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高炉冶炼早期以木炭为主,而后使用了无烟煤,再到后来的高炉几乎都使用焦炭做燃料,并使用喷吹技术,从风口喷吹的燃料已占全部燃料用量的1030%,有的达到了40%,用作喷吹的燃料主要有无烟煤和天然气。

一、焦炭在高炉中的作用

焦炭在高炉中有一下几个方面的作用:1.发热剂:焦炭在风口前燃烧放出热量而产生高温,它使高炉内各种化学反应得以进行,并使渣、铁熔化。高炉冶炼所消耗的热量7080%是由焦炭燃烧来提供的。2.还原剂:焦炭中的固定碳C和它燃烧后产生的CO、H2与铁矿石中的各级氧化物反应后,将铁还原出来。铁矿石还原所需的还原剂几乎全部由燃料所供给。3.料柱骨架:高炉内的铁矿石和熔剂下降到高温区时,全部软化并熔化成液体,而焦炭则既不软化也不熔化,所以它可以作为高炉内料柱的骨架来支撑上部的炉料。焦炭在高炉料柱中约占整个体积的三分之一至二分之一,焦炭又是多孔的固体,同时它又起着改善料柱透气性的作用。

二、焦炭的物理性质

焦炭的物理性质包括机械强度、筛分组成和气孔度等,其中主要的是机械强度。1.机械强度焦炭的机械强度主要是指焦炭的耐磨性和抗冲击的能力,其次是抗压强度。它是重要的质量指标。焦炭的机械强度对高炉冶炼十分重要:若机械强度不好,在焦炭运转的过程中和在炉内下降的过程中,由于炉料与炉料之间、炉墙之间相互摩擦挤压,会导致焦炭破裂而产生大量的粉末,在高炉冶炼过程中,这些粉末将渗入初渣中,增加初渣的粘度,降低了初渣的流动性,增加了煤气通过初渣带上升的阻力,终造成炉况不顺,炉缸堆积,风口烧坏等事故。目前我国各厂测定焦炭强度的方法是转鼓试验。转鼓的测定有两种:大转鼓和小转鼓。以小转鼓为好。小转鼓是由钢板制成的无穿心轴的密封圆筒转鼓,鼓内径和鼓内宽皆为1000mm,鼓壁厚68mm,内壁每隔90度焊角钢(mm)一块,共焊接四块。试验时取50公斤大于60mm的焦炭试样装入鼓内,以25转每分的转速转100转。转完后用直径40mm和直径10mm的圆孔筛筛分,以大于40mm的焦炭占焦炭试样的重量百分数作为破碎强度指标,以小于10mm的焦炭占焦炭试样的百分数作为耐磨强度指标。对于中型高炉用焦炭M40在6070%,大型高炉M40在75%以上。M10均应小于9%为好。焦炭的抗压强度一般在9.8114.71MPA,而高炉炉缸的实际压力只有0.2940.490MPA,但焦炭在炉内高温作用下,强度会有明显的降低并产生碎裂。由于焦炭的强度指标是在常温、无化学作用的情况下测定的,所以它不能真正代表焦炭在高炉内的实际强度,因此鉴定焦炭的强度(特别是高温下的强度)的合理方法尚待进一步研究。2.筛分组成焦炭的筛分组成是用筛分试验的方法来测量焦炭的粒度组成,计算各级粒度焦炭重量与焦炭总量的百分比。高炉大量使用熔剂性烧结烧结矿以来,矿石的粒度普遍降低,使焦炭和烧结矿间的粒度差别扩大,这很不利于料柱透气性的改善。实践证明在大、中型高炉上使用2540mm的中块焦炭是可行的。从焦炭生产方面来看:在焦炭产品中,2540mm的中块焦炭仅占1415%,所以,适度降低入炉焦炭的粒度对于合理利用焦炭也是一项有意义的措施。3.气孔度焦炭的气孔度表示在全部焦炭体积中气孔所占的体积百分数。高炉冶炼用焦炭的气孔度大约在4553%之间。气孔度高可以改善焦炭的反应性能,但过高时气孔壁薄,会影响焦炭的强度,目前对冶金焦炭的气孔度还没有具体要求。

三、焦炭的化学性质

焦炭的化学性质通常是以焦炭的工业分析来表示的。工业分析的内容包括:固定碳、灰分、硫分、挥发分和水分的含量,除水分外其它组成均以干焦基础来计算。1.固定碳和灰分焦炭中固定碳含量应尽量高,灰分含量应尽量低。这是因为焦炭中的固定碳含量愈高,焦炭的发热量愈大,还原剂愈多,愈有利于降低焦比。焦炭中固定碳的含量的高低,主要影响来自灰分。固定碳的含量一般通过计算方法求得:C(固定)100(灰分+挥发分+有机物)焦炭中的灰分不仅对固定碳含量影响较大,而且会导致焦炭的耐磨强度降低,粉末增加。灰分的主要成分是酸性的SIO2和AL2O3,它们约占灰分总量的80%以上,灰分增加势必导致熔剂耗量和渣量的增加,使焦比升高,产量下降。2.硫和磷在高炉冶炼中,有80%左右的硫是由焦炭带入的,因此降低焦炭中的含硫量对降低生铁含硫起着很大的作用。控制煤的含硫量和合适的配煤比是控制焦炭含硫量的基本途径。焦炭中一般含磷很少。3.挥发分挥发分是炼焦过程中未分解挥发完的有机物质,主要是碳、氢、氧及少量的硫和氮。当焦炭进入高炉再次加热到850900摄氏度以上时,就以等气体形式挥发出来。挥发分本身对进入高炉冶炼并无影响,但它是一个表示焦炭成熟程度的指标。正常情况下挥发分的含量一般在0.71.2%之间,含量过高的焦炭不够成熟,夹生焦多,这种焦炭强度差,进入高炉后易碎裂产生粉末,影响料柱透气性。而含量过低则表示结焦过大,这种焦炭裂纹多,极脆,对高炉冶炼不利。4.水分焦炭中的水分是在打水熄焦时渗入的,通常为26%。焦炭中的水分在高炉上部即可蒸发完毕,对高炉冶炼没有影响。但要求焦炭中的水分含量稳定,因为焦炭都是按重量入炉的,水分的波动必定会引起干焦量的波动,终于导致炉缸热制度的波动。