唐鋼焦炭冶金性能

董國強，范蘭濤，方覺，于樹海

(1.河北理工大學冶金與能源學院，河北唐山 063009;2.唐山鋼鐵股份公司煉鐵廠，河北唐山 063000)

0 引言

鐵礦石價格的持續(xù)上漲，鋼材價格的大幅下跌，給鋼鐵企業(yè)的經(jīng)營帶來了巨大的壓力，只有不斷的降低成本企業(yè)才能有生存空間。就煉鐵工序而言焦比的降低，燃料比的下降對于成本降低有著重要意義。焦比降低，燃料比下降意味著焦炭內部碳的溶損增高，必然導致焦炭抗壓能力的下降。使得高爐料柱透氣性變壞，最終影響高爐順行［1］。焦炭強度，特別是反應后的熱強度為進一步降低焦比的限制性因素。

目前唐鋼焦炭的檢驗方法主要是冷強度及熱轉鼓強度，該方法均不能精確反映高爐內的實際條件。真正有意義的參數(shù)是焦炭反應至一定程度后在真實溫度下的抗壓強度［2］。本實驗采用可調氣氛高溫抗壓實驗機來克服常規(guī)檢驗的不足，研究焦炭在實際溫度下的抗壓強度，為焦炭的質量檢驗提供了一種新的方法，檢驗結果可以為高爐操作提供指導。

1 焦炭成份及試驗過程

1.1 選取唐鋼煉鐵廠使用的干熄、水焦、老干混、光大、梗陽和清徐6種代表性焦炭并對其進行常規(guī)檢驗。內容包括:焦炭的工業(yè)分析、灰分析和轉鼓試驗。數(shù)據(jù)如下所示:

表1 焦炭成分及熱強度

1.2 試驗過程及條件

為試驗方便需要，選取易于固定和便于切割的長條狀焦炭。選擇好焦炭樣品后，使用巖石切片機將選好的焦炭切成10～12 mm厚的片狀，用臺鉆配合Φ8 mm的金剛砂空心鉆頭在焦炭片上鉆取焦芯，所得圓柱形焦芯即為實驗試樣。

以上工作完成后進行初選，拋棄形狀不合格或存在宏觀裂紋的樣品

1.2.1 脫碳

將已經(jīng)制好的圓柱體焦炭進行脫碳，得到失碳率分別為0、10%、20%、30%和40%左右的焦樣。

利用KSJ高溫加熱爐進行脫碳實驗。脫碳劑使用CO2，自高溫爐下部通入。CO2在上升過程中接觸焦炭時與碳素發(fā)生反應，消耗碳素，生成CO，達到脫碳的目的。在加熱爐上部放置一個電子熱天平，用以衡量焦炭被氧化所失去的碳量，該電子熱天平可以精確到0.001克。KSJ高溫加熱爐結構如圖1所示。

圖1 KSJ高溫加熱爐

1.2.2 高溫抗壓強度實驗

利用可調氣氛高溫抗壓試驗機模擬高爐反應條件，研究焦炭在實際條件下的高溫抗壓強度。該實驗機可在還原性、中性或氧化性氣氛下連續(xù)測量10個試樣，最高使用溫度為1500℃，短期可達1600℃?？烧{氣氛高溫抗壓試驗機如下圖所示:

圖2 可調氣氛高溫抗壓試驗機

測定上述脫碳實驗中不同失碳率焦炭試樣在不同溫度下的一系列抗壓強度(每一溫度條件下測定5～10組抗壓強度，求其平均值)，實驗溫度分別為常溫、500℃、800℃、1000℃、1100℃和1200℃?？箟涸囼炃昂蟮慕固吭嚇尤缦聢D示。

圖3 脫碳后的焦炭試樣

圖4 壓碎后的焦炭試樣

2 試驗數(shù)據(jù)及分析

2.1 試驗數(shù)據(jù)

為了研究不同焦炭在高爐內冶金性能的優(yōu)劣，分別測定6種焦炭在30℃、800℃、1100℃等溫度下的抗壓試驗數(shù)據(jù)。測定結果如表2所示。

表2 在30℃溫度下焦炭抗壓試驗數(shù)據(jù)

表3 在800℃溫度下焦炭抗壓試驗數(shù)據(jù)

表4 在1100℃溫度下焦炭抗壓試驗數(shù)據(jù)

2.2 數(shù)據(jù)分析及結論

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可得出唐鋼所用6種焦炭在溫度為30℃條件下，不同失碳率對應的焦炭強度關系。

圖5 在30℃條件下不同失碳率對應的焦炭強度

從圖中我們可以看出，在溫度相同條件下隨著失碳率的提高，光大焦強度下降速度最快從剛開始的29.25MPa下降到2.63MPa。從起始強度最高到失碳率超過20%時的最低，強度急劇降低在高爐內會導致焦炭破損的加劇，造成高爐透氣透液性變差。在30℃條件下老干混強度降低最少，梗陽次之。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可得出唐鋼所用6種焦炭在溫度為800℃條件下，不同失碳率對應的焦炭強度關系。

圖6 在溫度為800℃條件下不同失碳率對應的焦炭強度

在800℃條件下清徐焦性能最優(yōu)，強度最高。梗陽焦性能優(yōu)良，強度變化最小。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)可得出唐鋼所用6種焦炭在溫度為1100℃條件下，不同失碳率對應的焦炭強度關系。

圖7 在溫度為1100℃條件下不同失碳率對應的焦炭強度

在1100℃條件下清徐焦性能最優(yōu)，梗陽焦在失碳率超過30%時性能僅次于清徐焦7.8MPa，抗壓強度為 5.59MPa。

3 結論

根據(jù)對唐鋼所用6種焦炭在不同失碳率和溫度條件下的研究發(fā)現(xiàn)，冷態(tài)下強度好的焦炭在高溫和失碳雙重因素影響下性能未必能繼續(xù)保持優(yōu)異如光大焦，在常溫下性能一般的焦炭在高溫和失碳雙重作用下反而性能下降幅度較小，如梗陽焦在800℃和失碳率15%的情況下抗壓強度超過了冷態(tài)強度較好的光大焦。唐鋼六種焦炭冶金性能規(guī)律總結如下:

3.1 在常溫未反應的條件下光大焦冶金性能優(yōu)良，隨著失碳率的提高光大焦抗壓強度急劇下降。即在高爐中高溫條件下強度差。

3.2 水焦，清徐，梗陽在高爐中高溫條件下能保持較高的強度。

3.3 老干混在高爐內高溫和失碳條件下強度比較差。

3.4 干熄焦在高爐內強度一般，可以與其它焦炭搭配使用。

［1］李運勇，唐小平.焦炭強度影響因素研究［J］.煤炭科學技術，2001，29(4):23-27.

［2］方覺，王興艷，郭麗.焦炭高溫抗壓強度研究［J］.鋼鐵，2006，41(5):20-23.