CN110411885A - 一种评价高炉内焦炭劣化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种评价冶金焦炭在高炉内劣化的方法，该方法包括以下步骤：（1）在高炉休风时，取风口区域的焦炭与入炉焦炭，用化学方法检测出高炉入炉焦炭的灰分和风口区域的焦炭灰分，这两者灰分含量之差即为高炉内焦炭灰分的增加量；（2）通过如下公式，检测风口焦反应性（CRI）和反应后强度（CSR）：CＲI=(m－m1)/m×100%，CSＲ=m2/m1×100%；（3）通过步骤（2）的公式，检测入炉焦反应性（CRI）和反应后强度（CSR）；（4）通过以下公式计算入炉焦炭的劣化指数R：R=（|ΔCRI|+|ΔCSR|）/200。本发明能够全面的对冶金焦炭在高炉内劣化进行评价。

Description

一种评价高炉内焦炭劣化的方法
技术领域
本发明涉及炼铁技术领域，特别涉及一种评价冶金焦炭在高炉内劣化的方法。
背景技术
冶金焦炭是炼铁高炉的重要原燃料之一，其发热剂、还原剂、渗碳作用可以部分地被煤粉等喷吹物替代，但维持高炉内料柱透气性的骨架作用却是无法替代的。评价冶金焦炭的指标很多，常规指标如化学成分、粒度组成等，强度指标（M10和M40）是在常温条件下焦炭质量的评价指标。焦炭热强度指标（CRI和CSR）反映的是焦炭热态性能的一项机械强度指标，它评价的是在模拟高炉内部环境包括温度和气氛下冶金焦炭所具有的特性。但是在实际情况下，高炉条件的差异主要体现在炉容的大小上，因此，现有的评价方法无法全面的对冶金焦炭在高炉内劣化进行评价。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种评价冶金焦炭在高炉内劣化的方法，能够有效解决现有的评价方法无法全面的对冶金焦炭在高炉内劣化进行评价的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
一种评价冶金焦炭在高炉内劣化的方法，包括以下步骤：
（1）在高炉休风时，取风口区域的焦炭与入炉焦炭，用化学方法检测出高炉入炉焦炭的灰分和风口区域的焦炭灰分，这两者灰分含量之差即为高炉内焦炭灰分的增加量；
（2）通过如下公式，检测风口焦反应性（CRI）和反应后强度（CSR）：
CＲI = (m －m1 )/m ×100% ，
CSＲ = m2 /m1 ×100% ，
式中: m为焦炭试样质量， m1为反应后残余焦炭质量，m2为筛分后大于3mm粒级焦炭质量；
（3）通过步骤（2）的公式，检测入炉焦反应性（CRI）和反应后强度（CSR）；
（4）通过以下公式计算入炉焦炭的劣化指数R：
R=（|ΔCRI|+|ΔCSR|）/200，
式中：R-风口焦劣化指数，
△CRI-焦炭反应性增加量，
△CSR-焦炭反应后强度减少量。
所述步骤（1）中，所取风口焦粒度＞16mm。
所述步骤（2）中，风口焦反应性（CRI）的试验条件为：粒度4～6mm，重量15g左右，反应时间70 min，CO2气体流量为800ml/min，反应过程试样失重的比例为反应性，反应后大于3mm所占的比例为反应后强度。
所述步骤（2）中，用灰分增加量对风口焦反应性和反应后强度进行修正，得到风口焦理论反应性（CRI）和反应后强度（CSR），其中，修正方法遵循以下公式：
理论CＲI = 实测CＲI/(100－焦炭灰分增加量)，
理论CSＲ = 实测CSＲ×(100－焦炭灰分增加量)。
本发明的有益效果是：究其高炉内焦炭的劣化原因，主要是源自CO2侵蚀、渣铁冲刷、碱金属侵蚀、高温热作用以及跟炉容有关的料柱积压等因素，从表观体现为焦炭在炉料挤压过程中表层粉化，粒度降低。具体到焦炭热反应性指标上，就是焦炭从高炉入炉开始最终到风口区域，焦炭的反应性（CRI）呈增加趋势，反应后强度（CSR）呈降低趋势。就影响因素来看，碱金属是由原料条件决定的，炉容大小又是设计形成的，其余因素均为工艺条件，难以人为干预。因此，对焦炭质量的劣化影响因素可归为两类：一是原料条件；二是炉容条件。在相同原料条件下，炉容较大的高炉对焦炭劣化的影响就相对严重些；反过来也可以这样说，炉容较大的高炉对焦炭质量的要求相对要高些，对碱金属等有害元素入炉负荷的要求相对要严苛些。小高炉则反之。本发明利用焦炭劣化指数R定量的表征冶金焦炭在高炉内部的综合劣化程度，反映了炉内各种不利因素对冶金焦炭的共同作用的结果，利用焦炭劣化指数可以在同类炉容的高炉之间，就有害元素侵蚀或操作参数影响等不利因素对冶金焦炭劣化程度进行评价和判断；也可在不同炉容之间对焦炭劣化程度进行评价，进而提出对焦炭质量的定量要求，对高炉生产实践具有重大指导意义。
具体实施方式
结合某公司两座高炉的实际情况，本发明具体包括以下实施步骤：
1、利用高炉休风机会，选择有代表性的风口扒出焦炭与入炉焦炭，用化学方法检测出高炉入炉焦炭的灰分和风口区域的焦炭灰分，这两者灰分含量之差即为高炉内焦炭灰分的增加量。所取风口焦粒度＞16mm，其中实验1和实验2为两组平行实验。灰分增加量是以入炉焦作为基准。高炉风口焦的灰分测定值见表1。
表1 风口焦与入炉焦灰分对比（％）
2、检测风口焦反应性（CRI）和反应后强度（CSR），其中实验1和实验2为两组平行实验。依据国家标准GB220-77，并结合经验对高炉风口焦的反应性试验条件为，粒度4～6mm，重量15g左右，反应时间70 min，CO2气体流量为800ml/min。反应过程试样失重的比例为反应性，反应后大于3mm所占的比例为反应后强度。
因为灰分增加了不参与反应的物质的比例，这对实际的高温反应特性的值是有影响的。灰分增加越多，影响也越大。因此，用灰分增加量对风口焦反应性和反应后强度进行修正，得到风口焦理论反应性（CRI）和反应后强度（CSR）。修正方法遵循公式理论CＲI = 实测CＲI/(100－焦炭灰分增加量)，理论CSＲ = 实测CSＲ×(100－焦炭灰分增加量)，修正结果祥见表2。
表2 风口焦反应特性及修正结果（％）
3、检测入炉焦反应性（CRI）和反应后强度（CSR）。依据国标GB/T4000-1966测定焦炭反应性能。焦炭试样粒度20mm，重量200g，在1000～1300℃下测定与CO2的反应性能。测定结果祥见表3。
表3 高炉风口焦劣化指数（％）
4、根据公式R=（|ΔCRI|+|ΔCSR|）/200，计算入炉焦炭的劣化指数R，计算结果见表3。
焦炭劣化指数R表征焦炭从进入高炉开始直到炉缸风口区域的综合劣化程度，是炉内各种不利因素对冶金焦炭的共同作用的结果。
实例中A、C高炉炉容分别是420m3和3200m3，A高炉风口焦灰分中K2O、Na2O和ZnO的含量均高于C高炉，但是A高炉风口焦劣化指数却低于C高炉。这真实反映出在炉内环境下，影响焦炭劣化的无论是因渣铁冲刷或机械磨损引起的物理因素，还是碱金属的侵蚀或直接还原区内碳的气化反应引起的化学因素，就劣化程度来看，归根结底反映到炉容上。由于炉容的差异，焦炭在A高炉停留时间短，受碱金属和CO2侵蚀时间较短，所以劣化指数低于C高炉。这也定量的说明，炉容愈大，对冶金焦炭的质量要求逾苛刻。
基于上述事实，利用焦炭劣化指数可以在同类炉容的高炉之间，就有害元素侵蚀或操作参数影响等不利因素对冶金焦炭劣化程度进行评价和判断；也可在不同炉容之间对焦炭劣化程度进行评价，进而提出对焦炭质量的定量要求，对高炉生产实践具有重大指导意义。

Claims (4)

1.一种评价冶金焦炭在高炉内劣化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在高炉休风时，取风口区域的焦炭与入炉焦炭，用化学方法检测出高炉入炉焦炭的灰分和风口区域的焦炭灰分，这两者灰分含量之差即为高炉内焦炭灰分的增加量；
（2）通过如下公式，检测风口焦反应性（CRI）和反应后强度（CSR）：
CＲI = (m －m1 )/m ×100% ，
CSＲ = m2 /m1 ×100% ，
式中: m为焦炭试样质量， m1为反应后残余焦炭质量，m2为筛分后大于3mm粒级焦炭质量；
（3）通过步骤（2）的公式，检测入炉焦反应性（CRI）和反应后强度（CSR）；
（4）通过以下公式计算入炉焦炭的劣化指数R：
R=（|ΔCRI|+|ΔCSR|）/200，
式中：R-风口焦劣化指数，
△CRI-焦炭反应性增加量，
△CSR-焦炭反应后强度减少量。
2.根据权利要求1所述的一种评价冶金焦炭在高炉内劣化的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所取风口焦粒度＞16mm。
3.根据权利要求1所述的一种评价冶金焦炭在高炉内劣化的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，风口焦反应性（CRI）的试验条件为：粒度4～6mm，重量15g左右，反应时间70 min，CO2气体流量为800ml/min，反应过程试样失重的比例为反应性，反应后大于3mm所占的比例为反应后强度。
4.根据权利要求1所述的一种评价冶金焦炭在高炉内劣化的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，用灰分增加量对风口焦反应性和反应后强度进行修正，得到风口焦理论反应性（CRI）和反应后强度（CSR），其中，修正方法遵循以下公式：
理论CＲI = 实测CＲI/(100－焦炭灰分增加量)，
理论CSＲ = 实测CSＲ×(100－焦炭灰分增加量)。
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