·286 北京科技大学学报 第35卷 应性的焦炭A相比，料层平均压差的增幅仅为4%. 成分为a时，仅在N2的保护下仍能促进含铁炉料 继续深入分析使用高反应性焦炭的压差增大原 的还原，使其还原度达到20.36%：当通入气体成分 因可知：一方面，随着焦炭反应性增强，焦炭与C02 为b时，由于气体成分中C0体积分数为66.70%， 发生碳素溶损反应量增大，使料层中气体流量增大， 低于FO间接还原出Fe的平衡气相体积分数，理 因而压差增大.以使用低反应性的焦炭A为比较基 论上不能还原出金属铁，然而由于焦炭E的反应性 准，由实验数据通过欧根方程计算表明，当使用高 较高，焦炭的碳素溶损反应提升了气体成分中CO 反应性的焦炭E时，由气体流量增大所引起的料层的体积分数，使料层气体成分中C0体积分数提高 压差相对增大了6.38Pa,约占整个压差增高幅度的 到71.85%，高于C0还原出Fe的平衡气相体积分 50%.另一方面，在炉料自身荷重条件下，焦炭的碳 数，从而使含铁炉料的金属化率达到了14.31%：当 素溶损反应和铁矿石的低温还原均有可能使炉料产 通入气体成分为c时，使用焦炭E可使含铁炉料的 生粉末，致使料层空隙度降低，从而影响料层透气 金属化率达到33.48%. 性.假设本实验中压差变化仅由气体流量和炉料空 100r 隙度两因素引起，通过计算可得，与使用焦炭A的 Fe 情况相比，使用焦炭E时由炉料破损引起的压差增 80 实际气体组分 大为6.24Pa,料层的空隙度降低0.013.需要强调的 年 e 平衡气体组分 是：在这不大的炉料破损引起的压差升高之中，还 60 b 实际气体成分 包含着铁矿石的还原粉化. 由此可见，适当使用反应性较高的焦炭，不会 FeO 8 40 带米焦炭强度的明显下降，从而对高炉料层透气性 的影响很小 20 24焦炭的反应性对含铁炉料还原的影响 FegO 实际气体成分 图6为C0还原铁氧化物的平衡气相组成与温 度的关系.由铁氧化物的还原热力学可知5,900℃ 600 700 800900100011001200 温度/℃ 下C0还原Fe0的平衡气相体积分数为67.27%，即 图中e点.当还原气体中C0体积分数高于平衡 图6C0还原铁氧化物的平衡气相组成与温度的关系 气相体积分数，从热力学角度分析可以还原出金属 Fig.6 Relationship between gas compositions and tempera 铁：若C0体积分数低于平衡气相体积分数，则无 ture of ferric oxide reduction with CO 法还原出金属铁.在本实验中，为了更好地考察不 同反应性的焦炭因碳素溶损反应而带来的料层CO 图焦炭A对应炉料还原度 60 ☐焦炭E对应炉料还原度 体积分数的提升效果，实验研究了C0体积分数，即 50 p(C0)/p(C0+C02),为0、66.67%和72.22%三种气 40 体成分下还原温度为900℃时分别使用低反应性焦 30 炭A和高反应性焦炭E的含铁炉料还原情况.图 20 6中a、b和c点的C0体积分数为0、66.67%和 72.22%,实验时所对应的通气制度分别如表1中 I、II和II所示. 图7揭示焦炭A和E在不同气体成分下对含 不同组分的混合气体 铁炉料还原的影响.由图7可知，随着气氛中C0 图7焦炭A、E在不同气体成分下对含铁炉料还原的影响 体积分数的升高，两种焦炭条件下含铁炉料的还原 Fig.7 Effect of coke A and coke E on ferric burden reduction 度均增大，并且使用高反应性焦炭E时含铁炉料的 in different gas compositions 还原度提高显著.对于低反应性的焦炭A,当通入 图8为分别使用五种不同反应性的焦炭条件 气体成分依次为a、b和c时，含铁炉料的还原度 下，当气体成分为图6中c点，含铁炉料还原120 依次为0.66%、29.72%和33.18%，其中仅在气体成 min后的还原度变化.随着焦炭反应性的提高，含铁 分c下还原出金属铁，此时含铁炉料的金属化率为 炉料的还原度逐渐上升，从33.18%升高至53.83%， 3.5%.对于使用高反应性焦炭E的情况而言，其对 含铁炉料的金属化率从3.50%提高至33.48%.其主 含铁炉料还原的促进作用均非常明显，当通入气体 要原因是高反应性焦炭的碳素溶损反应提升了料层· · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 应性的焦炭 相比, 料层平均压差的增幅仅为 继续深入分析使用高反应性焦炭的压差增大原 因可知 一方面, 随着焦炭反应性增强, 焦炭与 发生碳素溶损反应量增大, 使料层中气体流量增大, 因而压差增大 以使用低反应性的焦炭 为 比较基 准 , 由实验数据通过 欧根方程计算表明, 当使用高 反应性的焦炭 时, 由气体流量增大所引起 的料层 压差相对增大 了 , 约占一整个压差增高幅度的 另一方面, 在炉料 自身荷重条件下 , 焦炭的碳 素溶损反应和铁矿石的低温还原均有 可能使炉料产 生粉末, 致使料层空隙度降低 , 从而影响料层透气 性 假设木实验 中压差变化仅由气体流量和炉料空 隙度两因素引起, 通过计算可得, 与使用焦炭 的 情况相 比, 使用焦炭 时 由炉料破损引起的压差增 大为 , 料层的空隙度降低 需要强调的 是 在这不大的炉料破损 引起的压差升高之中, 还 包含着铁矿石的还原粉化 由此可见 , 适当使用反应性较 高的焦炭 , 不会 带来焦炭强度的明显下降, 从而对高炉料层透气性 的影响很小 焦炭的反应性对含铁炉料还原的影响 图 为 还原铁氧化物的平衡气相组成与温 度的关系 由铁氧化物的还原热 力学可知, 〕, ℃ 下 还原 的平衡气相体积分数为 , 即 图中 。点 当还原气体 中 体积分数高于平衡 气相体积分数 , 从热力学角度分析可以还原出金属 铁 若 体积分数低于平衡气相体积分数 , 则无 法还原 出金属铁 在本实验 中, 为 了更好地考察不 同反应性 的焦炭 因碳素溶损反应而带来的料层 体积分数的提升效果, 实验研究了 体积分数 , 即 沪 沪 , 为 。、 和 三种气 体成分下还原温度为 ℃时分别使用低反应性焦 炭 和高反应性焦炭 的含铁炉料还原情况 图 中 、 和 。点 的 体积分数为 、 和 , 实验 时所对应的通 气制度分别如表 中 、 和 所示 图 揭示焦炭 和 在不 同气体成分下对含 铁炉料还原的影响 由图 可知, 随着气氛 中 体积分数的升高, 两种焦炭条件下含铁炉料的还原 度均增大, 并且使用高反应性焦炭 时含铁炉料的 还原度提高显著 对于低反应性 的焦炭 , 当通入 气体成分依次为 、 乙和 。时, 含铁炉料的还 原度 依次为 、 和 , 其中仅在气体成 分 下还原 出金属铁, 此时含铁炉料的金属化率为 对 于使用高反应性焦炭 的情况而言 , 其对 含铁炉料还原的促进作用均非常明显, 当通入气体 成分为 时, 仅在 的保护下仍能促进含铁炉料 的还原, 使其还原度达到 当通入气体成分 为 时, 由于气体成分中 体积 分数为 , 低于 间接还原出 的平衡气相体积分数, 理 论上不能还原出金属铁, 然而由于焦炭 的反应性 较高 , 焦炭 的碳素溶损反应提升 了气体成分中 的体积分数, 使料层气体成分 中 体积分数提高 到 , 高于 还原出 的平衡气相体积分 数, 从而使含铁炉料的金属化率达到了 当 通入气体成分为 时, 使用焦炭 可使含铁炉料的 金属化率达到 闷一 一 实际气体组分 一 一 一 一 一 一 一 平衡气体组分 实际气体成分 耸燕李彩 一 一 一 一二吞 了 , 实际气体成 温度 ℃ 图 还原铁氧化物的平衡气相组成 与温度的关系 焦炭 对应炉料还原度 盯画焦炭 对应炉料还原度 举如赵鹭葵象喇享 不同组分的混合气体 图 焦炭 、 在不同气体成分下对含铁炉料还原的影响 图 为分别使用五种不同反应性 的焦炭条件 下, 当气体成分为 图 中 点, 含铁炉料还原 后的还原度变化 随着焦炭反应性的提高, 含铁 炉料的还原度逐渐上升 , 从 升高至 , 含铁炉料的金属化率从 提高至 其主 要原因是高反应性焦炭的碳素溶损反应提升了料层