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焦炭热反应性试验误差的分析


  2005 年   月                                           12 河 南 冶 金 Dec.   2005 第 13 卷   6 期               HENAN METALLURGY                  第 Vol. 13   6 No.

焦炭热反应性试验误差的分析
李凤霞

  周淑珍   申海根   曹战钊 ①
( 安阳钢铁集团有限责任公司)

摘要   通过对焦炭反应性和反应后强度试验数据以及常见现象的分析 ,结果表明 : 通过控制焦炭粒度 、 密度 、 反应 温度 、 时间和 CO2 流速等因素 ,可以使试验结果更准确 。 关键词   热态性能   影响因素   控制

THE ANALYSIS ABOUT THE TEST ERROR OF CO KE IN THE HEAT CONDITION
Li Fengxia   Zhou Shuzhen   Shen Haigen   Cao Zhanzhao (Anyang Iron & Steel Group Co. ,Ltd) ABSTRACTBy   analysis to the function of coke heat reaction and the relaxation and the relaxation length test data and the the common appearances ,Results show that we should take the measures to control the granularity ,consistency ,temperature ,time and the veloclity ratio of CO2 , So that we can ensure that the test result is ture and exact KEY WORDS   thermal property   effect factor   control

  焦炭在高炉中发挥供热 、 还原剂 、 骨架 、 渗碳等 作用 ,是高炉冶炼所必须的原料之一 。焦炭的反应 性 ( CRI) 和反应后强度 ( CSR) 是焦炭热态性能的一 项常用指标 , 如果 CO2 对焦炭的气化反应加剧 , 焦 炭的粒度迅速减小和粉化 ,将会使焦比升高 ,料柱特 别是软熔带以下区域的透气性降低甚至恶化 。因 此 ,降低焦炭的气化反应程度 ,抑制焦炭的熔损是保 证冶炼过程的顺利进行 ; 延长高炉的使用寿命 ; 降低 成本的重要措施 。我们的试验工作任务就是模拟焦 炭在高炉内的变化过程 ,考察焦炭的高温性能 ,为焦 化厂提高焦炭质量提供可靠的数据指导 。
1  试验部分 1. 1   试验条件

试样质量为 200 ± 5g 。 0.
1. 3   测定方法 1) 焦炭反应性 ( CRI) 。把焦炭试样置于反应器

中 ,放入电炉恒温区内 , 在 1100 ℃ 时与 CO2 反应 2h 后 ,以损失的焦炭质量占反应前焦炭总质量的百分 数表示 : m2m1    ( %) = CRI × 100 m 式中 :m —— — 焦炭试样质量 ,g ; m1 —— — 反应后残留焦炭质量 ,g 。 式中 : m2 —— — 转鼓后大于 10mm 粒级的焦炭质量 。
1. 4   试验方案

2) 反应后强度 ( CSR) 。将反应后焦炭全部装入 I

该反应所用仪器是鞍山科翔的 KF — 2000 型测 定仪 , 高 温 反 应 炉 采 用 碳 棒 加 热 , 恒 温 区 长 约
150mm ,炉室严密 , 保温良好 。控温采用 TCW — 32B

型智能温控仪 。反应气 CO2 ,保护气 N2 ,具体操作条 件见表 1 :
表1  反应的操作条件
操作温度Π ℃ 室温~400 400~1100 恒温 :1100 时间Π
min 30 60 1200

1. 2   试样来源

采用安钢焦化厂老炼焦和三炼焦生产样 , 入炉

① 联系人 : 李凤霞 ,助理工程师 ,河南 . 安阳 (455004) ,安阳钢铁集团有限责任公司质量监督部 ;   收稿日期 :2005 — — 9 16

? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

氮气流量Π LΠ min
0 0 018

二氧化碳流量Π LΠ min
0 0 5

2  试验结果及分析

2. 1   粒度对试验的影响

型转鼓中 ,以 20rΠ 的转速转 600r ,转鼓后大于 10mm min 粒级焦炭占反应后残余焦炭的质量百分数表示 : m2    CSR ( %) = × 100 m1 在其他条件一定时 , 分别考察粒度 、 密度 、 反应 温度 、 、 2 流速对结果的影响 。 时间 CO 制样 方 法 影 响 焦 炭 粒 度 。该 试 验 最 早 采 用 G B4000 — 规定的人工调治焦球的制样方法 , 将焦 83 块用小锤砸制成焦球 , 使之通过模具上的小孔 。这 样制成的焦球形状 、 大小都很相似 , 即粒度几乎一
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?26 ?

河                       2005 年第 6 期   南 冶 金

样 ,试验结果有较好的重复性 。但这种制样方法因 为消耗工时太多 , 逐渐被现在的方法所取代 。G Π B T4000 — 1996 规 定 : 破 碎 后 的 焦 炭 用 Φ21mm 和 Φ25mm 的圆孔筛筛分 ,取 Φ21mm 筛上物 ,去掉片状 焦和 条 状 焦 , 在 I 型 转 鼓 中 转 50r , 取 出 后 再 用 Φ21mm 圆孔筛筛分 ,取筛上物烘干后作为试样 。这 种方法比较科学 , 简单易行 。缺点是焦块形状不规 则 ,粒度存在差别 。对 2005 年 5 月 6 日三炼焦焦炭 进行重复性试验 ,结果见表 2 :
表2  粒度对试验结果的影响
粒数Π个
48 50 52 53 54 56 CRIΠ % 26. 33 27. 02 28. 25 28. 30 28. 46 29. 46

该试验仪器有自动和手动两种操作模式 , 选择 自动时 ,因仪器各参数都已经过严格设定 ,气体切换 时间控制准确 ,对试验无不良影响 。选择手动时 ,当 料层温度达到 400 ℃, 必须通上 N2 , 防止焦炭烧损 , 使 CRI 偏高 , 料层中心温度达到 1100 ℃, 快速把 N2 气切换成 CO2 ,保证反应时间为 2h , 反应时间越长 , 焦炭熔损越严重 。 2. 5   2 流速的影响 CO 流速越大 , 参与反应的 CO2 越多 , 反应程度越 深 。影响流速的原因主要有 : 第一 ,连接气路所用的 乳胶管老化 , 粘结或断裂 , 造成堵塞或漏气 。第二 , CO2 在使用时易降温结成 CO2 固体 ( 干冰 ) , 难以到 达料层 ,必须及时打开红外线灯预热瓶口处 。此外 , 浓 H2 SO4 和无水 CaCl2 的干燥能力有一定限度 , 使 用一段时间后 ,干燥能力变弱 ,最终失效 。得不到净 化的 CO2 纯度降低 , 相同时间 , 相同流速下参与反 应的 CO2 减少 ,造成 CRI 偏低 ,CSR 偏高 。
3  结论 1) 在对 5 月 6 日三炼焦焦炭的重复性试验中 ,焦

编号
1 2 3 4 5 6

   由表 2 可以看出 ,由于试样粒度逐渐减小 ,质量 一定 ,粒数则逐渐增多 , 总体试样的比表面积增大 , 与 CO2 的接触面积也相应增大 , 在规定时间内 , 焦

炭的碳熔反应加剧 ,测试结果反应性逐渐升高 ,反应 后强度逐渐降低 。 2. 2   密度对试验结果的影响

焦炭的密度和它的孔孢结构有关 ,密度越小 ,气孔 率越大 ,焦炭的结构越疏松 ,CO2 对气孔壁 (焦质) 的破 坏越强烈。表 3 是 2005 年 5 月 18 日和 5 月 21 日四个 焦炭的重复性试验 ,但在试样的处理上有区别。
表3  密度对试验的影响
CRIΠ % 28. 60 25. 84 25. 00 30. 00

试样编号

5 — ( 三炼焦) 18 5 — ( 老炼焦) 18 5 — ( 三炼焦) 21 5 — ( 万吨仓) 21

由表 3 可以看出 , 未经挑选的试样 , 因含有炉头焦 、 泡焦 、 等结构疏松的焦块 , 与 CO2 的气化反应程度

更深 ,CRI 偏高 ,CSR 偏低 。 2. 3   反应温度的影响

反应器底部铺设了一层高铝球 ,用来调节焦炭试 样在电炉中所处的位置 ,如果焦炭不在电炉的恒温 区 ,就无法保证在 1100 ± ℃ 5 的氛围中发生气化反应 , 温度越高 ,反应越剧烈 ,导致测试结果出现误差。 2. 4   时间的影响
( 上接第 54 页)       源及初投资较大的缺点 ,

但还是一种推广价值很高的新型除氧方式 。 8  参考文献

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试样经过挑选 CSRΠ %
59. 80 60. 87 64. 90 60. 60

CRIΠ % 30. 37 27. 87 27. 62 30. 53

试样未经挑选 CSRΠ %
57. 90 55. 61 63. 35 56. 55

CSRΠ % 64. 06 63. 31 61. 60 61. 02 60. 14 59. 94

粒数 量 从 48 到 56 , 试 验 结 果 的 重 复 性 , CRI : r = 3. 13 % ,CSR :r = 4. 12 % ,与国标要求的 CRI :r = 2. 4 % , CSR :r = 3. 2 %有一定差距。参照人工调治焦球的方 法 ,该试样宜控制在 52 或 53 个。但不同变质程度的 煤所得焦炭结构不同 ,焦炭粒数可以有差别。 2) 焦炭的孔孢结构决定它的高温性能 , 热反应 性试验的误差大小跟试样中多孔性焦炭的含量有 关 。因此 ,试验前应弃去炉头焦 、 泡焦等 。 3) 因为高铝球的堆积密度受外力作用会发生改 变 ,可能每一次的填充高度并不相同 ,装样前须经过 测量和调整 ( 高度为 100mm) , 保证焦炭处于电炉恒 温区 。 4) 焦炭的反应性和反应后强度之间具有一定的 相关关系 ,反应性越高 ,反应后强度越低 。 5) 本试验模拟的是焦炭在理想状态下的气化反 应 ,实际上 ,焦炭在高炉中还要受碱金属 , 高温热力 作用等多种因素的影响 ,是一个很复杂的变化过程 。 4  参考文献
[ 1 ]  G Π B 4000 — 1996 焦炭反应性及反应后强度测定方法 . [2]   成兰伯 . 高炉炼铁工艺及计算 . 北京 : 冶金工业出版社 ,1998. 81

~92.

[1]   航天工业部第七设计研究院编 . 工业锅炉房设计手册 . 北京 : 中国建筑工业出版社 ,1986. 225~251. [2]   姚文涛 . 一种新型节能环保除氧方式 —— — 催化加氢除氧 . 节能 技术 ,1999 (3) :25~26.

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