第3期 吴胜利等：焦炭反应性对高炉块状带含铁炉料还原的影响 ·283· 为了降低高炉炼铁丁工艺的燃料消耗和拓展高炉 为12.5cm,内高为95cm.实验过程中试样的温度、 的可用资源范围，世界各国的炼铁工作者做了多方 料层压差、气体成分、试样失重等均由电脑实时监 面的研究.欧盟研究了基于煤气循环和全氧的高炉 测记录.其体实验步骤是：将250g焦炭在110℃ 炼铁革新工艺，日本探讨了基于矿煤团块新型炉料 下烘干12h,然后装入静态荷重还原设备的反应管 的高炉炼铁革新上艺-到：特别是近年来德国、日中，将反应管封装上盖，置于加热炉内，打开炉子 本和韩国的一些学者对高炉使用小块焦进行了研电源，以5℃min-1升温至900℃（通5Lmin-1 究，研究发现高炉矿石层混加小块焦，提高铁矿 的N2保护)，在900℃恒温120min,期间通入流量 行的还原效率[4-8).另外，通过国内外钢铁企业 为15Lmin-1的C0、C02和N2混合气体，各成 的生产实践发现高炉使用小块焦不仅燃料比没有升 分的体积分数为C032.5%、C0212.5%和N255%, 高，相反还出现了燃料比略有下降的趋势9-1o).由 恒温段结束后断电降温至室温（通5Lmin~1的N2 于小块焦粒度小，比表面积大，更易发生碳素溶损 保护).表征焦炭反应性高低的量化指标是焦炭试样 反应，所以使用小块焦的实质是提高了高炉块状带 的失重率，失重率较高的焦炭，表明其反应性较高， 焦炭的反应性，从而促进该区域的铁矿不还原.由 反之亦然 此可见，高炉块状带焦炭的反应性对含铁炉料的还 原有很大影响，有必要深入研究焦炭反应性对含铁 电子秤 炉料还原过程的影响规律 国内外在焦炭反应性对含铁炉料还原过程影 负荷加载元件 响方面的研究鲜有报道，已有的研究文献主要集中 出气口 在小块焦对矿石还原度的影响1-14，尚未深入探 用气体分析仪 进气口 双壁反应管 配置混合气体 究焦炭反应性对高炉含铁炉料还原的影响机理及规 料层中热电偶 含铁炉料 律.因此，本文主要研究具有不同反应性的焦炭对 000 Φ10-12.5mm 布料 高炉块状带今铁炉料还原的影响机理及规律，通过 热电偶 焦炭 Φ6.3-10mm 五种不同反应性的焦炭实验研究和探讨焦炭反应性 对料层气体还原势、料层透气性以及炉料还原程度 加热元件 等的影响规律，期望通过本文研究结果探索一种能 多气孔圆盘 够拓展高炉可用焦炭资源范围、降低燃料比的高炉 图1静态荷重还原设备及试样的布料方式示意图 革新「艺方法 Fig.1 Schematic diagram of the static-load-reductive appa 1实验方法及原理 ratus and the sample arrangement mode 1,1焦炭反应性 1.2含铁炉料还原 焦炭的反应性表征的是其在高温下与CO2气 含铁炉料的还原实验所用设备及布料示意图 体发生碳素溶损反应(C+C02一2C0)的难易程度. 如图1所示，含铁炉料为来自宝钢的烧结矿，粒 由于配煤结构的不同，焦炭的反应性具有明显差异， 级取为10.0~12.5mm.将1000g烧结矿和364g焦 为了研究焦炭反应性对高炉块状带含铁炉料 炭分别在110℃下烘干12h后，按五层矿、焦相间 还原的影响规律，使用了五种不同反应性的焦炭试 的分层布料方式装入还原炉反应管，炉料在管中的 样，焦炭粒级均为6.3~l0mm.焦炭A是宝钢高炉 料层总厚度为100mm,其中焦炭层的总厚度为50 生产常用的低反应性焦炭：焦炭B、C、D和E分别 mm.实验过程的升温制度与焦炭反应性实验相同， 是以焦炭A为基，通过催化剂调制而成的具有较高 实验还原通气制度如表1所示. 反应性的焦炭，调制焦的具体制作过程是：将质量 根据实验结束后测得的烧结矿失重数据，计算 分数分别为2%、5%、8%和11%的催化剂与90℃的 含铁炉料的还原度和金属化率 温水混y制成溶液，焦炭A置于溶液中，在140℃ 含铁炉料的还原度是指含铁炉料试样在还原 下干燥，分别得到焦炭B、C、D和E. 过程中的失氧质量占铁氧化物中总氧质量的百分 为了尽可能真实地模拟实际高炉块状带中焦 数，采用如下公式进行计算： 炭的碳素溶损反应条件，本文采用与通常测试标准 R=- mo-mt 不同的实验方法.焦炭反应性的实验测定所用设备 ×100%.(1) 为静态荷重还原设备，如图1所示，反应管的内径 mo -w(TFe)- w(FeO)第 期 吴胜利等 焦炭反应性对高炉块状带含铁炉料还原的影响 · 为了降低高炉炼铁工艺的燃料消耗和拓展高炉 的可用资源范围, 世界各 国的炼铁 作者做了多方 面 的研究 欧盟研究 了基于煤气循环和全氧的高炉 炼铁革新土艺, 日本探讨 了基一于矿煤团块新型炉料 的高炉炼铁革新 艺 `一 特别是近年来德国 、 日 本和韩 国的一些学者对高炉使 用小块焦进行 了研 究 , 研究 发现高炉矿石层混加小块焦, 可提高铁矿 石 的还 原效率 一 另外 , 通过 国内外钢铁企业 的生产实践发现高炉使用小块焦不仅燃料比没有升 高, 相反还出现 了燃料 比略有下降的趋势 ”一 由 于小块焦粒度小, 比表面积大, 更易发生碳素溶损 反应 , 所 以使用小块焦的实质是提高了高炉块状带 焦炭的反应性, 从而促进该区域 的铁矿石还原 由 此 可见 , 高炉块状带焦炭的反应性对含铁炉料 的还 原有很大影响, 有必要深入研究焦炭反应性对含铁 炉料还原过程的影响规律 国内外在 焦炭反应性对含铁炉料还原过程影 响方面的研究鲜有报道 , 已有的研究文献主要集 中 在小块焦对矿石还原度 的影响 卜 , 尚未深入探 究焦炭反应性对高炉含铁炉料还原的影响机理及规 律 因此 , 木文主要研究具有不同反应性 的焦炭对 高炉块状带含铁炉料还原的影响机理及规律, 通过 五种不同反应性的焦炭实验研究和探讨焦炭反应性 对料层气体还原势 、料层透气性 以及炉料还原程度 等的影响规律, 期望通过本文研究结果探索一种能 够拓展高炉 可用焦炭资源范围 、降低燃料比的高炉 革新 工艺方法 实验方法及原理 焦炭反应性 焦炭的反应性表征 的是其在高温下与 气 体发生碳素溶损反应 一 的难易程度 由于配煤结构的不 同, 焦炭的反应性具有明显差异 为 了研究焦 炭反应性对高炉块状带含铁炉料 还原的影响规律 , 使用了五种不同反应性 的焦炭试 样, 焦炭粒级均为 、 焦炭 是宝钢高炉 生产常用的低反应性焦炭 焦炭 、 、 和 分别 是以焦炭 为基, 通过催化剂调制而成的具有较高 反应性的焦炭 调制焦 的具体制作过程是 将质量 分数分别为 、 、 和 的催化剂与 ℃的 温水混匀制成溶液 , 焦炭 置于溶液中, 在 ℃ 下十燥, 分别得到焦炭 、 、 和 为 了尽可能真 实地模拟 实际高炉块状 带中焦 炭的碳素溶损反应条件 , 本文采用与通常测试标准 不同的实验方法 焦炭反应性的实验测定所用设备 为静态荷重还原设备, 如图 所示 , 反应管的内径 为 , 内高为 实验过程中试样的温度 、 料层压差 、气体成分 、试样 失重等均由电脑实时监 测记录 具体实验步骤是 将 焦炭在 ℃ 下烘干 , 然后装入静态荷重还原设备的反应管 中, 将反应管封装上盖 , 置 几加热炉内, 打开炉子 电源 , 以 · 一`升温至 通 · 一` 的 保护 , 在 ℃恒温 , 期间通入流量 为 · 一` 的 、 和 混合气体 , 各成 分的体积分数为 、 和 , 恒温段结束后断电降温至室温 通 一' 的 保护 表征焦炭反应性高低的量化指标是焦炭试样 的失重率, 失重率较高的焦炭, 表明其反应性较高, 反之亦然 负荷加载元件 用气体分 配置混合 料层中热 热电偶 加热元 布料 图 静态荷重还原设备及试样的布料方式不意图 缸 一 含铁炉料还原 含铁炉料 的还原实验所用设备及布料 示意图 如 图 所示 含铁炉料为来 自宝钢的烧 结矿 , 粒 级取为 将 烧结矿和 焦 炭分别在 ℃下烘干 后, 按五层矿 、焦相间 的分层布料方式装入还原炉反应管, 炉料在管 中的 料层总厚度 为 , 其 中焦炭层的总厚度为 实验过程的升温制度与焦炭反应性实验相同 实验还原通气制度如表 所示 根据实验结束后测得的烧结矿失重数据, 计算 含铁炉料的还原度和金属化率 含铁炉料 的还 原度是指含铁炉料试样在还原 过程中的失氧质量 占铁氧化物 中总氧质量 的百分 数, 采用如下公式进行计算 刀 之 一 刀 之艺 矶。 ,一切