CN116183426A - 一种模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的方法 - Google Patents

一种模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的方法，采用焦炭反应装置进行检测，所述装置包括电子秤、测温及控制装置、气体分析系统、反应管以及反应气体储存瓶，电子称同时连接测温及控制装置、气体分析系统、反应管以及反应气体储存瓶，本发明在传统焦炭反应性检测方法基础上，改变反应时间、气氛组成、温度场、升温速度，炉料所处的体系的反应条件与高炉生产实际情况更加符合，煤气流量的匹配与高炉生产实际更加符合，使检测结果更加客观准确。

Description

一种模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的 方法
技术领域
本发明涉及一种方法，具体涉及一种模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的方法，属于冶金技术领域。
背景技术
含碳复合金属炉料给高炉炼铁使用，可以提高效率降低碳耗，同时可以节省宝贵的冶金焦资源，有利于降低炼铁成本。但是，基于高炉工艺及复合金属炉料的产品特性，炉料中的碳应该在高炉软熔带之前气化溶损，发挥还原剂及发热剂的作用，尽可能地少带入高炉软熔带以下以免影响高炉下部透气性。因此需要对含碳复合炉料中的碳的反应率作测定，以准确地判断其在高炉工况下的反应状态，支撑做好产品设计，满足高炉生产技术需求。而目前铁区现有的炉料(含矿石及燃料)性能检测方法及设备中，没有适用的方法及设备，必须重新设计开发。
在大型高炉冶炼工艺中，焦炭在炉内历经约6-7h，块状带的时间约3-4h(主要为900℃-1200℃的碳素溶损反应的气固还原)。而传统焦炭反应性检测，是将焦炭加热到1100℃，通CO2气体反应2小时，测量焦炭试样的失重，以其失重百分比来衡量焦炭的反应性。前述检测方法，无论是反应时间还是反应气体组成均与高炉实际不相符，因此检测结果不能客观地反映焦炭在高炉块状带的反应程度，所以此方法对于需要较准确评估碳的反应率的含碳复合金属炉料来说，并不适用，所以需要开发复合高炉实际的新的检测方法，以准确判断复合炉料中的碳的反应率。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的方法，该技术方案提供一种新的碳元素气化溶损检测方法，结合高炉生产实际，本发明在传统焦炭反应性检测方法基础上，改变反应时间、气氛组成、温度场、升温速度，炉料所处的体系的反应条件与高炉生产实际情况更加符合，煤气流量的匹配与高炉生产实际更加符合，使检测结果更加客观准确。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的方法，采用焦炭反应装置进行检测，所述装置包括电子秤、测温及控制装置、气体分析系统、反应管以及反应气体储存瓶，电子称同时连接测温及控制装置、气体分析系统、反应管以及反应气体储存瓶，所述反应气体储存瓶包括氮气瓶和一氧化碳、二氧化碳混合气瓶或者二氧化氮单种气瓶。
(1)称取烘干好的含碳复合金属炉料试样200g,记为m,将试样装入前述焦炭反应装置的反应管中，启动试验设备，开始碳反应率测试，按照以下步骤进行；
(2)0-80min：l0℃/min，升至800℃，反应气氛：N2：3L/min(60％),CO：1.0L/min(20％)，CO2：1.0L/min(20％)；
(3)80-180min：2℃/min，升至1000℃,反应气氛：N2：3L/min(60％)，CO：1.25L/min(25％)，CO2：0.75L/min(15％)；
(4)180-230min：4℃/min，升至1200℃，反应气氛：N2：3L/min(60％)，CO：1.5L/min(30％)；CO2：0.5L/min(10％)；
(5)停止升温，通N2气冷却，3L/min(100％)，将试样冷却到室温；
(6)取出试样，称取质量，记为m1，根据公式：
Figure BDA0003378449750000021
计算即得出复合金属金属炉料中碳的反应率。
上述方案中，通过改变复合炉料所处的反应温度、反应气氛、反应时间等参数，使含碳复合金属炉料的反应条件与实际高炉生产的情况更加符合，检测出的炉料中碳元素的反应率能更加符合高炉实际。本发明在传统焦炭反应性检测方法基础上(如表1所示)，重新设定反应时间，即表2所示反应时间延长到230min，从升温开始就输入反应气体60％N2+20％CO+20％CO2,不同温度区间设置不同气体组成，取消恒温反应时间，采用连续升温反应方式，并根据高炉内温度场分布设置不同升温速度，反应温度到1200℃，即停止试验，并通N2冷却保护，以满足最后的测量数据准确。
表1传统焦炭反应率反应条件
Figure BDA0003378449750000022
表2本发明碳反应率反应条件
Figure BDA0003378449750000023
Figure BDA0003378449750000031
相对于现有技术，本发明具有如下优点，本发明的检测方法中，复合炉料所处的温度场、反应气氛以及反应时间等关键参数更符合高炉实际，匹配的煤气消耗量更加符合高炉实际，有利于检测结果的客观准确；本发明将反应过程分为3个阶段，以符合高炉的实际冶炼过程，具体分析如下：
(1)反应时间：实际高炉软熔带前的冶炼时间在4小时左右，本发明反应时间为230min；
(2)气体用量：实际高炉吨铁消耗煤气在1600m3,吨铁消耗含铁矿石在1600kg左右，则1kg矿石消耗煤气1.0m3，对应本发明试样量200g煤气量为0.2m3,本发明主要考虑在1000～1200℃区间的反应气体用量：流量5L/min*时间50min＝250L,二者比较接近；
(3)升温速度：按照高炉冶炼实际分为3个阶段：800℃前为快速升温阶段相当于高炉上部；800～1000℃，相当于高炉中部，热交换缓慢，炉料升温速度慢；1000～1200℃，为高炉软熔带上沿位置接近高炉高温区，较上一阶段炉料升温速度略加快，但远低于高炉上部。
附图说明
图1本发明含碳符合金属炉料中C反应率检测实验条件；
图2是本发明用焦炭反应性的具体装置情况：
图中，1为电子秤，2为测温及控制装置，3为气体分析系统用，4为反应管，5为氮气瓶，6为氮气、一氧化碳、二氧化碳混合气瓶或者二氧化碳单种气瓶。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，本发明将反应过程分为3个阶段，以符合高炉的实际冶炼过程，具体分析如下：
1)反应时间：实际高炉软熔带前的冶炼时间在4小时左右，本发明反应时间为230min；
2)气体用量：实际高炉吨铁消耗煤气在1600m3,吨铁消耗含铁矿石在1600kg左右，则1kg矿石消耗煤气1.0m3，对应本发明试样量200g煤气量为0.2m3,本发明主要考虑在1000～1200℃区间的反应气体用量：流量5L/min*时间50min＝250L,二者比较接近；
3)升温速度：按照高炉冶炼实际粉为3个阶段：800℃前为快速升温阶段相当于高炉上部；800～1000℃，相当于高炉中部，热交换缓慢，炉料升温速度慢；1000～1200℃，为高炉软熔带上沿位置接近高炉高温区，较上一阶段炉料升温速度略加快，但远低于高炉上部。
实施例2：参见图1，一种模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的方法，本发明是在焦炭反应性检测装置的基础上，提出一种新的含碳复合金属炉料中碳元素反应率的检测方法。该检测装置由电子秤、测温及控制装置、气体分析系统用、反应管以及反应气体储存瓶组成。炉体通过U型硅钼棒进行加热，加热高度500mm，最高工作温度1250℃。下面针对2种含碳复合金属炉料，具体成分见表3，分别进行传统焦炭反应性方法、本发明方法的碳元素反应率检测，共4组实验。对应的反应条件见表1、表2，并对检测而结果进行对比分析。
具体检测过程如下：
(1)称取200g烘干后的含碳复合金属炉料，装入图2所示的反应管中；
(2)根据实验要求，接通所需反应气的气瓶，设置升温程序、气体流量，开启控制阀门，进行实验；
(3)实验结束后，待炉料冷却后，将其从反应管中轻轻取出并称重，按照下面公式进行碳元素反应率计算：
Figure BDA0003378449750000041
式中：m－原始焦炭试样质量，g；
m1－反应后残余焦炭质量，g。
本项发明更改原焦炭反应性测定的反应条件，具体为：
(1)0-80min：l0℃/min，升至800℃。反应气氛：N2：3L/min(60％),CO：1.0L/min(20％)，CO2：1.0L/min(20％)。
(2)80-180min：2℃/min，升至1000℃。反应气氛：N2：3L/min(60％)，CO：1.25L/min(25％)，CO2：0.75L/min(15％)。
(3)180-230min：4℃/min，升至1200℃。反应气氛：N2：3L/min(60％)，CO：1.5L/min(30％)；CO2：0.5L/min(10％)
(4)结束冷却到室温、称量计算：自然冷却到室温。反应气氛：N2：3L/min(100％)。
表3含碳复合金属炉料成分表
Figure BDA0003378449750000042
Figure BDA0003378449750000051
检测结果及分析
本发明的反应条件与传统焦炭反应性检测不同，2种含碳复合金属炉料，比较在两种检测方法下的检测结果，发现存在明显差异。可以判断出本发明的检测结果更加符合高炉的实际生产状况，对含碳复合金属炉料中碳在高炉内反应行为的判断更加客观准确。具体检测结果见表4。
表4传统焦炭反应型方法与本发明方法测量结果对比
方法 含碳复合金属炉料1碳反应率 含碳复合金属炉料2碳反应率
传统焦炭反应性方法 96.29％ 67.40％
本发明 87.15％ 61.01％
差值 9.14％ 6.39％
本发明方法与传统焦炭反应性测量方法的区别较大，根据表4可知，本发明方法检测，两种含碳复合金属炉料中碳的反应率检测结果分别为87.15％、61.01％，传统方法检测为96.29％、67.40％，传统方法的检测结果均大于本发明的检测结果，差值分别为9.14％、6.39％，差异明显。本发明的检测方法结合高炉实际，设计了反应时间、温度场、升温速度、反应时间等关键参数，更好地模拟了高炉块状带(软熔带之上)的反应条件，其检测结果更加符合高炉实际。炼铁工作者用此方法检测，所得数据能够更好地支撑含碳炉料的产品设计及高炉使用含碳复合金属炉料冶炼。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (2)

1.一种模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的方法，其特征在于，采用焦炭反应装置进行检测，所述装置包括电子秤(1)、测温及控制装置(2)、气体分析系统(3)、反应管(4)以及反应气体储存瓶，电子称同时连接测温及控制装置(2)、气体分析系统(3)、反应管(4)以及反应气体储存瓶，所述反应气体储存瓶包括氮气瓶(6)和一氧化碳、二氧化碳混合气瓶或者二氧化氮单种气瓶。
2.根据权利要求1所述的模拟高炉还原条件测定含碳复合金属炉料中碳反应率的方法，其特征在于，所述方法如下：
(1)称取烘干好的含碳复合金属炉料试样200g,记为m,将试样装入前述焦炭反应装置的反应管中，启动试验设备，开始碳反应率测试，按照以下步骤进行；
(2)0-80min：l0℃/min，升至800℃，反应气氛：N2：3L/min(60％),CO：1.0L/min(20％)，CO2：1.0L/min(20％)；
(3)80-180min：2℃/min，升至1000℃,反应气氛：N2：3L/min(60％)，CO：1.25L/min(25％)，CO2：0.75L/min(15％)；
(4)180-230min：4℃/min，升至1200℃，反应气氛：N2：3L/min(60％)，CO：1.5L/min(30％)；CO2：0.5L/min(10％)；
(5)停止升温，通N2气冷却，3L/min(100％)，将试样冷却到室温；
(6)取出试样，称取质量，记为m1，根据公式：
Figure FDA0003378449740000011
计算即得出复合金属金属炉料中碳的反应率。
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