基于炼焦煤特性的高反应性焦炭制备研究

炼焦煤在冶金工业中作为重要原料,通过炼焦过程转化为焦炭,进而用于高炉冶炼等过程。本文研究了炼焦煤挥发分特性与焦炭反应性之间的关联,探讨了影响高反应性焦炭制备的因素,并系统地介绍了高反应性焦炭的制备方法与工艺。通过实验分析和综合性探讨,揭示了炼焦煤特性与高反应性焦炭制备的内在联系,为冶金工业中高效焦炭应用提供了理论依据和实践指导。

基于炼焦煤特性的高反应性焦炭制备研究

高反应性焦炭制备是目前高炉减碳的重要基础,但因焦炭反应性(CRI)与反应后强度(CSR)属于异向指标,其相互反向作用机制制约对焦炭CRI的调控。将聚类分析应用于高反应性焦炭的原料煤优选过程,从炼焦煤或焦炭的质量指标标准化、炼焦煤相似性度量、炼焦煤聚类数的确定以及聚类分析辅助软件等方面阐述炼焦煤应用性细化分类方法。基于现代数学聚类分析方法在对炼焦煤焦炭特性指标细化分组基础上,通过优化配比并强化焦炭CSR/CRI比值提升,对焦炭质量指标进行差异性分析,以期深化CSR/CRI热性能参数比对焦炭CSR的影响规律。结果表明:针对不同煤质特性的29种炼焦煤,采用炼焦煤与焦炭的质量聚类分析优化分组方法,可优化出主选炼焦煤的5号配煤方案和8号配煤方案,在焦炭CSR稳定基础上,其所得焦炭的反应性CRI较原生产方案分别提高4.6个百分点3.9个百分点;将炼焦煤焦炭的CSR和CRI比值作为炼焦煤选择的重要参数,在焦炭反应性接近的情况下,CSR/CRI比值高的炼焦煤可同时提高焦炭反应性和焦炭反应后强度;结合焦炭机械强度、热性质指标分组结果、CSR和CRI比值可得到炼焦煤选择和配用的等级,焦炭CRI较高、CSR较低的炼焦煤可作为提高焦炭反应性的主要炼焦煤,焦炭CRI较低、CSR较高的炼焦煤可将其用以改善焦炭反应后强度的辅助炼焦煤。

钢渣基高反应性焦炭气孔结构的溶损演化行为

在工业配合煤中添加1%钢渣制备高反应性焦炭,采用低温氮气吸附法分析高反应性焦炭(HRC)和普通焦炭(BC)在1100℃下溶损不同比率碳素(5%~50%)后焦炭的气孔结构,并结合分形理论研究焦炭溶损反应过程中孔结构的演化特性。结果表明,随着碳素的溶损,HRC的吸脱附曲线的变化幅度比BC的大,吸附等温线由Ⅰ型向Ⅱ型的转变较晚;焦炭的比表面积和微孔孔容随碳素的溶损先增大后减小、总孔容逐渐增大,而HRC的比表面积增率(ΔSBET/Δx)比BC的大,孔径分布也相对较宽;HRC的分形维数D1和D2随碳素溶损而变化趋势与BC的有较大差异。这说明高反应性焦炭中的钢渣通过增加了焦炭表面上活性点影响焦炭溶损过程中气孔结构的演化行为。

焦炭搭配对高炉块状带含铁炉料还原的影响

为了探索高、低反应性焦炭搭配对高炉块状带含铁炉料还原的影响,通过模拟高炉块状带温度场和气体成分条件,研究了搭配不同比例的高反应性焦炭对含铁炉料静态还原的影响规律。结果表明,在温度为900℃和CO体积分数为32.5%的条件下,随着高反应性焦炭比例的增加,料层中Boudouard反应的发展程度加剧,固体物料温度降低。当高反应性焦炭质量配比为50%时,含铁炉料还原度提高9.13%。因此,高、低反应性焦炭的合理搭配有望能降低高炉冶炼的能耗。

高炉低碳炼铁分析

从分析目前高炉炼铁碳消耗的本质出发,针对给定的原燃料条件,利用模型计算分析了当前主要低碳炼铁途径的节碳潜力。结果表明:对于普通高炉而言,间接还原达到平衡时的煤气利用率为56.99%,降低燃料比28.37kg/t。氧气高炉炉顶煤气完全循环利用条件下,最低燃料比为385.6kg/t。喷吹焦炉煤气可以降低燃料比,每增加10m3喷吹量,可降低焦比5.0kg/t左右;此外喷吹量存在极值,随着富氧率提高,获得最低燃料比的喷吹量增大,且最低燃料比降低。最佳喷吹条件为富氧率6%～8%,喷吹量160～180m3/t,可节约焦比53～54kg/t。使用高反应性焦炭可以降低热储备区温度,使间接还原平衡时CO浓度降低,平衡CO浓度从70%～60%,每降低2.5%,理论上可降低燃料消耗10.3～12.2kg/t,且降低幅度逐渐减小。

兼顾成本和顺行时高炉燃料结构优化的探讨

在兼顾资源、成本和顺行的多重条件下，本文通过分析高炉内燃料消耗行为、不同位置还原剂种类和透气性限制环节等，提出与入炉矿混装少量高反应性焦炭或无烟块煤的方式，同时适当降低喷煤比，实现燃料结构优化，取得降低燃料比和燃料成本的效果。