第１０卷第４期 ２０１１年１２月 材料与 冶金学报 Ｖｏ１．１０ Ｎｏ．４ Ｄｅｅ．２０１１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ 高炉用焦炭热强度指标要求及检测方法 魏国，沈峰满，杜钢，杜鹤桂 （１．东北大学材料与冶金学院，沈阳１１０００４） 摘要：高炉冶炼通常要求焦炭具有较低的反应性和较高的反应后强度．但焦炭反应性过低不利于提高高炉 反应效率．本文对焦炭在高炉内消耗机理进行了分析，认为高炉炉身焦炭消耗量与铁矿石直接还原度相关， 炉身消耗的焦炭量是比较稳定的，现有焦炭热强度评价方法存在不足．为了避免焦炭反应过度，应调整焦炭 热强度指标的测定方法，如改变反应气氛或根据焦炭失重量确定反应时间，使测定结果能够合理反映炉内焦 炭消耗的规律． 关键词：高炉；焦炭；反应性；反应后强度；碳溶反应 中图分类号：ＴＦ ５２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－６６２０（２０１１）０４－０２３７－０４ Ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆ０ｒ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｃｏｋｅ ＷＥＩ Ｇｕｏ，ＳＨＥＮ Ｆｅｎｇ－ｍａｎ，ＤＵ Ｇａｎｇ，ＤＵ Ｈｅ－ｇｕｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＢＦ ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｕｓｕａＵｙ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｃｏｋｅ ｈａｓ ｌｏｗ ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｆｔｅｒ ｒｅａｃｔｉｏｎ，ｂｕｔ ｉｔ ｉＳ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔＯ ｉｍｐｒｏｖｅ ｅｆｌｑｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｆｕｍａｃｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｗｈｉｌｅ ｃｏｋｅ ｈａｓ ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｓ ｔｏｏ ｌＯＷ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｃｏｋｅ ｉｎ ｂｌａｓｔ ｆｕｍａｃｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ：ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｋｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ ｓｈａｆｔ ｄｉｒｅｃｆｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ，ＳＯ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｏｋｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｉｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｃｏｋｅ ｏｖｅｒｒｅａｃｔｅｄ，ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｊｕｓｔｅｄ，ｓｕｃｈ ａｓ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｃｏｋｅ ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｔ，ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｄ ｗｉｔｈ ｆａＣｔＳ ｏｆ ｃｏｋｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ ｂｌａｓｔ ｆｕｍａｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｌａｓｔ ｆｕｍａｃｅ；ｃｏｋｅ；ＣＲＩ：ＣＳｌｑ．；ｃａｒｂｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ １ＯＳＳ ｒｅａｃｔｉｏｎ 焦炭是传统高炉炼铁工艺不可缺少的燃料． 近年来，随着高炉喷吹燃料技术的发展，焦比不断 下降，焦炭质量对高炉冶炼的影响愈来愈明显，成 为高炉生产发展的因素之一＿ｌ Ｊ． 用于高炉冶炼的焦炭通常需要满足成分、粒 度和强度等三个方面的质量要求，如固定Ｃ含量 炭的技术 Ｊ．我国一些高炉也有长期使用高反应 性焦炭进行冶炼的实例（ＣＲＩ ５０％） Ｊ．这与目 前对焦炭热强度的认识相差较大．本文从焦炭在 冶炼中的作用、焦炭在高炉内消耗机理方面进行 了分析，探讨了现有焦炭热强度评价方法的问题， 提出确定焦炭合理热强度指标的可能调整措施， 高、灰分低、有害元素含量低，粒度为４０～６０ ｍｍ 以期为促进高炉降低燃耗、扩大资源适应性提供 理论参考． 且均匀，冷强度高等．为了保证焦炭在炉内温度和 气氛条件下抗破碎和磨损的能力，还要求焦炭具 有一定的热强度（反应后强度ＣＳＲ：Ｃｏｋｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ａｆｔｅｒ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）和较弱的反应性（ＣＲＩ：Ｃｏｋｅ Ｒｅａｃｔｉｖｉｔｖ Ｉｎｄｅｘ）［ ． １ 焦炭在高炉中的作用及其质量 要求 １．１ 焦炭在高炉中作用的演变 近年来，日本炼铁界开展了一系列关于提高 高炉反应效率的研究，其中包括使用高反应性焦 收稿日期：２０１１－０９—１０． 焦炭在高炉内不同位置起着不同作用（图 １）． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０７４２０６）． 作者简介：魏国（１９７４一），男，河南项城人，东北大学副教授，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｅｉｇ＠ｓｍｍ．Ｄｅｎ．ｅｄｕ．ｅｎ 材料与冶金学报 第ｌ０卷 （２）反应气组成不变，实时测定装入焦炭的 失重情况，取失重达到某一限度的时问为反应时 间．例如，当失重超过３０％时（反应时间＜２ ｈ）， 立即通人氮气；如果２ ｈ内焦炭失重仍低于３０％， 则取２ ｈ为反应时间． 试验结束后，测定反应后焦炭失重，计算转鼓 试验大于１０ ｍｍ粒级焦炭所占的百分比，得到 ＣＳＲ和ＣＳＩ指标． 上述调整可避免焦炭反应过度的情况．与现 有国标方法比较，其测定结果应更接近炉内焦炭 消耗的规律，避免对焦炭反应性的过度要求，从而 确定高炉冶炼对焦炭反应性和反应后强度的合理 指标． 由于焦炭生产对煤资源的要求非常苛刻，需 要配用一定量的主焦煤以生产高强度、低反应性 的焦炭．在满足强度要求前提下，焦炭反应性适当 提高，有利于扩大炼焦用煤资源．此外，还有利于 降低高炉燃耗，减少ＣＯ：的排放．因此，有必要展 开深入研究，尽快确定合理的焦炭热强度检测 方法， ３ 结 论 通过分析焦炭在高炉冶炼中的作用和消耗机 理，探讨现有焦炭热强度评价指标存在的问题，得 出如下结论： （１）随着高炉焦比下降，焦炭保持炉内透气 透液性的作用更加突出．因此，当前焦炭生产以获 得高强度的焦炭（包括冷强度和热强度）为主要 目标．由于焦炭反应后强度与反应性指标有较好 的负相关性，焦炭低反应性、高反应强度成为国际 炼焦、炼铁界的共识． （２）高炉炉身焦炭消耗量应与铁矿石直接还 原度相关．一定操作条件下，高炉直接还原度是相 对稳定的，故炉身消耗焦炭量也应该是比较稳定 的．现有评价高炉焦炭热强度的方法存在过度反 应的问题，不能全面反映焦炭在炉内的强度变化 规律． （３）为避免焦炭反应过度，应调整测定焦炭 热强度指标的方法，如改变反应气组成或根据焦 炭失重确定反应时间，使其测定结果更接近实际 焦炭消耗的规律．确定评价焦炭热强度指标的科 学测定方案对扩大炼焦用煤资源、促进高炉降低 燃耗都具有积极意义． 参考文献： ［１］周传典．高炉炼铁生产技术手册［Ｍ］．北京：冶金】：业出版 社，２００２：７２—７３ （ＺＨＯＵ Ｃｈｕａｎ—ｄｉａｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ ｔｅｃｈｕｏｌｏｇ＇ｙ ｏｆ＂ ｂｌａｓｔ ｆｕｍａｃｅ Ｅ Ｍ］．Ｂｅｒｉｎｇ：Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ，２００２： ７２—７３ １ ［２］野村诫治，鲇ＪＩＩ祜之，北口久继，等．高ｃａ炭使用ｃ二ｌ土 高强度·高反庙性ｊ一夕灭裂造挡土 高炉内反虑劾率向 上技衍［Ｊ］戡匕辋，２００６，９２（３）：２２３—２３１． （ＳｅＯｉ ＮＯＭＵＲＡ，Ｈｉｒｏｙｕｋｉ ＡＹＵＫＡＷＡ，Ｈｉｓｔｓｕｇｕ ＫＩＴＡＧＵＣＨ１，ｅｔ．ａｌ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｈｉｇｈｌｙ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃａｌｃｉｕｌｎ ｒｉｃｈ ｃｏｋｅ Ｊ Ｊ Ｊ Ｔｅｔｓｕ—ｔｏ—ｈａｇａｎｅ，２００６，９２（３）：２２３－２３］．） ［３］下山泉．遗元材低减老目指Ｌ， ｊ一夕灭反庙特性 制御 匕裸题［Ｊ］缄邑锏，２０１０，９６（５）：２（）９—２／７． （Ｉｚｕｍｉ ＳＨＩＭＯＹＡＭＡ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｎ ｃｏｋｅ ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｌｏｗ ＲＡＲ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］Ｔｅｔｓｕ—ｔｏ ｈａｇａｎｅ，２０１０，９６（５）：２０９—２１７） ［４］周宏军，李刚义八钢Ａ高炉生产实践［Ｊ］．江西冶金， ２０１１，３１（１）：１５—１８ （ＺＨＯＵ Ｈｏｎｇ—ｊｕｎ，Ｌｉ Ｇａｎｇ—ｙｉ Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ａ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ａｔ Ｂａｙｉ Ｓｔｅｅｌ［Ｊ］Ｊｉａｎｇｘｉ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２０１ Ｉ，３１ （Ｉ）：１５一ｉ８） ［５］王维兴．２００９年年产生铁５（）万ｔ以上企业炼铁技术 济指 标［Ｊ］炼铁，２０１１（２）：６． （Ｗａｎｇ Ｗｅｉ—ｘｉｎｇ Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏ—ｅｃｏｎｏｎｌｉｃ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｏｔ ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ ｐｌａｎｔ ａｎｎｕａｌ ｏｕｔｐｕｔ ｏｖｅｒ ０ ５ Ｍｔ［Ｊ］ｌｒｏｉｅｒｔａｋｉｎｇ， ２０１１（２）：６） ［６］朱苗勇，杜钢，阎立懿现代冶金学［Ｍ］北京：冶金工、ｆ 出版社，２００５：２７５—２７８ （ＺＨＵ Ｍｉａｏ—ｙｏｎｇ，ＤＵ Ｇａｎｇ，ＹＡＮ Ｌｉ—ｙｉ．Ｍｏｄｅｒｎ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ［Ｍ］ Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｙｒ Ｐｒｅｓｓ，２００５： ２７５—２７８） ［７］颜万辰．焦炭的反应性指标和反应后强度及 影响陶求 ［Ｊ］．上海煤气，２０００（５）：２８—３（） （Ｙａｎ Ｗａｎ—ｃｈｅｎ．Ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｃｏｋｅ ａｎｄ ｐｒｏ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ［Ｊ］Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｇａｓ，２【Ｊ【Ｊ（）（５）： ２８—３０ １ ［８］Ｍａｒｉａ Ｌｕｎｄｇｒｅｎ，Ｌｅｎａ Ｓｕｎｄｑｖｉｓｔ Ｏｋｖｉｓｔ，Ｂｏ ６ｒｋｍａｎ（：０ｋ（ ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ＣＳＲｆＣＲＩ Ｔｅｓｔ『Ｉ］ Ｓｔｅｅｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００９，８（）（６）：３９ ４００
