CN115993436B - 一种捣固焦冷热态强度指标的修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金生产的技术领域，具体的涉及一种捣固焦冷热态强度指标的修正方法。该修正方法包括以下步骤：(1)首先，将捣固焦的CSR1300、光学组织OTI、显微强度MSI、结构强度SSI、假相对密度d、碳化学结构d002性能作为捣固焦的六项隐性指标；然后，对不同等级捣固焦的所述六项隐性指标进行分析，建立六项隐性指标的等级评分制；(2)分析捣固焦的六项隐性指标对捣固焦四项冷热态指标M40、M10、CRI、CSR的影响权重；(3)建立捣固焦冷热态指标的修正方法。用上述六项隐性指标对捣固焦的冷热态强度(M10、M40、CRI、CSR)进行修正，修正后的冷热态强度等同于顶装焦的冷热态强度。
Description
技术领域
本发明属于冶金生产的技术领域，具体的涉及一种捣固焦冷热态强度指标的修正方法。
背景技术
捣固焦是随着焦煤资源日益紧缺而逐渐发展起来的炼焦方法，它可以配入较多的高挥发份煤和弱粘结性煤，将配合煤捣实后入焦炉炼焦，因其原料成本便宜，所以售价也比顶装焦要便宜，使用捣固焦炭已成为高炉降低原燃料成本的重要措施之一。
但是由于捣固焦的原料较差，即便经过捣实可以达到顶装焦指标值，但捣固焦固有的结构仍与顶装炼焦有一定差异，导致捣固焦在实际使用过程中的表现不如预期。
捣固炼焦的煤料堆密度一般为顶装炼焦的1.2～1.4倍左右，所以捣固炼焦不利于较大气孔的形成。捣固焦的平均气孔直径低于顶装炼焦。与顶装炼焦相比，捣固焦的总气孔率、显气孔率和显气孔比例均较低，而闭气孔的比例相对较高。
从动力学角度分析，捣固焦的气孔率较低，并且闭气孔比例较高，对于比表面积较高的捣固焦，当气化反应进行到一定程度时，由于其闭气孔打开，比表面积进一步增加，可能导致气化反应速率加快，劣化加剧。因此，按照常规焦炭反应性的测定方法和检测指标去指导生产使用捣固焦，得到的反应性较低、反应后强度较高的优质焦炭，如果在高炉中气化反应失重率较高时，可能会出现焦炭性能指标与实际使用效果不符的情况，往往会出现炉况不顺、焦比升高等不良现象，给生产企业带来巨大的经济损失。
根据已有研究结果和生产经验，捣固焦检测结果与生产应用出现差异的原因在于，用常规检测方法检测出的捣固焦冷热态强度指标无法准确表征其真实冷热态强度。
因此，有必要开发一种捣固焦冷热态强度指标的修正方法，对于了解捣固焦实际使用性质、进行合理配焦、确保炉况稳定及扩大捣固焦的使用都具有重要的作用。
发明内容
本发明提供一种捣固焦冷热态强度指标的修正方法，该方法根据捣固焦固有的结构性质，将捣固焦的CSR1300、光学组织OTI、显微强度MSI、结构强度SSI、假相对密度d、碳化学结构d002性能作为隐性指标，用上述六项隐性指标对捣固焦的冷热态强度(M10、M40、CRI、CSR)进行修正，修正后的冷热态强度等同于顶装焦的冷热态强度。
具体的技术方案如下：
一种捣固焦冷热态强度指标的修正方法，包括以下步骤：
(1)首先，将捣固焦的CSR1300、光学组织OTI、显微强度MSI、结构强度SSI、假相对密度d、碳化学结构d002性能作为捣固焦的六项隐性指标；
CSR1300：称取一定质量的焦炭试样置于反应器中在1300℃时与二氧化碳反应2h后，以焦炭质量损失的百分数表示焦炭反应性，反应后焦炭经T型转鼓试验后以大于10mm粒级的焦炭质量占反应后焦炭质量的百分数表示焦炭反应后强度。随着温度升高，焦炭CRI显著升高，但其先后次序基本保持不变，温度并不会导致不同类型焦炭的CRI规律发生混乱；在1300℃条件下，不同样品的CSR差异变大，捣固焦炭降低程度增加，说明捣固焦炭在更高温度下的反应后强度降低更加严重。因此，可以作为隐性指标评价。
光学组织OTI：通常情况下，用焦炭光学组织指数(OTI)来表征光学组织各向异性程度，OTI值越高，焦炭各向异性程度越高。捣固焦各向同性组织含量明显高于其他焦炭，从而也导致其OTI值低于其他焦炭。
显微强度MSI、结构强度SSI：焦炭的微观强度包括结构强度(SSI)和显微强度(MSI)，其中SSI表征焦炭基质体、微裂纹、微气孔的综合强度性质。MSI表征焦炭基质体的综合强度。顶装焦的显微强度和结构强度普遍高于捣固焦。可作为隐性指标。
假相对密度d＝质量/假体积(物质体积+闭气孔体积+开气孔体积)(g/cm3)。虽然捣固焦与顶装焦的真密度相差不大，分布区间在1.85～1.96g/m3，但是捣固焦的假密度明显高于顶装焦，捣固焦假密度均在0.98g/m3以上，顶装焦假密度均低于0.97g/m3。捣固焦气孔分布以微小气孔为主，气孔率低，假密度高，主要是由捣固炼焦工艺的特点决定的.捣固炼焦工艺的煤料堆密度高，气体膨胀压力大，不利于较大气孔的生成，降低了捣固焦的气孔率。
碳化学结构d002：焦炭在高温下或者二次加热过程中，其非石墨碳转变为类石墨碳的程度称为焦炭的石墨化程度，这也是焦炭显微分析的检测项目之一。基于石墨晶体结构理论可知，石墨结构是由六角碳原子平面网组成的层平面，层与层间以范德华力相连，从而形成向三维方向无限延伸的点阵晶体结构，通过X射线衍射仪测量X射线对焦炭微晶中(002)面和(100)面的入射角，可计算出表征焦炭微晶特征的层面间距(d002)。随着晶面间距d002的增大，焦炭的CRI显著增大，CSR有所降低，焦炭本征碳结构会显著影响其反应性，为高温热性质判断的反相关性结构指标。可作为隐性指标。
因为捣固焦的冷热态受到这些隐性指标的影响，因此，发明人经过前期大量的相关性研究，将该六项隐性指标对应于冷热态强度指标中。本方法的处理相当于对捣固焦冷热态性质进行修正，而修正的依据为对冷热态性质影响较大的热态模拟方法、光学组织、微观结构等6项，所以上述六项指标能够修正冷热态强度的隐性指标。
然后，对不同等级捣固焦的所述六项隐性指标进行分析，建立六项隐性指标的等级评分制，其中等级评分制为百分制，即评分值最高为100分。
对不同等级顶装炼焦的六项隐性指标值进行分析检测，根据捣固焦各自所处区间进行了分级。
(2)分析捣固焦的六项隐性指标对捣固焦四项冷热态指标M40、M10、CRI、CSR的影响权重，具体如下：
①捣固焦六项隐性指标中影响捣固焦M40的隐性指标为：结构强度SSI、假相对密度d和碳化学结构d002，并分别赋予M40本征指标的分解值和该三个隐性指标的各自分解值，且所赋予的四个分解值之和为1；其中赋予结构强度SSI、假相对密度d和碳化学结构d002相同的分解值；
②捣固焦六项隐性指标中影响捣固焦M10的隐性指标为：OTI、显微强度MSI、结构强度SSI和假相对密度d，并分别赋予M10本征指标的分解值和该四个隐性指标的各自分解值，且所赋予的五个分解值之和为1；其中赋予OTI、显微强度MSI、结构强度SSI和假相对密度d相同的分解值；
③捣固焦六项隐性指标中影响捣固焦CRI的隐性指标为：OTI和碳化学结构d002，并分别赋予CRI本征指标的分解值和该两个隐性指标的各自分解值，且所赋予的三个分解值之和为1；其中OTI分解值：碳化学结构d002分解值为2:1；
④捣固焦六项隐性指标中影响捣固焦CSR的隐性指标为：CSR1300和OTI，并分别赋予CSR本征指标的分解值和该两个隐性指标的各自分解值，且所赋予的三个分解值之和为1；其中赋予CSR1300和OTI相同的分解值。
上述分解值的分配中捣固焦四项冷热态指标的本征指标所占权重最大。经过初步数据回归和现场验证，采用上述方法的预测数据较为理想。
(3)建立捣固焦冷热态指标的修正方法：
首先，按照步骤(2)所建立的等级评分制对捣固焦的六项隐性指标进行评分，给出各自的评分值；
然后，分别按照以下公式对捣固焦四项冷热态指标M40、M10、CRI、CSR进行计算、修正；
M40修＝M40本征指标×[M40本征指标的分解值+(结构强度SSI分解值×结构强度SSI评分值+假相对密度d分解值×假相对密度d评分值+碳化学结构d002分解值×碳化学结构d002评分值)/100]；
M10修＝M10本征指标/[M10本征指标的分解值+(OTI分解值×OTI评分值+显微强度MSI分解值×显微强度MSI评分值+结构强度SSI分解值×结构强度SSI评分值+假相对密度d分解值×假相对密度d评分值)/100]；
CRI修＝CRI本征指标/[CRI本征指标的分解值+(OTI分解值×OTI评分值+碳化学结构d002分解值×碳化学结构d002评分值)/100]；
CSR修＝CSR本征指标×[CSR本征指标的分解值+(CSR1300分解值×CSR1300评分值+OTI分解值×OTI评分值)/100]。
本发明中，所述捣固焦冷热态强度指标修正方法的步骤(1)中对隐性指标CSR1300按照以下标准分为等级1-4：CSR1300>62为等级1；57＜CSR1300≤62为等级2；50＜CSR1300≤57为等级3；CSR1300≤50为等级4。
本发明中，所述捣固焦冷热态强度指标修正方法的步骤(1)中对隐性指标OTI按照以下标准分为等级1-4：OTI>155为等级1；140＜OTI≤155为等级2；125＜OTI≤140为等级3；OTI≤125为等级4。
本发明中，所述捣固焦冷热态强度指标修正方法的步骤(1)中对隐性指标显微强度MSI按照以下标准分为等级1-4：MSI>68％为等级1；65％＜MSI≤68％为等级2；62％＜MSI≤65％为等级3；MSI≤62％为等级4。
本发明中，所述捣固焦冷热态强度指标修正方法的步骤(1)中对隐性指标结构强度SSI按照以下标准分为等级1-4：SSI>82％为等级1；78％＜SSI≤82％为等级2；75％＜SSI≤78％为等级3；SSI≤75％为等级4。
本发明中，所述捣固焦冷热态强度指标修正方法的步骤(1)中对隐性指标假相对密度d按照以下标准分为等级1-4：d＜0.95为等级1；0.95≤d＜0.98为等级2；0.98≤d＜1.00为等级3；d≥1.00为等级4。
本发明中，所述捣固焦冷热态强度指标修正方法的步骤(1)中所述步骤(1)中对隐性指标碳化学结构d002按照以下标准分为等级1-4：d002＜0.348为等级1；0.348≤d002＜0.350为等级2；0.350≤d002＜0.352为等级3；d002≥0.352为等级4。上述的等级1评分值为100分；等级2评分值为90分；等级3评分值为80分；等级4评分值为70分。
为了简便定量评估隐性指标的影响，将捣固焦炭常见数值区间划分为四个区域，定为等级1～4级，并分别赋值100～70。建立各子项对冷热态性质的定量方程，此赋值可横向比较不同捣固焦之间的差异。将上述六项隐性指标的等级评分标准汇总于表1。
表1六项隐性指标的等级评分标准
本发明中，所述捣固焦冷热态强度指标修正方法的步骤(2)中①M40本征指标的分解值为0.85，结构强度SSI的分解值为0.05，假相对密度d的分解值为0.05，碳化学结构d002的分解值为0.05；
②M10本征指标的分解值为0.8，OTI的分解值为0.05，显微强度MSI的分解值为0.05，结构强度SSI的分解值为0.05，假相对密度d的分解值为0.05；
③CRI本征指标的分解值为0.85，OTI的分解值为0.1，碳化学结构d002的分解值为0.05；
④CSR本征指标的分解值为0.9，CSR1300的分解值为0.05，OTI的分解值为0.05。
将上述捣固焦六项指标对捣固焦M10、M40、CRI、CSR指标的影响权重汇总于表2。
表2六项隐性指标对四项冷热态指标的分解取值表
当然，上述六项隐性指标对四项冷热态指标的分解取值如何具体分配可以根据实际生产情况进行适应性调整，并不局限于表2所示的具体分配值。
本发明的有益效果为：按照本方法可以对捣固焦的冷热态强度进行修正，修正后的冷热态强度等同于顶装焦的冷热态强度，便于操作人员了解捣固焦实际使用性质、进行合理配焦、确保炉况稳定及扩大捣固焦的使用都具有重要的作用。
附图说明
图1为理论吨铁与实际吨铁焦炭成本的对比趋势图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
所述捣固焦冷热态强度指标的修正方法，包括以下步骤：
(1)A、B、C、D四种捣固焦的四项冷热态指标及六项隐性指标的检测结果如表3所示。
表3四种捣固焦的四项冷热态指标及六项隐性指标的检测结果
根据表1所示的六项隐性指标等级评分制标准，得出A、B、C、D四种捣固焦各自六项隐性指标的评分值，详见表4。
表4四种捣固焦各自六项隐性指标的等级评分值
(2)分析捣固焦的六项隐性指标对捣固焦四项冷热态指标M40、M10、CRI、CSR的影响权重，按照表2所给分解取值表。
(3)对四种捣固焦的四项冷热态指标M40、M10、CRI、CSR按照所述的捣固焦冷热态强度修正公式，结合表3和表2数据进行计算、修正，修正后的捣固焦冷热态指标如表5所示。
表5四种捣固焦修正后的四项冷热态指标
以A种捣固焦为例进行详细说明计算、修正过程：
M40修＝87.6×[0.85+(0.05×80+0.05×70+0.05×70)/100]＝84.10；
M10修＝5.8/[0.8+(0.05×70+0.05×80+0.05×80+0.05×70)/100]＝6.11；
CRI修＝19.9/[0.85+(0.1×70+0.05×70)/100]＝20.84；
CSR修＝65.8×[0.9+(0.05×80+0.5×70)/100]＝64.16。
本发明已在山钢股份莱芜分公司铁厂进行使用，使用后实际焦与预测焦比的波动范围减小，炉况运行稳定顺行，大大减少了未经修正、盲目使用捣固焦带来的经济损失。
如图1所示，尽管预测值与实际值的范围存在小幅差异，但本模型预测出的成本及性价比变化曲线与实际变化趋势高度趋同。基于以上应用验证可知，本方法可作为本项目中高炉的性价预测工具，指导实际捣固焦炭采购和使用。
Claims (9)
1.一种捣固焦冷热态强度指标的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先，将捣固焦的CSR1300、光学组织OTI、显微强度MSI、结构强度SSI、假相对密度d、碳化学结构d002性能作为捣固焦的六项隐性指标；
然后，对不同等级捣固焦的所述六项隐性指标进行分析，建立六项隐性指标的等级评分制，其中等级评分制为百分制，即评分值最高为100分；
(2)分析捣固焦的六项隐性指标对捣固焦四项冷热态指标M40、M10、CRI、CSR的影响权重，具体如下：
①捣固焦六项隐性指标中影响捣固焦M40的隐性指标为：结构强度SSI、假相对密度d和碳化学结构d002，并分别赋予M40本征指标的分解值和该三个隐性指标的各自分解值，且所赋予的四个分解值之和为1；其中赋予结构强度SSI、假相对密度d和碳化学结构d002相同的分解值；
②捣固焦六项隐性指标中影响捣固焦M10的隐性指标为：OTI、显微强度MSI、结构强度SSI和假相对密度d，并分别赋予M10本征指标的分解值和该四个隐性指标的各自分解值，且所赋予的五个分解值之和为1；其中赋予OTI、显微强度MSI、结构强度SSI和假相对密度d相同的分解值；
③捣固焦六项隐性指标中影响捣固焦CRI的隐性指标为：OTI和碳化学结构d002，并分别赋予CRI本征指标的分解值和该两个隐性指标的各自分解值，且所赋予的三个分解值之和为1；其中OTI分解值：碳化学结构d002分解值为2:1；
④捣固焦六项隐性指标中影响捣固焦CSR的隐性指标为：CSR1300和OTI，并分别赋予CSR本征指标的分解值和该两个隐性指标的各自分解值，且所赋予的三个分解值之和为1；其中赋予CSR1300和OTI相同的分解值；
(3)建立捣固焦冷热态指标的修正方法：
首先，按照步骤(1)所建立的等级评分制对捣固焦的六项隐性指标进行评分，给出各自的评分值；
然后，分别按照以下公式对捣固焦四项冷热态指标M40、M10、CRI、CSR进行计算、修正；
M40修＝M40本征指标×[M40本征指标的分解值+(结构强度SSI分解值×结构强度SSI评分值+假相对密度d分解值×假相对密度d评分值+碳化学结构d002分解值×碳化学结构d002评分值)/100]；
M10修＝M10本征指标/[M10本征指标的分解值+(OTI分解值×OTI评分值+显微强度MSI分解值×显微强度MSI评分值+结构强度SSI分解值×结构强度SSI评分值+假相对密度d分解值×假相对密度d评分值)/100]；
CRI修＝CRI本征指标/[CRI本征指标的分解值+(OTI分解值×OTI评分值+碳化学结构d002分解值×碳化学结构d002评分值)/100]；
CSR修＝CSR本征指标×[CSR本征指标的分解值+(CSR1300分解值×CSR1300评分值+OTI分解值×OTI评分值)/100]。
2.根据权利要求1所述的捣固焦冷热态强度指标修正方法，其特征在于，所述步骤(1)中对隐性指标CSR1300按照以下标准分为等级1-4：CSR1300>62为等级1；57＜CSR1300≤62为等级2；50＜CSR1300≤57为等级3；CSR1300≤50为等级4。
3.根据权利要求1所述的捣固焦冷热态强度指标修正方法，其特征在于，所述步骤(1)中对隐性指标OTI按照以下标准分为等级1-4：OTI>155为等级1；140＜OTI≤155为等级2；125＜OTI≤140为等级3；OTI≤125为等级4。
4.根据权利要求1所述的捣固焦冷热态强度指标修正方法，其特征在于，所述步骤(1)中对隐性指标显微强度MSI按照以下标准分为等级1-4：MSI>68％为等级1；65％＜MSI≤68％为等级2；62％＜MSI≤65％为等级3；MSI≤62％为等级4。
5.根据权利要求1所述的捣固焦冷热态强度指标修正方法，其特征在于，所述步骤(1)中对隐性指标结构强度SSI按照以下标准分为等级1-4：SSI>82％为等级1；78％＜SSI≤82％为等级2；75％＜SSI≤78％为等级3；SSI≤75％为等级4。
6.根据权利要求1所述的捣固焦冷热态强度指标修正方法，其特征在于，所述步骤(1)中对隐性指标假相对密度d按照以下标准分为等级1-4：d＜0.95为等级1；0.95≤d＜0.98为等级2；0.98≤d＜1.00为等级3；d≥1.00为等级4。
7.根据权利要求1所述的捣固焦冷热态强度指标修正方法，其特征在于，所述步骤(1)中对隐性指标碳化学结构d002按照以下标准分为等级1-4：d002＜0.348为等级1；0.348≤d002＜0.350为等级2；0.350≤d002＜0.352为等级3；d002≥0.352为等级4。
8.根据权利要求2-7任一项所述的捣固焦冷热态强度指标修正方法，其特征在于，所述的等级1评分值为100分；等级2评分值为90分；等级3评分值为80分；等级4评分值为70分。
9.根据权利要求1所述的捣固焦冷热态强度指标修正方法，其特征在于，所述步骤(2)中①M40本征指标的分解值为0.85，结构强度SSI的分解值为0.05，假相对密度d的分解值为0.05，碳化学结构d002的分解值为0.05；
②M10本征指标的分解值为0.8，OTI的分解值为0.05，显微强度MSI的分解值为0.05，结构强度SSI的分解值为0.05，假相对密度d的分解值为0.05；
③CRI本征指标的分解值为0.85，OTI的分解值为0.1，碳化学结构d002的分解值为0.05；
④CSR本征指标的分解值为0.9，CSR1300的分解值为0.05，OTI的分解值为0.05。
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