灰成分对焦炭热性质影响的研究及应用.doc

灰成分对焦炭热性质影响的研究及应用梁鸿飞（安阳钢铁集团有限责任公司，安阳455004)焦炭热性质是反映焦炭在高炉中行为特性的重要指标在加入高炉的物料 中，矿石、溶剂在炉身以下高温区均已变为熔融，甚至是液体状态，只有焦炭 到风口前还保持着固体状态，以保证高炉料柱的透气性焦炭灰成分是影响焦炭热性质的重要因素，焦炭的灰成分不仅破坏了焦炭 微观结构，还影响其热反应速度开展对灰成分影响焦炭热性质机理的研究， 探索改变或控制灰成分在工业生产上的应用，对准确预测和科学评价焦炭质量 具有重要意义1 矿物质对焦炭溶损反应的影响 1.1 焦炭灰分中矿物质的种类及存在形式焦炉炼焦时，焦炭中的灰分是由炼焦煤带入的，由于炼焦煤资源的不同， 不同地域或时间段的焦炭其灰成分有较大差别但其重要的成分种类却相对固 定，焦炭灰分中的矿物质元素主要有Si、A1、Fe、Ca、Mg，次要有 Ba、Ti、K、Na，微量有Mn、V等，在灰分中的含量分别＞1%、>0. 1％和 ＞0.01% 1.2 不同矿物质对焦炭溶损反应的影响及其机理焦炭中矿物质通过下列两方面对其溶损反应产生影响1）矿物质的存在破坏了焦炭的微观和宏观结构。

矿物质微粒破坏焦炭中 的石墨化层状结构，从而使其强度降低同时，较大颗粒的矿物质在焦炭中形 成裂纹中心，使焦炭在受到外力（机械力或热应力）时，沿裂纹中心分裂，导 致其强度降低这一方面的作用对焦炭的热强度起破坏作用2）矿物质对焦炭溶损反应的催化作用焦炭中存在矿物质时，对溶损反 应有正、负两种催化作用正催化作用是指矿物质能加速焦炭溶损反应的进行， 提高其反应性对焦炭的溶损反应主要起正催化作用的矿物质有碱金属、碱土 金属、过渡金属等负催化作用是指矿物质使焦炭溶损反应受到抑制，导致焦炭反应性的降低对焦炭溶损反应有负催化作用的矿物质有硼、钼、钛等元素 的氧化物硼可降低碳的溶损速度，硼和钼形成硼酸根和钼酸根，它们在无水 汽的情况下能与晶格周边的碳原子结合，并堵塞通道，因而产生负催化作用， 钛也能抑制焦炭的溶损反应2 添加矿物成分改善焦炭热性能的实验根据矿物质对焦炭热性质的不同影响，可以通过向焦炭喷洒含有矿物质溶 液的方法，改善焦炭的热性质安阳钢铁公司近年来进行了多次实验室研究及 工业试验，在此类实验中，B 2 O 3 是主要的添加物质 2.1 实验室研究 2.1.1 实验方法用一定浓度的添加剂溶液300mL浸泡500g焦炭15min左右，风干后按照国 标GB4000-1996进行CRI、CSR检测，实验结果见表1。

表1 实验前后的焦炭质量对比（％） 平均值 指标对比 添加剂浓度 CRI CSR CRI CSR 0 28.02 63.91 - - 3.5 25.14 65.50 －2.88 1.59 4.5 19.33 72.71 －8.69 8.802. 1. 2 改质剂对焦炭显微结构的影响为了更清楚地研究改质剂在焦炭内的分布和作用，利用扫描电镜对喷洒质 量分数4％的改质剂前后的焦炭进行了检测，检测结果见图1 图1 喷洒4％改质剂前后焦炭样（×200倍）的微观结构从图1可看出，在相同放大倍数的条件下，喷前焦样的孔隙大、密、深， 呈现浑圆状，较规则，属于开气孔而喷洒改质剂后焦炭的孔隙小、少，并且 不规则，呈现封闭状改质剂呈粒状和片状存在于焦炭孔隙中，堵塞了焦炭气 孔，或形成雪花状、网络状碳化物，既对反应气体形成了屏蔽，又加强了自身 强度 2.1.3 实验室结果分析(1) 经改质剂溶液浸泡后，焦炭的CRI降低，CSR升高，且随着改质剂浓 度的增加，CRI降低愈多，CSR提高也愈多2) 浸泡时间愈长，焦炭热性能改善程度愈高实际上，渗透到焦炭样中 的改质剂的量越多，对焦炭热性能的改善效果越好。

3) 电镜扫描的结果表明，改质剂中的物质能吸附和渗透到焦炭表层，一 方面它们能与晶格周边的碳原子结合，填充焦炭晶格空隙，并堵塞通道，阻止 二氧化碳向焦炭内层扩散，以此来降低焦炭反应性；另一方面，部分改质剂随 焦炭进入炉内后，经过温度变化与其生成化合物，该化合物是氧化性气体的抑 制剂，主要是在碳结构中的活化点上吸附稳定的化合物，从而使活化点失活， 以使其在焦炭表面形成屏蔽保护膜，来抑制焦炭与二氧化碳的溶损反应 2.2 工业试验为了进一步验证焦炭改质剂对焦炭质量的改善效果，我们进行了工业中间 试验，通过工业生产中焦炭质量的变化来检验改质剂的功效 （1）工艺流程根据实验室的结论，工业现场决定采用向焦炭表面喷洒溶 液的工艺方法，通过现场实地勘察，制订出的工艺流程示意图见图2图2 喷洒改质剂工艺流程示意图（2）喷洒方案要点在筛焦楼后的转运站，采用多喷头立体喷洒方式向焦 炭喷洒一定浓度（4.0%）的改质剂溶液，试验期15天，试验结果见表2表2 工业性试验前后焦炭质量对比 试样 CRI，％ CSR，％ 空白样 33.61 56.05 喷洒样 26.40 64.29 差值 －7.21 +8.24 注：以上试验结果为多次试验的平均值。

由表2可看到，焦炭经改质剂处理后，热性能（反应性和反应后强度）得 到了明显改善喷洒过改质剂焦炭的CRI较未喷洒改质剂的降低了7. 21%，相 对降低值21. 45%；喷洒过改质剂焦炭的CSR较未喷洒改质剂的提高了8. 24%, 相对提高值14. 70%工业试验的结果表明，喷洒改质剂对焦炭质量的提高有 明显效果3 灰成分研究在炼焦生产中的其他应用方向除上述利用添加剂改变焦炭灰成分以改善其热性质外，灰成分研究在工业 生产中的其他应用方向可包括以下几方面1) 综合评价炼焦煤质量，选择合适的进厂煤源焦炉炼焦生产中，焦炭 中的灰分完全是由炼焦煤带入的，因此通过控制炼焦煤中的灰成分，可有效控制焦炭的灰成分建立进厂煤灰成分检测制度，以更加科学地评价炼焦煤的性 质，选择更适合高炉需求的炼焦煤资源2) 更加准确地预测焦炭质量炼焦煤的灰分及其组成是影响焦炭质量的 重要因素，而这一因素是独立于炼焦煤的工艺性质（如粘结性）的仅根据配 煤质量（配煤比、单种煤工艺性质等）预测焦炭质量，无论是采用工艺指标还 是使用煤岩配煤的方法，都是不完全的在预测焦炭质量特别是其热性质时， 应充分考虑焦炭中矿物质及其含量结构的影响。

3) 优选更加经济、有效的添加剂通过不同矿物成分或其他物质对焦炭 质量影响的研究，开发低成本的高效添加剂，改善焦炭质量4 结束语炼焦煤的灰成分是影响焦炭热性质的重要因素，灰成分对焦炭热性能的影 响是通过灰成分对CO 2 反应性的催化作用来实现的研究表明，炼焦煤的灰成 分可以控制进厂煤的质量，提高预测焦炭质量的准确程度实验室和工业试验 的结果表明，通过向焦炭中添加改质剂可以改善焦炭的热性质。