COREX熔融气化炉内料柱的透液性指数及影响因素

第36卷第9期 北京科技大学学报 Vol.36 No.9 2014年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2014 COREX熔融气化炉内料柱的透液性指数及影响因素 湛文龙2)，吴铿)，徐万仁3)，刘起航)，张家志)，任海亮) 1)北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京1000832)辽宁科技大学材料与冶金学院，鞍山114000 3)宝山钢铁股份有限公司研究院，上海201900 ☒通信作者，E-mail:wukeng@(metall.ustb.edu.cn 摘要休风时对COEX熔融气化炉进行风口取样，通过对风口试样的检测分析，用压差度的倒数表示炉内气相对料柱透 液性的影响，用空腺度和温度强度的乘积表示炉内的渣铁液相对料柱透液性的影响，建立了表征熔融气化炉料柱透液性的公 式.对两批风口试样的研究发现，熔融气化炉内不同位置风口试样的透液性指数与相应位置的滞留铁比呈现一致的对应关 系.进一步分析了透液性指数的影响因素，发现在炉况不顺时，未反应完全的酸性脉石直接落入炉缸，导致沿风口径向部分位 置的渣样熔化温度高于1500℃，影响了渣铁流动性.提出了增加料层厚度、采取合理的造渣制度、控制均匀的煤气流分布等 技术措施，为改善熔融气化炉内料柱的透液性提供帮助。 关键词炼铁；熔融气化炉；透液性；影响因素；造渣 分类号T℉557 Liquid permeability index of the stock column in a COREX melter gasifier and its influencing factors ZHAN Wen-long),WU Keng,XU Wan-ren,LIU Qi-hang,ZHANG Jia-zhi,REN Hai-liang" 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Materials and Metallurgy,University of Science and Technology Liaoning,Anshan 114000,China 3)Research Institute,Baoshan Iron Steel Co.,Ltd.,Shanghai 201900,China Corresponding author,E-mail:wukeng@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT Tuyere sampling was conducted in a COREX melter gasifier during down time.Through the detection analysis of tuyere samples,the effect of gas phase on the liquid permeability of the stock column was expressed by the reciprocal of pressure difference degree,while the effect of liquid phase on the liquid permeability was expressed by the product of voidage and temperature intensity. Based on those,a formula was established to characterize the liquid permeability of the stock column.Investigations on 2 batches of tuyere samples show that there is a compatible corresponding relation between the liquid permeability index and residue iron of tuyere samples at different positions in the melter gasifier.Moreover,some influencing factors of the liquid permeability index were analyzed. it is found that residual acid gangue can directly fall into the hearth in unsteady furnace conditions,which leads to the slag melting temperature in a certain position over 1500C and thus affects the fluidity of iron slag.Several technical measures are proposed,such as increasing material layer thickness,adopting a proper slagging regime,and controlling uniform gas flow distribution,to provide helps to improve the liquid permeability of the stock column in the melter gasifier KEY WORDS ironmaking;melter gasifiers;liquid permeability:influencing factors;slagging 宝钢C0REXC3000投人生产后暴露了诸多影响其生产稳定的因素，作业率偏低，块煤人炉后粉化 收稿日期：2013-06-15 基金项目：国家自然科学基金“钢铁联合研究基金"资助项目(51274026,50934007,50874129)；国家高技术研究发展计划资助项目 (2009AA06Z105) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.09.016;http://journals.ustb.edu.cn

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 丨 年 月 熔 融气化 炉 内 料柱 的 透液性指数及影 响 因 素 湛 文龙 ， 吴 银 ， 徐万仁 ， 刘 起航 ， 张 家 志 任海 亮 “ 北京科技大学钢铁冶金新技术 国 家重点 实验室 ， 北 京 辽 宁科技大学材料与 冶金学院 ， 鞍 山 宝 山 钢 铁股份有限公司 研究 院 ， 上海 通信作者 摘 要 休风时对 熔融气化炉进行风 口 取样 ， 通过对风 口 试样 的 检测 分析 用压差 度 的 倒 数表示 炉 内 气 相对料 柱 透 液性的影响 用空 隙度 和温度强度 的乘积表示炉 内 的渣铁液相对料柱透液性 的影 响 ， 建立 了 表征熔融气化炉料柱透液性 的 公 式 对两批风 口 试样 的研究发现 熔融气化炉 内 不 同 位置 风 口 试样 的 透液性 指数与 相应 位 置 的滞 留 铁 比 呈 现一 致 的 对 应关 系 进一步分析 了 透液性指数 的影 响 因 素 发现在炉况不顺时 未反应完全的 酸性脉石直接落人炉 缸 ， 导致沿风 口 径 向 部 分位 置 的渔样熔化温度高 于 影 响 了 渣铁流动性 提 出 了 增加 料层厚度 、 采取合理 的 造 渣 制 度 、 控 制 均 匀 的 煤气 流分 布 等 技术措施 为改善溶融气化炉 内 料柱 的透液性提供帮 助 关键词 炼铁 ； 熔融气化炉 ； 透液性 ； 影 响 因 素 ； 造渣 分类号 ’ ’ ， ’ ’ ： ， ； ； ； 宝钢 投入生 产后暴露 了 诸多 影 响其生产稳定 的 因 素 ， 作业率偏低 ， 块煤人炉后粉化 收稿 日 期 ： 基 金项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 “ 钢 铁 联 合 研 究 基 金 ” 资 助 项 目 （ ； 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 资 助 项 目 ；

·1242· 北京科技大学学报 第36卷 严重，非计划休风占67.51%1-.以块煤为主要燃 (1.25~2.25m)空隙度比风口前回旋区(0~ 料的COREX工艺，焦炭使用比例较低，风口前是大 0.75m)的空隙度值低.风口焦的空隙度越大，渣就 量由块煤裂解生成的半焦.由于半焦强度不高， 越容易透过，说明透液性就好.死料柱焦炭空隙度 COREX熔融气化炉风口焦的平均粒度较小，制约了 与回旋区焦炭空隙度差值小，则渣在死料柱透过的 炉内料柱的透气性，熔融气化炉风口鼓吹纯氧，风量 比例就会增加，有利于减少渣的环流. 较小，导致炉缸风口回旋区面积比高炉小，炉缸活性 1.2风口焦的压差度 较差刃， 描述气体通过散料层压差的欧根(Ergun)公式 风口取样为研究COREX熔融气化炉高温区料 如下(o: 柱的物理化学变化提供了唯一直接有效的方 法[8」，在熔融气化炉休风时进行风口取样(A批和 (d)e+17.5Pw(1-e 岩=15002 de .(1) B批)，对试样进行筛选分离，如图1所示 式中：△p为压差，Pa;H为料柱高度，cm;n为气体黏 取样 度，Pas;ω为气体流速，cm·s';P,为气体密度，g· cm3;s为散料体的空隙度；d.为散料体的当量直 焦/半焦 铁 熔渣 径，cm;中为散料体的形状系数. 类比于高炉，在熔融气化炉内煤气流速度较高， 空腺度实验 差度实验 留铁 高温熔融实验 应做紊流情况处理.相应的压差公式应舍去式(1) 的第一项，得到 =17.5Pu（1-8） H bd e (2) 阻1风口试样取样及分析方法 由于半焦高温性能较差，风口取样中发现，半焦 Fig.1 Sampling and analysis method of tuyere samples 颗粒平均粒度较小，粉化率较高，实验中不能直接测 通过实验分析，获得了焦炭、半焦和渣铁的基本 定含细小颗粒(2.5mm的料层压差来计 的公式，为COREX炉生产时对炉缸活性状态进行 算料层总的压差.由式(2)可以给出>2.5mm焦炭 判断和管理提供帮助：对比分析了两批风口试样中 的压差公式如下所示（式中下标1表示在>2.5mm 的渣样在高温熔化实验中出现的不同现象，提出了 焦炭颗粒的情况下)： 一些改善料柱透液性的技术措施。 9=17.501-e） H (3) 中，dae 1透液性指数公式的建立 在实验条件不变时，气体流速为空塔速度.风 1.1风口焦的空隙度 口试样中全部焦炭粒度的压差公式如下： 炉料的空隙度ε，即单位体积散料中全部孔隙 r=17.5Pw（1-er H. (4) 所占的体积，对气化炉内料柱的透气性和炉况顺行 中rdre 的影响极大.对A批风口试样进行筛选分离，沿风 通过筛分实验，可以计算风口试样中>2.5mm 口径向由外到内五个位置的风口试样依次编号为 颗粒的平均粒度(d)和全部试样的平均粒度 1"~5*.测得风口焦的空隙度如表1所示 (d。T).测定>2.5mm颗粒的空隙度(e1),并求出 表1不同位置风口试样的空隙度 了全部颗粒的空隙度(er),同样可以测定出>2.5 Table 1 Voidage of tuyere samples at different positions mm的粒度料层高度(H,)和全部粒度料层高度 试样 距风口的距离/m 空隙度，/% (H).将式(3)和式(4)联立，给出在紊流条件下全 0.25 42.29 部粒度与>2.5mm颗粒压差之间的关系： 2" 0.75 40.09 P,=AP1=合d。 -.(户 (5) 3# 1.25 28.84 1.75 26.70 在测定了不同位置风口试样的压差后，可以得 5* 2.25 29.58 到不同区域全部颗粒在紊流条件下的压差.定义了 压差度P,即将料层总的压差除以100Pa,使之成为 由表可见，靠近炉内中心的死料柱区域 量纲一的量.表2给出了计算得到的风口焦压差

北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 严重 非计划休风 占 以 块煤为 主要燃 （ 空 隙 度 比 风 口 前 回 旋 区 （ 料 的 工艺 焦炭使用 比 例较低 风 口 前是大 的 空 隙度值低 风 口 焦 的 空 隙度越大 ， 渣 就 量 由 块 煤 裂 解 生 成 的 半 焦 由 于 半 焦 强 度 不 高 ， 越容易 透过 ， 说 明 透液性 就好 死料柱焦 炭 空 隙度 熔融气化炉风 口 焦 的 平均粒度较小 ， 制 约 了 与 回 旋区 焦炭空 隙度差值小 ， 则 渣在死料柱透过 的 炉 内 料柱 的透气性 ， 熔融气化炉 风 口 鼓吹纯氧 ， 风量 比例就会增加 ， 有利 于减少渣 的环流 较小 导致炉缸风 口 回 旋区 面积 比 高炉小 ， 炉缸活性 风 口 焦 的压差 度 较差 描述气体通过散料层压差 的 欧根 （ 公式 风 口 取样为研究 熔融气化炉 高 温 区 料 如下 ° ： 柱 的 物 理 化 学 变 化 提 供 了 唯 一 直 接 有 效 的 方 聊（ 法 ， 在熔融气化炉休风时进行风 口 取样 （ 批 和 ■ 批 ） ， 对试样进行筛选分离 ， 如 图 所示 式 中 为压差 为料柱高度 为气体黏 雌 度 ， 为 气 体流速 为 气体密 度 — … 为 散 料体 的 空 隙 度 ； 尤 为 散料体 的 当 量 直 焦 半焦 铁 馆渣 径 ， 杏 为散料体的形状系 数 类 比 于高 炉 在熔融气化炉 内 煤气流速度较高 ， 空 压 应做紊流情况处理 相应 的 压差公式应舍去式 （ 讓 “ 的第 项 ’ 得到 验 验 知 狀 由 于半焦高温性能较差 风 口 取样 中 发现 半焦 颗粒平均粒度较小 ， 粉化率较高 实验 中 不 能直接测 通过实验分析 ， 获得 了 焦炭 、 半焦 和 渣铁的 基本 定含细 小颗粒 （ 炉 料 的 压差 采用 间 接测 数据信息 建立 了 可 定量计算 炉 内 料柱 透液性指 数 量风 口 试样 中 焦 炭粒度 的 料层压 差来计 的公式 为 炉 生 产 时对 炉 缸 活 性 状态 进 行 算料层总 的压差 由 式 可 以 给 出 焦炭 判断和管理提供帮 助 对 比 分析 了 两批风 口 试样 中 的 压差公式如下所示 （ 式 中 下标 表示在 的渣样在高温溶化实验 中 出 现 的 不 同 现 象 提 出 了 焦炭颗粒 的情况下 ） ： 一 些改善料柱透液性 的技术措施 一 透液性指数公式的 建 在实验条件不变 时 ， 气 为 空 塔速 度 风 风 口 焦 的 空 隙度 口 试样 中 全部焦炭粒度 的 压差公式如下 ： 炉料的 空 隙 度 即 单位体积散料 中 全部 孔 隙 所 占 的体积 ， 对气化炉 内 料柱 的 透气性和 炉 况顺行 瓦 ‘ 的影响极大 对 批风 口 试样进行筛选分离 沿风 通过筛分实验 可 以 计算 风 口 试样 中 口 径 向 由 外 到 内 五个位置 的 风 口 试样依 次 编 号 为 颗粒 的 平 均 粒 度 （ 七 ） 和 全 部 试 样 的 平 均 粒 度 测得风 口 焦 的 空 隙度如表 所示 测定 颗粒 的 空 隙 度 （ … ） ， 并 求 出 表 不 同 位置风 口 试样 的空 隙度 了 全部颗粒 的 空 隙 度 （ ） ， 同 样 可 以 测 定 出 的 粒 度 料 层 尚 度 （ 仏 ） 和 全 部 粒 度 料 层 高 度 试样 距风 口 的 距离 空 隙度 孖 将式 和式 联立 ， 给 出 在紊流条件下全 部粒度 与 颗粒压差之间 的关系 ： ‘ ￡ 在测 定 了 不 同 位置风 口 试样 的 压差后 ， 可 以 得 到不 同 区域全部颗粒在紊流条件下 的 压差 定义 了 ： ： 压差度 即将料层总 的 压差除 以 ， 使之成为 由 表 可 见 ， 靠 近 炉 内 中 心 的 死 料 柱 区 域 量纲一 的 量 表 给 出 了 计算 得 到 的 风 口 焦 压差

第9期 湛文龙等：COREX熔融气化炉内料柱的透液性指数及影响因素 ·1243· 参数 柱透液性的影响，空隙度ε和温度强度Q表示炉内 表2风口焦的压差参数 渣铁液相对料柱透液性的影响.空隙度、压差度和 Table 2 Pressure difference parameters of tuyere coke 温度强度都是量纲一的量，考虑熔融气化炉内不同 试样 料层总压差/Pa 压差度，P 的物质形态对透液性的影响，定义熔融气化炉内料 1* 32.38 0.3238 柱的透液性指数L如下式所示： 2° 36.48 0.3648 (6) 3* 184.34 1.8434 L-p+60, 197.42 1.9742 结合实验结果，A批风口试样中不同位置的透 4* 液性指数及对应的滞留铁比如图2所示. 5 15.788 1.5788 4.0 压差越低，表明该位置焦炭和半焦的透气性越 3.5 好.当死料柱透气性好时，炉内气流通过的多，该部 40 3.0 分会变得活跃，使得该位置炉料反应速度加快，而且 30 生成的渣铁多，有利于渣铁的透过 2.5 1.3渣的熔化特性温度 20 渣的透液性与渣的温度特性参数有关，实际温 1.5 度越高，则过热度越高，流动性越好.结合渣铁实际 1.0 温度，测定熔渣在升温过程中的熔化特性温度，可推 05 导出渣的温度强度，以此作为评价料柱透液性的一 3 4 试样编号 个参数 图2A批风口试样不同位置的透液性指数及对应的滞留铁比 依靠实验测定熔融气化炉风口前料柱的渣铁实 Fig.2 Liquid pereability index and residue iron at different posi- 际温度在技术上很难完成，简便起见，取炉渣的实际 tions of A tuyere samples 温度为1550℃.采用卧式可视高温电阻加热炉测 定A批风口试样中炉渣的软化温度和流动温度，结 由图可见，1与2*的透液性指数较高，表示风口 果如表3所示. 回旋区附近渣铁透过性较好：且熔融气化炉内不同 位置的滞留铁比与透液性指数有良好的对应关系， 表3风口试样中渣的熔化特性 Table3 Slag melting characteristics of tuyere samples 验证了透液性指数定义的可靠性 炉渣软化 流动温度温度 平均温度 2透液性指数的影响因素 试样 温度/℃温度/℃温度/℃强度1强度2强度，Q 1 15501460 14821.0621.0461.054 2.1空隙度和压差度 2 15501321 13811.1731.1221.148 熔融气化炉炉况的稳定顺行、煤气流分布合理 3 1550 131613451.1781.152 1.165 和炉缸工作状态良好是保证COREX炉高效稳定生 41550 132913481.1661.1501.158 产的重要因素.生产实践中发现，气化炉料柱炉料 5"1550131113341.1821.1621.172 的平均粒度小于10mm,块煤裂解生成的半焦颗粒 注：温度强度1为渣的实际温度与软化温度的比值：温度强度2 高温性能差，易在靠近死料柱区域大量堆积 为渣的实际温度与流动温度的比值 从空隙度方面考虑，空隙度越小，该区域通过流 渣开始软化就具有一定的流动性，达到流动温 体的阻力就越大；且对应的料柱平均粒度较小，导致 度时，视作可以完全自由流动，透液性与渣的两种流 粉末量增加，中心气流减少，边缘气流发展，渣铁的 动程度有关，两个参数相差不大，取两者的平均值作 透过率减少.该区域粉末消耗的速度下降，非常容 为温度强度Q值.该值小于1，表明渣的流动性较 易形成铁水环流.另一方面，由于死料柱中心气流 差，即渣没有达到完全自由流动的状态：该值大于 减少，该区域会发生呆滞现象，使炉底的温度下降. 1,则渣达到完全流动状态，并且值越大，流动的能力 这样不良的循环，严重时将影响熔融气化炉的稳定 越强. 顺行. 1.4综合分析 压差度越低，越有利于气体通过.由透液性指 压差度P的倒数表示熔融气化炉内气相对料 数的组成看，入炉块煤的高温性能较差时，风口试样

第 期 湛文 龙等 ： 熔融气化炉 内 料柱的 透 液性指数及 影 响 因 素 参数 柱透液性的影 响 空 隙度 和 温度强度 表示 炉 内 表 风 口 焦 的压差 参数 ’凌铁液相 对料柱 透液性 的 影 响 空 隙度 、 压差 度 和 温度强度都是量纲一 的 量 ， 考虑 赂 融气 化炉 内 不 问 试样 料层 总压差 压差 度 ， 的 物质形态对透液性 的 影 响 ， 定 义懷融 气化炉 内 料 柱 的透液性指数 如下式所 ： 结合实验结果 批 风 口 试样 中 不 同 位置 的 透 液性指数及对应 的滞 留 铁 比 如 图 所示 丨 压差越低 表 明 该位 置焦炭 和 半焦 的 透气性 越 好 当 死料柱透气性好时 炉 内 气流通 过 的 多 ， 该部 分会变得活跃 使得该位置炉料反应速度加快 而且 “ 生成的渣铁多 有利 于渣铁的透过 ‘ “ 渣 的熔化特性温度 漂 蠢 渣 的 透液性与 渣 的 温度特性参数有关 ， 实际温 度越高 ， 则过热度越高 流动性越好 结合渣铁实 际 温度 ， 测定熔渣在升温过程 中 的熔化特性温度 可推 导 出 渣的温度强度 ， 以 此作 为 评价料柱 透液性 的 一 个参数 — 围 批风 口 试样 不 同 位 置 的 透 液性指数及对应 的 滞 留 铁 比 依靠实验测定熔融气化炉 风 口 目 ！ 料柱 的渣铁实 」 际温度在技术上很难完成 ， 简便起见 取炉渣 的实 际 。 温度为 采 用 卧式 可 视 高 温 电 阻加 热 炉 测 一 定 批风 口 试样 中 炉 猹 的 软化温度 和 流 动 温度 ， 结 可见 ， 与 ■指 高 ， 表示风 口 果如表 所示 ； 由 位置的 滞 留 铁 比 与 透液性指 数有 良 好 的 对应 关系 ， 表 风 口 试样 中 渣 的熔 化特性 、 ， 验证了 透液 性指数定义 的可靠性 炉 渣 软化 流 动 温度 温度 平均温度 透液性指数的影响 因 素 温度 温度 温度 强度 强度 强度 ， （？ 溶融气化炉 炉 况 的 稳定顺行 、 煤气流分布合理 和炉紅工作状态 良 好是保证 炉 高效稳定生 产 的重要 因 素 生产 实 践 中 发 现 ， 气化炉 料柱炉 料 的平均粒度小 于 块 煤裂解 生成 的 半 焦 颗粒 注 ： 温度强度 为渣 的实际温度 与 软化温度 的 比值 ； 温度 强 度 高温‘ 注能差 ， 易 在靠近死料柱 区域大量堆积 从空 隙度方面考虑 ， 空 隙度越小 该区域通过流 渣开始软化就具有一 定 的 流动性 达 到 流动 温 体 的 阻力 就越大 ； 且对应的料柱平均粒度较小 导致 度时 ， 视作可 以 完全 自 由 流动 透液性与渣 的两种 流 粉末量增加 ， 中 心气 流 减 少 边缘气流发展 渣铁 的 动程度有关 ， 两个参数相差不大 ， 取两者 的 平均值作 透过率减少 该 区域粉 末消 耗 的 速度 下 降 非 常容 为温度强度 值 该值小 于 ， 表 明 渣 的 流 动性 较 易 形成铁水环 流 另 一 方面 ， 由 于死料柱 中 心 气流 差 即 渣没有 达 到 完 全 自 由 流 动 的 状态 ； 该 值大 于 减少 该区 域会发 生呆 滞现象 ， 使炉 底 的 温度 下 降 则渣达到完全流 动状态 ， 并且值越大 流动 的能力 这样不 良 的循环 ， 严重 时将影 响 熔 融气 化炉 的 稳定 越强 顺行 综合分析 压差度越低 越有 利 于气体通 过 由 透 液 性指 压差度 的倒 数表 示 熔 融 气 化炉 内 气 相 对料 数 的组成看 人炉块煤的高温性能较差 时 风 口 试样

.1244 北京科技大学学报 第36卷 中焦炭和半焦的平均粒度下降，压差度增加.因此， 高炉造渣类似，包括初成渣、中间渣和末渣-2 优化块煤的高温性能指标，使用一定比例的焦炭，有 初成渣生成温度较高，高温时伴随着Sⅰ的还原及灰 利于提高风口焦的平均粒度，降低死料柱压差度，防 分的熔人，逐渐形成低熔点的Mg0-CaO-SiO2- 止其透液性指数下降到较低水平. AL,O,四元渣系，在炉缸与液态铁水作用后成为末渣 2.2炉渣温度强度 排出炉外.对不同炉况条件下的两批风口试样研究 C0REX熔融气化炉类似于高炉下部，对炉渣的 发现，B批风口试样中部分炉渣较难熔化，如图3 物理性能与化学成分有一定的要求，其形成过程同 所示 高温熔化实验前 高温熔化实验后 25℃（室温） 1540℃（未熔化） 1550℃（未熔化） 2 25℃（室温） 1321℃（软化温度）， 1381℃（流动温度） 25℃（室温） 1316℃（软化温度） 1345℃（流动温度 25℃（室温） 1229℃软化温度) 1248℃（流动温度） 5 25℃（室温） 1311℃（软化温度） 1334℃（流动温度） 图3B批风口试样不同位置渣的熔化实验 Fig.3 Slag melting tests at different positions of B tuyere samples 两批风口试样中，其中A批炉渣（其熔化温度 仍未熔化，其流动温度会更高，说明中间渣的形成效 见表3)1500℃的高温下 批渣样进行了荧光成分分析.图4为两批风口试样

北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 中 焦炭 和半焦 的 平均粒度下 降 压差度 增 加 因 此 ， 高 炉 造 渣 类 似 ， 包 括 初 成 渣 、 中 间 渣 和 末 渣 丨 优化块煤 的 高 温性能指标 使用一 定 比例 的 焦炭 ， 有 初 成渣生成温度较高 ， 高温 时伴随着 的 还 原及 灰 利 于提高 风 口 焦 的 平均粒度 ， 降低死料柱压差度 ， 防 分 的 熔 人 ， 逐 渐 形 成 低 熔 点 的 止其透液性指数下 降 到 较低水平 四 元渣 系 在炉 缸 与 液态铁水作用 后 成 为末渣 炉 渣 温 度 强 度 排 出 炉外 对不 同 炉 况条件下 的 两批风 口 试样研究 熔融气化炉类似 于高炉下部 ， 对炉 渣 的 发 ， 批 风 口 试 样 中 部 分 炉 渣 较 难 熔 化 ， 如 图 物理性能 与 化学成 分有一 定 的 要 求 其形 成过 程 同 ⑶ 高 温熔化 实验前 高 温熔化实验后 室 温） ： 未培化 ） ： 未培化 ） 攀 室温） 软化 温度） 流动 温度） 巧室温） 软化 温度） 流动 温度） 两 ， ’ 室温） 软化 温度） 流动 温度） 室温） ： 软化 温度） 流动 温度） 图 批 风 口 试样不 同位 置渣 的 熔化实 验 两批风 口 试样 中 ， 其 中 批 炉 渣 （ 其熔 化 温度 仍未熔化 ， 其流动 温度会更高 ， 说 明 中 间 渣 的 形成效 见表 时均 已 熔 化流动 而 由 图 可 见 ， 果不理想 为 进 一 步 分 析 出 现 该 现象 的 原 因 ， 对 两 批 中 风 口 试 样 中 的 熔 渣 在 的 高 温下 批渣样进行 了 荧光成分分析 图 为 两 批 风 口 试样

第9期 湛文龙等：COREX熔融气化炉内料柱的透液性指数及影响因素 ·1245· 中炉渣二元碱度的测定结果 内气相对料柱透液性的影响，以空隙度ε和温度强 度Q的乘积表征风口试样中渣铁液相对料柱透液 性的影响，通过这三个量纲一的参数，即空隙度、压 差度和温度强度，定义了透液性指数L.它可以表征 炉缸活跃的程度，为评价COREX熔融气化炉死料 柱和炉缸的活性提供了新方法. (2)对A批风口试样进行空隙度、压差度和温 度强度的测定，发现透液性指数与相应位置的滞留 铁比有良好的对应关系，且风口回旋区附近的透液 B批 性优于死料柱区域，验证了透液性指数计算公式的 一 可靠性 3 4 5" 试样编号 (3)在1500℃高温下，B批试样中风口径向部 图4两批风口试样中炉渣二元碱度的对比 分位置的渣样难以熔化，通过荧光衍射分析发现其 Fig.4 Comparison of slags binary basicity between 2 batches of 较A批渣样中Si02和A山，03含量偏高，而Ca0和 tuyere samples Mg0含量偏低.原因是块煤裂解形成半焦的高温强 度差，导致熔融气化炉内料层较薄，当炉况不顺或煤 由图可见，A批风口试样的二元碱度在风口前 气流分布不合理时，气化炉下部出现生料，入炉酸性 各个位置均大于B批，说明A批渣样中酸性氧化物 脉石没有充分与碱性熔剂反应生成低熔点共熔化 (Si02和AL,03)及碱性氧化物(Ca0和Mg0)在气化 合物. 炉内的混合较B批更为均匀，入炉酸性球团矿与碱 (4)熔融气化炉料柱的透液性指数受人炉原料 性熔剂的反应更为充分.结合图3炉渣的高温熔化 性质和操作制度的综合影响，提高人炉块煤的高温 现象，分析B批试样中1炉渣在高温(>1500℃)下 性能指标，采取合理的造渣制度和鼓风条件等，有利 尚未熔化流动是由于块煤裂解生成的半焦强度低， 于活跃炉缸，保持良好的渣铁透液性 与小部分的劣化焦炭难以支撑厚料柱，导致熔融气 化炉料层较薄，缺少类似于高炉的软熔带区域，从而 参 考文献 使人炉酸性脉石（如石英石）没有与碱性熔剂充分 反应的.未反应完全的富FO氧化物进人炉缸死料 [1]Li W G.Operation status quo and technical problems of COREX- 柱，会使死料柱温度急剧下降.半熔化熔渣和固态 3000.Baosteel Technol,2008(6):11 黏结物与半焦（焦炭）床反应，结合成渣、焦和铁多 (李维国.C0REX-3000生产现状和存在问题的分析.宝钢技 术，2008(6)：11) 相混合物，其流动性和渗透性极差，这使炉缸严重不 [2]Zhao C X,Zhang Q,Xu J W,et al.Two-stage modeling method 活跃. for predicting COREX cold gas content.J Univ Sci Technol Bei- 因此，提高人炉块煤的高温性能指标和焦炭质 g,2012,34(10):1184 量，有利于炉内死料柱保持一定的粒度和强度，增加 (赵晨熙，张群，徐金梧，等.COREX拎煤气成分预测的二步 建模方法.北京科技大学学报，2012,34(10)：1184) 料层厚度：采取合理的造渣制度，使末渣具有良好的 [3]Kumar PP,Gupta D,NahaTK,et al.Factors affecting fuel rate 热稳定性和化学稳定性，可以保证良好的炉缸热状 in Corex process.Ironmaking Steelmaking,2006,33(4):293 态和渣铁温度：采用合理的鼓风条件，保证炉缸及固 [41 Wang C,Li X Q,Xu WR.Analysis of influencing factors of fuel 定床形成均匀稳定的煤气流分布，使热煤气更多地 consumption in COREX process and its optimization direction. 透过死料柱，获得更多的热量，有利于活跃炉缸. Baosteel Technol,2011(6):37 综合分析影响透液性指数的三个因素可以看 (王臣，李晓清，徐万仁.COREX工艺燃料消耗影响因素分 析及优化方向.宝钢技术，2011(6)：37) 出：风口试样中焦炭和半焦颗粒的大小影响压差度， [5]Zhan W L,Wu K,Xu W R,et al.Lump coals cracking in 压差度的变化伴随着空隙度和温度强度两个参数的 COREX melter gasifier.Iron Steel,2013,48(1):20 影响，最终导致透液性指数改变 (湛文龙，吴铿，徐万仁，等.COEX熔融气化炉中块煤裂化 现象.钢铁，2013,48(1)：20) 3结论 [6]Kumar PP,Barman S C,Reddy B M,et al.Raw materials for COREX and their influence on fumace performance.fronmaking (1)以炉料压差度P的倒数表征熔融气化炉 Steelmaking,2009,36(2):87

第 期 堪 文 龙等 ： 熔融气化炉 内 料柱的 透液性指数及影响 因 素 中 炉 渣二元碱度 的 测定结果 内 气相对料柱透液性 的 影 响 ， 以 空 隙度 和 温度强 度 的乘积表 征风 口 试样 中 渣 铁液相 对料柱 透液 性的影响 通过这三个量纲一 的 参数 ， 即 空 隙度 、 压 差度 和温度强度 定义 了 透液性指数 它可 以 表征 炉缸 活 跃 的 程 度 ， 为 评价 熔融气化炉 死料 柱和 炉缸 的 活性提供了 新方法 ； 对 批风 口 试样进行空 隙度 、 压差度 和温 度强度 的测 定 ， 发现透液性指 数 与 相 应位置 的 滞 留 铁 比有 良好的 对应 关系 且风 口 回 旋 区 附近 的 透液 ‘ 性优于死料柱 区域 验证 了 透液性指数计算公式 的 。 ■ ■ ？ 可靠性 ‘ “ 在 高温下 批试样 中 风 口 径 向 部 图 两批风 口 试样 中 炉 渣二 元碱度 的 对 比 分位置的渣样难 以 溶化 ， 通 过荧 光衍射分析发现其 较 批 渔 样 中 和 含 量 偏 高 ， 而 和 含量偏低 原 因 是块煤裂解形成半焦 的 高温强 一 一 度差 ， 导致溶融气化炉 内 料层较薄 ， 当 炉况不顺或煤 图 可儿 ， 批风 口 辦的 了 兀赚在风 气流分布不合理时 气化炉 下部 出 馳料 ， 人炉 酸性 各个位置均大于 肺没有充 分 与 碱 性 培 剂 反 应 生 成 低 溶 点 共培 化 〇 和 乂… 及碱性 氧化物 （ 和 在气化 纟物 炉 内 — 批更 为 均勻 ’ 人 炉 矿与 溶融气化炉料柱 的透液性指数受人炉原料 ■应胃为 充 图 的 — ： 性质和操作制 度 的 综合影 响 提高 人炉 块煤 的 高 温 现象 ， 分析 批试样 中 炉 澄在高温（ 下 性能指标 采取合理的造渣制 度 和鼓风条件等 ， 有 利 尚 未溶化流动是 由 于块 煤 裂解生 成 的 半 焦 强度低 ， 于活跃炉紅 保持 良 好 的 凌铁透液 性 与小部分的 劣化焦 炭 难 以 支 撑厚料柱 ， 导致熔融气 ’ 化炉 料层较薄 缺少类似于高 炉 的 软熔带 区域 ， 从而 使人炉 酸性脉石 （ 如 石 英石 ） 没 有 与 碱 性 熔 剂 充分 反应 的 未反应完全的 富 氧化物进人炉紅死料 柱 会使死料柱 温 度 急 剧 下 降 半 熔化熔 渣 和 固 态 黏结物与半 焦 （ 焦 炭 ） 床反 应 结 合 成渣 、 焦 和 铁 多 术； ， ： 目 混合物 其流动性和渗透性极差 ， 这使炉紅严重不 活跃’ 因 此 ， 提 高人 炉 块煤 的 高 温性能指标和 焦炭质 ， ， 量 ， 有 利 于炉 内 死料柱保持一 定 的粒度 和强度 增加 （ 赵晨熙 ’ 张群 ， 徐金梧 ， 等 冷煤气成分预测 的 二步 料层厚度 采取合理的 造渣制 度 ， 使末渣具有 良好的 ， 模方 京科 热稳定性和化学稳 定 性 ， 可 以 保证 良 好 的 炉 紅 热状 ： 态 和 澄铁温度 ； 米用合理的 鼓风条件 ， 保证炉紅及 固 定床形成均匀稳定 的 煤气 流分布 ， 使热 煤 气更 多地 透过死料柱 ， 获得更多 的 热量 有利 于活跃炉缸 伽 ， 沾 八 、 化 攻 此 从 抓 从 一 八 主 （ 王 臣 ， 李晓清 ， 徐 万 仁 工 艺燃 料 消 耗影 响 因 素 分 齡分析影 响 透 液性 指 数 的 二 个 因 素 可 以 看 析及优化方 向 宝钢技 术 篇⑷ 出 风 口 试样 中 焦炭和 半焦颗粒的 大小影响压差度 ， ， 压差度 的 变化伴随着空 隙度 和温度强度两个参数的 ， ⑴ ： 影 响 ， 最终导致透液性指数改变 （ 湛文龙 ， 吴趣 ， 徐万仁 ， 等 培融气化炉 中块煤裂化 ， 现象 钢铁 ， 结论 以 炉 料 压差 度 的 倒 数 表征 熔 融气 化炉 ， ：

·1246· 北京科技大学学报 第36卷 [7]Guo Y L,Xu W R,Zhu J M,et al.The burden structure and its [10]Wang X L.Ferrous Metallurgy:Ironmaking Part.2nd ed.Bei- consumption in the melter gasifier of the COREX process.Metall jing:Metallurgical Industry Press,2011 Mater Trans B,2013,44(5):1078 (王筱留.钢铁冶金学：炼铁部分.第2版.北京：冶金工业 [8]Xu WR,Zhang YZ.Wu K.Characterization of the hearth activi- 出版社，2011) ty in blast fumace and improvement approach.fronmaking,2010, [11]Song JC.The Iron Blast Furnace:Theory and Operation.Bei- 29(3):23 jing:Metallurgical Industry Press,2009 (徐万仁，张永忠，吴铿.高炉炉缸活性状态的表征及改善途 (宋建成.高炉炼铁：理论与操作.北京：冶金工业出版社， 径.炼铁，2010,29(3)：23) 2009) [9]Xu W R,Jiang WZ,Zhang LL,et al.Tuyere probing technology [12]Qu JJ.Study on the Tuyere Coke in the COREX Melter Gasifier. of blast furace and its application in Baosteel.Ironmaking, Dissertation ]Beijing:University of Science and Technology 2004,23(1):13 Beijing,2013 (徐万仁，姜伟忠，张龙来，等.高炉风口取样技术及其在宝 (屈俊杰.C0REX熔融气化炉风口焦的研究[学位论文].北 钢的应用.炼铁，2004,23(1)：13) 京：北京科技大学，2013)

北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 ： ： 王筱留 钢铁冶 金学 ： 炼铁部分 第 版 北京 ： 冶 金工业 ， 出 版社 ， ： 徐万仁 ， 张永忠 ， 吴铿 高 炉炉缸活性状态 的 表征及 改 善途 （ 宋建成 高炉 炼铁 ： 理论与 操 作 北 京 ： 冶 金工业 出 版社 ， 径 炼铁 ， ， ： ： ： 徐万仁 ， 姜伟 忠 ， 张 龙来 ， 等 高 炉 风 口 取样技 术及其在宝 （ 屈 俊杰 熔融气化炉 风 口 焦 的研究 学位论文 北 钢 的应用 炼铁 ， ： 京 ： 北京科技大学