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【重工機械網(wǎng) 產(chǎn)品新聞】高爐煉鐵對冶金焦炭傳統(tǒng)的認識是要求焦炭反應(yīng)性越來越低，反應(yīng)后強度越來越高。但是隨著高爐的大型化和噴吹煤粉比例的提高，綜合國內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果，焦炭在高爐內(nèi)的四大作用(熱源、還原劑、鐵水滲碳劑和骨架)，除骨架作用外，其他三大作用都需要較好的反應(yīng)活性，也就是說反應(yīng)性高是有益的。而所謂骨架作用，其實質(zhì)是要求反應(yīng)后不產(chǎn)生過量的粉影響透氣和透液性。因此，今天我們有必要重新認識焦炭與CO2的反應(yīng)性。
20世紀主要用反應(yīng)性表達焦炭在高爐抗CO2的氣化溶損能力，反應(yīng)性高、反應(yīng)后強度低對高爐生產(chǎn)不利。進入21世紀，新日鐵提出反應(yīng)性只是表達了焦炭的活性，認為提高反應(yīng)性可以提高高爐反應(yīng)效率，對高爐生產(chǎn)有利。這說明高爐內(nèi)反應(yīng)極其復(fù)雜且是個“黑匣子”，不同時期認識水平不同，認知也會完全相反。
焦炭從常溫入爐，在下降過程中與煤氣進行熱交換，在升至850℃前與CO2的氣化溶損反應(yīng)極少。當(dāng)焦炭在爐內(nèi)繼續(xù)下降而溫度升至850℃~1100℃，開始與CO2產(chǎn)生氣化溶損反應(yīng)時，溫度低，CO2濃度也低，且隨溫度升高，CO2降低，溫度和CO2濃度綜合作用產(chǎn)生的溶損量較低。焦炭進入軟熔帶，溫度升至1100℃~1400℃，爐腹上升的煤氣中幾乎無CO2。軟熔帶主要是直接還原碳耗，其實質(zhì)也是氣化溶損反應(yīng)，只是還原過程中形成的CO2在高溫下完全與碳反應(yīng)又生成CO。也就是說，在此區(qū)域碳與CO2的反應(yīng)速度取決于鐵礦的還原性能，反應(yīng)失重率取決于直接還原度。
在噴吹煤粉的高爐內(nèi)，風(fēng)口噴吹的煤粉并不能完全燃燒，隨噴吹煤粉的性質(zhì)、鼓風(fēng)溫度和富氧率變化，未燃煤粉率有20%~30%的變化。上升的煤氣將未燃煤粉帶上軟熔帶，未燃煤粉粒度小、比表面大，與CO2的反應(yīng)活性是焦炭的2倍~10倍，先于焦炭與CO2發(fā)生氣化反應(yīng)，替代了部分焦炭供直接還原耗碳，保護了焦炭。焦炭下降至風(fēng)口回旋區(qū)，不完全燃燒生成CO。日本的研究結(jié)果表明，高強度(基質(zhì))、高反應(yīng)性有益于抗粉化，改善死料柱的透氣和透液性。
有相關(guān)文獻根據(jù)計算分析提出，鼓風(fēng)條件、噴煤量、煤粉性能等對煤粉燃燒率都有十分顯著的影響，未燃煤粉完全消耗控制了高爐噴煤極限。綜合相關(guān)文獻的參數(shù)，研究者計算了寶鋼集團內(nèi)5座2500m3以上高爐(高爐未燃煤粉率約30%)某個月的碳平衡。結(jié)果表明，不論高爐大小、利用系數(shù)高低、噴吹煤粉多少，當(dāng)直接還原度低于0.4時，焦炭進入風(fēng)口回旋區(qū)前的失重率基本都在20%以內(nèi)。
反應(yīng)溫度。為了研究溫度對反應(yīng)速度及反應(yīng)后強度的影響，研究者選擇了4種性質(zhì)不同的焦炭，采用100%濃度CO2，分別進行了900℃兩小時、1000℃20%失重率、1100℃20%失重率和傳統(tǒng)兩小時的反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗。結(jié)果表明：1100℃的反應(yīng)速度是1000℃反應(yīng)速度的1.5倍~3倍，1000℃的反應(yīng)速度是900℃反應(yīng)速度的3倍左右，表明溫度對焦炭與CO2反應(yīng)的影響十分顯著，900℃時反應(yīng)速度差異不大。不同溫度下，焦炭反應(yīng)后強度與反應(yīng)失重率仍然呈現(xiàn)很好的負線性相關(guān)，與相同溫度下反應(yīng)后強度與反應(yīng)失重率關(guān)系一致，表明溫度對反應(yīng)后強度影響不明顯。
不同焦炭的反應(yīng)后強度與反應(yīng)失重率相關(guān)線斜率不同，反應(yīng)性低的焦炭斜率較反應(yīng)性高的焦炭斜率低，也說明不同溫度下炭質(zhì)不同反應(yīng)模式也不同，反應(yīng)失重率對反應(yīng)后強度影響不同。
(原標(biāo)題：焦炭高爐煉鐵的技術(shù)發(fā)展)
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