CN113640173A - 一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，选取冶金焦炭，并对焦炭破碎、磨球、筛分，选取粒径为D0～Di焦炭试样，质量m0，记录数量x0；装料；动态高温反应0.5～20h；称取反应后剩余的焦炭质量为m1；一部分焦炭进行转鼓试验，分别称量转鼓前和转鼓后粒度大于
的焦炭，质量计为m前、m后。并记录转鼓后粒度大于
的数量x1；另一部分焦炭进行耐压测试，记为Pi，并计算出平均值
利用焦炭综合质量指数综合评价焦炭质量。优点是：实现了高炉内部焦炭的耦合性评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法。
背景技术
高炉原料焦炭质量的评价目前仅局限于实验室固定条件参数下的理想评价方法，实验过程中焦炭的反应温度、时间、气氛等影响因素与高炉内实际反应条件差异较大，尤其是完全没有考虑高炉内焦炭与铁矿还原对焦炭质量的影响以及焦炭粒度的变化，且反应条件不改变。为此被专家学者质疑，认为实验室内焦炭的质量评价并不能代表高炉内焦炭的实际反应行为。
在高炉下部(大于1100℃区域)，焦炭与含铁矿物发生直接还原反应，焦炭、含铁矿物自身因素与外界环境(包括温度、气氛等)对焦炭与铁矿还原都会产生影响，且不同区域呈不规律变化，所以目前焦炭热态反应性和反应后强度检测方法已经不再适合非1100℃区域焦炭的评价，为了在实验室条件下基本掌握焦炭在高炉内部实际反应行为，有必要研究基于焦炭(粒度)-气氛-含铁矿物为反应原料的因素可变条件下的焦炭质量评价方法。
原料从高炉装料口进入后，随着炉料下降，温度逐渐升高，料柱反应气氛中的CO2浓度逐渐下降，且随着炉料下降，含铁矿物及还原产物逐渐液化，液相逐渐增多，为此，基于可变温度、可变气氛及焦炭接触并与含铁矿物反应条件下焦炭的高温反应检测与评价，能更好的反应高炉内多相可变条件下的焦炭质量变化行为。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，模拟高炉内部实际反应条件下的焦炭样品评价，对比分析焦炭在高炉动态运转过程中焦炭与含铁矿物及不同气氛下的动态反应行为及变化规律，进而掌握不同质量焦炭在高炉内部的实际反应情况。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，包括以下步骤：
1)选取冶金焦炭，并对焦炭破碎、磨球、筛分，选取粒径为D0～Di焦炭试样，质量m0，记录数量x0；
2)装料；
3)动态高温反应；
4)称取反应后剩余的焦炭质量为m1；
5)步骤4)中一部分焦炭进行转鼓试验，分别称量转鼓前和转鼓后粒度大于
的焦炭，质量计为m前、m后；并记录转鼓后粒度大于
的数量x1；
6)步骤4)中另一部分焦炭进行耐压测试，记为Pi，并计算出平均值
7)利用焦炭综合质量指数综合评价焦炭质量，所述的焦炭综合质量指数包括焦炭反应度CRI、焦炭高温反应劣化度SDI、焦炭的高温反应耐压力平均值
焦炭反应度CRI：
式(1)中：m0、m1的单位为kg；
焦炭高温反应劣化度SDI：
式(2)中：m前、m后的单位为kg；
焦炭的高温反应耐压力平均值
式(3)中：
Pi的单位为N；
8)高炉内部焦炭取样检测验证，按照步骤3)中的反应温度范围，对应在高炉内进行焦炭取样，重复步骤6)的压力检测，记录检测结果平均值
对比分析
与
步骤2)所述的装料：将步骤1)中m0焦炭试样置于高温反应炉中，焦炭上部填充含铁矿物；或者将焦炭与含铁矿物混装。
所述的含铁矿物为高炉原料烧结矿、球团矿、含铁块矿中的一种或几种。
步骤3)所述的动态高温反应：高温反应炉温度在900℃～2000℃，反应气氛按体积百分比含有0～100％CO2气氛、0～100％N2，且按体积百分比：(CO2)％+(N2)％≤100％条件下逐渐改变，0h＜反应过程时间≤10h，反应结束后利用惰性气体冷却至室温。
步骤8)所述的对比分析
与
当
时，说明劣化评价方法准确，当
时，说明劣化评价方法不准确，需要继续调整反应温度、时间、气氛、焦炭粒度及焦炭与含铁矿物比例反应过程参数，直至
其中δ为允许阀值，δ取值为0～500N。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实现高炉内部焦炭的耦合性评价，使得实验室检测参数与高炉内实际反应条件下焦炭的反应行为更具有相关性，更加贴合于高炉内焦炭质量的实际劣化情况进行评价，进而掌握焦炭在高炉不同区域的反应行为与劣化规律。
附图说明
图1是实施例1的实验动态反应条件曲线图。
图2是实施例2的实验动态反应条件曲线图。
图3是实施例3的实验动态反应条件曲线图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，1100～1400℃、CO2浓度由100％逐渐降低至20％，相对应的N2浓度由0逐渐升至80％的条件下焦炭的反应行为，具体步骤如下：
1、选取冶金焦炭1000g，将焦炭破碎、磨球、筛分，选取粒度在18-20mm焦炭试样400g，共计68粒。
2、装料：将步骤1中的400g焦炭至于高温反应炉后，上部填充100g球团矿。
3、动态高温反应：高温反应炉随时间温度逐渐升高、反应气氛依次改变，如图1所示。
4、称取反应后的焦炭质量为320g，焦炭反应度CRI为20.0％。
5、随机选取反应后100g焦炭进行转鼓试验，转鼓后粒度大于4.5mm焦炭质量为80g，粒数为33粒，焦炭的高温劣化度SDI为77.6％。
6、选取50g共计8粒反应后焦炭进行耐压测试，记为1900N，1875N，1815N，1865N，1895N，1799N，1916N，1820N。平均耐压力
7、焦炭质量综合评价
根据步骤1-6，该焦炭综合质量指数如表1所示：
表1焦炭综合质量指数
8、高炉内部焦炭取样检测对比分析
对高炉内部1100～1400℃区域进行焦炭多点取样，并进行耐压力检测，得出平均耐压力
为1900N，并计算
允许阀值δ取100N，说明劣化评价方法准确。
实施例2：
一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，1200～1600℃、CO2浓度由30％逐渐降低至5％，相对应的N2浓度由70％逐渐升至95％的条件下焦炭的反应行为，具体步骤如下：
1、选取冶金焦炭1000g，将焦炭破碎、磨球、筛分，选取粒度在18-20mm焦炭试样400g，共计68粒。
2、装料：将步骤1中的400g焦炭与200g球团分层布料后至于高温反应炉后。
3、动态高温反应：高温反应炉随时间温度逐渐升高、反应气氛依次改变，如图2所示。
4、称取反应后的焦炭质量为280g，焦炭反应度CRI为30.0％。
5、随机选取反应后100g焦炭进行转鼓试验，转鼓后粒度大于4.5mm焦炭质量质量为78g，粒数32粒，焦炭的高温劣化度SDI为73.4％。
6、选取50g共计8粒反应后焦炭进行耐压测试，记为1650N，1675N，1715N，1677N，1695N，1613N，1659N，1681N。平均耐压力
7、焦炭质量综合评价。
根据步骤1-6，该焦炭综合质量指数如表2所示：
表2焦炭综合质量指数
8、高炉内部焦炭取样检测对比分析
对高炉内部1200～1600℃区域进行焦炭多点取样，并进行耐压力检测，得出平均耐压力
为1800N，并计算
允许阀值δ取500N，说明劣化评价方法准确。
实施例3：
一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，900～1200℃、CO2浓度由80％逐渐降低至20％，相对应的N2浓度由70％逐渐升至95％条件下焦炭的反应行为，具体步骤如下：
1、选取冶金焦炭1000g，将焦炭破碎、磨球、筛分，选取粒度在20-22mm焦炭试样400g，共计62粒。
2、装料：将步骤1中的400g焦炭与150g球团分层布料后至于高温反应炉后。
3、动态高温反应：高温反应炉随时间温度逐渐升高、反应气氛依次改变，如图3所示。
4、称取反应后的焦炭质量为340g，焦炭的反应度为15.0％。
5、随机选取反应后100g焦炭进行转鼓试验，转鼓后粒度大于5mm焦炭质量质量为85g，粒数31粒，焦炭的高温劣化度SDI为85.0％。
6、选取45g共计8粒反应后焦炭进行耐压测试，记为1950N，1948N，1916N，1977N，1995N，2013N，1959N，1984N。平均耐压力
7、焦炭质量综合评价。
根据步骤1-7，该焦炭综合质量指数如表3所示：
表3焦炭综合质量指数
8、高炉内部焦炭取样检测对比分析
对高炉内部900～1200℃区域进行焦炭多点取样，并进行耐压力检测，得出平均耐压力
为2000N，并计算
允许阀值δ取100N，说明劣化评价方法准确。
Claims (5)
1.一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选取冶金焦炭，并对焦炭破碎、磨球、筛分，选取粒径为D0～Di焦炭试样，质量m0，记录数量x0；
2)装料；
3)动态高温反应；
4)称取反应后剩余的焦炭质量为m1；
5)步骤4)中一部分焦炭进行转鼓试验，分别称量转鼓前和转鼓后粒度大于
的焦炭，质量计为m前、m后；并记录转鼓后粒度大于
的数量x1；
6)步骤4)中另一部分焦炭进行耐压测试，记为Pi，并计算出平均值
7)利用焦炭综合质量指数综合评价焦炭质量，所述的焦炭综合质量指数包括焦炭反应度CRI、焦炭高温反应劣化度SDI、焦炭的高温反应耐压力平均值
焦炭反应度CRI：
式(1)中：m0、m1的单位为kg；
焦炭高温反应劣化度SDI：
式(2)中：m前、m后的单位为kg；
焦炭的高温反应耐压力平均值
式(3)中：
Pi的单位为N；
8)高炉内部焦炭取样检测验证，按照步骤3)中的反应温度范围，对应在高炉内进行焦炭取样，重复步骤6)的压力检测，记录检测结果平均值
对比分析
与
2.根据权利要求1所述的一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，其特征在于，步骤2)所述的装料：将步骤1)中m0焦炭试样置于高温反应炉中，焦炭上部填充含铁矿物；或者将焦炭与含铁矿物混装。
3.根据权利要求2所述的一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，其特征在于，所述的含铁矿物为高炉原料烧结矿、球团矿、含铁块矿中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，其特征在于，步骤3)所述的动态高温反应：高温反应炉温度在900℃～2000℃，反应气氛按体积百分比含有0～100％CO2气氛、0～100％N2，且按体积百分比：(CO2)％+(N2)％≤100％条件下逐渐改变，0h＜反应过程时间≤10h，反应结束后利用惰性气体冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的一种模拟高炉动态反应下焦炭劣化评价方法，其特征在于，步骤8)所述的对比分析
与
当
时，说明劣化评价方法准确，当
时，说明劣化评价方法不准确，需要继续调整反应温度、时间、气氛、焦炭粒度及焦炭与含铁矿物比例反应过程参数，直至
其中δ为允许阀值，δ取值为0～500N。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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