唐钢焦炭冶金性能

董国强，范兰涛，方觉，于树海

(1.河北理工大学冶金与能源学院，河北唐山 063009;2.唐山钢铁股份公司炼铁厂，河北唐山 063000)

0 引言

铁矿石价格的持续上涨，钢材价格的大幅下跌，给钢铁企业的经营带来了巨大的压力，只有不断的降低成本企业才能有生存空间。就炼铁工序而言焦比的降低，燃料比的下降对于成本降低有着重要意义。焦比降低，燃料比下降意味着焦炭内部碳的溶损增高，必然导致焦炭抗压能力的下降。使得高炉料柱透气性变坏，最终影响高炉顺行［1］。焦炭强度，特别是反应后的热强度为进一步降低焦比的限制性因素。

目前唐钢焦炭的检验方法主要是冷强度及热转鼓强度，该方法均不能精确反映高炉内的实际条件。真正有意义的参数是焦炭反应至一定程度后在真实温度下的抗压强度［2］。本实验采用可调气氛高温抗压实验机来克服常规检验的不足，研究焦炭在实际温度下的抗压强度，为焦炭的质量检验提供了一种新的方法，检验结果可以为高炉操作提供指导。

1 焦炭成份及试验过程

1.1 选取唐钢炼铁厂使用的干熄、水焦、老干混、光大、梗阳和清徐6种代表性焦炭并对其进行常规检验。内容包括:焦炭的工业分析、灰分析和转鼓试验。数据如下所示:

表1 焦炭成分及热强度

1.2 试验过程及条件

为试验方便需要，选取易于固定和便于切割的长条状焦炭。选择好焦炭样品后，使用岩石切片机将选好的焦炭切成10～12 mm厚的片状，用台钻配合Φ8 mm的金刚砂空心钻头在焦炭片上钻取焦芯，所得圆柱形焦芯即为实验试样。

以上工作完成后进行初选，抛弃形状不合格或存在宏观裂纹的样品

1.2.1 脱碳

将已经制好的圆柱体焦炭进行脱碳，得到失碳率分别为0、10%、20%、30%和40%左右的焦样。

利用KSJ高温加热炉进行脱碳实验。脱碳剂使用CO2，自高温炉下部通入。CO2在上升过程中接触焦炭时与碳素发生反应，消耗碳素，生成CO，达到脱碳的目的。在加热炉上部放置一个电子热天平，用以衡量焦炭被氧化所失去的碳量，该电子热天平可以精确到0.001克。KSJ高温加热炉结构如图1所示。

图1 KSJ高温加热炉

1.2.2 高温抗压强度实验

利用可调气氛高温抗压试验机模拟高炉反应条件，研究焦炭在实际条件下的高温抗压强度。该实验机可在还原性、中性或氧化性气氛下连续测量10个试样，最高使用温度为1500℃，短期可达1600℃。可调气氛高温抗压试验机如下图所示:

图2 可调气氛高温抗压试验机

测定上述脱碳实验中不同失碳率焦炭试样在不同温度下的一系列抗压强度(每一温度条件下测定5～10组抗压强度，求其平均值)，实验温度分别为常温、500℃、800℃、1000℃、1100℃和1200℃。抗压试验前后的焦炭试样如下图示。

图3 脱碳后的焦炭试样

图4 压碎后的焦炭试样

2 试验数据及分析

2.1 试验数据

为了研究不同焦炭在高炉内冶金性能的优劣，分别测定6种焦炭在30℃、800℃、1100℃等温度下的抗压试验数据。测定结果如表2所示。

表2 在30℃温度下焦炭抗压试验数据

表3 在800℃温度下焦炭抗压试验数据

表4 在1100℃温度下焦炭抗压试验数据

2.2 数据分析及结论

根据表2数据可得出唐钢所用6种焦炭在温度为30℃条件下，不同失碳率对应的焦炭强度关系。

图5 在30℃条件下不同失碳率对应的焦炭强度

从图中我们可以看出，在温度相同条件下随着失碳率的提高，光大焦强度下降速度最快从刚开始的29.25MPa下降到2.63MPa。从起始强度最高到失碳率超过20%时的最低，强度急剧降低在高炉内会导致焦炭破损的加剧，造成高炉透气透液性变差。在30℃条件下老干混强度降低最少，梗阳次之。

根据表3数据可得出唐钢所用6种焦炭在温度为800℃条件下，不同失碳率对应的焦炭强度关系。

图6 在温度为800℃条件下不同失碳率对应的焦炭强度

在800℃条件下清徐焦性能最优，强度最高。梗阳焦性能优良，强度变化最小。

根据表4数据可得出唐钢所用6种焦炭在温度为1100℃条件下，不同失碳率对应的焦炭强度关系。

图7 在温度为1100℃条件下不同失碳率对应的焦炭强度

在1100℃条件下清徐焦性能最优，梗阳焦在失碳率超过30%时性能仅次于清徐焦7.8MPa，抗压强度为 5.59MPa。

3 结论

根据对唐钢所用6种焦炭在不同失碳率和温度条件下的研究发现，冷态下强度好的焦炭在高温和失碳双重因素影响下性能未必能继续保持优异如光大焦，在常温下性能一般的焦炭在高温和失碳双重作用下反而性能下降幅度较小，如梗阳焦在800℃和失碳率15%的情况下抗压强度超过了冷态强度较好的光大焦。唐钢六种焦炭冶金性能规律总结如下:

3.1 在常温未反应的条件下光大焦冶金性能优良，随着失碳率的提高光大焦抗压强度急剧下降。即在高炉中高温条件下强度差。

3.2 水焦，清徐，梗阳在高炉中高温条件下能保持较高的强度。

3.3 老干混在高炉内高温和失碳条件下强度比较差。

3.4 干熄焦在高炉内强度一般，可以与其它焦炭搭配使用。

［1］李运勇，唐小平.焦炭强度影响因素研究［J］.煤炭科学技术，2001，29(4):23-27.

［2］方觉，王兴艳，郭丽.焦炭高温抗压强度研究［J］.钢铁，2006，41(5):20-23.