高炉内焦炭的劣化行为及其影响因素研究

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作者：

李洋

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摘要：

焦炭作为高炉炼铁过程中的重要原料之一,承担着发热剂,还原剂,渗碳剂和骨架等作用,确保着高炉内炉料的下行和煤气流的上行通畅.焦炭的质量对高炉内炉料的顺行与工艺稳定至关重要,由于高炉是密闭的高温反应器,焦炭在高炉内自上而下参与复杂的化学反应,并受众多因素的影响导致其质量下降,目前对高炉内焦炭质量劣化的认识不清,国内外钢铁企业普遍采用的焦炭性能评价方法与高炉环境不符,难以指导实际生产过程.因此,开展高炉环境下焦炭性能的劣化及其影响因素研究具有重要的意义.本文通过模拟高炉内不同区域的实际条件,分析高炉内热压磨损,碳素熔损和碱金属侵蚀对焦炭的宏观性能,孔隙结构和微晶结构的影响程度. 首先,以某钢铁企业现场顶装焦炭和捣固焦炭为研究对象,借助全自动工业分析仪,XRF荧光光谱衍射仪,X射线衍射仪等设备对两种焦炭的化学成分,物理结构,孔隙结构,微晶结构进行了分析,结果表明,两种焦炭质量相近,其中捣固焦的冷态强度和反应性,反应后强度都优于顶装焦;捣固焦的显气孔率比顶装焦小,顶装焦的纳米级微孔比表面积大,顶装焦的石墨化度高;两种焦炭的灰分成分及含量相近,灰催化指数相近. 其次,开展了高炉炉顶至块状带区域温度条件,荷重条件和气氛条件等作用下焦炭的劣化行为及粒度,孔隙结构,微晶结构和抗压强度等变化特征研究,掌握高炉块状带区域焦炭消耗的主要质量指标和影响因素.采用自主研发的焦炭炉内递变测试设备,结合实际高炉数据,拟合升温制度,升压制度和通气制度,利用光学显微镜,I型转鼓等设备,研究了热压磨损,碳素熔损和碱金属侵蚀对高炉炉顶至块状带下部焦炭劣化行为的影响.结果表明,块状带内热压磨损破坏焦炭孔隙结构造成两种焦炭抗压强度明显劣化;碳素熔损和碱金属侵蚀造成两种焦炭破裂,粒度变小,失重率明显提高;捣固焦对碳素熔损反应有一定阻碍作用,但其抗压强度易受块状带内热压磨损影响而明显下降. 最后,开展了高炉炉顶至软熔滴落带区域内温度,压力和气氛条件对焦炭劣化行为的影响研究,探究了热压磨损,碳素熔损和碱金属侵蚀对高炉炉顶至软熔滴落带下部焦炭劣化行为的影响.结果表明,热压磨损对焦炭大粒度部分占比影响不大,会促进焦炭孔隙的结构的圆度增加,会促进焦炭微晶结构向标准石墨转化;而碳素熔损反应和碱金属的侵蚀会造成焦炭孔隙破坏,抗压强度下降,消耗焦炭微晶结构,降低焦炭石墨化度,造成焦炭粉化率大幅上升.碳素熔损对顶装焦粒度,强度劣化的影响较大;碱金属侵蚀对捣固焦粒度,强度及失重率劣化的影响较大.

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关键词：

高炉炼铁 顶装焦 捣固焦 劣化行为 孔隙结构 焦炭性能

学位级别：

硕士

学位年度：

2021