焦炭的高溫反應(yīng)爐實(shí)驗(yàn)分析

王東梅

（酒鋼集團(tuán)技術(shù)中心，甘肅　嘉峪關(guān)　735100）

焦炭的高溫反應(yīng)爐實(shí)驗(yàn)分析

王東梅

（酒鋼集團(tuán)技術(shù)中心，甘肅嘉峪關(guān)735100）

本實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)比國(guó)標(biāo)法、高溫反應(yīng)爐兩種不同實(shí)驗(yàn)方式下焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度的變化情況，通過(guò)焦炭加堿進(jìn)入高溫反應(yīng)爐后，模擬焦炭進(jìn)入高爐后的反應(yīng)情況，測(cè)定焦炭熱強(qiáng)度，調(diào)整配煤結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)煉焦生產(chǎn)。

高溫反應(yīng)爐；焦炭熱強(qiáng)度；焦炭質(zhì)量

高溫反應(yīng)爐是一套模擬焦炭在高爐軟融帶進(jìn)行碳溶反應(yīng)的設(shè)備，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果可作為進(jìn)入高爐前焦炭質(zhì)量指標(biāo)的參考［1～4］。由于目前用以表征焦炭質(zhì)量的指標(biāo)，如焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度對(duì)焦炭在高爐中的反應(yīng)模擬性存在一定局限性，故采用高溫反應(yīng)爐設(shè)備，對(duì)比在相應(yīng)操作制度下焦炭反應(yīng)與焦炭經(jīng)過(guò)高爐后風(fēng)口焦與入爐焦的差異，指導(dǎo)煉焦生產(chǎn)。

高溫反應(yīng)爐爐體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示［5］，它的爐體分三段，最底下一段是料倉(cāng)，上面兩段爐體組合起來(lái)是工作區(qū)。爐體最中心是爐管，進(jìn)行反應(yīng)的焦炭就裝在其中，其外部是爐膛管，再外層是保溫層。大型高溫反應(yīng)爐一般使用終溫為1360℃，最高可使用到1500℃，可模擬考察高爐滴落帶處熱因素對(duì)焦炭劣化的影響，料倉(cāng)周圍有水夾套，卸料后可快速將樣品進(jìn)行冷卻。

圖1　高溫反應(yīng)爐示意圖

高溫反應(yīng)爐設(shè)備特點(diǎn)如下：反應(yīng)終溫1360℃，最高可使用到1500℃，比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的焦炭反應(yīng)性測(cè)定方法溫度高，這更接近高爐內(nèi)的實(shí)際情況；一次加樣量大，可達(dá)1kg或更多，這一點(diǎn)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的每次200g樣品具有更好的代表性，而且可檢測(cè)的反應(yīng)后指標(biāo)多；焦炭可進(jìn)行加堿和不加堿的試驗(yàn)，這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)閲?guó)標(biāo)測(cè)法不加堿，無(wú)法真實(shí)反映出高爐內(nèi)循環(huán)堿對(duì)焦炭劣化的影響；反應(yīng)氣體CO2的濃度是參照高爐不同溫度區(qū)間的CO2濃度來(lái)調(diào)配，而國(guó)標(biāo)反應(yīng)性的測(cè)定中的CO2濃度為100%。

1　試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

本次實(shí)驗(yàn)焦炭，分別按照國(guó)標(biāo)反應(yīng)性測(cè)定方法和高溫反應(yīng)爐設(shè)備測(cè)定焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，查找焦炭國(guó)標(biāo)法測(cè)定的熱強(qiáng)度數(shù)據(jù)與經(jīng)過(guò)高溫反應(yīng)爐設(shè)備實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性，調(diào)整配煤結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)煉焦生產(chǎn)，為酒鋼今后煤資源發(fā)展方向提供技術(shù)支持。

2　試驗(yàn)方案

本次實(shí)驗(yàn)樣品均來(lái)自40kg小焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)樣，主要是考慮焦炭質(zhì)量能有梯度變化。取樣時(shí)挑選色澤好，塊度均勻，孔隙均勻，大塊焦炭較少，裂紋少的焦炭。此次實(shí)驗(yàn)共4個(gè)焦炭樣，是按照以往試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，采取不同配比的40kg小焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)焦炭，按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行取樣、制樣見(jiàn)表1。

3　試驗(yàn)過(guò)程

3.1焦炭制樣

常規(guī)焦炭反應(yīng)性測(cè)定制樣按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行。

高溫反應(yīng)爐焦炭反應(yīng)性實(shí)驗(yàn)的樣品粒度規(guī)定為25～20mm。焦樣按規(guī)定粒度制備好后應(yīng)放入I轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)，以去除部分棱角。轉(zhuǎn)好后的焦樣用20mm圓孔篩篩掉小于20mm的焦樣，剩余焦樣放入烘箱烘干，一般在120℃烘2h即可。烘干后取出冷卻至室溫，稱重，每份1000g，放入干燥器待用。

如果要制得加堿樣品，需將按上述步驟稱好的

1000g樣品放入配制好的K2CO3溶液中浸泡10min，浸泡時(shí)應(yīng)不停攪動(dòng)溶液，以利于堿液盡快進(jìn)入焦樣內(nèi)部。如果需要提高加堿量較高，應(yīng)延長(zhǎng)浸泡時(shí)間，增加堿液濃度。

表1　實(shí)驗(yàn)方案

3.2實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)分為兩部分，一部分是制樣合格焦炭按照國(guó)標(biāo)焦炭反應(yīng)性測(cè)定步驟進(jìn)行；另一部分焦炭按照高溫反應(yīng)爐測(cè)定步驟進(jìn)行，其具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：制樣合格焦炭放入反應(yīng)管中，在400℃時(shí)通N2進(jìn)行保護(hù)，在760℃時(shí)與CO2進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)至1360℃，并在此溫度下保持20min，取出反應(yīng)后的焦炭進(jìn)行反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度測(cè)定。

4　試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

表2是4組焦炭在不同條件下的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并且分別進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，計(jì)算了差值。

表2　不同樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 4組焦炭樣品不同條件下測(cè)定的反應(yīng)性

圖3 4組焦炭樣品不同條件下測(cè)定的反應(yīng)后強(qiáng)度

圖2和圖3分別是4組焦炭在不同條件下測(cè)定的焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度。從圖中可以看出：1-4#焦炭樣品反應(yīng)性呈階梯變化；加堿后反應(yīng)性增大；加堿后反應(yīng)后強(qiáng)度降低。

1）通過(guò)國(guó)標(biāo)法測(cè)定的焦炭強(qiáng)度低于高溫反應(yīng)爐法測(cè)定的焦炭強(qiáng)度。原因分析：在實(shí)際高爐生產(chǎn)中，CO2氣體對(duì)焦炭的作用不是恒定不變的，高溫反應(yīng)爐的實(shí)驗(yàn)過(guò)程更能模擬生產(chǎn)，所以焦炭的的熱強(qiáng)度結(jié)果高于國(guó)標(biāo)測(cè)定法。

2）通過(guò)高溫反應(yīng)爐實(shí)驗(yàn)，加堿后的焦炭質(zhì)量下降，其中焦炭反應(yīng)性的增大非常的明顯，2%的加堿平均升高7.8個(gè)百分點(diǎn)，3%的加堿平均升高9.5個(gè)百分點(diǎn)；焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度的降低變化一般，2%的加堿平均降低3.2個(gè)百分點(diǎn)，3%的加堿平均降低3.8個(gè)百分點(diǎn)。結(jié)果表明，焦炭熱反應(yīng)性受堿金屬影響明顯，但是2%的加堿和3%加堿對(duì)焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度影響趨勢(shì)變緩。

3）通過(guò)高溫反應(yīng)爐實(shí)驗(yàn)表明，熱強(qiáng)度好的1#焦炭和熱強(qiáng)度差的4#焦炭在加堿后的焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度變化要大于熱強(qiáng)度中等的2#和3#焦炭。能否說(shuō)明焦炭熱反應(yīng)性在一定范圍內(nèi)的焦炭在加堿后反應(yīng)后強(qiáng)度變化不突出，還需更多的試驗(yàn)證明。

5　結(jié)論及建議

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，由于焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度受加堿的影響變化不明顯，所以調(diào)整生產(chǎn)配煤結(jié)構(gòu)時(shí)，降低主焦煤的用量，更多的考慮節(jié)約成本。

［1］張磊.探討現(xiàn)行高爐焦炭質(zhì)量指標(biāo)模擬性的積極意義［J］.鋼鐵，2000，35（2）.

［2］趙斌.模擬焦炭在高爐軟融帶碳溶反應(yīng)的研究［J］.鞍山科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，26（1）.

［3］王京.酒鋼焦炭抗堿性及降低灰硫研究［J］.燃料與化工，2004，05.

［4］張亮.模擬焦炭在高爐內(nèi)碳溶反應(yīng)條件的研究［J］.學(xué)位論文，1998.

［5］邸紅.高溫反應(yīng)爐的研制及其應(yīng)用［J］.燃料與化工，1997，06.

TQ523.4