CN113136236A - 一种冶金焦炭反应后强度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冶金焦炭反应后强度控制方法，其包括如下步骤：在保持焦炭的基质强度变化率为±0.5％的前提下，增加配煤结构中气煤的比例和/或增加配煤结构中灰催化指数高的炼焦煤的比例，同时控制配煤的主要粘结性和结焦性指标logMF>2，镜质组平均反射率0.95％≤Rr≤1.25％，使得到的焦炭高温反应后强度HSR提高。本发明方法指导炼焦配煤，不但能合理使用国内外炼焦煤资源，而且配煤成本将大幅降低。

Description

一种冶金焦炭反应后强度控制方法

技术领域

本发明涉及高炉用焦炭质量控制技术领域，提供了一种冶金焦炭反应后强度控制方法。

背景技术

随着高炉大型化，高炉操作者们对焦炭的热性能要求越来越高，目前高炉用焦炭的所谓热性能是指，国标“焦炭反应性与反应后强度方法”GB/T4000-2017。将焦炭样制成19～21mm块，缩取200g，放入反应器内，在1100℃恒温条件下与5升/分钟100％CO₂气体反应2小时，失重率即为反应性CRI；反应后焦块在I型转鼓中以20转/分速度转30分钟后，测定大于10mm焦块的比率，即为反应后强度CSR。大量试验研究结果表明，目前国标试验方法是化学控制反应，受焦炭的显微光学组成和灰化学成分影响，一方面，提高焦炭显微光学组织中各向异性组织含量，特别是其中镶嵌结构含量；另一方面，减少灰中对反应性起正催化作用的成分，主要Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O。宏观上，控制炼焦配煤中强粘煤(焦煤和肥煤总称)配比，这类优质炼焦煤资源越来越少，成本越来越高。

中国专利ZL201510012231.9冶金焦炭反应后强度的评价方法，主要发明内容：首先设定焦炭反应后的最终失重率、总反应时间和反应温度范围，然后通过焦炭的起始反应温度计算出反应计算失重速率，该失重速率设定为焦炭在反应过程中匀速失重；然后进行拟真反应，将焦炭至于充满保护气的反应容器中，加热到反应温度范围的下限值后开始通反应气氛进行反应，在反应过程中匀速升温，使反应结束时刚好升温到反应温度范围的上限值；反应气氛包括CO、CO₂和辅助气氛，反应过程中辅助气氛流量不变，通过调节反应气氛中CO和CO₂的流量使焦炭的失重速率始终贴合反应计算失重速率，直到焦炭达到设定的最终失重率，反应结束；最后，将反应后的焦炭冷却后进行转鼓试验得到焦炭的反应后强度。这个试验反应后强度真实表征焦炭在高炉内高温反应后强度，因此又称之为高温反应后强度HSR。这一方法的反应后强度影响机理与传统方法完全不同，通过大量试验研究结果表明，焦炭显微光学组织中来自气煤的各向同性组织反应活性高于各向异性组织，在高炉条件与CO₂的反应趋于表面保护焦炭内部，另外，各向同性的抗高温能力强于各向异性，高温使焦炭的向石墨化转变，各向同性炭质结构抗石墨化较各向异性炭质抗石墨化能力强，有利于强度保持或改善。灰中主要成分Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O具有正催化作用加快炭熔损反应速度，可用灰催化指数MCI表达，有利于焦炭快速表面反应。所以根据各项同性组织含量与灰催化指数这两个因素可以控制焦炭高温反应后强度HSR。

中国专利CN102374955A公开了一种高温环境下测试焦炭强度和反应后强度的方法，该方法是在高温环境下直接测试焦炭的机械强度，为焦炭的质量评价提供一种更合理的评价方式；中国专利CN102928455A公开了一种测定焦炭高温冶金性能的方法，该方法对现行焦炭反应性和反应后强度指标进行改良和优化，以更好地指导高炉生产；中国专利CN1363817A公开了一种入炉冶金焦大型高温反应炉及实验方法，该方法可模拟冶金焦炭在高炉的软熔带和滴落带受CO₂侵蚀的反应环境，测定入炉冶金焦炭在高温状态的反应性及反应后强度，反应试样量大，最多可达15Kg，焦炭块度大(与入炉焦相同)，反应温度高，上述方法的配煤成本较高，热性能HSR还有待提高。

发明内容

焦炭在高炉内的真实反应后强度越来越受到重视，直接影响到配煤结构和焦炭成本最终影响铁水成本。传统国标“焦炭反应性及反应后强度试验方法”，存在明显不足，为了达到国标方法的低反应性和高反应后强度，只能提高配煤中强粘煤比例(焦煤和肥煤)，这类优质炼焦煤资源越来越少，成本越来越高。本发明的目的：提出了一种控制焦炭在高炉内的真实反应后强度方法，以此指导炼焦配煤，合理使用炼焦煤资源，降低配煤和焦炭成本，最终降低铁水成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种冶金焦炭反应后强度控制方法，其包括如下步骤：

在保持焦炭的基质强度(冷强度)变化率为±0.5％的前提下，增加配煤结构中灰催化指数高的炼焦煤的比例，同时控制配煤的主要粘结性和结焦性指标logMF>2，镜质组平均反射率0.95％≤Rr<1.10％，由此提高得到的冶金焦炭高温反应后强度HSR。

作为优选方案，所述增加配煤结构中炼焦煤的比例具体为1～15wt％。

作为优选方案，所述灰催化指数高具体为灰催化指数大于3。

一种冶金焦炭反应后强度控制方法，其包括如下步骤：

在保持焦炭的基质强度变化率为±0.5％的前提下，增加配煤结构中气煤的比例，同时控制配煤的主要粘结性和结焦性指标logMF>2，镜质组平均反射率1.10％<Rr≤1.25％，由此提高得到的冶金焦炭高温反应后强度HSR。

作为优选方案，所述增加配煤结构中气煤的比例具体为1～8wt％。

一种冶金焦炭反应后强度控制方法，其包括如下步骤：在保持焦炭的基质强度变化率为±0.5％的前提下，增加配煤结构中气煤的比例和增加配煤结构中灰催化指数高的炼焦煤的比例，同时控制配煤的主要粘结性和结焦性指标logMF>2，镜质组平均反射率1.10％≤Rr≤1.20％。

作为优选方案，所述增加配煤结构中炼焦煤的比例具体为1～10wt％。

作为优选方案，所述灰催化指数高具体为灰催化指数大于3。

作为优选方案，所述增加配煤结构中气煤的比例具体为1～5wt％。

本发明中，配合煤结构指生产冶金焦炭所用炼焦煤中气煤，肥煤，1/3焦煤，焦煤，瘦煤，以及弱粘煤的比例。参见中国煤炭分类国家标准(GB5751-86)。

本方法中的主要粘结性与结焦性指标指配合煤的基氏流动度指标logMF。参见煤的塑性测定-恒力距基氏塑性仪法(MT/T1015-2006)。

各项同性组织含量指焦炭的在显微镜下的光学组织结构。参见焦炭光学组织的测定方法(YB/T077-1995)。

冷强度指焦炭的DI转鼓强度DI15015，参见JIS K2125-2004。

镜质组平均反射率Rr(％)指配合煤的镜质组反射率分布的平均值，参见煤镜质组反射率测定方法(GB-T 6948-1998)。

灰催化指数(MCI)通过测定煤中的灰成分含量计算得到，公式如下：

MCI＝100×A_d×(CaO+Fe₂O₃+K₂O+Na₂O)/(100-V_d)×(SiO₂+Al₂O₃)；A_d指灰含量，V_d指挥发分含量，参见煤炭工业分析测定方法(GB2001-91)。

HSR为中国专利CN201510012231.9《冶金焦炭反应后强度的评价方法》中提出的冶金焦炭反应后评价方法。

本发明具有以下有益效果：

本发明提出了控制焦炭在高炉内真实反应后强度的方法，改变炼焦配煤理论，保持冷强度达到高炉要求条件下，尽可能提高气煤比例，提高焦炭显微光学组织中各向同性组织含量，控制焦炭灰化学成分和催化指数，提高反应活性使得焦炭与CO₂反应尽可能在焦炭表面快速反应，保护焦炭内部，同时提高焦炭抗高温能力。目前国内外炼焦煤资源中，有大量粘结性好、焦炭冷强度正常，由于灰化学成分特殊，使得其传统方法焦炭反应性高反应后强度低，但是模拟高炉反应过程的反应后强度不差，目前被大家认为是二类炼焦煤，价格比一类优质炼焦煤低15～20％，气煤比强粘煤的价格代约30％，以此方法指导炼焦配煤，不但能合理使用国内外炼焦煤资源，而且配煤成本将大幅降低。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

1、标准配煤结构方案

根据传统方法进行的配煤方案设计，强粘比59％，气煤比20％，配煤镜质组平均反射率Rr＝1.22％，焦炭冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为88.5％，传统反应性CRI和反应后强度CSR分别是23.2％和68.9％，高温反应后强度HSR是69.8％。

(强粘比指焦煤与肥煤比例)

2、提高气煤比例4％

根据新的配煤理论进行的配煤方案设计，强粘比降低到55％，气煤比提高到24％，配煤镜质组平均反射率Rr＝1.19％，传统反应性CRI和反应后强度CSR分别是25.4％和66.8％，高温反应后强度HSR是70.8％，冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为88.4％基本不变，提高了高温反应后强度HSR。

3、提高气煤比例8％

根据新的配煤理论进行的配煤方案设计，强粘比降低到51％，气煤比提高到28％，配煤镜质组平均反射率Rr＝1.16％，传统反应性CRI和反应后强度CSR分别是26.3％和65.4％，高温反应后强度HSR是73.4％，冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为88.5％基本不变，提高了高温反应后强度。

通过提高气煤比例焦炭反应后强度得到提高，同时配煤成本也降低。

实施例2

1、标准配煤结构方案

一种二类焦煤A，logMF为2.5，冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为86.9％，灰催化指数MCI高达4.2，单种煤焦炭反应性CRI和反应后强度CSR分别是46％和43％。在标准配煤结构中配比为5％，配煤镜质组平均反射率Rr＝0.99％，焦炭冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为86.5％，传统反应性CRI和反应后强度CSR分别是26.2％和63.9％，高温反应后强度HSR是67.8％。

2、提高A煤比例5％

提高A煤的配比至10％，配煤镜质组平均反射率Rr＝1.02％，焦炭冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为86.5％，传统反应性CRI和反应后强度CSR分别是36.2％和53.5％，高温反应后强度HSR是69.8％。

3、提高A煤比例15％

提高A煤的配比至20％，配煤镜质组平均反射率Rr＝1.09％，焦炭冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为86.7％，传统反应性CRI和反应后强度CSR分别是41.3％和48.5％，高温反应后强度HSR是71.4％。

通过提高灰催化指数高的A煤比例焦炭反应后强度得到提高，同时配煤成本也降低。

实施例3

1、标准配煤结构方案

一种二类焦煤A，logMF为2.5，冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为87.2％，灰催化指数MCI高达4.2，单种煤焦炭反应性CRI和反应后强度CSR分别是46％和43％。在标准配煤结构中配比为5％，配煤镜质组平均反射率Rr＝1.10％，焦炭冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为86.9％，传统反应性CRI和反应后强度CSR分别是26.2％和63.9％，高温反应后强度HSR是67.8％。

2、提高A煤比例5％，提高气煤比例3％

提高A煤的配比至10％，提高气煤配比至23％，配煤镜质组平均反射率Rr＝1.12％，焦炭冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为86.5％，传统反应性CRI和反应后强度CSR分别是37.8％和51.9％，高温反应后强度HSR是70.1％。

3、提高A煤比例10％，提高气煤比例5％

提高A煤的配比至15％，提高气煤配比至25％，配煤镜质组平均反射率Rr＝1.15％，焦炭冷强度DI¹⁵⁰ ₁₅为86.4％，传统反应性CRI和反应后强度CSR分别是39.8％和50.2％，高温反应后强度HSR是71.2％。

由于气煤与二类焦煤A价格较低，所以通过本方法不但控制与提高了冶金焦炭的高温反应后强度，总体配煤成本也降低了。

本发明是一种冶金焦炭反应后强度控制方法，生产冶金焦炭企业都可使用，因此，这项发明推广应用的前景良好。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种冶金焦炭反应后强度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

在保持焦炭的基质强度变化率为±0.5％的前提下，增加配煤结构中灰催化指数高的炼焦煤的比例，同时控制配煤的粘结性指标logMF>2，镜质组平均反射率0.95％≤Rr<1.10％，由此提高得到的冶金焦炭高温反应后强度HSR。

2.如权利要求1所述的冶金焦炭反应后强度控制方法，其特征在于，所述增加配煤结构中炼焦煤的比例为1～15wt％。

3.如权利要求1所述的冶金焦炭反应后强度控制方法，其特征在于，所述灰催化指数高为灰催化指数大于3。

4.一种冶金焦炭反应后强度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

在保持焦炭的基质强度变化率为±0.5％的前提下，增加配煤结构中气煤的比例，同时控制配煤的粘结性指标logMF>2，镜质组平均反射率1.10％<Rr≤1.25％，由此提高得到的冶金焦炭高温反应后强度HSR。

5.如权利要求3所述的冶金焦炭反应后强度控制方法，其特征在于，所述增加配煤结构中气煤的比例为1～8wt％。

6.一种冶金焦炭反应后强度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：在保持焦炭的基质强度变化率为±0.5％的前提下，增加配煤结构中气煤的比例和增加配煤结构中灰催化指数高的炼焦煤的比例，同时控制配煤的粘结性指标logMF>2，镜质组平均反射率1.10％≤Rr≤1.20％，由此提高得到的冶金焦炭高温反应后强度HSR。

7.如权利要求6所述的冶金焦炭反应后强度控制方法，其特征在于，所述增加配煤结构中炼焦煤的比例具体为1～10wt％。

8.如权利要求6所述的冶金焦炭反应后强度控制方法，其特征在于，所述灰催化指数高具体为灰催化指数大于3。

9.如权利要求6所述的冶金焦炭反应后强度控制方法，其特征在于，所述增加配煤结构中气煤的比例具体为1～5wt％。