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述焦炭灰成分矿物质催化指数MCI为焦炭中的灰成分对CO2反应性的催化性。
8.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述焦炭耐磨强度M10为高炉处于块状带的耐磨性。
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