高炉碱金属行为的研究-钢铁冶金专业论文

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1、优秀毕业论文武汉科技大学硕士学位论文高炉碱金属行为的研究姓名：刘伟申请学位级别：硕士专业：钢铁冶金指导教师：王庆祥20040526精品参考文献资料武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要随着钢铁工业的发展，高炉冶炼技术的进步，碱金属对高炉冶炼的危害日渐受到重视。 本文通过对碱金属在高炉中的行为进行理论分析，发现高炉中的碱金属主要是由铁矿石和 焦炭带入的，碱金属的排出主要是通过炉渣，如果高炉内的碱金属不能有效的排出，剩余 的碱金属就必然会在高炉内不断的循环富集，给高炉带来一系列的不利影响：对焦炭的气 化反应有催化作用，使得焦炭的气化反应加速，大大地降低焦炭的粒度和强度；使烧结矿 的中温还原粉化率升高，

2、从而影响到料柱的透气性，使球团矿产生异常膨胀(甚至产生灾 难性膨胀)，使其强度降低，粉化率剧增；在高炉内循环的碱金属会通过砖衬的孔隙渗入 砖衬，并对其进行侵蚀，从而引起硅铝质耐火材料异常膨胀，热面剥落和严重侵蚀，大大 缩减高炉内衬寿命；在不同程度上增加高炉各部位的阻损，从而引起高炉料柱透气性的恶 化，压差梯度升高，降低冶炼强度，引起高炉崩、悬料乃至结瘤。基于碱金属对高炉冶炼的上述危害，本文结合湘钢高炉的实际生产情况，通过理论分 析、计算以及其他钢厂防治碱害的经验，提出防治高炉碱害的措施：1)、减少入炉原、燃 料的碱金属含量；2)、提高烧结矿中的MgO含量、降低炉渣碱度、降低生铁含硅量、适 当增

3、加渣量；3)、采用预还原的金属化球团或部分还原的烧结矿；4)、提高焦炭的抗碱能 力；5)采用抗碱侵蚀的耐火材料；6)、周期性洗炉，以有效地减少碱金属在高炉内的循 环富集，降低碱金属对高炉的危害，提高高炉的冶炼强度，降低焦比，改善高炉透气性。关键词：高炉炼铁碱金属防治措施塑!蔓壅圣!燮查堂堡主兰垡笙茎AbstractWith the development of iron and steel industry and the advancement of blast furnace smelting technology，the harmful defects of alkali metals

4、in the blast fLIrnace has been concerned more and more Through the theoretical analysis on the behavior of alkali metals in me blast furnacethe author finds也at alkali metals are introduced in the blast furnace chiefly from theiron oreand the coke，and aredischarged mainly from slagIf the alkali metal

5、s in the blast furnacearenotdischargedeffectively,theresidualalkalimetalsmustbecirculatedand accumulated constantly in the blast fllrnaceAlkali metals have a adversely influence on the blast furnace：increasecokeconsumptionand decreasecokegranularityand strength；increase midtemperaturepulverization r

6、atio of thesinter andcauseswellingof theorepellets；the circulated alkali metals attack the refractory lining in the blast furnace and reduce the lining lifeof the blast furnace；have adetrimental effectongas permeability、reducing thesmeltingintensity and causing having scaffold formation on the fl,tm

7、ace wallAccording to the influence of alkali metals on the smelting of blast furnace，the author combines this thesis with the data of Xiangtan Iron and Steel Company,and puts forward suggestions to prevent the harmful defects of alkali metals through the theoretical analysis、the calculation and the

8、experiences of preventing the harmful defects of alkali metals of the othersteel plantsThe preventive measures for the harmful defects ofalkali metals are as follows：11、 reducing the alkali metals content in the raw materials；2)、increasing the MgO content of the sinter、decreasing the basicity of sla

9、g、decreasing the Si content ofthe pig iron、increasing relativeslag volume；3)、introducing prereducedorepellets orpartlyreductedtinter；41、 increasing the ability ofcoke resisting alkali metals；5)、using refractories that have the ability ofresistingcorrasion of alkalimetals；乱、cleaning the blast furnace

10、 periodicallyThe aboverecommendations are necessary for decreasing the circulation and accumulation of alkali metals effectively in blast fimaace，reducing the harmful influence of alkali metals on blast fu!nace increasing the smelting intensity,decreasing the coke rate，improving the gas permeability

11、Key words：blast furnaceironmakingalkali metalspreventive measures武汉科技大学硕士学位论文第1页第一章前言11碱金属的危害 随着钢铁工业的发展，高炉冶炼技术的进步，排除许多干扰高炉生产的因素，碱金属对高炉冶炼的危害逐渐暴露出来。在我国，大型钢铁公司如包钢、武钢、酒钢，中型钢铁 企业如昆钢、涟钢、新疆八一钢铁公司都受过碱金属的危害，国外高炉中也发现了碱金属 的危害。碱金属对高炉的危害主要表现在：1)、提前并加剧C02对焦炭的气化反应，缩小了间接还原区，扩大了直接还原区，进 而引起焦比升高；降低焦炭的粒度和强度，从而降低料柱特别是软熔

12、带气窗的透 气性，引起风口破损。2)、使烧结矿中温还原粉化率升高；导致球团矿产生异常膨胀(甚至产生灾难性膨胀)， 使其强度降低，粉化率剧增，给高炉冶炼带来不利的影响。3)、引起硅铝质耐火材料异常膨胀，热面剥落和严重侵蚀，从而大大缩减了高炉内衬 寿命，严重时还会涨裂炉缸炉底钢壳。4)、在碱金属积累严重的高炉内，由于矿石的软熔温度降低，焦炭破损严重、气流分 布失常或冷却强度过大，从而引起高炉中、上部结瘤。5)、使高炉料柱透气性恶化，压差梯度升高，引起高炉崩、悬料【1】a12国内外的研究现状 由于高炉碱害频繁出现，影响日益严重，人们对它的关注与日俱增。但直到1968年日本进行高炉解剖并发现碱金属在高

13、炉内循环、富集，特别是对焦炭的粉化之后，碱金属的危害才真正得到各国的重视，各国加强了对碱金属危害的研究，到上个世纪70年代， 国外有关碱金属对高炉冶炼影响的研究已经达到了高峰，许多企业也都制定出了相应的标 准和要求，来限制碱金属对高炉冶炼的影响。我国发现碱金属危害也较早，上世纪50年代，苏良赫就提出了白云鄯博矿所含的碱 金属可能是包钢高炉结瘤的重要原因。但我国真正对高炉碱金属问题进行系统研究还是从 1975年开始，当时主要是针对包钢高炉的结瘤而进行的一项研究，这项研究不仅在实验室 进行了较系统的工作，而且还专门在包钢5513的试验高炉上进行了多项冶炼试验及高炉 取样研究，基本上弄清了包钢高炉结

14、瘤的原因钾、钠在高炉中的循环积累：1979年底， 包钢开始对高炉原料和产品进行碱金属常规分析及碱平衡的计算2；1980年，应盛明介绍 了新疆钢铁公司高炉的碱金属问题3】；接着崔光辉又介绍了国内外高炉碱害的情况14：除 此之外，我国的鞍钢、武钢、昆钢、宣钢等厂及有关院、所也对高炉的碱金属问题进行了 大量的研究，到上世纪80年代末，我国的高炉碱金属问题研究也已经达到了高峰。随着 精料和冶炼技术的不断进步，高炉中的碱金属问题已经基本上得到了控制。第2页武汉科技大学硕士学位论文13课题研究内容近年来，在湘钢、邯钢等企业，高炉中又出现了如炉况不顺、透气性变差、焦比增加 甚至结瘤等典型的碱金属问题症状，高

15、炉的碱金属问题又重新引起了我国冶金工作者的重 视。本文将对高炉中碱金属问题作一系统、全面的研究，研究内容包括：1)、查阅文献资料进行文献调研，从文献中初步研究碱金属在高炉中的行为，并在此基础上进行生产调研，从湘钢高炉的生产数据上证实文献调研的结论。2)、基于文献调研和生产调研，进行理论分析，就碱金属在高炉中的行为进行深入的 探讨，具体说来包括：(1)高炉碱负荷与碱平衡； (2)碱金属对焦炭冶金性能的影响： (3)碱金属对铁矿石冶金性能的影响： (4)碱金属对高炉内衬的侵蚀； (5)碱金属对高炉冶炼生产的影响：通过以上工作就高炉中的碱金属对高炉冶炼的影响从理论上有一个具体而深刻的认识。3)、提出

16、生产操作建议在结合湘钢高炉实际生产数据的基础上，就实际生产中如何防治高炉中碱金属的危害提出建议。武汉科技大学硕士学位堕茎釜!墨第二章高炉碱负荷与碱平衡21碱金属及碱化物的性质211碱金属的性质化学元素周期表中第1A族元素中的Li、Na、K、Kb、Cs、Fr，其氢氧化物都是易溶于 水的强碱，故称为碱金属。由于对高炉冶炼有重要影响的碱金属元素主要是钾和钠，因此 本文所涉及的碱金属专指钾、钠或钾、钠的化合物。碱金属单质的性质如表21所示61。衷21碱金属单质的性质元素价电子层结构熔点沸点密度(20C)cm3钠(Na)3S197838830，97钾(K)4 S16325758082碱金属和其他金属一样

17、，具有金属光泽，良好的导热性、导电性和延展性。但碱金属 的密度小，熔点和沸点也很低。碱金属原子的电子结构为3S1、4s1型，其外层电子极易失 去而生成稳定的正离子。所以，在自然界不存在碱金属的单质，它们常以复杂硅酸盐的形 式存在于各种矿石中，如正长石、钠长石、白榴石、正方钾石、芒硝、黑云母、白云母、 角闪石、斜长石、铁海泡石、霓石、云母及海绿石等。通常这些复杂化合物在铁矿石中的 含量并不多，僵通过一般的选矿过程不容易将它们除掉：在常规的烧结和球团过程中去除 的碱金属也很少，很难将矿石中的碱含量降低到不危害高炉冶炼的程度。随矿石和焦炭进入高炉的碱金属其数量及矿物的种类随来源不同而有很大的差别。我

18、 国新疆高炉所用的雅满苏铁矿是一种含碱金属相当高的矿石，该矿石中，碱金属主要是以 硅酸盐的形式存在，也有相当一部分是以芒硝的形式存在口J。而包钢高炉所用的自云鄂博 矿是一种特殊的复合矿，含有氟、铌、钾、钠等72种元素及30多种矿物，其中对高炉影 响最大的是氟及碱金属r71。国内其他高炉所用的铁矿石也含有较高的碱金属(见表22)81 o 由表22可以看出，我国高炉的碱金属问题不容忽视。表22我国部分高炉铁矿石的含碱量厂名包钢鞍钢武钢杭钢宣钢苏钢自云烧结球团烧结烧结球团烧结烧结烧结 矿石种类矿矿矿矿矿矿矿矿矿K20。0180220200350250 3001 8O630 51Na，O，037O26

19、0 23O06O130050，04O 080 38K20+NazO，0550480，43041038035022071O89第4页武汉科技大学硕士学位论文212碱化物的性质 在高炉冶炼过程中，碱金属通常以氧化物、碳酸盐、硅酸盐、氰化物的形式出现，因而研究它们的热力学性质，对于分析碱金属在高炉中的行为是至关重要的例。1)碱金属氧化物纯Na20在1132 6C熔化，而K20的熔点尚未确定。固体氧化钾约在881分解为钾蒸 气和氧。在101KPa下，温度高于815。C时，纯K20会被碳还原为钾蒸气和一氧化碳。Na20 类似的还原温度约为1000。K20+CO乜)-2K(曲+C02(g)(21)Na20

20、+CO(曲=2Na(g)+C02(g)(22)由上列反应式可以看出，碱金属蒸气的分压决定于COC02之比。沿高炉高度煤气取 样分析结果表明，在800。C(刚好接近钾的沸点时)，COC02之比约为28，钾的平衡蒸气 压为556KPa。上述数据表明氧化钾在炉身能迅速的被还原。对Na20的类似计算可以得出， 在1000。C钠蒸气的分压为606KPa，所以在炉身，Na20比KzO稳定。2)碱金属碳酸盐Na2C03与K2C03的熔点分别是850 4C和901。在高炉内，碱金属碳酸盐比其氧化物 更稳定，纯碱金属碳酸盐在101KPa下，温度达到1200。C之前不会被CO还原。当碱金属 蒸气的分压较低时，还原

21、反应可能在温度低于1200。C时发生：K2C03+CO(g产2K(g)+2COz(g)(23)计算结果表明，在800(2钾蒸气的分压为1KPa，可以认为K2C03在900。C以下是很稳 定的。因此，在温度低于900(2的高炉上部，碳酸钾和碳酸钠都可由它们的蒸气形成，反 应如下：4K(Na)+2C+30z=2K2C03(Na2C03)(24)由于上述固体碱金属碳酸盐是直接由气相形成的，故其粒度很小，有一部分会被煤气 流带走，另一部分则沉积在炉料上，随炉料下降，在到达高温区后又重新分解为碱蒸气。 3)碱金属硅酸盐在101kPa及温度高于15509C时，碳能还原硅酸钾生成钾蒸气和二氧化硅(或硅)。反

22、 应式如下：K2Si03+C22K(g)+Si02+CO(曲(25)2KzSl03+6C=4K(曲+2Si+6CO(g)(26)硅酸钠相应的还原温度为1700 9C，复杂碱金属硅铝酸盐的还原将更困难。因此，在高炉中 碱金属硅酸盐还是比较稳定的，一般很难将其还原。4)碱金属氰化物 在高炉原料中本来并不存在KCN或NaCN等有毒物质。但在高炉内高温区却能够通过下列反应形成碱金属氰化物：2K(g)+2C+N2(g)=2KCN(g)(2 7)武汉科技大学硕士学位论文第5页2K(：曲+2C+N2(g)=2KCN(I)(28)2Na(g)+2C+N2(g)=2NaCN(g)(29)2Na(g)+2C+N2

23、(g)=2NaCN(I)(210)氰化钾在622 9C熔化，1625。C气化；氰化钠在562。C熔化，1530。C气化。因此在风口 区它们能以气态的形式存在，它随煤气流向上运动，当温度降低后它们便转变为液态。所 以在炉身下部、炉腰、炉腹和炉缸碱金属氰化物完全可能以液体的形式出现。为了分析上述碱化物在高炉里的行为，我们还应了解它们的相对稳定性。度，图21各种碱化物标准生成自由能的变化由图21可以看出，由于Si02与氰化物形成硅酸盐的线段在高炉冶炼温度下都低于CO线，因此氰化物不如硅酸盐稳定，当有Si02存在时，会消耗氰化物生成硅酸盐。 此外，在较高温度下，氰化物转变为氧化物的线都高于CO线，所以

24、氧化物不如氰化物稳定：当温度低于1100。C时，能消耗氰化物生成碱金属碳酸盐；在低温区，碱金属氰化 物的氧化是通过C02进行的，反应如下：2KCN(g)+4C022K2C03(g)+N2+5CO(211)由以上讨论可以得出各种碱化物的稳定性分别按下列顺序：硅酸盐一碳酸盐一氰化物一氧化物依次减弱“。第6页武汉科技大学硕士学位论文22高炉中碱金属的循环富集由碱化物性质分析可知，在高炉的中、上部，以复杂硅酸盐形式进入高炉的碱金属是 很稳定的，当它们进入高温区后，能按式(25)、(26)进行还原。由于煤气的高速运动 达不到碱金属的平衡蒸气压，因此只有小部分碱金属硅酸盐参加反应，生成的碱蒸气随着 煤气流

25、向上运动。又因为鼓风中氮的含量很高(78)，高炉内的任何高度都具有较高的氮 势，所以在高温区产生的碱蒸气离开风口区以后，可能按式(27-210)与氮反应生成碱 金属氰化物蒸气并随煤气流向上运动。煤气进入氧化性很强的炉身中、上部时，它们将分 别按反应式(24)及反应式(211)生成更加稳定的K2C03。新产生的K2C03由于是碱蒸 气及碱金属氰化物的小液滴形成的，故它们中的大部分将以烟尘的形式出现【n】。携带着碱蒸气，碱金属氰化物和碱金属碳酸盐的高炉煤气在自下而上的运动过程中， 所携带的上述碱化物会沉积在内衬和炉料上，而来不及反应和沉积的碱金属则随煤气和炉 尘从炉顶排出，大部分未还原的碱金属硅酸

26、盐随炉渣排出。沉积在炉衬上的碱金属会通过砖衬的孔隙渗入砖衬，并对其进行侵蚀，沉积在炉料上 的碱金属到达高炉高温区后又将挥发。挥发的碱金属又重新进入向上运动的煤气流，这种 过程连续不断的循环往复(如图22)，最终导致碱金属的富集，进而严重危害高炉生产【”。图22碱金属在高炉内循环示意图_r，_一一武汉科技大学硕士学篁笙壅一翌!墨碱金属在高炉内的循环富集已被国内外大量的高炉解剖及高炉取样分析研究所证实。 日本通过对其高炉解剖研究，发现在块状带碱金属富集到入炉前的2倍，高炉内碱金属的 分布与温度及软熔层的分布一致【”1；我国首钢试验高炉的解剖，发现在炉身边缘及中心， 烧结矿和焦炭的含碱量剧增，炉身下

27、部沿半径方向，其含碱量普遍增加，到炉腹达到最大 值，随后又慢慢下降，而且高炉内炉料的含碱量与高炉内煤气的分布有密切关系：煤气量 分布越多的地方，炉料的含碱量越高【14】；我国的包钢通过取样分析，也发现了矿石中的碱 金属出现不同程度的富集151。23高炉碱负荷和碱平衡231碱负荷高炉的碱负荷一般是指每吨铁由炉料带入的碱金属的总量取趴铁)，有时也可以用每吨 炉渣由炉料带入的碱金属的总量(k酊渣)来表示。一般而言，高炉内的碱负荷越高，给 高炉冶炼带来的危害也越严重。例如，美国的格莱尼特(Granite)厂碱负荷达6-11kgt铁 时，造成炉况不顺，结瘤，焦比升高，产量降低。而吉尼瓦(Geneva)厂

28、的碱负荷由209kgt 铁降至77k趴铁时，产量增加423，焦比降低103。因此为了降低碱金属对高炉冶炼 的影响程度，国外的一些炼铁厂对自身入炉的碱负荷作了一定的限制，如表22所示HJ：表22国外厂家入炉碱负荷限制数量吨铁炉碱金属入炉量 企业名称(K20+Na20)，k鼽铁新日铁25日本川崎制铁31多米尼钢与铸造公司3 0加拿大钢公司电72琼斯劳林公司50美国美钢公司吉尼瓦厂45西德蒂森施韦尔厂45瑞典奥克塞洛松德冶金厂75 英国英钢联公司3512 法国洛林公司7 0232碱平衡碱平衡是高炉冶炼过程中入炉的碱负荷和排除的碱金属量的明细表。高炉中的碱金属 主要是由铁矿石和焦炭带入的，碱金属的排出

29、主要是通过炉渣。但是炉渣的排碱能力受多第8页壅圣壁垫垄堂堡主堂垡堡奎一方面的限制，如炉渣碱度，渣中二氧化硅的含量以及渣中MgO的含量等等a炉渣排碱能 力好的时候可以排出入炉碱量的95，差的时候却只有6580。而从炉顶煤气及炉尘排 出的碱金属量少且波动很小，波动一般小于5。当炉渣的排碱能力降低时，剩余的碱金 属将会在高炉内循环富集，给高炉冶炼带来种种问题。所以，高炉碱害取决于滞留在高炉 内进行循环富集的碱金属的多少。如果高炉内的碱金属不能有效的排出，就必然会在高炉内不断的循环富集，从而给高 炉冶炼带来一系列的不利影响。这些不利影响有的是直接的，如碱金属循环富集本身对料 柱透气性的不利影响以及碱金

30、属对高炉内衬的侵蚀；而有的是间接的，如由于碱金属的作 用，使烧结矿、球团矿及焦炭的冶金性能变坏(如产生体积膨胀，强度降低，粉末增多等) 而产生的对高炉冶炼的不利影响。因此，有效的排出高炉内的碱金属，尽量的控制好自身 的碱平衡，对每一座高炉冶炼而言是至关重要的。24湘钢高炉的碱负荷及碱平衡241湘钢高炉的碱负荷 为了具体研究湘钢高炉的碱负荷，对湘钢炼铁厂14高炉入炉原、燃料作-F-次取样，其原、燃料的用量见表23、其碱金属含量见表24。表23高炉入炉原、燃料的用量(耗矿1690kgt铁)进口竖炉焦比煤比类别烧结矿南非矿球团球团(kgt铁)(kgt铁)lII75172，410，8394711313

31、数量21547069581415、4121 6表24高炉入炉原、燃料碱金属含量，l试样进口球团竖炉球团烧结矿南非矿焦炭煤粉1O0110053007500520084046陲 K202001200720086006300700，250028004lO017005901810066N赴O2002900400031001300710，13萎100l0050097001O01Zno200100130087通过对14高炉的两次试样进行计算分析得到14高炉的碱负荷如表25所示：武汉科技大学硕士学位论交第9页表2514高炉的碱负荷进口竖炉项目烧结矿南非矿焦炭煤粉合计球团球团蹈o+Na200091950117

32、55139670114850575250，593628899(k虮铁)(平均)所占3184 0748_3339719912054IOO00比例，由表25可以看出，与国外一些厂家的高炉入炉碱负荷的限制量(见表22)相比，湘钢高炉的碱负荷并不算很高。242湘钢高炉的排碱能力 高炉生产的实践表明，相同的碱负荷对不同高炉的影响不尽相同。例如我国武钢与包钢高炉的入炉碱负荷大致相同，而包钢的高炉碱害却比武钢严重得多，其中一个重要原因在于高炉的排碱能力不同。若排出的碱金属少，则滞留在高炉内进行循环富集的碱金属就 相应的较多，从而导致对高炉冶炼的不良影响。为了研究湘钢高炉的排碱能力，对湘钢炼铁厂14高炉的排出

33、物作了二次取样，其数量 及碱金属含量分别如表26、表27所示。表261。高炉排出物的数量类别渣铁比(上渣量)瓦斯灰洗涤水(mgm11 数量1378(189)1056(k酣铁)2368(184)806表2714高炉排出物的碱含量洗涤水试样炉渣(上)瓦斯灰进出10 7701500068化K2020790130040045学组l0320063O007Na20成2032005100100015，1001118Zno210ram)，716862 0434518847，9930721 586粉焦率，(10ram)，254277712319442 460 3第14页武汉科技大学硕士学位论文根据表33所列试验

34、结果，分别作出图32，33，34。由图可以看出，焦炭中的含碱 量(K20)增加，其反应性也增大，焦炭中的K20每增加1，其反应性增大8；焦 炭的反应性还与其反应后的强度有关，反应性每增加1，反应后的强度降低O97，即焦 炭含K20每增加1，其反应后的强度降低92。而且增碱后小于10rnm的粉焦率相应 增加【201。葶掣 崔 蜡 糕 斌234古碱量，图32焦炭碱金属加入量与反应性的关系807060冰50 越 藿40蚓噬30201020406080反应J生，图33焦炭反应性与反应后强度的关系武汉科技大学硕士学位论文第15页80O123456增碱量图34增碱量与粉化率的关系武汉科技大学也用浸碱法研究

35、了焦炭的冶金性能。将焦炭制成粒度为201mm的立 方体，烘干除水，称取2009干焦样浸入不同的碳酸钾溶液中，浸泡24小时，取出烘干称 重，增加的重量也就是碳酸钾的增碱量，再通过成分分析获得具体的量【2ll。试验设备如图35所示：1一阀门2一流量计3一洗气系统4一电阻炉5-NiCk6一焦炭试样7一电偶8一TwK 702精密温度控制仪图35试验设备流程图将焦炭试样置于反应管的等温区内(反应管下部装有碎刚玉片)，当升温到400时开始 通氮气，达到试验温度1100C B寸，切断氮气通入c02(流量5Lmin)，反应2h后切断C02，再通入氮气，冷却至室温。然后取出称重，记录反应性的各项指标，测定转鼓f

36、c 130蔓!墨壅圣登垫查兰堡主堂篁笙塞L70mm，20rmin，转30min)，之后用10mm的圆孔筛筛分，将大于10mm的焦炭称重，由此计算出焦炭的热强度。计算公式如下：反龇()：鲨毛磐100讯秤星热转鼓强度c，=茎茎雩釜嘉；瓷掣，。焦炭的试验结果见表34。从焦炭的浸碱试验结果明显看出，碱金属对焦炭和C02反 应有催化作用，使焦炭的气化反应加速，焦炭的强度明显降低。表34焦炭浸碱试验结果试验名称焦炭灰分中K20含量，反应性，热转鼓强度， 原试样01514707323浸碱焦I10。6331106188浸碱焦一112540156216浸碱焦一11705283890根据表34所列试验结果，分别作

37、出图36，37，38。6050担40 蕃SO 赵2010O05115浸碱量，图36碱金属含量与反应性的关系武汉科技大学硕士学位论文第17页 伯 如6越爨播车睾 舯m00O5115浸碱量，图37碱金属含最与热转鼓强度的关系伯们96谜骥秘辞瘴 mO0102030405060反应性，图38反应性与热转鼓强度的关系由图36可知，在试验范围内，碱含量与焦炭的反应性呈直线关系。由于K20的存在， 促使焦炭的熔损反应加快，使焦炭迅速消耗，而且随着碱含量的递增，焦炭的熔损越厉害。由图37可知，随着碱金属含量的增加，转鼓指数下降，两者也呈直线关系。此外， 随着焦炭强度的降低，焦炭外观也发生了显著的变化，焦炭表面

38、变得更暗，更粗糙，并有裂纹及灰白粉粒产生。由图38可知，反应性与反应强度是密切相关的。焦炭反应后强度随焦炭反应性的升笙!戛壅圣塑整查堂翌主堂垡笙奎高而降低。而且从试验结果还可以看出，焦炭吸附的碱金属量不同，自身受碱害侵蚀的程 度也不一样：碱的吸附量大，受破坏的程度较严重，反之则较轻。322增碱对焦炭冶金性能的影响高炉内的碱金属对焦炭有二方面的破坏作用，第一方面，碱金属能与焦炭形成层问化 合物KCx，它导致焦炭产生裂纹并发生体积膨胀而碎裂。第二方面，碱金属对焦炭的气化 反应起到了催化的作用，它降低了气化反应开始进行和激烈进行的温度，如表(35)所示。表35增碱对焦炭气化反应开始进行和激烈进行温度

39、变化的影响 开始进行温度()进行温度 降()焦炭未增碱增碱后开始激烈马钢焦980880100160徐钢焦86078080153为了研究焦炭的冶金性能，将炼焦煤中配入不同数量的K2C03或NazC03，制成各种 增碱焦炭。其实验结果如表36、37所示【221：表36K2c03对焦炭反应性和反应后强度的影响l K2c03的配入量，基础样l2345I反应性，376442254788539860506629I反应后的强度，4296374821-2015。701101539表37N82C03对焦炭反应性和反应后强度的影响l Na2C03的配入量，基础样l2345lI反应性，376440174438618

40、3668376-82II反应后的强度，429642122692164515221 08I根据表36和37的试验结果，分别作出图39、310。武汉科技大学硕士学位论文第19页90807。碳酸钾-碳酸钠60主50 莲40302010O0246碱的配入量。图39碱的配入量与反应性的关系图310碱的配入量与反应后强度的关系由图39、310可以看出，随着碱配入量的增加，焦炭灰分中的含碱量亦相应增加， 增碱后焦炭的反应性增加，强度降低。而且，Na2C03对焦炭的影响要比K2C03对焦炭的 影响严重。K2COs的配入量每增加1，焦炭的反应性约平均提高573；Na2C03的配入 量每增加1，焦炭的反应性约平均

41、提高838。随着碱金属配入量的增加，焦炭的强度急剧下降。323吸附碱对焦炭冶金性能的影响 为了解吸附碱对焦炭冶金性能的影响，用吸附法研究了碱金属对焦炭冶金性能的作用。大量的试验结果表明，随着焦炭吸碱量的增加，焦炭熔损反应的速率明显增大，焦炭的强度明显降低，并出现裂纹和粉化现象。有关研究还发现，焦炭对碱的吸附有以下的特点：第20页 武汉科技大学硕士学位论文11碱的吸附首先是从焦炭的气孔开始，然后向焦炭内部基质慢慢扩散，随着焦炭在 碱蒸气里曝露时间的延长，焦炭吸附碱量也越加增多。2、向焦炭基质扩散的碱金属还会使石墨晶体内部受到侵蚀。碱金属侵蚀到石墨内部 破坏了原有的层状结构而生成了一种层间化合物，

42、将会产生较大的体积膨胀。例 如生成KCg和KC60时，两种层问化合物会分别产生61、12的体积膨胀，最 终的后果使焦炭慢慢生成裂纹而崩裂。31在石墨品格上形成使碳的边界连接变弱的种放电体，这是焦炭反应性增加的另一个原因f24J。综上所述，无论用哪一种方法增碱，焦炭增碱后的结果都大致一样，即随着含碱量的 增加，焦炭的反应性相应升高，焦炭的体积膨胀，强度明显降低，易粉化。313 高炉的解剖研究331日本高炉解剖 日本是进行高炉解剖研究较多的国家。早在上世纪70年代，日本就对其高炉进行过解剖。通过高炉解剖他们发现，焦炭的粒度在炉身中、上部变化不大，从炉身下部到炉腹焦炭才逐渐粉化，到风口急剧粉化；从炉

43、身中、下部起，焦炭的强度逐渐降低；焦炭的反 应性从炉身下部起开始增大并与碱金属氧化物的分布状况一致；由于C02对焦炭的劣化作 用显著，其粒度、强度显著降低；在块状带，碱金属富集到入炉前的2倍，在软熔带和滴 落带，炉料的含碱量迸一步增加：高炉碱金属的分布呈w形分布或倒V形分布，与高炉 的煤气流分布一致。 通过对小仓2号高炉(13500)解剖研究得到，在风口平面以上2-3mm的区域，焦 炭的粒度显著变小，强度显著降低。与此同时，焦炭的含碱量增加。入炉前焦炭灰分中的 碱金属氧化物约3，在炉内可富集到IO一20，且K20的富集高于Na20。研究还发现焦 炭的反应性与焦炭灰分中的含碱量之间有正相关性。正是由于碱金属的触媒作用，促进了 碳的气化反应，焦炭的气孔壁变薄，导致焦炭强度降低【13】。332首钢试验高炉的解剖