高炉内焦炭溶损反应及其影响因素与焦炭消耗

The thermal property of coke is one of the most important indexes for blast furnace process. The coke loss reaction behavior and its deterioration affect coke consumption of the blast furnace. The rate of coke solution loss and the degree of deterioration of the coke depend on the reduction and heat exchange of the blast furnace and the composition and structure of the coke. At present, the research on the coke solution loss reaction is not enough, so the following issue will be study in this project: (1) the coupling effect between different reducibility iron ores and different reactive cokes, and the relationship between the coupling effect and the reduction and heat exchange of the blast furnace process; (2) the experimental methods for simulating the coupling effect between the reduction of iron ore and the solution loss of coke in blast furnace, and the deterioration behavior of coke in the blast furnace; (3) The relationship between the coupling effect of coke and iron ore and coke consumption under different blast furnace process and operating conditions. The consumption of coke in blast furnace and its influencing factors will be clarified in this project.

焦炭的热性质是高炉炼铁最为关注的指标。焦炭溶损反应行为和焦炭的劣化影响了高炉焦炭的消耗。高炉内焦炭溶损率和溶损劣化程度取决于高炉还原、热交换和焦炭本身的组成及结构。然而目前对焦炭溶损反应行为的研究不够深入。项目拟通过研究：（1）不同还原性矿石和不同反应性焦炭之间的耦合性以及该耦合性与高炉还原和热交换的关系；（2）模拟高炉内铁矿石还原和焦炭溶损耦合关系的实验方法与高炉内焦炭溶损劣化行为；（3）不同冶炼条件和操作制度下焦炭溶损反应与矿石还原的耦合性与高炉内焦炭消耗的关系，来阐明高炉内焦炭消耗及影响因素。

本项目针对高炉内的复杂反应条件，研究了焦炭的溶损反应行为和影响劣化的因素。项目组对大量不同性质焦炭开展了溶损劣化模式的研究，确定了气孔壁分布的离散程度是影响焦炭固定溶损失碳率后强度的关键因素。并建立了影响焦炭固定溶损后强度的三元模型，该模型定量阐述了焦炭溶损劣化在微米尺度上的影响因素。该项研究将焦炭宏观上表现出的反应后强度精确的映射到了显微特征。从碱金属对焦炭溶损反应及劣化的新认识入手，项目组对不同性质焦炭在富集不同碱金属条件下的溶损反应过程和劣化行为进行了研究。提出了富碱金属焦炭的特殊溶损劣化模式可以减少焦炭内部的溶损进而保证甚至提高焦炭固定失碳率后强度的观点。确定了富碱金属焦炭对焦炭溶损劣化的影响后，项目组将焦炭在高炉内的溶损反应条件逐步复杂化，包括：富碱金属焦炭在近似高炉煤气条件下的恒温固定溶损率劣化，富碱金属焦炭在近似高炉煤气条件和高炉温度条件下的固定溶损率劣化，富碱金属焦炭在近似高炉温度条件下受矿石还原影响下的溶损反应劣化。研究发现，复杂条件下影响焦炭溶损劣化的因素主要有碱金属在焦炭内的富集分布深度、混合煤气在不同温度下在焦炭内反应的梯度，而这些因素都与焦炭显微孔分布密切相关。研究指出焦炭的显微孔分布是焦炭在高炉复杂反应条件下溶损劣化特征的基本量度，也明确了控制焦炭显微孔结构对于精准调控焦炭热性能的重要性。为使研究结果在实践中得到应用，项目组开展了调控焦炭孔结构进而提升焦炭抵抗溶损劣化能力的半工业探索。研究表明，通过调控焦炭显微孔分布，可以实现焦炭CRI/CSR指标不变的前提下，降低配煤成本，提高焦炭抵抗高温劣化的能力。该项研究以焦炭的显微孔结构为纽带，提供了降低配煤成本并优化焦炭热性质的新途径。