CN108593700B - 一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法及模拟装置 - Google Patents

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Abstract

一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法：制备试验用焦炭及烧结矿；混合活性炭和碳酸盐类碱金属，并将其混合物置入器皿中；等量称取两份试验焦炭及一份试验烧结矿；在筛状隔板上自下往上依次铺钢铝球、焦炭、烧结矿层、另一份焦炭；加热；称重；转鼓试验；对转鼓后粒度≥10mm焦炭称重；计算CRI1400及CSR1400：对同一高炉每天使用焦炭均照上述步骤重复进行；判别。模拟装置主要由外刚玉器皿，加热器、氮气管、开关阀组成，其在外刚玉器皿中有内刚玉器皿；在内刚玉器皿的下部有筛状隔板且两者之间为汽化腔；气体混合管的一端置入内刚玉器皿中，其另一端上有CO2入口及CO入口并在这两个入口处连接对应的气体管。本发明与高炉实际更符，具有更强指导意义。

Description

一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法及模拟装置
技术领域
本发明涉及一种试验方法及装置，确切地属于一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法及模拟装置。
背景技术
焦炭是高炉炼铁的主要原料之一，对高炉生产操作的稳定顺行起着非常重要的作用，焦炭质量的波动，是造成高炉生产波动的最重要原因。因此对于焦炭质量的评价，尤其是焦炭在高炉内劣化过程的评价成为了本领域研究人员致力于研究的课题。
焦炭在高炉中主要起到骨架、还原剂和提供热源三个方面的作用，其中还原剂和提供热源的作用可以通过喷煤来替代，但其骨架作用是难以替代的。焦炭在高炉内的骨架作用主要体现在软熔带。焦炭质量的好坏会直接影响到软熔带的透气性，从而影响到高炉风量、焦比等一些重要的高炉操作指标。
现阶段行业内对焦炭在高炉内劣化行为的模拟方法主要采用的是GB/T4000-2008《焦炭反应性及反应后强度实验方法》。其测定方法是按照在温度1100℃、炉内反应气氛为100%CO2、并在固定的2h反应时间条件下测定得出的评价结果。通过生产实践的使用，本申请人发现，按照GB/T4000-2008《焦炭反应性及反应后强度实验方法》，与现场高炉的运行条件存在较大的差别，不能准确指导现场生产。
本申请人经长期观察、分析及研究，发现焦炭在高炉内实际所经历的是一个升温过程，尤其是软熔带，反应温度远高于1100℃；反应气体也不是单一的CO2气体，而是由CO、N2、CO2组成的混合反应气体，且在不同的温度段其组成混合反应气体中的CO、N2、CO2体积含量会产生变化。因此现有的国标方法采用固定的1100℃、100%CO2对焦炭在高炉内实际所经历的劣化环境缺乏模拟性，特别是对焦炭在高炉内软熔带（1100-1400℃）的性能缺乏模拟性及指导性。因此已经引起本技术领域的技术人员高度重视，并在积极探索能够更准确地模拟焦炭在高炉内劣化行为的试验方法。如经检索：
中国专利申请号为CN201010157449.0的文献，其公开了《一种焦炭反应性和反应后热处理性的检测方法及其装置》。该文献是在先升温后等温条件下，利用电子天平称量焦炭失重量检测焦炭汽化开始温度、反应性和反应后热处理性。此文献方法虽然最高温度可达1500℃～1600℃，但实际上焦炭的最高反应温度为1100℃，只是将反应后的焦炭在氮气保护下升温至1500℃～1600℃进行热处理。在热处理这一阶段由于缺乏反应气体CO2，焦炭是不发生反应的。而在高炉实际生产过程中，在1100~1600℃这一阶段，焦炭与CO2的熔损反应一直存在，故该文献缺乏对焦炭在高炉内软熔带（1100-1400℃）的性能模拟。
中国专利申请号为CN200910054131.7的文献，其公开了《一种高炉用焦炭反应后强度测定方法及装置》，其在一定温度下通入混合反应气体，当焦炭试样的失重率达到设定要求值时，停止实验，测定恒定失重率下的焦炭热强度。此文献的实验温度为恒定的1100℃，只是对焦炭的反应性进行了设定，故该文献对焦炭在高炉内软熔带（1100-1400℃）的性能缺乏模拟性。
上说所述文献，共性均是通过改变试验条件，使其能够与高炉实际生产更符合，从而建立新的焦炭热性质评价方法。但是这些试验方法研究的都是单一焦炭与CO2之间的反应，对焦炭与铁矿石相互影响下的焦炭热性质变化缺乏研究，特别是对焦炭在高炉软熔带（1100-1400℃）的模拟性缺乏相关的研究。
因此本发明通过多年研究，提出了一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化行为的试验方法及装置，可以用来模拟焦炭在高炉软熔带的劣化行为，指导高炉生产操作。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种能更客观地反映焦炭在高炉内软熔带的劣化行为，更准确地指导现场生产的模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法及模拟装置
实现上述目的的措施：
一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法，其步骤：
1）制备试验用焦炭及烧结矿，其中试验焦炭的粒度在23~25mm，试验烧结矿的粒度在12~13mm；备用；
2）按照设定的碱金属蒸汽重量占模拟用试验焦炭总重量的百分比选取活性炭和碳酸盐类碱金属并混合均匀；
3）将活性炭和碳酸盐类碱金属的混合物置入模拟试验装置的内刚玉器皿中铺设均匀；
4）按照铺设厚度在10~15cm厚度称取等量的两份所制备的粒度在23~25mm的试验焦炭，以及与试验焦炭每份等量的粒度在12~13mm的试验烧结矿一份；
5）先在筛状隔板上铺设一层厚度在15~20mm厚的钢铝球层，再在钢铝球层上将一份试验焦炭铺设形成第一焦炭层；在第一焦炭层上铺设粒度在12~13mm的试验烧结矿层；最后在试验烧结矿层上铺设另一份试验焦炭形成的第二焦炭层，在第二焦炭层与内刚玉器皿顶部之间设有间隙；将所铺设的两层焦炭层的总重量用m1表示；
6）对模拟装置中装试验料的内刚玉器皿进行加热，按照8~10℃/min的升温速率使温度升至1395-1405℃；其间：
温度在400℃之前任一时期按照9.5~10.5L/min的流量通入N2，直至升温到700℃时随即转换成由25%CO2、25%CO、50%N2组成的混合的反应气体，其流量为10L/min；当温度升至1100℃时，随即转换成由50%CO、50%N2组成的混合反应气体直至温度升至1400℃并在此温度下保温30min，其流量为10L/min；然后转换成通入N2，在流量为9.5~10.5L/min下直至温度下降至室温，停止N2的输入，模拟炉内试验停止；
7）取出内刚玉器皿中的焦炭并称重，重量用m2表示；
8）对从内刚玉器皿中取出的焦炭进行转鼓试验，在转速为19~21r/min下旋转30min，后停止运行；
9）选取粒度不低于10mm的经转鼓后的焦炭，称重后重量用m3表示；
10）按照以下公式计算焦炭的反应性能CRI1400及反应后强度CSR1400：
CRI1400(%)=（m1-m2）*100/ m1
CSR1400(%)= m3*100/ m2
式中：m1——表示开始铺设的两层焦炭层的总重量，单位为kg；
m2——表示经模拟试验结束后焦炭的总重量，单位为kg；
m3——表示经转鼓后所选取的粒度不低于10mm焦炭的重量，单位为kg；
11）对同一高炉每天所使用焦炭进行取样，每次在模拟装置对所取样均按照上述步骤1）~10）重复进行；
12）进行判别：对所取试样的计算结果相互进行比较分析： CRI1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭还原铁矿石的能力越强； CSR1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭在高炉内的骨架作用越强；高炉操作人员，根据每天的计算结果及时对当天的高炉操作进行调整。
一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法的模拟装置，其主要由外刚玉器皿，加热器、氮气管、氮气管上的开关阀组成，其在于：在外刚玉器皿中套装有内刚玉器皿；在内刚玉器皿的下部装有筛状隔板，并使筛状隔板与内刚玉器皿底部形成汽化腔；气体混合管的一端置入内刚玉器皿中，气体混合管的另一端上设有CO2气体入口及CO气体入口，CO2气体管与CO2气体入口连接，CO气体管与CO气体入口连接，氮气管与气体混合管的管口连接；在CO2气体管、CO气体管以及氮气管上分别装有调节阀、流量表。
其在于：所述汽化腔的高度占内刚玉器皿总高度的15~20%。
其在于：在内刚玉器皿的下部设有卡槽，筛状隔板装在卡槽内被固定。
本发明为解决现有国标方法实验条件与实际生产差别大，对高炉软熔带缺乏模拟性，以及在指导高炉生产过程中出现的CSR相近但高炉使用效果差别很大的问题，提出了可以用来模拟焦炭在高炉软熔带的劣化行为，更真实地模拟高炉生产条件，同时对焦炭的反应后强度加以区分，避免指导生产过程中出现的CSR相近但高炉使用效果差别很大的问题。
本发明之所以温度在400℃之前任一时期按照9.5~10.5L/min的流量通入N2，直至升温到700℃时随即转换成由25%CO2、25%CO、50%N2组成的混合的反应气体，其流量为10L/min；当温度升至1100℃时，随即转换成由50%CO、50%N2组成的混合反应气体直至温度升至1400℃并在此温度下保温30min，其流量为10L/min；然后转换成通入N2，在流量为9.5~10.5L/min下直至温度下降至室温，停止N2的输入。是根据长期观察及分析，其基本接近焦炭在高炉内的实际劣化环境。
高炉内软熔带的最早开始温度在1100℃左右，以1100℃为分界线，在1100℃以前，焦炭与CO2的反应速度很慢，反应量很少，因此可以认为此阶段的气体成分与高炉炉顶煤气成分类似，按照现行高炉的煤气利用率在50%左右算，高炉炉顶煤气成分可以看做由25%CO2、25%CO、50%N2组成的混合的反应气体；1100℃以后，焦炭与CO2的反应速度很快，而焦炭又是过量存在，所以高炉内软熔带几乎不存在CO2（很快反应掉），所以1100℃以后CO2可以认为全部转化为CO，结合炉顶煤气成分可以认为高炉内1100℃以后，气体成分为由50%CO、50%N2组成的混合反应气体；软熔带的结束温度大约在1400℃左右，因此实验终温选在1400℃。
本发明与现有技术相比，其解决了现有国标方法实验条件与实际生产差别大，对高炉软熔带缺乏模拟性等问题，可以更真实地模拟高炉生产条件，同时对焦炭的反应后强度加以区分，避免指导生产过程中出现的CSR相近但高炉使用效果差别很大的问题。具体包括以下几个方面: 1）采用升温试验，可以模拟焦炭在高炉内的温度变化，试验温度达到1400℃，并保温30min，可以模拟焦炭在软熔带的温度变化；2）反应气体成分随着反应温度变化而变化，可以模拟焦炭在高炉内自上向下的炉内气氛变化；3）碱金属单质以蒸汽的方式随上升气流逐渐吸附在焦炭上，可以真实地模拟高炉内碱金属在焦炭上的吸附过程；4）采用矿焦混装的模式，可以模拟高炉内焦炭与铁矿石相互影响下的焦炭热性质变化。因此本发明方法与高炉实际生产更符合，模拟性更好，从而具有更强的指导意义。
附图说明
图1为本发明模拟装置的结构示意图；
图2为图1中气体混合管的结构示意图。
图中：1—外刚玉器皿，2—加热器2，3—氮气管，4—开关阀，5—内刚玉器皿，6—卡槽或卡爪，7—筛状隔板，8—汽化腔，9—气体混合管，10—CO2气体入口，11—CO气体入口，12—CO2气体管，13—CO气体管，14—调节阀，15—流量表。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
下面结合附图对模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法各实施例采用以下结构的模拟装置进行描述：
一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法的模拟装置，其主要由外刚玉器皿1，加热器2、氮气管3、氮气管3上的开关阀4组成，其在外刚玉器皿1中套装有内刚玉器皿5；在内刚玉器皿5的下部内壁上加工的卡槽6（或在内刚玉器皿5的下部内壁上连接的至少二个卡爪）筛状隔板7卡在卡槽6内或卡在于卡爪6上，并使筛状隔板7与内刚玉器皿5底部形成汽化腔8；汽化腔8的高度或卡槽6的高度占内刚玉器皿5高度的15~20%即可；气体混合管9的一端置入内刚玉器皿5中，气体混合管9的另一端上加工有CO2气体入口10及CO气体入口11，CO2气体管12与CO2气体入口10采用焊接或接头连接，CO气体管13与CO气体入口11采用焊接或接头连接，氮气管3与气体混合管9的管口采用焊接或接头连接；在CO2气体管12、CO气体管13以及氮气管3上分别装有调节阀14、流量表15。
说明：以下实施例1~3是分别对不同碱金属含量的高炉所用焦炭进行实验取样模拟，实施例4是对同一高炉不同时期所使用的焦炭进行实验取样模拟。
实施例1
一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法，其步骤：
1）制备试验用焦炭及烧结矿，其中试验焦炭的粒度在23~25mm，试验烧结矿的粒度在12~13mm；备用；
2）按照设定的碱金属蒸汽重量占模拟用试验焦炭总重量的百分比的1%选取活性炭和无水碳酸钾并混合均匀（需要说明的是：各高炉可以根据自身含碱量，选择合适的碱金属添加量）；
3）将活性炭和碳酸盐类碱金属的混合物置入模拟试验装置的内刚玉器皿1中铺设均匀；
4）按照铺设厚度在13cm厚度称取等量的两份所制备的粒度在23~25mm的试验焦炭，以及与试验焦炭每份等量的粒度在12~13mm的试验烧结矿一份；
5）先在筛状隔板7上铺设一层厚度在16mm的钢铝球层，再将一份试验焦炭铺设在钢铝球层上形成第一焦炭层；在第一焦炭层上铺设粒度在12~13mm的试验烧结矿层；最后在试验烧结矿层上铺设另一份试验焦炭形成的第二焦炭层，在第二焦炭层与内刚玉器皿5顶部之间设有间隙；将所铺设的两层焦炭层进行称重，总重量m1= 500.5 g；
6）对模拟装置中装试验料的内刚玉器皿5通过启动加热器2进行加热，按照8.5℃/min的升温速率使温度升至1400℃；其间：
温度在350℃时，开启氮气管3上的开关阀4，按照9.6L/min的流量通入N2，直至升温到700℃时，通过调节氮气管3上的调节阀14，并同时开启CO2气体管12、CO气体管13分别安装的调节阀14，随即转换成由25%CO2、25%CO、50%N2组成的混合的反应气体，其流量为10L/min；当温度升至1100℃时，通过关闭CO2气体管12上安装的调节阀14，并调节CO气体管13上安装的调节阀14，随即转换成由50%CO、50%N2组成的混合反应气体直至温度升至1400℃并在此温度下保温30min, 其流量为10L/min；然后关闭CO气体管13上安装的调节阀14，并调节调节氮气管3上的调节阀14，转换成通入N2，在流量为9.6L/min下直至温度下降至室温，后关闭氮气管3上的开关阀4，停止N2的输入，模拟炉内试验停止；
7）取出内刚玉器皿5中的焦炭并称重，得到m2=373.87 g；
8）对从内刚玉器皿5中取出的焦炭进行转鼓试验，在转速为20r/min下旋转30min，后停止运行；
9）选取粒度不低于10mm的经转鼓后的焦炭，称重后m3=259.84 g；
10）按照以下公式计算焦炭的反应性能CRI1400及反应后强度CSR1400：已知：m1=500.5 g，m2=373.87 g，m3=259.84 g，带入以下公式：
CRI1400(%)=（m1-m2）*100/ m1
CSR1400(%)= m3*100/ m2
得出：CRI1400=25.3 %，CSR1400=69.5 %；
11）对同一高炉连续5天所使用焦炭进行取样，每次在模拟装置对所取样均按照上述步骤1）~10）重复进行；分别得出5组数据：
CRI1400-1= 25.3%，CSR1400-1= 69.5%；CRI1400-2= 24.8%，CSR1400-2= 70.1%；
CRI1400-3= 23.7%，CSR1400-3=71.4%；CRI1400-4=25.6%，CSR1400-4=68.4%；
CRI1400-15=25.7%，CSR1400-5= 67.8 %；
12）进行判别：对所计算的上述5组数据相互进行比较分析：CRI1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭还原铁矿石的能力越强； CSR1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭在高炉内的骨架作用越强；高炉操作人员，根据每天的计算结果及时对当天的高炉操作进行调整。
实施例2
一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法，其步骤：
1）制备试验用焦炭及烧结矿，其中试验焦炭的粒度在23~25mm，试验烧结矿的粒度在12~13mm；备用；
2）按照设定的碱金属蒸汽重量占模拟用试验焦炭总重量的百分比的2%选取活性炭和无水碳酸钾并混合均匀；
3）将活性炭和碳酸盐类碱金属的混合物置入模拟试验装置的内刚玉器皿5中铺设均匀；
4）按照铺设厚度在15cm厚度称取等量的两份所制备的粒度在23~25mm的试验焦炭，以及与试验焦炭每份等量的粒度在12~13mm的试验烧结矿一份；
5）先在筛状隔板7上铺设一层厚度在16mm的钢铝球层，再将一份试验焦炭铺设在钢铝球层上形成第一焦炭层；在第一焦炭层上铺设粒度在12~13mm的试验烧结矿层；最后在试验烧结矿层上铺设另一份试验焦炭形成的第二焦炭层，在第二焦炭层与内刚玉器皿5顶部之间设有间隙；将所铺设的两层焦炭层进行称重，总重量m1=600.3 g；
6）对模拟装置中装试验料的内刚玉器皿5通过启动加热器2进行加热，按照9.5℃/min的升温速率使温度升至1400℃；其间：
温度在385℃时，开启氮气管3上的开关阀4，按照10.1L/min的流量通入N2，直至升温到700℃时，通过调节氮气管3上的调节阀14，并同时开启CO2气体管12、CO气体管13分别安装的调节阀14，随即转换成由25%CO2、25%CO、50%N2组成的混合的反应气体，其流量为10L/min；当温度升至1100℃时，通过关闭CO2气体管12上安装的调节阀14，并调节CO气体管13上安装的调节阀14，随即转换成由50%CO、50%N2组成的混合反应气体直至温度升至1400℃并在此温度下保温30min，其流量为10L/min；然后关闭CO气体管13上安装的调节阀14，并调节氮气管3上的调节阀14，转换成通入N2，在流量为10.2L/min下直至温度下降至室温，后关闭氮气管3上的开关阀4，停止N2的输入，模拟炉内试验停止；
7）取出内刚玉器皿5中的焦炭并称重， m2= 407.6 g；
8）对从内刚玉器皿中取出的焦炭进行转鼓试验，在转速为20r/min下旋转30min，后停止运行；
9）选取粒度不低于10mm的经转鼓后的焦炭，称重后m3=270.65 g；
10）按照以下公式计算焦炭的反应性能CRI1400及反应后强度CSR1400：已知：m1=600.3 g，m2=407.6 g，m3=270.65 g，带入以下公式：
CRI1400(%)=（m1-m2）*100/ m1
CSR1400(%)= m3*100/ m2
得出：CRI1400= 32.1 %，CSR1400=66.4 %；
1）对同一高炉连续5天所使用焦炭进行取样，每次在模拟装置对所取样均按照上述步骤1）~10）重复进行；分别得出5组数据：
CRI1400-1=32.1%，CSR1400-1=66.4%；CRI1400-2= 33.2%，CSR1400-2=65.3%；
CRI1400-3=32.3 %，CSR1400-3=66.1%；CRI1400-4=33.5%，CSR1400-4=65.1%；
CRI1400-15=31.9%，CSR1400-5=66.7 %；
12）进行判别：对所计算的上述5组数据相互进行比较分析：CRI1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭还原铁矿石的能力越强； CSR1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭在高炉内的骨架作用越强；高炉操作人员，根据每天的计算结果及时对当天的高炉操作进行调整。
实施例3
一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法，其步骤：
1）制备试验用焦炭及烧结矿，其中试验焦炭的粒度在23~25mm，试验烧结矿的粒度在12~13mm；备用；
2）按照设定的碱金属蒸汽重量占模拟用试验焦炭总重量的百分比的3%选取活性炭和无水碳酸钾并混合均匀；
3）将活性炭和碳酸盐类碱金属的混合物置入模拟试验装置的内刚玉器皿1中铺设均匀；
4）按照铺设厚度在10cm厚度称取等量的两份所制备的粒度在23~25mm的试验焦炭，以及与试验焦炭每份等量的粒度在12~13mm的试验烧结矿一份；
5）先在筛状隔板7上铺设一层厚度在16mm的钢铝球层，再将一份试验焦炭铺设在钢铝球层上形成第一焦炭层；在第一焦炭层上铺设粒度在12~13mm的试验烧结矿层；最后在试验烧结矿层上铺设另一份试验焦炭形成的第二焦炭层，在第二焦炭层与内刚玉器皿5顶部之间设有间隙；将所铺设的两层焦炭层进行称重，总重量m1=400.6 g；
6）对模拟装置中装试验料的内刚玉器皿5通过启动加热器2进行加热，按照9.5℃/min的升温速率使温度升至1400℃；其间：
温度在372℃时，开启氮气管3上的开关阀4，按照10.3L/min的流量通入N2，直至升温到700℃时，通过调节氮气管3上的调节阀14，并同时开启CO2气体管12、CO气体管13分别安装的调节阀14，随即转换成由25%CO2、25%CO、50%N2组成的混合的反应气体，其流量为10L/min；当温度升至1100℃时，通过关闭CO2气体管12上安装的调节阀14，并调节CO气体管13上安装的调节阀14，随即转换成由50%CO、50%N2组成的混合反应气体直至温度升至1400℃并在此温度下保温30min，其流量为10L/min；然后关闭CO气体管13上安装的调节阀14，并调节调节氮气管3上的调节阀14，转换成通入N2，在流量为9.7L/min下直至温度下降至室温，后氮气管3上的开关阀4，停止N2的输入，模拟炉内试验停止；
7）取出内刚玉器皿5中的焦炭并称重， m2= 239.99 g；
8）对从内刚玉器皿中取出的焦炭进行转鼓试验，在转速为20r/min下旋转30min，后停止运行；
9）选取粒度不低于10mm的经转鼓后的焦炭，称重后m3=144.95 g；
10）按照以下公式计算焦炭的反应性能CRI1400及反应后强度CSR1400：已知：m1=400.6 g，m2=239.99 g，m3=144.95 g，带入以下公式：
CRI1400(%)=（m1-m2）*100/ m1
CSR1400(%)= m3*100/ m2
得出：CRI1400= 40.09 %，CSR1400=60.4 %；
1）对同一高炉连续5天所使用焦炭进行取样，每次在模拟装置对所取样均按照上述步骤1）~10）重复进行；分别得出5组数据：
CRI1400-1=40.09%，CSR1400-1= 60.4%；CRI1400-2=40.3 %，CSR1400-2=60.1 %；
CRI1400-3= 39.7%，CSR1400-3=60.6%；CRI1400-4=39.4%，CSR1400-4=61.2%；
CRI1400-5=41.5 %，CSR1400-5= 59.7 %；
12）进行判别：对所计算的上述5组数据相互进行比较分析：CRI1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭还原铁矿石的能力越强； CSR1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭在高炉内的骨架作用越强；高炉操作人员，根据每天的计算结果及时对当天的高炉操作进行调整。
实施例4
一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法，其步骤：
1）选取同一高炉不同时期焦炭热性质相近（国标法）的A、B、C三种焦炭（表1），制取粒度为23~25mm焦炭试样备用；制备试验用烧结矿，粒度在12~13mm备用；
表1 焦炭质量指标
试样 A B C
M<sub>10</sub> 5.94 6.01 6.06
M<sub>40</sub> 87.65 87.67 87.56
CRI<sub>1100</sub> 22.16 22.35 22.42
CSR<sub>1100</sub> 68.78 68.86 68.95
2）按照设定的碱金属蒸汽重量占模拟用试验焦炭总重量的百分比的1%选取活性炭和无水碳酸钾并混合均匀；
3）将活性炭和碳酸盐类碱金属的混合物置入模拟试验装置的内刚玉器皿5中铺设均匀；
4）按照铺设厚度在12cm厚度称取等量的两份所制备的粒度在23~25mm的试验焦炭，以及与试验焦炭每份等量的粒度在12~13mm的试验烧结矿一份；
5）先在筛状隔板7上铺设一层厚度在16mm的钢铝球层，再将一份试验焦炭铺设在钢铝球层上形成第一焦炭层；在第一焦炭层上铺设粒度在12~13mm的试验烧结矿层；最后在试验烧结矿层上铺设另一份试验焦炭形成的第二焦炭层，在第二焦炭层与内刚玉器皿5顶部之间设有间隙；将所铺设的两层焦炭层进行称重，总重量记为m1；
6）对模拟装置中装试验料的内刚玉器皿5通过启动加热器2进行加热，按照9.7℃/min的升温速率使温度升至1400℃；其间：
温度在379℃时，开启氮气管3上的开关阀4，按照10.1L/min的流量通入N2，直至升温到700℃时，通过调节氮气管3上的调节阀14，并同时开启CO2气体管12、CO气体管13分别安装的调节阀14，随即转换成由25%CO2、25%CO、50%N2组成的混合的反应气体，其流量为10L/min；当温度升至1100℃时，通过关闭CO2气体管12上安装的调节阀14，并调节CO气体管13上安装的调节阀14，随即转换成由50%CO、50%N2组成的混合反应气体直至温度升至1400℃并在此温度下保温30min，其流量为10L/min；然后关闭CO气体管13上安装的调节阀14，并调节调节氮气管3上的调节阀14，转换成通入N2，在流量为9.8L/min下直至温度下降至室温，后氮气管3上的开关阀4，停止N2的输入，模拟炉内试验停止；
7）取出内刚玉器皿5中的焦炭并称重记为m2；
8）对从内刚玉器皿5中取出的焦炭进行转鼓试验，在转速为20r/min下旋转30min，后停止运行；
9）选取粒度不低于10mm的经转鼓后的焦炭，称重后记为m3；
10）按照以下公式计算焦炭的反应性能CRI1400及反应后强度CSR1400，实验结果见表2：
CRI1400(%)=（m1-m2）*100/ m1
CSR1400(%)= m3*100/ m2
表2试验结果
名称 A B C
m<sub>1</sub>/g 400.30 400.50 400.20
m<sub>2</sub>/g 298.67 300.30 298.65
m<sub>3</sub>/g 202.00 208.45 213.29
CRI<sub>1400</sub>/% 25.39 25.02 25.37
CSR<sub>1400</sub>/% 67.63 69.41 71.42
相应时期的焦比/Kg/t 338 335 330
相应时期的燃料比/Kg/t 510 507 503
11）从焦炭试样A、B、C的检测结果看，国标法热性质相近的焦炭采用本发明方法后，焦炭的反应后强度CSR1400出现了差距，这说明采用本发明方法可以明确区分国标法热性质相近的焦炭；同时随着CSR1400的增大，相应时期的高炉焦比、燃料比呈降低的趋势，表明本发明的模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法与高炉实际情况更为接近，模拟性更好，因此其对高炉具有更实际的指导意义。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (1)

1.一种模拟焦炭在高炉软熔带劣化过程的试验方法，其步骤：
1）制备试验用焦炭及烧结矿，其中试验焦炭的粒度在23~25mm，试验烧结矿的粒度在12~13mm；备用；
2）按照设定的碱金属蒸汽重量占模拟用试验焦炭总重量的百分比选取活性炭和碳酸盐类碱金属并混合均匀；
3）将活性炭和碳酸盐类碱金属的混合物置入模拟试验装置的内刚玉器皿中铺设均匀；
4）按照铺设厚度在10~15cm厚度称取等量的两份所制备的粒度在23~25mm的试验焦炭，以及与试验焦炭每份等量的粒度在12~13mm的试验烧结矿一份；
5）先在筛状隔板上铺设一层厚度在15~20mm厚的钢铝球层，再在钢铝球层上将一份试验焦炭铺设形成第一焦炭层；在第一焦炭层上铺设粒度在12~13mm的试验烧结矿层；最后在试验烧结矿层上铺设另一份试验焦炭形成的第二焦炭层，在第二焦炭层与内刚玉器皿顶部之间设有间隙；将所铺设的两层焦炭层的总重量用m1表示；
6）对模拟装置中装试验料的内刚玉器皿进行加热，按照8~10℃/min的升温速率使温度升至1395-1405℃；其间：
温度在400℃之前任一时期按照9.5~10.5L/min的流量通入N2，直至升温到700℃时随即转换成由25%CO2、25%CO、50%N2组成的混合的反应气体，其流量为10L/min；当温度升至1100℃时，随即转换成由50%CO、50%N2组成的混合反应气体直至温度升至1400℃并在此温度下保温30min，其流量为10L/min；然后转换成通入N2，在流量为9.5~10.5L/min下直至温度下降至室温，停止N2的输入，模拟炉内试验停止；
7）取出内刚玉器皿中的焦炭并称重，重量用m2表示；
8）对从内刚玉器皿中取出的焦炭进行转鼓试验，在转速为19~21r/min下旋转30min，后停止运行；
9）选取粒度不低于10mm的经转鼓后的焦炭，称重后重量用m3表示；
10）按照以下公式计算焦炭的反应性能CRI1400及反应后强度CSR1400：
CRI1400(%)=（m1-m2）*100/ m1
CSR1400(%)= m3*100/ m2
式中：m1——表示开始铺设的两层焦炭层的总重量，单位为kg；
m2——表示经模拟试验结束后焦炭的总重量，单位为kg；
m3——表示经转鼓后所选取的粒度不低于10mm焦炭的重量，单位为kg；
11）对同一高炉每天所使用焦炭进行取样，每次在模拟装置对所取样均按照上述步骤1）~10）重复进行；
12）进行判别：对所取试样的计算结果相互进行比较分析： CRI1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭还原铁矿石的能力越强； CSR1400的计算结果越高，则表明模拟的焦炭在高炉内的骨架作用越强；高炉操作人员，根据每天的计算结果及时对当天的高炉操作进行调整；
所述模拟装置，其主要由外刚玉器皿，加热器、氮气管、氮气管上的开关阀组成，并在外刚玉器皿中套装有内刚玉器皿；在内刚玉器皿的下部装有筛状隔板，并使筛状隔板与内刚玉器皿底部形成汽化腔；气体混合管的一端置入内刚玉器皿中，气体混合管的另一端上设有CO2气体入口及CO气体入口，CO2气体管与CO2气体入口连接，CO气体管与CO气体入口连接，氮气管与气体混合管的管口连接；在CO2气体管、CO气体管以及氮气管上分别装有调节阀、流量表。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111595718A (zh) * 2020-04-24 2020-08-28 河钢股份有限公司 利用焦炭反应性测定装置进行混焦热性能检测的试验方法
CN111638316B (zh) * 2020-05-29 2022-09-16 鞍钢股份有限公司 一种模拟高炉高温段焦炭反应装置及方法
CN113293246B (zh) * 2021-02-22 2023-03-24 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种停炉过程中判断软熔带消失的方法
CN114924023A (zh) * 2021-08-26 2022-08-19 建龙阿城钢铁有限公司 一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备
CN113640173B (zh) * 2021-09-15 2024-08-16 鞍钢股份有限公司 一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1363817A (zh) * 2001-12-01 2002-08-14 中唯炼焦技术国家工程研究中心有限责任公司 入炉冶金焦大型高温反应炉及实验方法
CN102928455A (zh) * 2012-10-26 2013-02-13 武钢集团昆明钢铁股份有限公司 一种测定焦炭高温冶金性能的方法
CN103645114A (zh) * 2013-12-18 2014-03-19 重庆大学 一种含铁原料气基还原、成渣过程实验方法及装置
CN104297282A (zh) * 2014-10-27 2015-01-21 武汉钢铁(集团)公司 焦炭热性质分析方法及实现该方法的装置
CN105073952A (zh) * 2012-12-18 2015-11-18 巴斯夫欧洲公司 用于利用高炉气、缔合气体和/或生物气体的方法
CN106053285A (zh) * 2016-05-27 2016-10-26 武汉钢铁股份有限公司 一种焦炭高温热性质检测装置
CN106053758A (zh) * 2016-08-10 2016-10-26 武汉钢铁股份有限公司 模拟焦炭在高炉反应的装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1363817A (zh) * 2001-12-01 2002-08-14 中唯炼焦技术国家工程研究中心有限责任公司 入炉冶金焦大型高温反应炉及实验方法
CN102928455A (zh) * 2012-10-26 2013-02-13 武钢集团昆明钢铁股份有限公司 一种测定焦炭高温冶金性能的方法
CN105073952A (zh) * 2012-12-18 2015-11-18 巴斯夫欧洲公司 用于利用高炉气、缔合气体和/或生物气体的方法
CN103645114A (zh) * 2013-12-18 2014-03-19 重庆大学 一种含铁原料气基还原、成渣过程实验方法及装置
CN104297282A (zh) * 2014-10-27 2015-01-21 武汉钢铁(集团)公司 焦炭热性质分析方法及实现该方法的装置
CN106053285A (zh) * 2016-05-27 2016-10-26 武汉钢铁股份有限公司 一种焦炭高温热性质检测装置
CN106053758A (zh) * 2016-08-10 2016-10-26 武汉钢铁股份有限公司 模拟焦炭在高炉反应的装置及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
烧结矿及高炉料柱性质研究;方飞;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20180315(第03期);B023-4 *
焦炭热性质检测技术的发展与应用;胡文佳 等;《铸造技术》;20160131;第37卷(第1期);79-82 *
矿焦混装对软熔带透气性影响的研究;沐继尧 等;《武汉钢铁学院学报》;19900630;第13卷(第2期);117-124 *

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