温度和CO2对焦炭高温反应行为影响研究

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焦炭作为高炉重要的原料,其在高炉内起到燃料、还原剂、渗碳剂和料柱骨架作用。随着高炉大型化的发展,焦炭的重要作用无法替代,对焦炭的冶金性能及评价的研究具有着重要意义。目前国内表征焦炭高温冶金性能的标准是由NSC法衍生而来的反应性(CRI)和和反应后强度(CSR)。其检测结果不能全面反映焦炭在高炉高温区域条件下的冶金性能。生产实践表明,因混煤炼焦、炼焦设备和操作制度等原因,各钢厂的焦炭的反应性和反应后强度存在差别,但依然可保高炉内稳定运行。因此,探究焦炭在高炉高温区域复杂条件下的冶金性能演变规律,掌握焦炭宏观劣化行为和微观结构变化之间的联系,可以使冶金焦炭的使用更加科学合理,有利于高炉炼铁的节能降耗。在高炉下部高温区域,焦炭主要受到高温热应力、CO2侵蚀(碳溶反应)、含铁炉料挤压作用、渣铁侵蚀冲刷、未燃煤粉、风口热风等作用而不断劣化。而焦炭劣化产生的原因可以通过微观结构,即碳微晶结构,孔结构,矿物质和光学组织的改变进行揭示。因此,本文研究了温度(热应力)和CO2(碳溶反应侵蚀)对焦炭高温冶金性能的影响,并通过此过程中焦炭碳微晶结构和孔结构的变化,揭示温度和CO2对焦炭高温冶金性能的影响机理。通过研究得出以下结论:(1)温度对焦炭高温反应行为的影响和作用机制:焦炭的失重率和强度在1400℃之前变化并不明显,主要的变化发生在1400℃以上区域,焦炭的失重率上升,强度下降,说明在没有其他外力作用下,焦炭内部矿物质与碳基质的反应主要发生在1400℃以上区域;焦炭中石墨碳结晶程度随着温度的升高而上升,其与焦炭转鼓强度之间呈负相关,同时焦炭气孔的数量和转鼓强度之间呈负相关。(2)温度和CO2对焦炭高温反应行为的影响和作用机制:焦炭的反应性随温度升高不断增大,反应后强度在1250℃前不断下降,在1250℃后有所回升,在1250℃时焦炭劣化最为强烈;焦炭石墨碳结晶程度随温度的升高而上升,其在各个温度区间内的变化与反应后强度的变化之间有着较强的相关性,同时焦炭气孔的孔隙率与焦炭反应后强度之间呈正相关。(3)在CO2存在的情况下,焦炭的失重绝大部分都是由碳溶反应造成的,同时碳溶反应也会使焦炭的强度大幅降低,在CO2消失后,温度对焦炭失重和强度的影响逐渐明显;CO2对焦炭石墨碳结晶过程几乎没有影响,影响这一过程的主要因素是温度;CO2对焦炭内部孔径5μm以上的气孔影响没有明显的规律性,CO2对气孔的主要影响在于细气孔和微气孔方面。
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