第36卷第5期 北京科技大学学报 Vol.36 No.5 2014年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2014 氧气高炉循环煤气加热过程中的析碳行为 刘锦周，薛庆国，张仕洋，佘雪峰，王静松四 北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:wangjingsong(@usth.cdh.cn 摘要以氧气高炉循环煤气加热工艺为背景，在实验室条件下研究了C0和H,体积分数较高的煤气加热时的析碳行为 实验结果表明，温度和C02体积分数是影响析碳反应的重要因素.在300-700℃范围内，当温度低于500℃时，析碳反应速度 随温度的升高而增加：当高于此温度时，反应速度随温度的升高而下降.析碳反应包括C0分解析碳反应以及C0和H2的混 合析碳反应。对比热力学理论与实验现象分析了析碳过程中以上两个反应可能起到的作用.采用扫描电镜，从微观结构上观 察了500~700℃时加热过程中析出碳的形态并研究了析碳行为.另外，随着C0,体积分数的增加，析碳反应速率逐渐降低. 在500℃和600℃时，C02体积分数的增加对析碳行为有较大抑制作用，尤其在500℃时这种抑制作用更加明显. 关键词炼铁：高炉：煤气；析碳：微观结构 分类号TF57 Carbon deposition reaction based on heating recycling gas of oxygen blast furnaces LIU Jin-zhou,XUE Qing-guo,ZHANG Shi-yang,SHE Xue-feng,WANG Jing-song State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:wangjingsong@ustb.edu.cn ABSTRACT Taking the heating process of recycling gas for oxygen blast furnaces as a research background,carbon deposition be- havior in heating at higher CO and H volume fractions was investigated under a laboratory condition.The results indicate that tempera- ture and CO volume fraction are important factors for carbon deposition.In the temperature range of 300C to700C,the carbon depo- sition rate increases with the increase of temperature below 500C,but deceases when above 500 C.The carbon deposition includes CO decomposition and carbon deposition reaction by the hybrid of CO and H2,each possible role of which was analyzed through compa- ring the thermodynamic theory and experimental phenomena in the carbon deposition.The morphology of deposited carbon and the car- bon deposition behavior in heating from 500 C to 700 C were investigated by scanning electron microscopy.In addition,the carbon deposition rate decreases gradually with the increasing of CO,volume fraction at 500 C and 600 C,and this inhibition effect on the carbon deposition behavior is greater at 500 C. KEY WORDS ironmaking:blast furnaces:coal gas;carbon deposition:microstructure 从全球统计来看，钢铁工业的能耗占到工业一 艺一氧气高炉炼铁工艺，此工艺在节能减排方面 次能源消费总量的16%左右m,其中高炉炼铁的能 有着较大潜力，是有可能实现规模化应用的炼铁新 耗及排放占整个流程的近70%回，因此实现钢铁工 工艺之一0.2004年欧盟制订并实施了超低C02 业的节能减排对我国整体的节能减排工作有着重要 炼钢计划(ULCOS),旨在通过突破性的技术发展， 意义.l970年，Wencel同提出了一种新的炼铁工 使钢铁工业的二氧化碳减排50%以上，其中氧气高 收稿日期：201304-11 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(51134008)：国家重点基础研究发展计划资助项目(2012CB720401) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.05.004:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 5 期 2014 年 5 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 5 May 2014 氧气高炉循环煤气加热过程中的析碳行为 刘锦周，薛庆国，张仕洋，佘雪峰，王静松 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083  通信作者，E-mail: wangjingsong@ ustb． edu． cn 摘 要 以氧气高炉循环煤气加热工艺为背景，在实验室条件下研究了 CO 和 H2 体积分数较高的煤气加热时的析碳行为． 实验结果表明，温度和 CO2 体积分数是影响析碳反应的重要因素． 在 300 ～ 700 ℃范围内，当温度低于 500 ℃时，析碳反应速度 随温度的升高而增加; 当高于此温度时，反应速度随温度的升高而下降． 析碳反应包括 CO 分解析碳反应以及 CO 和 H2 的混 合析碳反应． 对比热力学理论与实验现象分析了析碳过程中以上两个反应可能起到的作用． 采用扫描电镜，从微观结构上观 察了 500 ～ 700 ℃时加热过程中析出碳的形态并研究了析碳行为． 另外，随着 CO2 体积分数的增加，析碳反应速率逐渐降低． 在 500 ℃和 600 ℃时，CO2 体积分数的增加对析碳行为有较大抑制作用，尤其在 500 ℃时这种抑制作用更加明显． 关键词 炼铁; 高炉; 煤气; 析碳; 微观结构 分类号 TF 57 Carbon deposition reaction based on heating recycling gas of oxygen blast furnaces LIU Jin-zhou，XUE Qing-guo，ZHANG Shi-yang，SHE Xue-feng，WANG Jing-song State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: wangjingsong@ ustb． edu． cn ABSTＲACT Taking the heating process of recycling-gas for oxygen blast furnaces as a research background，carbon deposition be￾havior in heating at higher CO and H2 volume fractions was investigated under a laboratory condition． The results indicate that tempera￾ture and CO2 volume fraction are important factors for carbon deposition． In the temperature range of 300 ℃ to 700 ℃，the carbon depo￾sition rate increases with the increase of temperature below 500 ℃，but deceases when above 500 ℃ ． The carbon deposition includes CO decomposition and carbon deposition reaction by the hybrid of CO and H2，each possible role of which was analyzed through compa￾ring the thermodynamic theory and experimental phenomena in the carbon deposition． The morphology of deposited carbon and the car￾bon deposition behavior in heating from 500 ℃ to 700 ℃ were investigated by scanning electron microscopy． In addition，the carbon deposition rate decreases gradually with the increasing of CO2 volume fraction at 500 ℃ and 600 ℃，and this inhibition effect on the carbon deposition behavior is greater at 500 ℃ ． KEY WOＲDS ironmaking; blast furnaces; coal gas; carbon deposition; microstructure 收稿日期: 2013--04--11 基金项目: 国家自然科学基金重点资助项目( 51134008) ; 国家重点基础研究发展计划资助项目( 2012CB720401) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 05． 004; http: / /journals． ustb． edu． cn 从全球统计来看，钢铁工业的能耗占到工业一 次能源消费总量的 16% 左右［1］，其中高炉炼铁的能 耗及排放占整个流程的近 70%［2］，因此实现钢铁工 业的节能减排对我国整体的节能减排工作有着重要 意义． 1970 年，Wencel［3］ 提出了一种新的炼铁 工 艺———氧气高炉炼铁工艺，此工艺在节能减排方面 有着较大潜力，是有可能实现规模化应用的炼铁新 工艺之一［4］． 2004 年欧盟制订并实施了超低 CO2 炼钢计划( ULCOS) ，旨在通过突破性的技术发展， 使钢铁工业的二氧化碳减排 50% 以上，其中氧气高