天鐵焦炭鈍化的試驗探討

梁彩鳳（天津天鐵冶金集團有限公司技術(shù)中心，河北涉縣 056404）

天鐵焦炭鈍化的試驗探討

梁彩鳳（天津天鐵冶金集團有限公司技術(shù)中心，河北涉縣 056404）

為了提高焦炭質(zhì)量，改善焦炭的熱反應(yīng)性和反應(yīng)后強度，在不同的噴灑時間將不同濃度的鈍化劑溶液分別作用在兩種強度的焦炭表面上，進行焦炭熱性質(zhì)的試驗和探討。試驗結(jié)果表明鈍化劑濃度和焦炭本身的質(zhì)量對焦炭的熱性能影響很大，而鈍化劑的噴灑時間對焦炭熱性能沒有影響。

焦炭 鈍化劑 噴灑 時間 反應(yīng)性 強度

1 前言

隨著高爐大型化和強化冶煉的發(fā)展，對焦炭質(zhì)量尤其是熱態(tài)性能要求越來越高。提高焦炭質(zhì)量，特別是改善焦炭的熱反應(yīng)性（CRI）和反應(yīng)后強度（CSR）指標是當(dāng)前高爐強化冶煉、提高噴煤量、改善技術(shù)經(jīng)濟指標、降低成本的重要措施[1]。為了探索天鐵現(xiàn)有技術(shù)裝備條件下改善焦炭質(zhì)量的途徑，改善高爐爐況，向高爐提供優(yōu)質(zhì)焦炭，天鐵中心化驗室配合高爐生產(chǎn)在實驗室進行焦炭鈍化試驗，探究焦炭鈍化劑對天鐵高爐生產(chǎn)所需焦炭的熱反應(yīng)性（CRI）和熱反應(yīng)后強度（CSR）的鈍化效果。

2 試驗過程

2.1 反應(yīng)性（CRI）和反應(yīng)后強度（CSR）

焦炭的熱態(tài)性能通常用熱態(tài)反應(yīng)性（CRI）和熱態(tài)反應(yīng)后強度（CSR）來表示。具體定義為：稱取一定質(zhì)量的焦炭試樣，置于反應(yīng)器中，在（1 100±5）℃時與二氧化碳反應(yīng)2 h后，以焦炭質(zhì)量損失的百分數(shù)表示焦炭的反應(yīng)性（CRI），CRI=（m-m1）/m×100%。

式中：m——焦炭試樣的質(zhì)量，g；

m1——反應(yīng)后殘余焦炭的質(zhì)量，g。

上述反應(yīng)后的焦炭經(jīng)過Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓以20 r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)600轉(zhuǎn)后，＞10 mm粒級的焦炭占反應(yīng)后焦炭的質(zhì)量百分數(shù)表示焦炭的反應(yīng)后強度（CSR），CSR= m2/m1×100%。

式中：m2——轉(zhuǎn)鼓后大于10 mm粒級焦炭質(zhì)量，g。

鋼鐵廠大型高爐生產(chǎn)現(xiàn)已將反應(yīng)性（CRI）和反應(yīng)后強度（CSR）作為一項常規(guī)測定。研究焦炭的熱態(tài)性質(zhì)的目的是盡可能使焦炭雖然受到CO2反應(yīng)，但仍保持一定強度，以保證高爐內(nèi)良好的透氣性。

2.2 試驗材料

2.2.1 試驗焦炭采用天鐵高爐冶煉所用的兩種強度不同的焦炭，分別為自產(chǎn)焦炭和金牛焦炭。從現(xiàn)場取焦碳試樣，棄去泡焦和爐頭焦，經(jīng)過反復(fù)破碎、篩分，取直徑大于23 mm而小于25 mm的焦塊，去掉片狀焦和條狀焦后混勻，采用四分法將試樣縮分，每份不少于220 g，備用[2]。

2.2.2 該試驗采用的鈍化劑為白色粉末狀，水分約為0.2%，常溫下物質(zhì)特征穩(wěn)定且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。以鈍化劑為溶質(zhì)，將其均勻地溶解在70℃左右的熱水中，配制成濃度比例分別為2.0%、3.5%和5.0%的溶液，備用。

2.3 測定設(shè)備及方法

2.3.1 實驗室及設(shè)備均采用天鐵中心化驗室的測試裝置，KF-200型焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度測定裝置一套，包括高溫反應(yīng)電爐系統(tǒng)、Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓、計數(shù)控制系統(tǒng)、干燥箱、天平、氮氣和二氧化碳供氣系統(tǒng)、系列圓孔篩分等。

2.3.2引用標準：（GB/T4000—1996）焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法。

2.4 鈍化劑的噴灑時間

實驗過程將鈍化劑溶液均勻地噴灑在焦炭表面，該方法屬于液態(tài)附著法，操作簡單，但是鈍化劑的噴灑時間不同，具體操作如下。

噴灑時間Ⅰ：將縮分后的試樣先放入干燥箱內(nèi)，在（175±5）℃溫度下烘干2 h，取出冷卻至室溫，再噴灑鈍化劑溶液，靜置5 min。

噴灑時間Ⅱ：先將鈍化劑溶液均勻地噴灑在焦炭表面，靜置5 min后放入干燥箱，在（175±5）℃溫度下烘干2 h，冷卻到室溫。

3 試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

3.1 試驗數(shù)據(jù)

3.1.1 實驗室配制鈍化劑的濃度比例分別為2.0%、3.5%和5.0%，采取兩種噴灑時間分別作用在自產(chǎn)焦炭和金牛焦炭上，按照試驗需要將制備好的試樣稱?。?00±0.5）g，標記原始焦炭名稱、質(zhì)量和該試樣所用鈍化劑的濃度及噴灑時間，按照實驗操作流程，將試樣參照GB/T4000—1996焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法的標準和要求進行試驗，然后與其空白作對比，探究鈍化劑對天鐵高爐生產(chǎn)所需焦炭的鈍化效果。

3.1.2 實驗室模擬高爐環(huán)境共進行了10組試驗，當(dāng)反應(yīng)溫度為400℃時，試樣在N2的保護下逐漸升溫，流量為0.05 m3/h，溫度達到1 100℃時反應(yīng)氣體為高純CO2（純度達99.999%），流量為0.36 m3/h，通氣時間為2 h，反應(yīng)后試樣離開高溫爐，在N2的保護下冷卻到100℃以下，流量為0.12 m3/h。每組反應(yīng)后試樣篩分、稱量并記錄，計算焦炭反應(yīng)性（CRI）和反應(yīng)后強度（CSR），具體數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。

表1 實驗室焦炭鈍化試驗數(shù)據(jù)

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 鈍化劑濃度對焦炭熱性能的影響

（1）以鈍化劑濃度為橫坐標，焦炭熱性質(zhì)為縱坐標，對兩種強度焦炭的鈍化效果分別作圖，見圖1、圖2。

圖1 鈍化劑濃度對自產(chǎn)焦炭熱性能的影響

圖2 鈍化劑濃度對金牛焦炭熱性能的影響

（2）由圖可知，鈍化劑溶液濃度的增加可有效地降低焦炭反應(yīng)性和提高反應(yīng)后強度。對于天鐵自產(chǎn)焦炭，其反應(yīng)性（CRI）降幅很大，達到了5.5%；熱強度（CSR）最大上升了9.3%。因為隨著鈍化劑溶液濃度的增加，滲透到焦炭孔隙的鈍化劑顆粒增多，同時鈍化劑隨著焦炭進入爐內(nèi)，在高溫條件下脫水結(jié)晶，形成屏蔽保護膜吸附在焦炭表面，阻止了焦炭與二氧化碳反應(yīng)的進行，從而改善了焦炭的熱性能。

（3）但是對于自產(chǎn)焦炭（如圖1所示），鈍化劑的濃度由3.5%提高到5.0%時，曲線變化相對平緩，說明鈍化效果減弱。因為在濃度為3.5%時，鈍化劑顆粒已填滿了大部分的焦炭孔隙并已形成了致密的保護膜，所以再增加鈍化劑濃度，鈍化效果明顯降低。對于金牛焦炭（如圖2所示），其曲線的轉(zhuǎn)折點為鈍化劑濃度為2.0%左右，此時鈍化劑處于飽和狀態(tài)，同理說明該濃度達到最佳鈍化效果。

（4）雖然濃度在5.0%時，焦炭強度有所提高，但是隨著鈍化劑濃度的增大，焦炭的灰分會隨著增加，高爐煉鐵的焦比相應(yīng)就會升高。所以從高爐冶煉整體經(jīng)濟效益來考慮，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，自產(chǎn)焦炭最佳的鈍化劑濃度為3.5%左右，金牛焦炭最佳鈍化劑濃度為2.0%左右。

3.2.2焦炭強度對焦炭熱性能的影響

由表1和以上結(jié)果可知，焦炭本身的強度對鈍化效果也有明顯地影響，見圖3。

圖3 焦炭強度對焦炭熱性能的影響

（1）以噴灑Ⅰ的方式將鈍化劑濃度為3.5%的溶液作用在焦炭上，自產(chǎn)焦炭的鈍化效果最為明顯，反應(yīng)性降低了5.1%，強度升高了7.8%；其次為金牛焦炭，反應(yīng)性降低2.7%，反應(yīng)后強度提高了5.7%，說明焦炭鈍化技術(shù)對改善劣質(zhì)焦炭的熱性能效果比較明顯。

（2）這是因為焦炭屬于碳質(zhì)多孔體，強度不同的焦炭，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成也不同。當(dāng)噴灑鈍化劑后，強度差的焦炭結(jié)構(gòu)疏松，氣孔多，需要填充較多的鈍化劑才能有效地阻斷和減緩焦炭和二氧化碳的反應(yīng)及二氧化碳向焦炭內(nèi)部的擴散；對于優(yōu)質(zhì)焦炭，其結(jié)構(gòu)致密，孔隙低，只需較少的鈍化劑濃度就能達到溶解飽和，所以鈍化效果相對較差，同理所需鈍化劑的濃度較低。

3.2.3 鈍化劑噴灑時間對焦炭熱性能的影響

實驗室模擬高爐環(huán)境，探究鈍化劑的最佳噴灑時間，以求達到最佳鈍化效果。由表1和圖4可以看出，在鈍化劑溶液濃度為3.5%的作用下，改變鈍化劑的噴灑時間對兩種焦炭分別鈍化后，表示反應(yīng)性（CRI）的柱狀圖差別很小，而表示反應(yīng)后強度（CSR）的兩條線基本吻合，說明鈍化劑的噴灑時間對焦炭鈍化效果沒有影響。

而在生產(chǎn)現(xiàn)場只能在進入高爐料倉前的帶式輸送機上對焦炭噴灑鈍化劑，然后隨著送料系統(tǒng)直接進入高爐生產(chǎn)，所以生產(chǎn)現(xiàn)場采用噴灑Ⅰ的方式更合適。

圖4 鈍化劑噴灑方式對焦炭熱性能的影響

4 結(jié)論

對焦炭噴灑鈍化劑溶液，根據(jù)實驗室試驗探究，分析試驗結(jié)果，得知鈍化劑溶液對焦炭熱態(tài)性能有明顯的改善作用，可使焦炭反應(yīng)性（CRI）顯著降低，反應(yīng)后強度（CSR）明顯增加，通過實驗室試驗得出以下結(jié)果。

4.1 鈍化劑溶液的濃度對焦炭熱性能的影響很明顯。在一定濃度范圍內(nèi)，濃度越大，其作用效果越顯著。從經(jīng)濟效益和試驗結(jié)果可知，自產(chǎn)焦炭的最佳鈍化劑濃度為3.5%，金牛焦炭的最佳鈍化劑濃度為2.0%左右。

4.2 鈍化劑對不同強度焦炭熱性能的改善程度是不同的。由于焦炭本身的結(jié)構(gòu)不同，對劣質(zhì)焦炭的熱性能改善作用明顯。

4.3 鈍化劑的噴灑時間對焦炭熱性能沒有影響。由于噴灑Ⅰ的方式更貼近現(xiàn)場生產(chǎn)條件，結(jié)合高爐環(huán)境，生產(chǎn)中宜采用噴灑Ⅰ的方式。

[1]胡新亮.鈍化焦炭在濟鋼高爐的應(yīng)用[J].煉鐵，2004（3）：50-51.

[2]GB/T 4000—1996，焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法[S].

Discussion on Trail of Tiantie Coke Passivation

Liang Caifeng

In order to raise coke quality and improve coke thermal reactivity and strength after reaction,passivator solutions with different concentration were sprayed on the surface of cokes with two different strengths in different time.Trails and discussion on coke thermal qualities were made.Trail results showed passivator concentration and coke quality influenced greatly on coke thermal property while passivator spraying time did not.

coke,passivator,spray,time,reactivity,strength

（收稿 2011－10－10責(zé)編崔建華）

梁彩鳳，2007年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)冶金工程專業(yè)，現(xiàn)在天鐵集團技術(shù)中心從事化學(xué)分析工作。