搜索
杨雪峰，（1970-），男，硕士，高级工程师，ly685308@163.com1一种改善焦炭热态性能的方法杨雪峰1，2，李轶1，沈峰满2，高芸祥1朱子宗3（1昆明钢铁股份有限公司技术中心云南昆明6503022东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳1100043重庆大学材料科学与工程学院重庆400044）摘要昆钢结合自身实际进行了采用炉外处理手段改善焦炭热态性能的研究，研发出适合昆钢焦炭具体特点的添加剂配方及适宜的工艺技术参数，通过工业性试验取得了焦炭反应性平均降低2.15个百分点、反应后强度提高3.22个百分点、高炉平均日产量提高33.93%和燃料比降低89.25kg/t的效果，为改善焦炭热态性能指标开拓了新途径。关键词ZBS改性剂；焦炭反应性；反应后强度；高炉AMethodofImprovingCokeThermalPropertiesYANGXue-feng1，2，LIYi1,SHENFeng-man2，GAOYun-xiang1,ZHUZi-zong3(1TechnicalCentral,KunmingIron&SteelCompanyLimited,Kunming,Yunnan,6503022SchoolofMaterialsandMetallurgy,NortheasternUniversity,Shenyang,Liaoning,1100043SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044)Abstract：Accordingtoitsowncondition，KunmingIron&SteelCompanyLimitedhasresearchedandexploitedtheZBSformulationwhichsuitedtospecificcharacteristicofthecoke，andattainedtechnicalparametersrelativetoindustrialtest.Duringtheindustrialtest，thecokeCRIdecreasedby2.15%,CSRincreasedby3.22%,andtheproductivityoftheBFenhancedby33.93%,fuelratiodecreased89.25kg/t.Asaresult,anewmethodofimprovingcokethermalpropertywasexploited.Keywords：ZBSmodifyingagent;cokereactionindex;cokestrengthafterreaction;blastfurnace随着炼铁生产技术的发展，与高炉内焦炭骨架支撑作用密切相关的热态性能指标越来越受重视[1-6]。针对近几年由于煤资源变化的影响，焦炭热态指标有所下降的问题，昆明钢铁股份有限公司（以下简称昆钢）根据冶金焦炭表面吸附硼、钛、钼、磷等离子能阻碍碳原子与CO2接触，抑制碳素溶损反应进行的原理[7-15]，着手研究开发炉外处理改善焦炭热态性能的新方法。根据昆钢焦炭的特殊性，对改善昆钢焦炭质量的工艺进行了系统的研究，找到了适合昆钢焦炭特点的添加剂配方及适宜的工艺技术参数，进而进行了工业试验，取得了较好效果，为探索改善焦炭热态性能开拓了新的途径。21改善焦炭质量添加剂的开发1.1原有添加剂的不适应性昆钢采用已有的ZBS改性剂（以下称一号配方），在实验室将焦炭温度加热到200℃，按2.0%的量进行了不同浓度的喷洒处理，处理后焦炭反应性(CRI)及反应后强度(CSR)按照国标方法(GB/T4000—1996)进行了测定,测定结果见图1。从图1中可见，普通ZBS一号配方对于改善昆钢焦炭热态性能指标的效果并不理想。010203040506070热态指标,%基准1.502.503.003.50ZBS浓度,%图1喷洒普通ZBS试验情况Figure1．ExperimentconditionofZBSformulationoptimization1.2昆钢焦炭特殊性据报道，ZBS一号配方可以明显改善焦炭热态性能指标[3]。但如上所述，ZBS一号配方对昆钢焦炭的热态性能却没有明显作用，暗示昆钢焦炭具有自身的特殊性，为此，本研究对昆钢焦炭的显微组织结构进行了调查研究。与其他厂家相比，昆钢配煤比中主焦煤配量达45～55%，1/3焦煤配量为55～45%，不使用气煤和肥煤，因此焦炭显微组织结构较为独特，国内部分企业焦炭的显微组织结构示于表1。表1昆钢焦炭与国内一些企业的焦炭显微组织结构对比Table.1ComparisonofcokemicroscopestructurebetweennewcokeusedinKunmingSteelandthecokeinsomeothersteelworks.显微组织昆钢焦炭梅山焦鞍钢焦武钢焦首钢焦太钢焦包钢焦各向同性，%0.85.911.32.63.1/2.6各向异性极细粒镶嵌状，%/8.56.81.41.80.50.7细粒镶嵌状，%2.026.730.07.74.76.43.9中粒镶嵌状，%44.521.818.012.78.225.616.7CRICSR3粗粒镶嵌状，%22.24.64.15.55.99.59.2成列镶嵌状，%/1.83.04.12.62.75.9不完全纤维状，%1.413.14.134.435.024.231.4完全纤维状，%0.82.34.111.814.18.07.3片状，%0.21.42.42.64.24.02.5合计71.180.272.580.276.580.977.6惰性结构丝炭及破片状，%28.113.914.817.220.119.119.8从表1所列数据可见，昆钢焦炭的显微结构中各向异性结构与其他企业相比含量较低，而且各向异性的中、粗粒镶嵌结构及惰性组分含量较高，由此推测ZBS对昆钢焦炭的的吸附和渗透能力较弱，为了提高焦炭单位比表面积的吸附量，应适当提高ZBS的浓度。1.3ZBS添加剂的改进根据昆钢焦炭灰高、硫低，显微结构中各向异性结构较少，而惰性结构较多的特点。对普通ZBS配方进行优化调整，添加了活性物质A、B，其中添加A的为二号配方，添加B的为三号配方，同时添加A和B的为四号配方。为了确定最佳配方，按焦炭温度为200℃，溶液浓度为4%、喷洒量为2%的条件使用改进后的ZBS添加剂进行改善焦炭质量的对比测试，其结果见图2。由图2可见，四号配方对昆钢焦炭热态性能指标的改善最为有效，可降低CRI5.95个百分点，提高CSR10.37个百分点，以下将四号添加剂配方命名为KGJ-ZBS，并作为进行工业试验的配方。010203040506070热态指标,%基准一号配方二号配方三号配方四号配方图2ZBS配方优化试验情况Figure2．ExperimentconditionofZBSformulationoptimization2KGJ-ZBS使用工艺操作参数2.1适宜的添加方式对比了1%浓度硼酸、54.3%溶液熄焦，0.6%浓度KGJ-ZBS、54.3%溶液熄焦，和5%浓度KGJ-ZBS、2%溶液喷洒三种处理方式的试验效果，结果详见2。CSRCRI4表2不同添加方式试验结果对比Table2.Experimentalresultscomparisonofdifferentadditionway指标试样CRI%CSR%溶液处理量kg/t添加剂耗量kg/t成本增加元/吨1%硼酸熄焦基准样33.7557.1726.80试验样29.6563.545435.43±，%-4.10+6.370.6%KGJ-ZBS熄焦基准样31.0057.9721.00试验样25.2065.115433.26±，%-5.80+7.145%KGJ-ZBS喷洒基准样29.7362.366.44试验样23.7871.49201.0±，%-5.95+9.13注：所谓“熄焦”就是将焦炭加热到900℃后用添加剂溶液熄灭，而“喷洒”则是在正常焦炭表面喷洒一定数量的添加剂溶液“熄焦”方式和“喷洒”方式比较，三组试验中以焦炭喷洒5%浓度KGJ-ZBS改善效果最为明显，吨焦成本增加值也最低。在两组“熄焦”试验中，0.6%KGJ-ZBS的试验效果优于1%的硼酸，但由于熄焦水耗量大，吨焦使用添加剂绝对量远高于5%浓度KGJ-ZBS添加剂的喷洒，所以吨焦成本增加过高，不宜在生产上使用。2.2适宜的喷洒浓度为了考察KGJ-ZBS浓度对焦炭指标的影响，在溶液喷洒量为20kg/t的条件下进行了不同KGJ-ZBS浓度的系列对比试验，试验结果详见图3。0510152025303503456KGJ-ZBS浓度,%CRI,%565860626466687072747678CSR，%图3KGJ-ZBS浓度对焦炭热态性能的影响Figure3.TendencychartofhotpropertyofthecokeasconcentratechangeofKGJ-ZBS从图3中可以看出，喷洒KGJ-ZBS以后焦炭反应性（CRI）降低3.90～8.05个百分点，反应后强度（CSR）提高4.89～12.38个百分点，且随ZBS浓度的增加，焦炭反应性及反应后强度改善幅度逐步增加。实验室条件下，为了使焦炭反应性（CRI）≤25%，反应后强度（CSR）≥70%，KGJ-ZBS的浓度应≥4.0%，这个适宜的浓度明显高于其他企业2～3%的最佳浓度范围[3]。CSRCRI52.3适宜的喷洒介质及介质温度考虑到工业水pH值、硬度、金属氧化物含量以及其它成份对KGJ-ZBS使用效果的影响，在实验室进行了生活水与工业水的对比试验，试验结果见图4。01020304050607080热态指标，%基准工业水生活水图4生活水与工业水对比试验结果Figure4.Contrastexperimentresultsoflivingwaterandindustrialwater与基准样相比，两者均可降低焦炭反应性（CRI）和提高反应后强度（CSR），但使用生活水可显著提高焦炭反应后强度（CSR），表明喷洒介质质量对KGJ-ZBS喷洒效果的影响较大，昆钢条件下应以生活水为喷洒介质。关于喷洒介质温度对KGJ-ZBS喷洒效果影响的对比性试验结果见图5。05101520253035基准204070介质温度,℃CRI,%565860626466687072CSR，%图5喷洒介质温度变化对比性试验结果Figure5.Comparedexperimentalresultsoftemperaturechangeofsprayingdielectry当喷洒介质温度为室温（20℃）时，KGJ-ZBS较难完全溶解，喷洒效果不佳，当喷洒介质温度达到70℃时，焦炭热态性能指标的改善效果与室温时相差无几。喷洒介质温度以40℃时效果最好，焦炭反应性改善了7.75个百分点，反应后强度提高了9.03个百分点。2.4适宜的焦炭温度为了进一步考察焦炭温度对KGJ-ZBS喷洒效果的影响，进行了相应的对比试验，试验CSRCRICRICSR6结果示于表3。表3焦炭冷态喷洒ZBS试验结果Table3.ExperimentalresultsofsprayingZBSofcoldconditionfornewcoke试样CRI，%CSR，%冷态基准样29.6360.72试验样29.1562.50±，%-0.48+1.7840℃基准样29.6563.26试验样26.9566.05±，%-2.70+2.79200℃基准样33.1560.88试验样25.4069.91±，%-7.75+9.03昆钢冷焦炭（室温）喷洒KGJ-ZBS后，反应性降低0.48个百分点，反应后强度提高1.78个百分点，喷洒效果较热焦炭有较大程度降低。将焦炭加热至一定温度后，KGJ-ZBS喷洒效果随温度的提高，焦炭热态指标同步大幅改善。3工业试验根据实验室试验结果及获得的工艺技术参数，进行了焦炭喷洒KGJ-ZBS的工业试验