严铁军 王光辉 舒大凡 石晓明 赵& 磊 周& 旋（武汉科技大学化学工程与技术学院，武汉430081）&&&& 焦炭在高炉炼铁过程中起着料柱骨架、热源、渗碳剂和还原剂的作用，是重要的冶金能源。焦炭质量的好坏对高炉顺行和高炉冶炼的技术、经济指标具有较大的影响。而高炉大型化及喷煤比的不断提高，使焦炭作为料柱骨架的作用尤为重要。因此，改善焦炭的性能，尤其是改善与焦炭骨架作用密切相关的热性能成为当前研究的重点。&&& 目前，改善焦炭热性能的方法有配型煤炼焦、干法熄焦、捣固炼焦、煤调湿以及对焦炭进行钝化等。而焦炭的钝化研究主要集中在湿法熄焦过程中加入硼系化合物及其复配体，即通过焦炭表面的液态附着，并且已用于工业生产。但随着国家对节能环保的日益重视，干法熄焦已在逐渐取代湿法熄焦，因此通过在熄焦水中加入钝化剂来喷洒红焦使钝化剂附着在焦炭表面的方法也将随之淘汰。并且在焦炭表面液态附着方法仅能在焦炭表面分布添加剂，而通过在配合煤中添加的方法，可实现钝化剂在焦炭中的均匀分布，为钝化剂在干法熄焦中的应用开辟了新的路径。本研究将BO、BA、BX、TD作为添加剂加入配合煤中，来探索其对配合煤及焦炭质量的影响，旨在找到提高焦炭热性能的新方法，研究其作用机理，为钝化剂在干法熄焦中的应用提供理论基础。&1&& 试验部分1.1& 试验原料&&& 试验用配合煤样取自武汉钢铁集团公司焦化公司4.3m焦炉以及6m焦炉所用配合煤，所用化学试剂有BA、BX、BO和TD，所用试剂均为化学纯。1.2& 研究方法&&& 以硼元素的添加量为基准，分别加入一定量的BA、BX、BO和TD于配合煤中。煤样在空气中经空气干燥、缩分、破碎，制成细度为80的试验用样。将硼系化合物分别按照一定比例加入配合煤中混合均匀，主要考察配合煤的粘结指数（G）、胶质层指数（Y、X），分别按国标GB/T 、GB/T 479-2000进行检测。炼焦试验在5kg试验焦炉中进行，对所得焦炭的灰分、硫含量、冷强度（M25、M10 ）、热强度（CRI、CSR）、光学显微组分以及微晶结构进行分析。焦炭的光学显微组分的测定按YB/T 077-1995规程，并用MSP -200显微镜采用数点统计法进行检测，焦炭的微晶结构采用XRD ( Philips , X′pert Pro,Cu靶）进行分析。&2&& 结果与讨论2.1& 硼系化合物对配合煤性质的影响&&& 本研究以粘结指数（G）以及胶质层最大厚度（Y）来表征煤的粘结性。硼系化合物加入量对配合煤粘结性的影响见图1和图2。各硼系化合物按4种比例配入，图1和图2中硼元素为0时表示没有加入硼系化合物时配合煤的性质。&图1& G与硼系化合物添加量的关系&图2&& Y与硼系化合物添加量的关系&&&& 由图1可见，BO、BA、BX的加入对配合煤的G值和Y值均有劣化趋势，并且随着其加入量的增大，配合煤的粘结性劣化越严重。BO与BA对配合煤粘结性的影响效果大致相同，这主要是由于BO是BA的酸酐，在加热过程中煤中的水分以及煤中的水蒸汽与BO作用生成BA。由于BA根中含有大量的氧，结焦理论研究表明，氧的存在减少了煤热解生成的自由基获得活性氢而稳定下来的机会，从而使煤热解生成的胶质体数量变小，质量变差，最终使煤的粘结性被破坏。TD的加入对配合煤的粘结性没有明显影响。2.2& 硼系化合物的对焦炭性质的影响&&& 灰分和硫分都是焦炭中的有害杂质，不利于高炉生产，并且硫会影响生铁质量和产量。相关研究表明，硼系化合物加入配合煤中炼焦，最后转化到焦炭的灰分中，最终导致灰分增大，焦比增大。图3所示为硼系化合物的加入对焦炭灰分的影响。由图3可见，焦炭的灰分随着硼系化合物加入量的增大也逐渐增大，并且BX与TD对焦炭灰分的影响更加明显。这是由于 BX在焦炭灰分中的存在形式可能为硼系化合物和钠盐，TD可能转化成硼系化合物以及钛化物。因此硼系化合物在配合煤中的加入量不能过多。图4为焦炭St,d与硼系化合物添加量的关系。由图4可知，硼系化合物的加入对焦炭的全硫含量无明显影响。图5&& 焦炭的M25与硼化合物添加量的关系&&&&& & 图6& 焦炭的M10与硼化合物添加量的关系图7&& 焦炭的CRI与硼化合物添加量的关系&&&&&&&& 图8& 焦炭的CSR与硼化合物添加量的关系&&&& 添加硼系化合物对焦炭冷强度的影响如图5和图6所示。由图5和图6可见，BO、BA、BX对焦炭的冷强度劣化明显。BA、BO对焦炭冷强度的劣化作用要强于BX。TD对焦炭的冷强度没有明显影响，这与硼系化合物对配合煤的粘结性影响基本一致。&&& 图7和图8是硼系化合物的加入对焦炭热性能的影响结果。由图7和图8可见，加入少量BO、BA、BX时焦炭的CRI、CSR没有明显影响，但当硼元素加入量达到0.25％时，焦炭的热性能开始明显劣化。而TD能明显改善焦炭的热强度，并且随着其加入量的增大，焦炭的热性能改善越明显。&&& BO、BA对配合煤粘结性的破坏作用使焦炭的溶损反应性加剧，但硼元素的存在抑制了焦炭的溶损反应。两者在相互影响，这造成了当其加入量较少时，焦炭的热性能没有明显变化。但是当加入量过大时，它们对配合煤的粘结性破坏越来越严重，最后掩盖了其对焦炭的钝化作用。虽然BX对配合煤的粘结性劣化作用小于BA、BO，但是BX对焦炭热性能的影响与BA、BO相当。这是由于BX中的碱金属对焦炭的溶损反应产生了不利影响。而随着TD的加入量增大，对焦炭热性能的改善越来越明显。这是由于在配合煤中加入TD对配合煤的粘结性基本没有劣化作用，最终完全展示出了TD中的硼和钛对焦炭反应性的抑制作用。&&& TD加入配合煤后，最终均匀分散在焦炭中。一方面由于硼与晶格周围的碳原子结合，使得原来具有良好活性的周边碳原子受到抑制，减少了碳溶损失，降低了焦炭的反应性。同时由于硼多数情况下接受电子，在焦炭表面形成电负性离子，使氧的化学吸附位能升高，阻碍了氧对碳的反应，抑制了CO的生成。相关研究表明，钛对焦炭的气化反应也具有负催化作用。2. 3& TD对焦炭光学显微组分的影响&&& 相关研究表明，矿物质的加入会影响焦炭的光学显微组分，表1为TD的加入量对焦炭光学显微组分的影响。表1&& TD的加入量对焦炭光学显微组分的影响（％）TD粗粒细粒纤维片状惰性同性04028102920.14227302710.34624212610.54431202200.7452832221&&&& 由表1可见，随着TD加入量的增多，焦炭光学显微组织中各向同性和细粒镶嵌组织呈减少趋势，粗粒镶嵌、纤维以及片状组织呈增多趋势。由此可见，TD的加入可以改变焦炭的光学组织结构，促使焦炭光学组织结构尺寸增大，向着各向异性发展。由于不同的光学组织对CO2的反应性影响是不同的，焦炭光学组织的各向异性的发展有利于焦炭反应性的下降。2.4& TD对焦炭微晶结构的影响&&& 炼焦过程中，炼焦煤芳香核上的侧链不断脱落分解，芳香核则缩合并稠环化，逐渐向石墨化程度转化，形成了类似石墨晶体的微晶结构，因此焦炭的微晶结构可参照石墨晶体结构。图9为5种焦炭的XRD图谱。1～5号焦炭的TD加入量依次增大。由图9可知，5种焦炭的XRD图谱中都出现了明显的（002）峰和（100）峰。根据XRD图谱以及谢乐（Scherrer）公式和布拉格（Bragg）方程所得焦炭的微晶结构参数见表2。&表2& TD不同加入量对应焦炭的微晶结构参数焦炭样品β（002）°2θ（002）°β（100）°2θ（100）°LanmLcnmd(002)nm15.1025.213.7043.324.731.600.353225.1325.313.6543.194.781.590.351835.1925.383.5443.324.941.570.350845.2425.413.3043.025.291.550.350455.2425.683.2844.495.351.550.3468&&图9& TD不同加入量对应焦炭的XRD图谱&&&& 相关研究表明，焦炭微晶层间距d(002)越接近于0.3354nm，焦炭的石墨化程度也越高。由表2可见，5种焦炭的层间距d(002)均大于石墨晶体的0.3354nm，并且随着TD加入量的增大，焦炭的片层间距d(002)越来越小，这表明焦炭的石墨化程度越来越高。焦炭微晶结构中的片层直径La增大表明了焦炭的稠环在增大，也说明了TD能俘获煤热解时放出的氧，这将有利于各向异性组织的增长。焦炭的层片堆积高度Lc减小，说明了焦炭中的硼是以取代置换的方式存在，这使c轴方向收缩导致了层间距的减少。这些将导致焦炭的石墨化程度增大，微晶结构趋于有序化。&&& 由以上讨论可知，TD使焦炭的石墨化程度以及微晶结构中的片层直径La增大，改变了焦炭的光学显微组织，促使焦炭光学显微结构尺寸增大，向着各向异性发展。而焦炭光学组织的各向异性的发展有利于焦炭反应性的下降，因此TD能明显改善焦炭的热性能。&3&& 结论&&& （1） BA、BO、BX加入到配合煤中都对其粘结性有劣化作用，所得焦炭的冷强度变差、灰分稍有增加，对焦炭的热性能没有明显改善。&&& （2） TD可改善焦炭的热性能，并且随着其加入量的增大焦炭的热性能改善越明显。&&& （3） TD可以改变焦炭的光学显微结构，促使焦炭光学组织结构尺寸增大，向着各向异性发展。TD的加入可以提高焦炭的石墨化程度，并且可以使微晶片层直径La增大，使焦炭微晶结构的有序性提高，焦炭的层片堆积高度Lc随着TD加入量的增大而减小。（）&
登录名： &
技术宝库 [& 9-25&]&&综合评述 [& 9-23&]&&煤与焦炭 [& 9-23&]&&煤气净化 [& 9-21&]&&煤与焦炭 [& 9-21&]&&综合评述 [& 9-21&]&&综合评述 [& 9-18&]&&焦炉
[& 9-17&]&&行业新闻 [& 9-17&]&&行业新闻 [& 9-17&]&&行业新闻 [& 9-17&]&&行业新闻 [& 8-24&]&&行业新闻 [& 8-24&]&&行业新闻 [& 8-24&]&&行业新闻
Powered By
v1.2.5 (C)
Copyright (C)
Inc. All rights reserved. 网站备案编号：辽ICP备号焦炭的作用是 ?化学方程式是 ?_百度知道
焦炭的作用是 ?化学方程式是 ?
提问者采纳
化学方程式工业上用于冶炼金属 如铁 铜等C+CuO=Cu+CO3C+Fe2O3=2Fe+3CO参见 这上面绝对详细！
其他类似问题
为您推荐：
其他3条回答
焦炭通常是作为冶炼金属中用来还原金属氧化物的碳，焦炭是一种混合物，不属于纯净物所以没有化学式
焦炭是用来还原铁矿石的,是煤炭通过加压,隔绝空气加高温干馏出来的,同时副产品还有煤气和煤焦油是重要的化工产品。
烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。
冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。
铸造焦是专用与化铁炉熔铁的焦炭。铸造焦是化铁炉熔铁的主要燃料。其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。因此，铸造焦应具备块度大、...
您可能关注的推广
化学方程式的相关知识
等待您来回答
下载知道APP
随时随地咨询
出门在外也不愁碱金属对2500m3钒钛矿冶炼高炉危害及其应对措施
&&&摘&要&近几年承钢飞速发展同时，炼铁厂也在与时俱进，尤其新三号高炉更是走在了发展的最前沿，低硅钛冶炼、大矿批矿焦同角、煤气利用率大幅提高、炉况长周期稳定等方面取得了良好的成绩，但对碱金属危害控制还处于起步阶段，或者是刚刚认识到了重要性但还没有形成符合实际要求的、与时俱进的、成体系的理论，而且现实中碱金属危害严重制约着我们高炉长周期稳定，基于此，我们通过研究，实践总结出大高炉钒钛矿冶炼情况下碱金属富集危害周期、现象、应对措施及最佳预防方案。
关键词&碱金属&2500m3钒钛矿冶炼高炉&危害&应对措施
我们承钢拥有世界上最大的钒钛矿冶炼高炉，而新三号高炉又是最后投产的，较之新四和五号高炉来说，设备更加完善，设计更加合理，配备有储铁式大沟、十字测温、铜冷旁通中部调水装置等实用设备和先进技术，近几年承钢飞速发展同时，炼铁厂也在与时俱进，不论从规模还是从技术指标，还是从人员素质都有了极大的提高，尤其新三号高炉更是走在了发展的最前沿，低硅钛冶炼、大矿批矿焦同角、煤气利用率大幅提高、炉况长周期稳定等方面取得了良好的成绩，但对碱金属危害控制还处于起步阶段，或者是刚刚认识到了重要性但还没有形成符合实际要求的、与时俱进的、成体系的理论，而且现实中碱金属危害严重制约着我们高炉长周期稳定，由于其循环富集导致一定周期高炉较大幅度莫名波动，其实就是碱害影响。基于此，我们立此研究项目，要通过研究，实践总结出大高炉钒钛矿冶炼情况下碱金属富集危害周期、现象、应对措施及最佳预防方案，并且要和上下部制度相配合，形成一整套完整调剂理论指导实践，并且要向上游工艺延伸探究其预防办法，从而稳定煤气流实现高炉长周期稳定，同时也要实现提高煤气利用率将低消耗的目的。
2&关键技术及创新
2.1&碱金属的影响
2.1.1&对烧结矿的影响
（1）还原性
碱金属能提高烧结矿的还原性能，其主要原因是碱金属对还原反应的催化作用及碱金属能增加烧结矿的气孔率。从这一方面来看，碱金属对降低焦比是有利的，但其作用有限。
（2）软熔性能
高炉冶炼时要求烧结矿具有较高的软熔温度和较窄的软熔温度区间，使高炉内的软熔带处于较低的位置。当烧结矿碱度相同时，烧结矿中碱金属含量越高，其软熔温度越低。原因在于碱金属含量高时，将会和其它化合物反应而生成一些低熔点物质，从而使烧结矿软熔温度明显降低。而钒钦烧结矿高炉冶炼过程中钙、铁、硅的氧化物在还原气氛下固液反应生成的低熔点化合物钙铁橄榄石数量有限，其滴落温度升高，从而使软熔温度区间变宽。
（3）还原粉化性能
碱金属含量对低温还原粉化率影响较小，对中温还原粉化率则影响显著。随着碱金属含量的增加，烧结矿的中温还原粉化率增加。原因在于炉料中碱金属氧化物含量的增加，加速了炉料还原过程的晶形转变(Fe2O3三方晶系~Fe304立方晶系)，导致炉料体积膨胀，产生粉末，另外，K，N。挥发物冷凝沉积后与其他物料反应也使粉化率增加。
2.1.2&球团矿性能
碱金属具有催化作用，能促进球团矿的还原，但过量的碱金属会使球团矿膨胀，甚至出现开裂，强度变差等。恶化高炉料柱透气性来破坏高炉的顺行，从而导致焦比的升高。
2.1.3&焦炭性能
高炉解剖试验发现，焦炭的气孔中被钾、钠侵入，钾、钠在焦块中心的富集量较外围大，说明焦炭会吸附煤气中的碱金属使其本身的含碱量增加。碱金属对焦炭气孔壁产生侵蚀，使焦炭表面裂开和剥落;碱金属对焦炭气化反应的催化作用加速焦炭的解体。对攀钢焦炭进行的抗碱侵蚀实验表明，碱含量从1%升高到7%，焦炭反应性(CRI)升高，反应后强度(CSR)降低，特别是碱含量超过3%时，焦炭性能变化的速度较快。
2.2&减少排除碱金属不良影响
（1）采用低硫、低碱的铁矿石烧结，合理配矿，减少人炉碱负荷。
（2）适当增加烧结矿中MgO的含量，提高烧结矿强度，高MgO烧结矿的软化开始温度比高碱度烧结矿高70-140℃;并且软化温度区间窄，低温还原粉化率低，有利于高炉改善透气性。
（3）在烧结过程中加人CaC12对烧结矿进行氯化脱碱。CaC12既有利于提高烧结矿强度，又能与碱金属反应生成KCl和NaCl而形成蒸汽随烧结废气排出。对成品烧结矿进行卤化物喷洒虽不能去除碱金属，但能有效地降低烧结矿还原粉化率，改善料柱透气性，也不失为控制碱害的良策之一。
2.3&提高炉渣的排碱能力
高炉内碱金属主要通过高炉渣排出炉外，占排出总碱量的94%以上，因此，提高炉渣的排碱能力是减轻高炉碱金属危害的主要方法。在提高炉渣排碱能力时要特别注意控制好炉温和炉渣的碱度。条件允许时，尽量保持低炉温、低碱度操作。炉渣碱度降低，使SiO2和TiO2的活度增
大，从而抑制了碱金属硅钦酸盐的高温还原，使渣的溶碱能力提高。在总碱度不变的情况下，以MgO代替CaO造渣也有利于炉渣排碱。另一方面，可以考虑在炉料中加人硅石，改善K，Na与Si的反应条件，生成比较稳定且容易进渣的K(Na)2SiO3，使炉渣带走更多的碱金属。
2.4&及时放渣
高炉渣的及时排放对高炉的正常生产和排碱至关重要，一方面由于，碱金属在炉渣中均以固溶体的形式存在于各种物相中。及时放渣有利于碱金属的排出;另一方面可以缩短含碱炉渣与炉缸焦炭反应的时间，减少碱金属的还原和挥发。再者及时放渣有助于渣铁的分离。炉渣在炉内停留时间长，渣中TiO:在高温条件下生成TiC，TiN等高熔点化合物，这些化合物以固体状态浮于液体渣中，使炉渣枯度增大，造成渣铁分离困难。因此，及时放渣对排出碱金属和降低铁损具有重要意义。
2.5&改善焦炭热性能
改善焦炭的热性能向焦炭中添加钝化剂（硼酸等），可以改善焦炭的热性能，尤其是中等强度焦炭的改善效果较明显。其机理是硼酸对焦炭的二氧化碳溶损反应具有负催化剂作用，抑制焦炭中的碳与二氧化碳反应。
2.6&优化高炉操作
强化筛分管理，在改善原料的冶金性能的同时，减少人炉粉末;运用上下部调剂，形成合理煤气流分布；控制冷却强度，避免边缘堆积或炉墙结厚。必要时采取硅石洗炉的办法排除碱害。
3&运行效果
实施该项目后，有效地保证了高炉顺行及长周期稳定，降低了成本提高了效益，同时因减少炉况波动，减少了波动期间空气污染、噪音污染（TRT停后调压阀组噪音）等，创作了一定的经济效益和社会效益。
4&效益分析
4.1&经济效益计算
（1）排碱制度的应用可有效的提高渣皮稳定性，减少内衬的侵蚀，预计炉役中后期，每三年可减少一次高炉喷涂造衬，每次用喷涂料400吨，喷涂料每吨5000元算，
年创效=400*万元
执行定期排碱之后每年至少减少碱金属相关炉况波动3次，每次波动都会持续半月，造成综合焦比升高20kg/t*Fe，产量降低200吨/天。按正常日产5800吨生铁，综合燃料单价1400元/吨，生铁成本2200元/吨计算）
年创效=3*（15*0/*万元
该项目合计创效=（1）+（2）=2751万元
4.2&社会效益
实施该项目成果后，有效地保证了高炉顺行及长周期稳定，降低了成本提高了效益，同时因减少炉况波动，减少了波动期间空气污染、噪音污染（TRT停后调压阀组噪音）等。
(来源：河北钢铁集团承钢公司&&）
更多内容请添加微信号:wwwsteelcncom
或扫一扫 了解最新的钢材行情资讯
现货资源 品名规格材质厂家地区仓库价格 现货8*Q235B中铁(泰安市满庄钢材市场)2620 146*3845#鞍钢(山东省聊城市新南环百亿钢管物流园7号)3200 16Q235兴华(紫金钢铁物流园)2650
6月份国内钢材市场供需局面矛盾依旧，大多数钢厂价格稳中下调，上游成本虽有所上升但变化不大，相关宏观经济政策影响很弱，其它因素的影响力度有限，市场情绪比较低落，短期内市场运行将弱势难改。“红五月”国内钢市并没有“红”起来，5月份的期待只能寄望于6月份了，尽管我们清楚这个月同时还伴有天气很热、雨水较多等等不利因素，我们也清楚国内钢市现在无法摆脱熊市格局。6月上旬国内钢市将继续弱势调整。
根据世界钢铁协会(WSA)于今年4月份发布的全球钢铁业短期前景预测报告，发达国家及一些新兴和发展中国家对钢材的需求值得我国钢铁业内人士关注。以下是最近一两个月部分新兴和发展中国家钢材市场动态概况，笔者将其进行了简单的梳理，以期对国内钢厂及有关钢铁贸易企业有所启示。
消息面不断有利好传来，使得市场预期逐渐转强，厂商纷纷开始乐观估计，但钢市信心的修复和重建需要一个过程，笔者目前市场心态虽有转强但并不稳健，而且下游需求反复，供需压力又在，行情反转的序幕是否就此拉开，笔者认为为时还早。重新认识高炉用焦炭与CO2的反应性
胡德生 孙维周
(宝山钢铁股份有限公司研究院)
摘要：本文分析了现行焦炭反应性试验方法的不足，回顾了国内外对焦炭反应性的认识和变化。通过CO2浓度和反应温度对焦炭反应性影响试验和高炉碳平衡计算，分析了喷吹煤粉高炉内焦炭的行为，确定了焦炭进入风口回旋区前的反应失重率。提出现行国家标准“焦炭反应性及反应后强度试验方法”的反应性表达的是焦炭与CO2反应的活性，高炉内焦炭反应失重率控制因素是矿石的还原性能和未燃煤粉率，与焦炭试验室测定的反应性无关。
关键词：焦炭 反应性 高炉 未燃煤粉
Reappraise the blast furnace coke's reactivity with CO2
&HU Desheng and SUN Weizhou
(Research Institute, Baoshan Iron&Steel co.,ltd.,)
Abstract:this paper analyses the deficiency of current coke's reactivity evaluation methods, and reviews the development about coke's reactivity knowledge both china and abroad. We analyse the coke's behavior within blast furnace with coal injection and determine the coke's reaction weight loss rate before entering raceway through different reaction temperature and CO2 concentration experiment and carbon balance calculation for blast furnace.the current national standard "coke-determination of reactivity and strength after reaction" in which reactivity represent coke's activity in the reaction of coke with CO2 only, but the main factors& that influence coke's reaction weight loss rate& in blast furnace is iron ore's reduction prerformance and UPC rate, it is irrelative with the reactivity index that refer to national standard method.
Key words: coke, reactivity, blast furnace, UPC
&&&&& 随着高炉的大型化和喷吹煤粉比例提高，传统认识：要求焦炭反应性越来越低，反应后强度越来越高。但是，综合国内外学者的研究结果，焦炭在高炉内的四大作用（热源、还原剂、铁水渗碳剂和骨架），除骨架作用外，其它三大作用都需要较好的反应活性，也就是说反应性高是有益的，所谓骨架作用，其实质是要求反应后不产生过量的粉影响透气和透液性。本文主要通过分析讨论，提出重新认识焦炭与CO2的反应性。
1 焦炭与CO2反应性试验方法
&&&&& 焦炭的反应性及反应后强度试验，主要表达焦炭在高炉内进入风口回旋区前抗CO2气化能力以及反应后的抗粉化能力。目前主要国家（中国、美国及ISO）的试验标准[1-3]，都是参考新日铁1982年在“燃料协会志”上发表的“高炉用焦炭的CO2反应后强度试验方法”所制定的，此试验方法是1969年新日铁x制铁所开发的[4]。
&&&&& 将焦炭调制成直径19-21mm的块，缩取200克，在1100℃下，与5Nl/min的100%CO2反应2小时，反应失重率为反应性CRI，反应后的焦炭在Ⅰ型转鼓（φ130×L700mm），转600转（20rpm×30min），进行筛分，计算10mm筛上占入鼓量的百分比I60010即为反应后强度CSR。
&&&&& 新日铁在制定此方法时，为了便于试验操作，简化了试验方法。所确定的试验条件与高炉内差异很大，主要使焦炭反应失重率基本在30%左右，与当时几乎全焦（或喷吹少量重油）冶炼高炉状况下，焦炭进入风口回旋区前反应失重率相当，试验重点是用I型转鼓模拟焦炭在高炉内反应后破坏，用转鼓后大于10mm残留率表达焦炭在高炉内反应后耐粉化能力。这一方法有几方面因素决定它是一种规范性试验：一方面，试验温度固定为1100℃，高炉内焦炭进入风口回旋区前实际反应温度在800-1400℃之间，不同的焦炭起始反应温度不同，不同的温度下反应的模式和速度不同；另一方面，用100% CO2与高炉内焦炭进入风口回旋区前实际反应气氛不符合，不同的焦炭在不同浓度CO和CO2的气氛中反应模式也不相同；再一方面，反应时间2小时与高炉内焦炭进入风口回旋区前实际反应时间不符合。另外，日本高炉喷吹煤粉是1981才开始的，新日铁进行此试验时，高炉还没有喷吹煤粉，也就没有考虑喷吹煤粉后焦炭在高炉内的行为变化。总之，新日铁当初制定此试验方法时，试验的核心是试验焦炭与CO2反应失重率与当时高炉内焦炭进入风口回旋区前相近，有些焦炭在此试验条件下反应过度或不足，与高炉内焦炭进入风口回旋区前的实际失重率差异较大，反应后强度被过分弱化或被强化都是不可信的。
2 对焦炭反应性的认识
&&&&& 不同时期对焦炭反应性的认识完全相反，上世纪主要用反应性表达焦炭在高炉抗CO2的气化溶损能力，反应性高反应后强度低对高炉生产不利。进入21世纪，新日铁提出反应性只是表达了焦炭的活性，认为提高反应性可以提高高炉反应效率，对高炉生产有利。
&&&&& 上世纪80年代末，华东冶金学院（现安徽工业大学）龙世刚教授，对国内主要钢铁厂的焦炭进行了升温反应性试验，根据试验结果分析得出结论是：“焦炭气化反应温度决定高炉内铁氧化物的间接还原区、直接还原区的位置和大小，直接影响到高炉能量利用；同时气化反应温度还影响到Rist操作线图中的W点的位置”[5]，图1是示意说明影响结果。笔者发现此
&&&&& 21世纪新日铁的观点：“通过降低贮热带温度，使W点（浮氏体还原反应的平衡点）向W’点移动（较高的CO2浓度一侧），从而提高炉内反应效率。其原理是，实际气氛中的CO2浓度与反应平衡点CO2浓度之差增大，则导致还原反应的驱动力增强。使用高反应性焦炭可降低保温带温度”[6]，图2是示意原理图。
&&&&& 以上是不同时期两种相反观点，都是借助Rist操作线图的说明高反应性焦炭在高炉行为，但解释和结论完全相反，这充分说明了高炉内反应极其复杂且是个“黑匣子”，不同时期认识水平不同认知也会完全相反。
3 喷吹煤粉高炉内焦炭的行为
&&&&& 焦炭在高炉内下降过程温度和气氛变化示意如图3。焦炭从常温入炉下降过程中与煤气进行热交换，当升至850℃前与CO2的气化溶损反应极少；当焦炭在炉内继续下降温度升至850-1100℃，开始与CO2产生气化溶损反应[7]，温度低CO2浓度也低，且随温度升高CO2降低，温度和CO2浓度的综合作用产生溶损量较低；进入软熔带温度升至℃，炉腹上升的煤气中几乎无，软熔带主要是直接还原碳耗，其实质也是气化溶损反应，只是还原过程中形成的CO2在高温下完全与碳反应又生成CO，也就是说在此区域碳与CO2的反应速度取决于铁矿的还原性能，反应失重率取决于直接还原度。在喷吹煤粉的高炉内，风口喷吹的煤粉并不能完全燃烧，随喷吹煤粉的性质、鼓风温度及富氧率变化，未燃煤粉率大约在20-30%变化，上升的煤气将未燃煤粉带上软熔带，未燃煤粉粒度小比表面大与CO2的反应活性是焦炭的2-10倍，先于焦炭与发生气化反应，替代了部分焦炭供直接还原耗碳，保护了焦炭[8-10]；焦炭下降至风口回旋区，是不完全燃烧生成CO，日本的研究结果表明高强度高反应性有益于抗粉化，改善死料柱的透气和透液性[11]。
4 高炉碳平衡计算
&&&&& 相关文献根据计算分析，鼓风条件、喷煤量、煤粉性能等对煤粉燃烧率都有十分显著影响，未燃煤粉完全消耗控制了高炉喷煤极限[12]。综合相关文献的参数，确定未燃煤粉率和利用分配比，计算宝钢集团内5座高炉2009年1月碳平衡，主要目的是了解高炉内焦炭进入风口回旋区前的消耗量和相对比例，根据宝钢炼铁专家提供的计算模型，宝钢股份炼铁厂高炉未燃煤粉率约30%，其它高炉可能更高也都取30%。图4所示高炉碳平衡计算表明，不论高炉大小、利用系数高低，不论喷吹煤粉多少，当直接还原度低于0.4，焦炭进入风口回旋区前失重率基本都在20%内。
5 焦炭与CO2反应的影响因素分析
&&&&& 为了研究温度对反应速度及反应后强度的影响，选择了四种性质不同的焦炭，采用100%浓度CO2，分别进行了900℃两小时、1000℃20%失重、1100℃20%以及传统两小时的反应性及反应后强度试验。图7是温度对焦炭与CO2反应速度的影响，图8是不同温度下焦炭反应后强度与反应失重率关系。结果表明：1100℃的反应速度是1000℃的反应速度的1.5-3倍，1000℃的反应速度是900℃的反应速度的3倍左右，表明温度对焦炭与CO2影响十分显著，900℃时反应速度差异不大。不同温度下焦炭反应后强度与反应失重率仍然呈现很好的负线性相关，与相同温度下反应后强度与反应失重率关系一致，表明温度对反应后强度影响不明显。不同焦炭的反应后强度与反应失重率相关线斜率不同，反应性低的焦炭斜率较反应性高的焦炭斜率低，也说明不同温度下炭质不同反应模式也不同，反应失重率对反应后强度影响不同。
5.2 CO2浓度
&&&&& 为了研究CO2浓度对焦炭反应性及反应后强度的影响，选择三种不同的焦炭，分别进行30%CO2（70%CO）、50%CO2（50%CO）、100%CO2的反应性及反应后强度试验。图5是不同CO2浓度对焦炭反应性的影响，图6是不同CO2浓度的焦炭反应后强度与反应失重率关系。结果表明，CO2浓度对焦炭反应性影响十分显著，CO2浓度越高反应速度越快且提高比例越高，不同焦炭也不同，焦炭反应性越高提高的幅度越大。因此，试验室100%CO2的试验夸大了高反应性焦炭的反应性。不同CO2浓度反应后强度与反应失重率呈很好的负线性关系，反应性低的焦炭斜率比反应高反斜率低，说明两者炭质不同反应模式不同，高反应性焦炭反应后强度低，主要是反应失重率高所致，其次与炭质也有关。
&&&&& 表1是焦炭在试验室和在高炉内与CO2反应的条件和影响因素对比。根据对比表分析，焦炭在试验室的最终反应失重率及主要因素，在高炉内焦炭进入风口回旋区前的失重率和影响因素。
焦炭在试验室条件下的最终反应失重率，主要影响因素是焦炭与CO2的反应速度，时间固定，反应气体中极度过量。不同焦炭之间的差异影响因素主要是：炭质、气孔率和灰成分。焦炭的炭质，主要取决于炼焦煤的变质程度、煤岩组成、粘结性及结焦性，影响反应速度；气孔率和气孔分布，影响比表面积和气体扩散速度；灰成分的催化作用，国内外的研究结果都已经表明，在试验室的反应性试验中，仅有焦炭无铁矿存在，灰中Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O对焦炭与CO2反应性有明显的催化作用，提高反应速度[13]。
&&&&& 高炉内，不同的焦炭差异只是表现为开始反应的温度不同，进入回旋区前反应的总失重率，取决于矿石的还原性能和直接还度以及未燃煤粉率。高炉内焦炭与CO2的反应是一升温变化过程，自上而下的过程中，反应温度逐步升高，CO2浓度是变化的。煤气自下而上，温度逐步降低，煤气中CO还原矿石反应所生成CO2，生成速度、浓度随着矿石的还原性变化的，当温度高于焦炭与CO2开始反应温度时，煤气中CO2与碳反应生成CO，随着温度升高反应速度加快，软熔带高温区的CO2不稳定且过量碳存在全部与碳反应生成CO，在这区域是矿石还原性控制焦炭反应速度。高炉内高温区焦炭灰成分的催化作用，与炭质、气孔率及温度等因子一样，只是影响反应速度次要因子，CO2的生成供给才是主导反应速度的因子，而这又取决于矿石的还原性能，换而言之，矿石的还原性能是主导因子。另外，喷吹煤的未燃率也是影响焦炭消耗总失重率的重要因子。
综上所述，试验室内，1100℃恒温与100%CO2反应2小时，焦炭反应性受灰成分催化影响被夸大，炭质结构和气孔的影响被弱化，总失重率不受限制。高炉内，升温反应，但CO2浓度低，供给速度受矿石还原性影响，未燃煤粉替代部分直接还耗碳保护了焦炭，总失重率受直接还原度和未燃煤粉率控制。
&&&&& 表1.焦炭在试验室与高炉内和CO2反应影响因素对比
&&&&& Table1.The contrast of the factors that coke react with CO2 in the blast furnace and in laboratory
温度（℃）
850-1400升温
反应控制模式
1100以下化学控制、1300以上为气孔扩散控制、混合控制
不确定，受冶炼强度变化
CO2、CO、H2、N2混合气休
CO2浓度（%）
CO2供给量与焦炭比(m3/kg)
3(600/200)
直接还原过程生成量
焦炭灰成分(Fe2O3/CaO/MgO/K2O/Na2O)
明显催化作用
炉内矿和渣中含量更高，可能抑制灰成分的催化作用
未燃煤粉约占喷吹煤粉量30%
反应总失重率
取决于直接还原度和未燃煤粉率
目前焦炭反应性及反应后强度试验方法，是新日铁在高炉喷吹煤粉前所制定，是一规范性试验，超过规范所设定的范围的试验结果是不可信的。
目前方法所测定的焦炭反应性，只是表达焦炭与CO2的反应活性，受灰成分催化影响十分显著，高炉内焦炭反应速度取决于矿石还原生成CO2速度，焦炭灰成分的催化性能无作用。
喷吹煤粉高炉，焦炭的行为不同于未喷吹煤粉的高炉，焦炭进入风口回旋区前的失重率取决于直接还度和未燃煤粉率，与现行试验方法所测定的焦炭反应性无关，固定失重率试验的反应后强度，才能真实表达反应后强度。
&& 不同高炉，根据高炉碳平衡，计算出高炉内焦炭进入风口回旋区前的失重率，进行固定失重率的反应后强度评价焦炭热性能更合理。
[1]ASTM D 5341 C99 (Reapproved 2004), Standard Test Method for Measuring Coke Reactivity Index (CRI) and Coke Strength After Reaction (CSR)
Coke -- Determination of coke reactivity index (CRI) and coke strength after reaction (CSR)
[3]GB/T4000-83《焦炭反应性及反应后强度试验方法》
[4]西撤,原口 博,西本 庆二.高炉用焦炭的CO2反应后强度试验方法[J].燃料协会志.):
[5]龙世刚.焦炭气化反应温度及其对高炉冶炼影响的研究[J].钢铁.-5
[6]Seiji NOMURA, Hiroyuki AYUKAWA, and so on. Improvement in Blast Furnace Reaction Efficiency
through the Use of Highly Reactive Calcium Rich Coke[J].ISIJ International. 6-324
[7]杨　敏,崔　平.升温条件下冶金焦炭质量及CO2气化反应研究[J].钢铁研究.-12
[8]张丙怀，朱子宗，邹德余，刘清才.未燃煤粉对焦炭性能的影响[J].钢铁.1994,(3)：22-26
[9]刁日升，胡宾生.喷煤未燃煤粉在高炉内行为的研究[J]. 钢铁钒钛.-21
[10]郁庆瑶，曹 进，沈峰满.未燃煤粉对炉内焦炭反应性能影响的试验研究[J].宝钢技术.2006, (增):31-34
[11]渡壁史朗 等.抑制高炉回旋区内焦炭粉化的焦炭特性和高炉操作条件[J].铁と钢. 2002(1)：3-11
[12]张寿荣，毕学工.关于大量喷煤高炉的某些理论问题的思考[J].钢铁.2004,(2)：8-14
[13]胡德生.灰成分对焦炭热性能的影响[J].钢铁.2002,(8)：9-13
版权所有 上海金属学会
(C)2007 All Rights Reserved.
地址：上海市南昌路47号3号楼3309室
电话：（021）　　
上海钢联电子商务有限公司　设计制作
沪ICP备号 &&&&&&}