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杨雪峰， （1970-） ，男，硕士，高级工程师，ly685308@1一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关键词 ZBS 改性剂；焦炭反应性；反应后强度；高炉A Method of Improving Coke Thermal PropertiesYANG Xue-feng1，2，LI Yi1,SHEN Feng-man2，GAO Yun-xiang1,ZHU Zi-zong3(1 Technical Central, Kunming Iron coke reaction index; coke strength after reaction; blast furnace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,%图图1喷喷洒洒普普通通 ZBS试试验验情情况况Figure1．．Experiment condition of ZBS formulation optimization1.2 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表表 1 昆钢焦炭与国内一些企业的焦炭显微组织结构对比昆钢焦炭与国内一些企业的焦炭显微组织结构对比Table.1 Comparison of coke microscope structure between new coke used in Kunming Steel and the coke in some other steelworks.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各向异性中粒镶嵌状，%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。

1.3 ZBS 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 CRI 5.95 个百分 点， 提高CSR 10.37 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图2 ZBS配配方方优优化化试试验验情情况况Figure2．．Experiment condition of ZBS formulation optimization2 KGJ-ZBS 使使用用工艺操作参数工艺操作参数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表表 2 不同添加方式试验结果对比不同添加方式试验结果对比Table2. Experimental results comparison of different addition way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/吨基准样33.7557.17试验样29.6563.545435.431%硼酸熄焦 ±，%-4.10+6.3726.80基准样31.0057.97试验样25.2065.115433.260.6%KGJ-ZBS熄焦 ±，%-5.80+7.1421.00基准样29.7362.36试验样23.7871.49201.05%KGJ-ZBS喷洒 ±，%-5.95+9.136.44注：所谓注：所谓““熄焦熄焦””就是将就是将焦焦炭炭加加热热到到900℃℃后后用用添添加加剂剂溶溶液液熄熄灭灭，，而而 ““喷喷洒洒””则则是是在在正正常常焦焦炭炭表表面面喷喷洒洒一一定定数数量量的的添添加加剂剂溶溶液液“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 30510152025303503456KGJ-ZBS浓度,%CRI,%565860626466687072747678CSR，%图图 3 KGJ-ZBS 浓度对焦炭热态性能的影响浓度对焦炭热态性能的影响Figure3. Tendency chart of hot property of the coke as concentrate change of KGJ-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%CSRCRI5的最佳浓度范围[3] 2.3 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图 4 生活水与工业水对比试验结果生活水与工业水对比试验结果Figure4. Contrast experiment results of living water and industrial water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 505101520253035基准204070介质温度,℃CRI,%565860626466687072CSR，%图图 5 喷洒介质温度变化对比性试验结果喷洒介质温度变化对比性试验结果Figure5. Compared experimental results of temperature change of spraying dielectry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CSRCRICRICSR6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 结果示于表 3表表 3 焦炭冷态喷洒焦炭冷态喷洒 ZBS 试验结果试验结果Table3. Experimental results of spraying ZBS of cold condition for new coke试样CRI，%CSR，%基准样29.6360.72试验样29.1562.50冷态±，%-0.48+1.78基准样29.6563.26试验样26.9566.0540℃±，%-2.70+2.79基准样33.1560.88试验样25.4069.91200℃±，%-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。

考虑到焦炭温度控制要与生产过程中的凉焦操作相适应，以及喷洒量过大会影响焦炭水分 及喷洒成本，因此在确定工业性试验方案时将焦炭温度调整为 70～120℃，喷洒量降为 1.5～2%确定出的昆钢焦炭喷洒 KGJ-ZBS 工业试验方案见表 4表表 4 工工业业性性试验试。