CN110045082B - 一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法，包括：称取预设质量m1的块煤试样，块煤试样的平均粒度为d0；将称取的块煤试样在100％N2氛围下升温并保温；将块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下，升温至700℃～850℃并保温；将块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下升温至1100℃，然后将气氛切换为100％CO2；计算获得块煤反应性CI；测定反应后的块煤试样在不同输入功率W下的粒径分布，计算获得反应后的平均粒径df；以
为横坐标，输入功率W为纵坐标进行线性拟合并作图，根据拟合的直线斜率k计算获得块煤试样的破裂系数。本发明的方法的评价结果更加客观真实。
Description
技术领域
本发明属于COREX或FINEX熔融还原炼铁技术领域，特别涉及一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法。
背景技术
熔融还原炼铁工艺直接使用非焦煤、块矿和球团矿来生产铁水，相比高炉炼铁，具有流程短、污染小的特点，但由于其发展时间有限，生产中还有很多不完善的地方。其生产过程中，块煤从熔融气化炉的炉顶加入后，会随着炉内的熔融还原过程逐步的成焦。在COREX或FINEX熔融气化炉内，块煤裂解后形成的焦炭或半焦与高炉中使用的焦炭起着相似的功能，即可为还原过程提供热能和还原剂，同时可在炉内为熔融渗碳过程充当骨架支柱。因此，在熔融气化炉内由块煤裂解形成的煤焦需要具有高强度、低反应性和粉化率小的特性。
目前，测量高炉焦炭的反应性和反应后强度的方法很多，其一是国标《焦炭反应性及反应后强度实验方法》(GB/T 4000-2008)。块煤在熔融气化炉内形成的半焦或焦炭的作用虽然与高炉焦炭类似，但熔融还原炼铁与高炉炼铁是完全不同的两种工艺，且块煤在熔融气化炉内存在成焦的过程，成焦环境也与炼焦炉完全不同；现有的高炉焦炭的测量评价方法直接用于熔融还原炼铁中块煤的测量评价，很显然与实际偏差很大，而目前企业对块煤高温性能的测量基本参考高炉焦炭即国标《焦炭反应性及反应后强度实验方法》(GB/T4000-2008)，只是在测量前将块煤在低温下干馏一段时间。该方法主要缺陷有两点：一是忽略块煤在熔融气化炉内的成焦环境，直接将块煤在N2氛围下低温干馏(500～600℃)，实际熔融气化炉炉顶温度为800℃左右，且块煤从加入熔融气化炉炉顶就开始接触CO2，也即成焦气氛中有CO2；二是仅以反应后大于10mm或3mm粒级试样的占比作为块煤的反应后强度，未考虑到熔融气化炉冶炼强度和炉容大小对评价结果的影响，与实际偏差较大，可靠性较低。
综上，亟需一种根据熔融还原炼铁的工艺特点制定测量和评价块煤高温性能的具体方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的方法，可对熔融还原炼铁中块煤的高温性能进行测量评价，其考虑了熔融气化炉的冶炼强度、气氛和实际温度制度的影响，评价结果更加客观真实。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法，包括以下步骤：
步骤1，称取预设质量m1的块煤试样，块煤试样的平均粒度为d0；
步骤2，将步骤1称取的块煤试样在100％N2氛围下升温并保温；
步骤3，将步骤2处理后的块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下，升温至700℃～850℃，然后保温；
步骤4，将步骤3处理后的块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下升温至1100℃，然后将气氛切换为100％CO2，反应完全；
步骤5，将步骤4反应后的块煤试样在N2的保护下冷却至室温，称取获得此时块煤试样的质量m2，计算获得块煤反应性CI，计算表达式为：
CI＝(m1-m2)/m1×100％；
步骤6，测定反应后的块煤试样在不同输入功率W下的粒径分布，计算获得反应后的平均粒径df；
步骤7，以
为横坐标，输入功率W为纵坐标进行线性拟合并作图，根据拟合的直线斜率k计算获得块煤试样的破裂系数。
本发明的进一步改进在于，块煤试样的平均粒度d0的取值范围为10mm～40mm。
本发明的进一步改进在于，步骤2具体包括：将称取的块煤试样置入密封的容器中，并将容器置于高温炉；所述容器设置有进气口和出气口，在进气口通入N2，直至将容器内空气排尽；保持通入100％N2，将高温炉加热到105℃～115℃并保温，以蒸发掉煤块试样中的水分。
本发明的进一步改进在于，步骤3具体包括：将步骤2处理后的块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下升到预定温度800℃,用于模拟实际熔融气化炉炉顶气氛和温度。
本发明的进一步改进在于，步骤4具体包括：将步骤3处理后的块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下升温至预定1100℃，然后将气氛切换为100％CO2，反应2小时。
本发明的进一步改进在于，步骤6具体包括：通过振动筛测定反应后块煤在不同输入功率下的粒径分布。
本发明的进一步改进在于，步骤6具体包括：将反应后的块煤试样放入振动筛中，同时装入多个钢球，通过振动筛进行破碎，设置多个不同的破碎时间，并记录每次不同破碎时间下振动筛所用的电耗。
本发明的进一步改进在于，步骤7具体包括：根据拟合的直线斜率k除以修正系数ψ得到块煤的破裂系数，即为块煤试样的高温抗粉化强度
ψ的取值范围为0～1。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的方法，首次提出了采用破碎理论中的Kick体积功耗学说来综合评价块煤高温性能，考虑了输入功对块煤高温性能的影响，即考虑了实际生产中冶炼强度和炉容大小的影响；当冶炼强度增加时，可将振动筛的破碎时间相应增加。另外，本发明的工艺流程简单，工艺参数稳定，温度制度和气氛的变化与实际熔融气化炉相符，得到的评价结果更加客观真实。具体的，以往实验是在100％N2氛围下进行低温干馏的，而实际熔融气化炉内炉顶温度在800℃左右，CO2比例在20％左右，且块煤在炉内停留时间为3小时左右，本发明与实际较为接近，评价结果也与实际更接近，具有较高的可靠性。
进一步地，本发明使用电动筛进行破碎，可以准确控制破碎时间，破碎功耗容易掌握，便于在实验室进行测量；作为块煤质量评价和控制指标，易于为生产单位接受，能够为实际生产提供理论指导。
附图说明
图1是本发明实施例中块煤A破碎的输入功与粒径变化的关系示意图；
图2是本发明实施例中块煤B破碎的输入功与粒径变化的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例的一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法，高温性能包括反应性和反应后强度，该方法具体包括以下步骤：
(1)制取20mm的块煤试样若干备用，并尽量保证各个试样形状相近。
(2)称取块煤试样300g放入自制的不锈钢容器，将反应器密封起来，同时从反应器的接口中通入N2，直至排尽反应器内的空气；例如，N2的流量为1.5L/min，通入时间约20分钟。
(3)保持管内通入100％N2，将高温炉加热到105℃～115℃并保温20分钟，以蒸发掉水分；其中，N2的流量可以为1.0L/min。
(4)将步骤(3)处理后的块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下升到预定温度700℃～850℃保温1h,以模拟实际熔融气化炉炉顶气氛和温度；优选的，升温至800℃。
(5)将步骤(4)处理后的块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下升温至预定1100℃，然后将气氛切换为100％CO2，反应2小时。
(7)反应结束以后，将气体切换为100％N2，使高温炉中的块煤试样在N2的保护下由炉温自然冷却至室温；其中，，N2的流量可以为2.0L/min。
(8)将试样取出称重，计算块煤反应性(CI)，计算表达式为：
CI＝反应前后失重/反应前重量×100％。
(9)将反应后的块煤试样放入振动筛中，同时装入8个直径10mm钢球，使用电动筛进行破碎，时间分别设定为5min、10min、15min、20min、25min，并记录下每次不同破碎时间下振动筛所用的电耗W。
(10)测定并计算每次不同破碎时间后块煤试样的平均粒径df，作图求得块煤的反应后强度CK(抗粉化系数)，计算表达式为：
其中，W为设备的输入功率或电耗，ψ为修正系数，与设备类型、参数、升温速率等有关，ψ的取值范围为0～1，平均粒度d0＝20mm，由5组数据进行线性拟合，直线斜率k除以修正系数ψ即为反应后强度CK。
实施例
对国内某钢铁企业所用两种块煤采用传统粒焦法即GB/T 4000-2008测定其反应后强度，结果如表1所示。从结果看到块煤A的反应后强度明显低于块煤B，而这与实际情况是完全相反的，实际生产中块煤A的高温性能要明显好于B煤，两者的配加比例约为8:1，显然，传统高炉焦炭的评价方法已不适合于熔融还原炼铁。
表1.传统粒焦法测定的COREX块煤A和块煤B的反应后强度
采用本发明方法对COREX C3000所用块煤试样A和试样B分别进行两组平行试验，最后取其平均值。分别测得其实验数据并进行计算得到结果如表2和表3所示。
表2.块煤试样A的实验数据
表3块煤试样B的实验数据
请参阅图1，由图1的拟合关系得到块煤试样A的反应后强度(抗粉化系数)Ck＝1.24。
请参阅图2，由图2的拟合关系得到块煤试样B的反应后强度(抗粉化系数)Ck＝1.11。
显然，采用本发明方法得到的块煤A的反应后强度(抗粉化系数)要明显好于B煤，这与实际生产结果是一致的，解决了以往评价结果偏离客观事实的情况。
综上所述，目前对熔融还原炼铁法中块煤的高温性能没有一个较为统一的评价，主体方法基本参考对高炉焦炭CRI和CSR的评价，即参考国标《焦炭反应性及反应后强度实验方法》(GB/T 4000-2008)或粒焦反应法。熔融还原炼铁和高炉炼铁法是完全不同的工艺，块煤与焦炭差别也很大，很显然，这样的评价结果与实际偏差较大。针对上述问题，本发明提供了一种测定和评价块煤高温性能的方法，包括以下步骤：将一定粒度的块煤试样在100％N2氛围下升温至110℃保温20min，然后在20％CO2+80％N2氛围下升温至800℃后，保温1h，最后在20％CO2+80％N2气氛下升温至1100℃后，将气氛切换为100％CO2，反应2h。通过振动筛测定反应后块煤在不同输入功率下的粒径分布，由粉碎功计算出块煤的破裂系数，可表征块煤在高温下的抗粉化强度。本发明的方法克服了传统评价方法中不考虑熔融气化炉内块煤成焦气氛和冶炼强度的缺陷，综合考虑了熔融气化炉的冶炼强度、气氛和实际温度制度的影响，评价结果准确，与实际相符。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，称取预设质量m1的块煤试样，块煤试样的平均粒度为d0；
步骤2，将称取的块煤试样置入密封的容器中，并将容器置于高温炉；所述容器设置有进气口和出气口，在进气口通入N2，直至将容器内空气排尽；保持通入100％N2，将高温炉加热到105℃～115℃并保温，以蒸发掉煤块试样中的水分；
步骤3，将步骤2处理后的块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下升到预定温度800℃,然后保温，用于模拟实际熔融气化炉炉顶气氛和温度；
步骤4，将步骤3处理后的块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下升温至1100℃，然后将气氛切换为100％CO2，反应完全；
步骤5，将步骤4反应后的块煤试样在N2的保护下冷却至室温，称取获得此时块煤试样的质量m2，计算获得块煤反应性CI，计算表达式为：
CI＝(m1-m2)/m1×100％；
步骤6，测定反应后的块煤试样在不同输入功率W下的粒径分布，计算获得反应后的平均粒径df；
步骤7，以
为横坐标，输入功率W为纵坐标进行线性拟合并作图，根据拟合的直线斜率k除以修正系数ψ得到块煤的破裂系数，即为块煤试样的高温抗粉化强度
ψ的取值范围为0～1。
2.根据权利要求1所述的一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法，其特征在于，块煤试样的平均粒度d0的取值范围为10mm～40mm。
3.根据权利要求1所述的一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法，其特征在于，步骤4具体包括：将步骤3处理后的块煤试样在20％CO2+80％N2的氛围下升温至预定1100℃，然后将气氛切换为100％CO2，反应2小时。
4.根据权利要求1所述的一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法，其特征在于，步骤6具体包括：通过振动筛测定反应后块煤在不同输入功率下的粒径分布。
5.根据权利要求4所述的一种熔融还原炼铁中块煤高温性能的测量评价方法，其特征在于，步骤6具体包括：将反应后的块煤试样放入振动筛中，同时装入多个钢球，通过振动筛进行破碎，设置多个不同的破碎时间，并记录每次不同破碎时间下振动筛所用的电耗。
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