第12期 王喆等：捣固焦高温气化反应特性 ·1603· 新方法；而且由于炼焦设备的不同和配煤结构的复 束后，关闭C02,通入N2冷却，流量为2Lmin-1.图 杂多变，也使得捣固焦的性质不同 1表示目标温度为1000℃时升温制度和气体成分 国外一些学者已经对捣固炼焦技术进行研究， 控制，其他目标温度类似.对焦炭气化反应碳质量 但各国炼焦配煤结构差异较大，印度塔塔公司@通 损失率（简称失碳率）进行计算： 过添加粘结剂来提高劣质炼焦煤的使用量，并且生 mo -m 产出能够满足高炉生产需要的捣固焦.Dash等 7= (1) mo 在实验室条件下研究了通过优化煤饼堆积密度来提 式中：)为焦炭气化反应失碳率；m。为焦炭反应前质 高捣固焦产量的方法.本文通过研究不同种类捣固 量，g;m1为焦炭反应后质量，g 焦在不同温度、富碱与不富碱条件下的气化反应失 碳率及其微观结构的变化，探讨影响捣固焦治金性 1200 升温阶段 反应阶段冷却阶段 能的主要因素 通N 9) 通C0 通N 1实验 600 1.1实验样品 实验所用五种捣固焦均来自于国内某钢铁企 300 业，其化学成分和热态性能如表1所示.其中，捣固 60 90 焦A反应性(CRI)最低，仅为25.36%；捣固焦E反 120150180210240270 时间/min 应性最高，为34.95%. 图1中温管式炉升温制度和气体成分控制图 富碱焦炭样品制备方法：称取一定质量烘干后 Fig.I Temperature profile and gas composition for the present experi- 的焦炭放入容器中，喷洒特定浓度的K,C0,溶液至 ment 焦炭表面，放入烘箱10h以上，取出后冷却称量.制 得五种捣固焦的富碱率如表2所示 2实验结果及讨论 表1表1捣固焦化学成分（质量分数）及热态性能 2.1温度对捣固焦气化反应的影响 Table 1 Chemical composition and thermal performance of stamp char- 不富碱条件下，五种不同反应性捣固焦在不同 ging cokes 温度下气化反应失碳率如图2所示.从图中可以看 焦炭样品 灰分 挥发分 固定碳 CRI 出，随着反应温度升高，焦炭失碳率不断增加.反应 捣固焦A 13.21 1.71 85.08 25.36 规律表现为，除捣固焦A外，其余四种捣固焦在反 捣固焦B 15.01 1.90 83.09 27.47 应温度为900℃和1000℃时，质量损失很少（小于 捣固焦C 13.26 1.45 85.29 29.87 2%),并且基本相当，说明此时化学反应为主要控 捣固焦D 7.80 1.57 90.63 31.32 制环节.当反应温度超过1000℃时，四种焦炭失碳 捣固焦E 13.28 1.66 85.06 34.95 率呈线性增加.CRI最低的捣固焦A则在反应温度 表2捣固焦富碱率 大于900℃时，失碳率即基本呈线性增长，1000℃时 Table 2 Alkali-tich rate of stamp charging cokes 失碳率达到6.8%，但整体上反应速率低于其他四 捣固焦A 捣固焦B捣固焦C捣固焦D 捣固焦E 种焦炭.一般来说，在1000℃时，焦炭气化反应速 1.75 1.85 1.71 1.82 1.80 率较低，C0,可以充分扩散到焦炭内部，此时碳结构 的缺陷部位等活性质点优先与CO2发生反应，当温 1.2实验方法 度升高到1100℃以上时，气化反应速率较高，焦炭 捣固焦气化反应实验在中温管式电阻炉中进 外部和内部同时发生反应，气化反应主要由焦炭基 行.首先，选取粒度为20~25mm的块焦，放置在 质中各向同性组织的含量和气孔结构的分布、气孔 (100±5)℃的干燥箱中，干燥2h以上.然后，将称 率的大小决定.因此，捣固焦A可能存在较多的活 量好的100g样品放入管式炉中进行加热升温，同时 性质点，但是基质反应性和气孔率不如其他四种捣 通入N2,流量为2L·min-,目标温度分别为900、 固焦.另外，焦炭属于非均质体，与C0,的气化反应 1000、1100和1200℃.达到目标温度后，关闭N2,通 行为与时间有关，因此本实验条件下五种焦炭的反 入CO2气体，流量为5L·min-,反应时间1h,反应结 应失碳率高低顺序与CRI高低顺序稍有不同.第 12 期 王 喆等: 捣固焦高温气化反应特性 新方法; 而且由于炼焦设备的不同和配煤结构的复 杂多变，也使得捣固焦的性质不同［7--9］． 国外一些学者已经对捣固炼焦技术进行研究， 但各国炼焦配煤结构差异较大，印度塔塔公司［10］通 过添加粘结剂来提高劣质炼焦煤的使用量，并且生 产出能够满足高炉生产需要的捣固焦． Dash 等［11］ 在实验室条件下研究了通过优化煤饼堆积密度来提 高捣固焦产量的方法． 本文通过研究不同种类捣固 焦在不同温度、富碱与不富碱条件下的气化反应失 碳率及其微观结构的变化，探讨影响捣固焦冶金性 能的主要因素． 1 实验 1. 1 实验样品 实验所用五种捣固焦均来自于国内某钢铁企 业，其化学成分和热态性能如表 1 所示． 其中，捣固 焦 A 反应性( CＲI) 最低，仅为 25. 36% ; 捣固焦 E 反 应性最高，为 34. 95% ． 富碱焦炭样品制备方法: 称取一定质量烘干后 的焦炭放入容器中，喷洒特定浓度的 K2CO3溶液至 焦炭表面，放入烘箱 10 h 以上，取出后冷却称量． 制 得五种捣固焦的富碱率如表 2 所示． 表 1 表 1 捣固焦化学成分( 质量分数) 及热态性能 Table 1 Chemical composition and thermal performance of stamp char￾ging cokes % 焦炭样品 灰分 挥发分 固定碳 CＲI 捣固焦 A 13. 21 1. 71 85. 08 25. 36 捣固焦 B 15. 01 1. 90 83. 09 27. 47 捣固焦 C 13. 26 1. 45 85. 29 29. 87 捣固焦 D 7. 80 1. 57 90. 63 31. 32 捣固焦 E 13. 28 1. 66 85. 06 34. 95 表 2 捣固焦富碱率 Table 2 Alkali-rich rate of stamp charging cokes % 捣固焦 A 捣固焦 B 捣固焦 C 捣固焦 D 捣固焦 E 1. 75 1. 85 1. 71 1. 82 1. 80 1. 2 实验方法 捣固焦气化反应实验在中温管式电阻炉中进 行． 首先，选取粒度为 20 ～ 25 mm 的块焦，放置在 ( 100 ± 5) ℃的干燥箱中，干燥 2 h 以上． 然后，将称 量好的100 g 样品放入管式炉中进行加热升温，同时 通入 N2，流量为 2 L·min － 1，目标温度分别为 900、 1000、1100 和1200 ℃ ． 达到目标温度后，关闭 N2，通 入 CO2气体，流量为5 L·min － 1，反应时间1 h，反应结 束后，关闭 CO2，通入 N2冷却，流量为 2 L·min － 1 ． 图 1 表示目标温度为 1000 ℃ 时升温制度和气体成分 控制，其他目标温度类似． 对焦炭气化反应碳质量 损失率( 简称失碳率) 进行计算: η = m0 － m1 m0 ． ( 1) 式中: η 为焦炭气化反应失碳率; m0为焦炭反应前质 量，g; m1为焦炭反应后质量，g． 图 1 中温管式炉升温制度和气体成分控制图 Fig． 1 Temperature profile and gas composition for the present experi￾ment 2 实验结果及讨论 2. 1 温度对捣固焦气化反应的影响 不富碱条件下，五种不同反应性捣固焦在不同 温度下气化反应失碳率如图 2 所示． 从图中可以看 出，随着反应温度升高，焦炭失碳率不断增加． 反应 规律表现为，除捣固焦 A 外，其余四种捣固焦在反 应温度为 900 ℃ 和 1000 ℃ 时，质量损失很少( 小于 2% ) ，并且基本相当，说明此时化学反应为主要控 制环节． 当反应温度超过 1000 ℃ 时，四种焦炭失碳 率呈线性增加． CＲI 最低的捣固焦 A 则在反应温度 大于 900 ℃时，失碳率即基本呈线性增长，1000 ℃时 失碳率达到 6. 8% ，但整体上反应速率低于其他四 种焦炭． 一般来说，在 1000 ℃ 时，焦炭气化反应速 率较低，CO2可以充分扩散到焦炭内部，此时碳结构 的缺陷部位等活性质点优先与 CO2发生反应，当温 度升高到 1100 ℃ 以上时，气化反应速率较高，焦炭 外部和内部同时发生反应，气化反应主要由焦炭基 质中各向同性组织的含量和气孔结构的分布、气孔 率的大小决定． 因此，捣固焦 A 可能存在较多的活 性质点，但是基质反应性和气孔率不如其他四种捣 固焦． 另外，焦炭属于非均质体，与 CO2的气化反应 行为与时间有关，因此本实验条件下五种焦炭的反 应失碳率高低顺序与 CＲI 高低顺序稍有不同． · 3061 ·