焦炭热性能的探讨与实践.ppt

焦炭热性能的探讨与实践,山西中阳钢铁有限公司 焦化厂 李海燕 武彦鹏,一、概述 关键词 二、焦炭热性能及其在高炉中的作用、挑战 三、存在问题 四、焦炭热性能的影响因素 五、配煤调整与生产实践 六、结论,内 容：,摘要：焦炭的冷态强度是衡量焦炭质量的重要指标，但在高炉的实际生产实践中，焦炭的热态性能对高炉高效运行等方面的影响更为明显，尤其是随着高炉的大型化，更是如此。 关键词： 焦炭热性能 反应性 反应后强度 影响因素 配煤 气孔率 褐煤配比,一、概述 关键词,二、焦炭热性能及其在高炉中的作用、挑战,2.1焦炭热性能 焦炭的热态性能通常用热态反应性CRI和热态强度CSR来表示。 反应性指焦炭与CO2 气体的反应能力。此反应也称为焦炭的气化反应。反应后的焦炭因失碳而产生裂缝, 同时因气孔壁变薄而失去强度。,2.2定义： GBT4000-2008焦炭反应性及反应后强度试验方法 称取一定质量的焦炭试样，置于反应器中，在（11005）时与二氧化碳反应2 h后，以焦炭质量损失的百分数表示焦炭的反应性（CRI） 上述反应后的焦炭经过型转鼓一定转数的试验后，10 mm粒级的焦炭占反应后焦炭的质量百分数表示焦炭的反应后强度（CSR）。,2.3焦炭在高炉中的作用 高炉焦炭在高炉冶炼中的作用非常重要。 发热剂, 它提供铁矿石还原熔化所需的热量; 还原剂, 它提供铁矿石还原所需的还原气体; 料柱骨架, 它对炉料起支撑作用, 并提供一个煤气通过的透气层; 铁中的碳也全部来源于高炉焦炭。 2.4焦炭挑战 中钢公司高炉目前全部配置了富氧喷煤、高顶压技术及高炉大型化（1280m3高炉）。随着富氧喷煤技术的发展, 焦炭的还原剂、发热剂、渗碳的作用已部分被喷吹煤粉所取代。,但是作为料柱骨架,特别是高炉大型化后, 保持料柱在高炉冶炼过程中具有良好的透气性是不能取代的, 而且由于以煤代焦大幅度降低了入炉的焦炭, 其保持强度的能力更加值得关注。 再有,从节能的角度看, 高反应性的焦炭反应开始位置移向高炉上部, 焦炭强度下降幅度增大, 粉末增多导致炉料的透气、透液性变差从而影响到高炉顺行, 能量利用也随着焦炭的气化加剧而变差。 以上这些因素都对焦炭提出了更高的要求, 即要求焦炭有尽可能低的反应性和更高的反应后强度。,3.1 我厂煤源的特点 我厂地处离柳焦煤矿区，本地煤主要以主焦煤JM15、JM25（国标 Vd=1028，G65，Y25）为主。 本地4#、10#原煤煤质： 内灰 内硫 挥发分 G 备注 4# 7.0 0.6 2023.0 90 10# 6.0 1.1 15 80 外购榆林（褐煤）原煤煤质： 榆林 3.0 0.3 35 全灰7,三、我厂存在问题,3.2国内焦炭反应性要求,2004年元旦，60万吨焦炉投产。投产初期及大高炉投运后，焦炭热性能与行业及炼铁要求有差距，表现在CRI偏低，CSR偏高。,3.3存在问题,因此，提高焦炭CRI提上了日程。,4.1 捣固炼焦对焦炭热态性能的影响 为了解捣固对焦炭热性能的影响，在配比不变、基准样堆比重为0.70 t/m3的情况下，通过捣固使入炉煤堆比重分别提高10%、20%、30%炼制焦炭，然后测定所炼焦炭的热性能，试验结果见表1。 由表1可知，由于碳溶反应一般只在大气孔内发生，随着堆比重的提高，生产的焦炭结构越致密，大气孔减少，所以焦炭的热反应性较低，热反应后强度提高，焦炭的热性能得到改善。,四、焦炭热性能的影响因素,4.2 熄焦方法的影响 为了对比不同的熄焦方法对焦炭热性能的影响，进行了多批量焦样的热态性能测定，得到了大量数据： 湿熄焦：CRI 29.5 CSR 59.0%， 干熄焦: CRI 24.3 CSR 64.8% 对 比：CRI -5.2 CSR +5.8 干熄焦的反应性比湿熄焦的要下降5%左右，反应后强度比湿熄焦的也要提高5%左右。 在配比相同且炼焦条件不变的情况下，干熄焦的热性能要比湿熄焦的热性能明显改善。干焦在干熄焦炉内缓慢冷却，相当于在焦炉中延长了闷炉时间，提高其热缩聚作用，并且没有湿法熄焦过程中存在的急剧冷却现象，微裂纹相对较少，同时，在长达34 h的干熄过程中，焦炭之间相互磨损，使其块度均匀，相当于起到了整粒作用，使其强度进一步提高。,4.3 配合煤细度的影响 对同种配合煤进行不同程度的粉碎，焦炭的热性能： 表2 不同细度配合煤对焦炭性能的影响 % 随着配煤细度的增加，焦炭的反应后强度CSR随之改善，反应性CRI也随之下降；但当配煤细度达到85%左右后，随着细度的继续增加，焦炭的热态强度呈劣化趋势，反应性CRI有所增大。,分析： 配煤细度过低时，煤颗粒较大，特别是黏结性差的煤粒度较大，运输及装炉过程中易偏析，且煤中粒度不均衡，导致配煤质量不均匀，引起焦炭内部结构不均一，焦炭强度降低。 细度过高时，煤中的活性成分被细粉碎，不仅降低了黏结煤的活性粒子作用，而且增加了非活性粒子的比表面，使煤料的黏结性下降。并且过细煤料的堆比重下降，导致炼焦过程中煤粒间的熔融程度不充分，所炼焦炭结构不致密，孔隙增多，从而导致焦炭强度下降。,4.4 结焦时间的影响 随着结焦时间的继续延长，焦炭的热态性能仍继续改善，但效果已不明显。这是因为随着结焦时间的延长，焦炭更加成熟，结构更加致密，强度有所提高，在这一点上与干法熄焦的作用有类似之处。 4.5碱金属对焦炭热性能的影响 关于碱金属对焦炭热性能的劣化作用研究比较成熟, 方法多是碱泡或加碱的方式处理后测定其热性能的变化。可以认为, 碱金属的存在形态以K2O 和Na2O 为主, 其对焦炭的劣化机理是: K2O + C = 2 K+ CO K 的存在加速了焦炭中碳的流失, 根据已有的研究成果, 如果焦炭中K2O 提高0.3 % , 那么其CRI 将提高5 %左右。,4.6 配煤结构的影响 为了解煤种及配煤结构对焦炭性能的影响，特制定了不同配比的试验方案，经过20 kg试验焦炉进行了炼焦，并检测了焦炭的冷热态强度，结果见表4、表5。 表4 不同配煤结构对焦炭性能的影响 % 表5见后二页,从试验结果看，纯焦煤炼焦所得焦炭的热性能最好，其次是肥煤。配入气煤的焦炭热性能稍差。所以为了保证焦炭的热性能，应在经济合理的基础上尽量多配焦煤或肥煤。 4.7结 论 捣固炼焦在一定程度上可以提高焦炭的热性能； 配合煤细度对焦炭的热性能有一定影响； 适当延长结焦时间可以改善焦炭的热性能； 干法熄焦可以显著改善焦炭的热性能； 配煤结构及煤质特点对焦炭热性能有根本的影响，在经济合理的基础上尽量多配焦煤或肥煤有助于提高焦炭的热态性能。,5.1配煤调整： 通过以上分析，结合本厂工艺与实际，决定通过调整配煤来实现CRI的变化。即减少焦煤配比，增加低变质程度的高挥发分煤种，从而改变焦炭CRI、CSR。 我厂配煤调整与焦炭质量指标前后对比，见下表5,五、CRI调整与生产实践,5.2调整对比 配入高挥发分的低变质程度煤榆林褐煤，焦炭的CRI、CSR均达到了炼铁的要求：,5.3原因分析： 5.3.1 焦炭微结构与气孔率 焦炭是煤高温干馏的固体产物，是内部结构不均一，具有裂纹和不规则的孔孢结构体（微结构）。 而衡量孔孢结构（气孔数量、气孔直径、气孔壁厚）的指标主要用气孔率（指焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，不同用途的焦炭，对气孔率指标要求不同，一般冶金焦气孔率要求在4045%，出口焦要求在30%左右。 5.3.2气孔率与反应性 焦炭气孔率的增加，增加了焦炭的表面积 ，从而增加了如下反应的机会与反应速度： CO2C2CO 165800kJ,5.3.2.1 气孔率高低于焦炭的反应性有良好的线性关系，如下图：,从上图中可看出，随着气孔率的增加，焦炭反应性增加，反应后强度下降，热性质恶化。,褐煤配比10% 褐煤配比14% ：,5.3.2.2 气孔直观对比：,5.3.3焦炭气孔的生成： 炼焦过程：烟煤在隔绝空气的条件下加热，加热到950-1050，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段，最终形成气、固、液三相产物。 煤在炼焦过程中软化分解，产生胶质体。胶质体有一定粘度，把热分解产生的气体包在里面。随着热分解过程的进行，胶质体内的气体不断产生，当气体的压力，达到一定程度时，一部分气体则冲破胶质体跑出来，没有跑出来的气体则留在胶质体内部或表面上时便留下一个空隙，一旦胶质体固化，这些空隙便成为气孔。,5.3.4 影响焦炭气孔率的因素： （1）胶质体多且流动性好时，胶质体内的气体不易透过，因此气孔率大。例如气煤和肥煤所生成的焦炭的气孔率比焦煤和瘦煤的大。 （2）在胶质状态下，如果从胶质体内析出的气体越多，则气孔率就越大。例如，气煤的焦炭气孔率就比较大。 （3）胶质层厚度越小，气体越容易透过，不容易停留在胶质体内，所以气孔率就越小。 （4）堆密度大，气孔率小，例如，捣固装煤所产生的焦炭或型焦的气孔率就比较小。 结合我公司所属煤炭资源与我厂现有工艺设备现状情况，以主焦煤为主的配煤是不可改变的，也是保证焦炭优异质量的基础。而本地区全部以主焦煤为主，单独炼焦时生成的胶质体热稳定性好，因此，在目前的主焦煤单独炼焦基础上，配入少量高挥发分煤种，以增加透过熔融状态时胶质体的气体数量，进而增加焦炭气孔率，增加焦炭热反应性CRI。,6.1 焦炭热性能指标主要取决于焦炭本身的气孔结构参数，一般来说，气孔率高、大气孔数量多、气孔大小不均匀，气孔壁薄，焦炭与CO2反应时易被CO2侵蚀，气孔壁易被