梁彩鳳（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣 056404）

天鐵焦炭鈍化的試驗(yàn)探討

梁彩鳳（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣 056404）

為了提高焦炭質(zhì)量，改善焦炭的熱反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度，在不同的噴灑時(shí)間將不同濃度的鈍化劑溶液分別作用在兩種強(qiáng)度的焦炭表面上，進(jìn)行焦炭熱性質(zhì)的試驗(yàn)和探討。試驗(yàn)結(jié)果表明鈍化劑濃度和焦炭本身的質(zhì)量對(duì)焦炭的熱性能影響很大，而鈍化劑的噴灑時(shí)間對(duì)焦炭熱性能沒有影響。

焦炭 鈍化劑 噴灑 時(shí)間 反應(yīng)性 強(qiáng)度

1 前言

隨著高爐大型化和強(qiáng)化冶煉的發(fā)展，對(duì)焦炭質(zhì)量尤其是熱態(tài)性能要求越來越高。提高焦炭質(zhì)量，特別是改善焦炭的熱反應(yīng)性（CRI）和反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）指標(biāo)是當(dāng)前高爐強(qiáng)化冶煉、提高噴煤量、改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、降低成本的重要措施[1]。為了探索天鐵現(xiàn)有技術(shù)裝備條件下改善焦炭質(zhì)量的途徑，改善高爐爐況，向高爐提供優(yōu)質(zhì)焦炭，天鐵中心化驗(yàn)室配合高爐生產(chǎn)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行焦炭鈍化試驗(yàn)，探究焦炭鈍化劑對(duì)天鐵高爐生產(chǎn)所需焦炭的熱反應(yīng)性（CRI）和熱反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）的鈍化效果。

2 試驗(yàn)過程

2.1 反應(yīng)性（CRI）和反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）

焦炭的熱態(tài)性能通常用熱態(tài)反應(yīng)性（CRI）和熱態(tài)反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）來表示。具體定義為：稱取一定質(zhì)量的焦炭試樣，置于反應(yīng)器中，在（1 100±5）℃時(shí)與二氧化碳反應(yīng)2 h后，以焦炭質(zhì)量損失的百分?jǐn)?shù)表示焦炭的反應(yīng)性（CRI），CRI=（m-m1）/m×100%。

式中：m——焦炭試樣的質(zhì)量，g；

m1——反應(yīng)后殘余焦炭的質(zhì)量，g。

上述反應(yīng)后的焦炭經(jīng)過Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓以20 r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)600轉(zhuǎn)后，＞10 mm粒級(jí)的焦炭占反應(yīng)后焦炭的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR），CSR= m2/m1×100%。

式中：m2——轉(zhuǎn)鼓后大于10 mm粒級(jí)焦炭質(zhì)量，g。

鋼鐵廠大型高爐生產(chǎn)現(xiàn)已將反應(yīng)性（CRI）和反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）作為一項(xiàng)常規(guī)測(cè)定。研究焦炭的熱態(tài)性質(zhì)的目的是盡可能使焦炭雖然受到CO2反應(yīng)，但仍保持一定強(qiáng)度，以保證高爐內(nèi)良好的透氣性。

2.2 試驗(yàn)材料

2.2.1 試驗(yàn)焦炭采用天鐵高爐冶煉所用的兩種強(qiáng)度不同的焦炭，分別為自產(chǎn)焦炭和金牛焦炭。從現(xiàn)場(chǎng)取焦碳試樣，棄去泡焦和爐頭焦，經(jīng)過反復(fù)破碎、篩分，取直徑大于23 mm而小于25 mm的焦塊，去掉片狀焦和條狀焦后混勻，采用四分法將試樣縮分，每份不少于220 g，備用[2]。

2.2.2 該試驗(yàn)采用的鈍化劑為白色粉末狀，水分約為0.2%，常溫下物質(zhì)特征穩(wěn)定且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。以鈍化劑為溶質(zhì)，將其均勻地溶解在70℃左右的熱水中，配制成濃度比例分別為2.0%、3.5%和5.0%的溶液，備用。

2.3 測(cè)定設(shè)備及方法

2.3.1 實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備均采用天鐵中心化驗(yàn)室的測(cè)試裝置，KF-200型焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測(cè)定裝置一套，包括高溫反應(yīng)電爐系統(tǒng)、Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓、計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)、干燥箱、天平、氮?dú)夂投趸脊庀到y(tǒng)、系列圓孔篩分等。

2.3.2引用標(biāo)準(zhǔn)：（GB/T4000—1996）焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法。

2.4 鈍化劑的噴灑時(shí)間

實(shí)驗(yàn)過程將鈍化劑溶液均勻地噴灑在焦炭表面，該方法屬于液態(tài)附著法，操作簡(jiǎn)單，但是鈍化劑的噴灑時(shí)間不同，具體操作如下。

噴灑時(shí)間Ⅰ：將縮分后的試樣先放入干燥箱內(nèi)，在（175±5）℃溫度下烘干2 h，取出冷卻至室溫，再噴灑鈍化劑溶液，靜置5 min。

噴灑時(shí)間Ⅱ：先將鈍化劑溶液均勻地噴灑在焦炭表面，靜置5 min后放入干燥箱，在（175±5）℃溫度下烘干2 h，冷卻到室溫。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1.1 實(shí)驗(yàn)室配制鈍化劑的濃度比例分別為2.0%、3.5%和5.0%，采取兩種噴灑時(shí)間分別作用在自產(chǎn)焦炭和金牛焦炭上，按照試驗(yàn)需要將制備好的試樣稱?。?00±0.5）g，標(biāo)記原始焦炭名稱、質(zhì)量和該試樣所用鈍化劑的濃度及噴灑時(shí)間，按照實(shí)驗(yàn)操作流程，將試樣參照GB/T4000—1996焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行試驗(yàn)，然后與其空白作對(duì)比，探究鈍化劑對(duì)天鐵高爐生產(chǎn)所需焦炭的鈍化效果。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)室模擬高爐環(huán)境共進(jìn)行了10組試驗(yàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度為400℃時(shí)，試樣在N2的保護(hù)下逐漸升溫，流量為0.05 m3/h，溫度達(dá)到1 100℃時(shí)反應(yīng)氣體為高純CO2（純度達(dá)99.999%），流量為0.36 m3/h，通氣時(shí)間為2 h，反應(yīng)后試樣離開高溫爐，在N2的保護(hù)下冷卻到100℃以下，流量為0.12 m3/h。每組反應(yīng)后試樣篩分、稱量并記錄，計(jì)算焦炭反應(yīng)性（CRI）和反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR），具體數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)室焦炭鈍化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 鈍化劑濃度對(duì)焦炭熱性能的影響

（1）以鈍化劑濃度為橫坐標(biāo)，焦炭熱性質(zhì)為縱坐標(biāo)，對(duì)兩種強(qiáng)度焦炭的鈍化效果分別作圖，見圖1、圖2。

圖1 鈍化劑濃度對(duì)自產(chǎn)焦炭熱性能的影響

圖2 鈍化劑濃度對(duì)金牛焦炭熱性能的影響

（2）由圖可知，鈍化劑溶液濃度的增加可有效地降低焦炭反應(yīng)性和提高反應(yīng)后強(qiáng)度。對(duì)于天鐵自產(chǎn)焦炭，其反應(yīng)性（CRI）降幅很大，達(dá)到了5.5%；熱強(qiáng)度（CSR）最大上升了9.3%。因?yàn)殡S著鈍化劑溶液濃度的增加，滲透到焦炭孔隙的鈍化劑顆粒增多，同時(shí)鈍化劑隨著焦炭進(jìn)入爐內(nèi)，在高溫條件下脫水結(jié)晶，形成屏蔽保護(hù)膜吸附在焦炭表面，阻止了焦炭與二氧化碳反應(yīng)的進(jìn)行，從而改善了焦炭的熱性能。

（3）但是對(duì)于自產(chǎn)焦炭（如圖1所示），鈍化劑的濃度由3.5%提高到5.0%時(shí)，曲線變化相對(duì)平緩，說明鈍化效果減弱。因?yàn)樵跐舛葹?.5%時(shí)，鈍化劑顆粒已填滿了大部分的焦炭孔隙并已形成了致密的保護(hù)膜，所以再增加鈍化劑濃度，鈍化效果明顯降低。對(duì)于金牛焦炭（如圖2所示），其曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為鈍化劑濃度為2.0%左右，此時(shí)鈍化劑處于飽和狀態(tài)，同理說明該濃度達(dá)到最佳鈍化效果。

（4）雖然濃度在5.0%時(shí)，焦炭強(qiáng)度有所提高，但是隨著鈍化劑濃度的增大，焦炭的灰分會(huì)隨著增加，高爐煉鐵的焦比相應(yīng)就會(huì)升高。所以從高爐冶煉整體經(jīng)濟(jì)效益來考慮，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，自產(chǎn)焦炭最佳的鈍化劑濃度為3.5%左右，金牛焦炭最佳鈍化劑濃度為2.0%左右。

3.2.2焦炭強(qiáng)度對(duì)焦炭熱性能的影響

由表1和以上結(jié)果可知，焦炭本身的強(qiáng)度對(duì)鈍化效果也有明顯地影響，見圖3。

圖3 焦炭強(qiáng)度對(duì)焦炭熱性能的影響

（1）以噴灑Ⅰ的方式將鈍化劑濃度為3.5%的溶液作用在焦炭上，自產(chǎn)焦炭的鈍化效果最為明顯，反應(yīng)性降低了5.1%，強(qiáng)度升高了7.8%；其次為金牛焦炭，反應(yīng)性降低2.7%，反應(yīng)后強(qiáng)度提高了5.7%，說明焦炭鈍化技術(shù)對(duì)改善劣質(zhì)焦炭的熱性能效果比較明顯。

（2）這是因?yàn)榻固繉儆谔假|(zhì)多孔體，強(qiáng)度不同的焦炭，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成也不同。當(dāng)噴灑鈍化劑后，強(qiáng)度差的焦炭結(jié)構(gòu)疏松，氣孔多，需要填充較多的鈍化劑才能有效地阻斷和減緩焦炭和二氧化碳的反應(yīng)及二氧化碳向焦炭?jī)?nèi)部的擴(kuò)散；對(duì)于優(yōu)質(zhì)焦炭，其結(jié)構(gòu)致密，孔隙低，只需較少的鈍化劑濃度就能達(dá)到溶解飽和，所以鈍化效果相對(duì)較差，同理所需鈍化劑的濃度較低。

3.2.3 鈍化劑噴灑時(shí)間對(duì)焦炭熱性能的影響

實(shí)驗(yàn)室模擬高爐環(huán)境，探究鈍化劑的最佳噴灑時(shí)間，以求達(dá)到最佳鈍化效果。由表1和圖4可以看出，在鈍化劑溶液濃度為3.5%的作用下，改變鈍化劑的噴灑時(shí)間對(duì)兩種焦炭分別鈍化后，表示反應(yīng)性（CRI）的柱狀圖差別很小，而表示反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）的兩條線基本吻合，說明鈍化劑的噴灑時(shí)間對(duì)焦炭鈍化效果沒有影響。

而在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)只能在進(jìn)入高爐料倉前的帶式輸送機(jī)上對(duì)焦炭噴灑鈍化劑，然后隨著送料系統(tǒng)直接進(jìn)入高爐生產(chǎn)，所以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用噴灑Ⅰ的方式更合適。

圖4 鈍化劑噴灑方式對(duì)焦炭熱性能的影響

4 結(jié)論

對(duì)焦炭噴灑鈍化劑溶液，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)探究，分析試驗(yàn)結(jié)果，得知鈍化劑溶液對(duì)焦炭熱態(tài)性能有明顯的改善作用，可使焦炭反應(yīng)性（CRI）顯著降低，反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）明顯增加，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)得出以下結(jié)果。

4.1 鈍化劑溶液的濃度對(duì)焦炭熱性能的影響很明顯。在一定濃度范圍內(nèi)，濃度越大，其作用效果越顯著。從經(jīng)濟(jì)效益和試驗(yàn)結(jié)果可知，自產(chǎn)焦炭的最佳鈍化劑濃度為3.5%，金牛焦炭的最佳鈍化劑濃度為2.0%左右。

4.2 鈍化劑對(duì)不同強(qiáng)度焦炭熱性能的改善程度是不同的。由于焦炭本身的結(jié)構(gòu)不同，對(duì)劣質(zhì)焦炭的熱性能改善作用明顯。

4.3 鈍化劑的噴灑時(shí)間對(duì)焦炭熱性能沒有影響。由于噴灑Ⅰ的方式更貼近現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件，結(jié)合高爐環(huán)境，生產(chǎn)中宜采用噴灑Ⅰ的方式。

[1]胡新亮.鈍化焦炭在濟(jì)鋼高爐的應(yīng)用[J].煉鐵，2004（3）：50-51.

[2]GB/T 4000—1996，焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法[S].

Discussion on Trail of Tiantie Coke Passivation

Liang Caifeng

In order to raise coke quality and improve coke thermal reactivity and strength after reaction,passivator solutions with different concentration were sprayed on the surface of cokes with two different strengths in different time.Trails and discussion on coke thermal qualities were made.Trail results showed passivator concentration and coke quality influenced greatly on coke thermal property while passivator spraying time did not.

coke,passivator,spray,time,reactivity,strength

（收稿 2011－10－10責(zé)編崔建華）

梁彩鳳，2007年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)冶金工程專業(yè)，現(xiàn)在天鐵集團(tuán)技術(shù)中心從事化學(xué)分析工作。