本發(fā)明屬于高爐煉鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種焦炭在高爐內(nèi)劣化程度的評價(jià)方法。

背景技術(shù)：

高爐是個(gè)“黑匣子”，往往通過原燃料質(zhì)量檢測、高爐操作技術(shù)參數(shù)、渣鐵物化性能檢測等手段對高爐爐況進(jìn)行間接分析。然而，高爐內(nèi)實(shí)際發(fā)生著系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，這對研究高爐內(nèi)焦炭劣化機(jī)理造成較大的難度。

目前在焦炭劣化研究中主要存在如下問題：1、研究焦炭的冶煉行為往往是通過試驗(yàn)?zāi)M高爐局部區(qū)域焦炭的理化反應(yīng)，然而焦炭在高爐內(nèi)的實(shí)際反應(yīng)條件復(fù)雜多變，實(shí)驗(yàn)室尚無成熟的模擬高爐冶煉全過程的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)室模擬的條件與高爐冶煉實(shí)際狀況存在較大差異，因此無法反應(yīng)焦炭在高爐內(nèi)的實(shí)際狀況。2、在焦炭劣化研究中通常在風(fēng)口和高爐上部對焦炭進(jìn)行取樣，使得該研究僅能反應(yīng)高爐內(nèi)局部區(qū)域的焦炭劣化，得出的高爐內(nèi)焦炭的劣化數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確，無法研究焦炭在高爐內(nèi)的劣化趨勢。由此可以看出，在焦炭劣化研究中，對高爐內(nèi)焦炭進(jìn)行取樣是一個(gè)難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種焦炭在高爐內(nèi)劣化程度的評價(jià)方法，該方法能準(zhǔn)確得出焦炭在高爐內(nèi)的劣化程度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種焦炭在高爐內(nèi)劣化程度的評價(jià)方法，該方法包括取得焦炭試樣、測定焦炭試樣的各項(xiàng)物化指標(biāo)、根據(jù)各項(xiàng)物化指標(biāo)分析焦炭在高爐內(nèi)的冶煉行為及劣化機(jī)理，所述取得焦炭試樣的步驟為：高爐停爐休風(fēng)后，從爐頂開始打水冷卻，當(dāng)高爐內(nèi)殘余物料表面溫度降至50℃以下并且爐頂采取必要的安全防護(hù)措施時(shí)，由風(fēng)口平面上方爐殼開口處進(jìn)入高爐內(nèi)開始取樣；自料面頂部至爐缸下部區(qū)域高度方向上，以每隔0.5~1m為一個(gè)取樣平面，在每個(gè)取樣平面的中心及邊緣取點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)取樣2~10kg。

按上述方案，每個(gè)取樣平面上取中心及邊緣共4~5個(gè)點(diǎn)，以確保取樣的分散性。

高爐中修或大修通常采用空料線停爐方法，即停爐休風(fēng)后料面位于風(fēng)口附近上方0.5m~2m，爐料采用打水方式冷卻。停爐后為了更換冷卻壁等設(shè)備需要將高爐內(nèi)殘留的焦炭挖出，所以取樣應(yīng)該在將焦炭挖出以前進(jìn)行。

在進(jìn)行測定焦炭試樣的各項(xiàng)物化指標(biāo)前先將取出的焦炭試樣在烘箱中165~170℃溫度條件下烘2~2.5h，以確保能將焦炭試樣烘干。

測定焦炭試樣的各項(xiàng)物化指標(biāo)：

（1）測定焦炭試樣的粒度； 稱量60mm、40mm、20mm、10mm、5mm各個(gè)粒級的焦炭質(zhì)量，并與入爐焦粒度做對比，分析高爐內(nèi)焦炭在高爐各個(gè)區(qū)域的質(zhì)量損失；

（2）測定焦炭顯氣孔率；測定方法為：抽出焦炭孔隙內(nèi)的氣體，在大氣壓力的作用下，使水填充到焦炭的孔隙內(nèi)，測定焦炭空隙中水的質(zhì)量和同一試樣沉沒于水中損失的質(zhì)量，然后計(jì)算顯氣孔率；

（3）焦炭工業(yè)分析；測定焦炭的水分、灰分、揮發(fā)分， 并計(jì)算焦炭固定碳含量；

（4）采用庫倫滴定法測定焦炭S含量；

（5）測定焦炭石墨化度；

（6）焦炭灰成分測定。

分析焦炭在高爐內(nèi)的冶煉行為及劣化機(jī)理：

（1）分析高爐自上而下焦炭粒度變化情況，了解焦炭在高爐內(nèi)各部位的劣化情況；

（2）分析焦炭的顯氣孔率、灰分、揮發(fā)分、S含量等，了解焦炭孔隙中渣鐵滯留量的大??；

（3）分析焦炭的固定碳含量，了解焦炭溶損反應(yīng)對高爐內(nèi)焦炭的影響以及爐缸中渣鐵對焦炭的侵蝕；

（4）分析焦炭的灰成分，由于大量渣鐵滯留在焦炭隙中，進(jìn)一步分析渣鐵中各元素的分布情況，并分析堿金屬及Zn等有害元素在高爐內(nèi)的富集情況。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：

本發(fā)明利用高爐中修或大修的機(jī)會從爐內(nèi)自料面頂部至爐缸下部高度方向上各個(gè)平面取出殘留焦炭，并進(jìn)一步分析爐內(nèi)焦炭理化指標(biāo)，研究焦炭在高爐內(nèi)的劣化行為，能對高爐上、中、下部的焦炭進(jìn)行劣化分析，使分析結(jié)果更準(zhǔn)確，這對高爐內(nèi)經(jīng)高溫反應(yīng)后的焦炭認(rèn)識更加全面、直接；

本發(fā)明以高爐內(nèi)經(jīng)高溫反應(yīng)后的焦炭作為研究對象，相比實(shí)驗(yàn)室模擬更加客觀，相比高爐解剖實(shí)用性更強(qiáng)；

通過對高爐中修殘留焦炭的研究分析，對焦炭在高爐各部位的劣化行為規(guī)律認(rèn)識更加深刻；為提出更加適合高爐使用的焦炭質(zhì)量指標(biāo)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

根據(jù)焦炭滯留渣鐵能分析高爐爐造渣規(guī)律，對高爐內(nèi)堿金屬及鋅富集循環(huán)能作定量分析，對高爐特性把握更加準(zhǔn)確，可用于指導(dǎo)高爐生產(chǎn)。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是在高爐內(nèi)的取樣示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，2014年11月3日至2014年12月18日武鋼6號高爐停爐中修，歷時(shí)45天，本次中修采用空料線停爐，停爐前上Mn礦，提高爐溫,采用爐頂霧化打水等技術(shù)，最后一次休風(fēng)出鐵后，焦炭降至風(fēng)口平面上方約0.5m，中心焦頂部位于風(fēng)口平面上方2.5m,實(shí)現(xiàn)安全停爐。武鋼6號高爐休風(fēng)停爐后，爐內(nèi)殘留物打水冷卻后開始進(jìn)行燒二套及更換冷卻壁等施工作業(yè)，為了更換冷卻壁等設(shè)備需要將高爐內(nèi)殘留的焦炭挖出，所以取樣應(yīng)該在將焦炭挖出以前進(jìn)行。

2014年11月8日至14日，從爐內(nèi)自焦堆頂部以下4.7m ，從爐內(nèi)自（焦炭）料面頂部至爐缸下部區(qū)域高度方向上，各個(gè)高度層面（以每隔0.5~1m為一個(gè)取樣平面，每個(gè)取樣平面上取中心及邊緣各4~5個(gè)點(diǎn)）取出焦炭試樣，并對其進(jìn)行烘干，做粒度分析、工業(yè)分析、灰成分測定等，從而對焦炭在高爐風(fēng)口區(qū)域的碳溶反應(yīng)、焦炭滯留渣鐵的成分變化有了更加直觀的認(rèn)識，部分觀點(diǎn)與高爐解剖的相關(guān)數(shù)據(jù)較為吻合。具體為：

1、取樣

停爐休風(fēng)后爐頂開始霧化打水冷卻，當(dāng)高爐內(nèi)殘余物料表面溫度降至50℃以下，且在爐頂采取必要的防護(hù)措施時(shí)，由風(fēng)口平面上方爐殼開口處進(jìn)入高爐內(nèi)取樣，當(dāng)爐內(nèi)料面下降至風(fēng)口平面以下時(shí)由風(fēng)口進(jìn)入高爐；具體取樣方法為：沿（焦炭）料面頂部至爐缸下部區(qū)域高度方向上，以每隔0.5~1m為一個(gè)取樣平面，每個(gè)取樣平面上取中心及邊緣共4~5個(gè)點(diǎn)，取樣示意圖見圖1，每個(gè)點(diǎn)取樣2~10kg；取樣位置以風(fēng)口平面基準(zhǔn)平面，表示為“0m”，“+”表示風(fēng)口平面以上，“-”表示風(fēng)口平面以下。

2、干燥

在焦炭試樣進(jìn)行測定爐內(nèi)殘留焦炭各項(xiàng)物化指標(biāo)前，需進(jìn)行干燥；干燥步驟為：將取出的焦炭試樣在烘箱中165~170℃溫度條件下烘2~2.5h。

3、測定爐內(nèi)殘留焦炭各項(xiàng)物化指標(biāo)

（1）測定焦炭試樣的粒度

稱量60mm、40mm、20mm、10mm、5mm各個(gè)粒級的焦炭質(zhì)量，并與入爐焦粒度做對比，分析高爐內(nèi)焦炭在高爐各個(gè)區(qū)域的質(zhì)量損失；

（2）測定焦炭顯氣孔率

測定方法為：抽出焦炭孔隙內(nèi)的氣體，在大氣壓力的作用下，使水填充到焦炭的孔隙內(nèi)，測定焦炭空隙中水的質(zhì)量和同一試樣沉沒于水中損失的質(zhì)量，然后計(jì)算顯氣孔率；風(fēng)口平面以下0.85m以上區(qū)域焦炭顯氣孔率在44%左右，而入爐焦焦炭顯氣孔率一般在38%左右， -0.85m以下區(qū)域焦炭顯氣孔率進(jìn)一步減??；

（3）焦炭工業(yè)分析

測定焦炭的水分、灰分、揮發(fā)分， 并計(jì)算焦炭固定碳含量；高爐內(nèi)焦炭爐腹而下灰分Ad含量呈升高趨勢，尤其是-0.85m以下區(qū)域Ad含量明顯升高，固定碳FCad含量呈下降趨勢，-0.85m以下區(qū)域FCad含量明顯下降；

同時(shí)， 0m、-1m、-2m層面上各點(diǎn)FCad含量均是邊緣大于中心，尤其以-1m層面這種現(xiàn)象最為明顯；

（4）采用庫倫滴定法測定焦炭S含量；

（5）測定焦炭石墨化度；

（6）焦炭灰成分測定

高爐內(nèi)殘留焦炭自上而下灰分中各種元素含量變化較大， -2m以下爐缸區(qū)域灰分中SiO2、Al2O3、CaO、MgO含量較高，與正常生產(chǎn)時(shí)從鐵口排出的爐渣成分較為接近，灰成分堿度與排出正常生產(chǎn)時(shí)的爐渣堿度較為吻合，而與入爐焦灰成分相差較大。

4、分析焦炭在高爐內(nèi)的冶煉行為及劣化機(jī)理

（1）由焦炭粒度測定結(jié)果可看出高爐自上而下焦炭粒度變化情況，尤其是-2m以下區(qū)域焦炭粒度明顯下降；

（2）由焦炭顯氣孔率、S含量測定、灰分、揮發(fā)分測定結(jié)果可知，焦炭自爐腹下部至風(fēng)口附近區(qū)域焦炭FCad含量由入爐焦的87%下降了11%~25%；自風(fēng)口平面以下進(jìn)入爐缸上部，爐渣逐漸增多，滲入焦炭孔隙中，導(dǎo)致焦炭中的Ad含量逐漸增多，F(xiàn)Cad含量逐漸減少；高爐內(nèi)中心溫度高于邊緣，且渣鐵在中心部位還原更加充分所導(dǎo)致中心與邊緣FCad含量差異；

（4）由焦炭的灰成分測定結(jié)果可知，由于大量渣鐵滯留在焦炭隙中，高爐內(nèi)殘留焦炭灰分主要是爐渣滯留在焦炭孔隙中。

由焦炭滯留的爐渣可推斷出，爐腹下部最初出現(xiàn)的爐渣中SiO2、Al2O3、CaO、MgO含量并不高，初渣中MnO、Fe2O3、P2O5含量是終渣中幾倍甚至十倍。進(jìn)入爐缸區(qū)域，渣中SiO2、CaO含量逐漸升高，渣中二元堿度由0.24上升至1.08。爐缸上部渣中MgO含量高達(dá)12.05%，Al2O3含量高達(dá)36.63%，均大幅高于其在終渣中的含量，爐缸下部MgO 、Al2O3含量下降，這是由于該區(qū)域渣中SiO2、CaO的大量生成導(dǎo)致其含量下降，說明有相當(dāng)部分的造渣是在爐缸下部進(jìn)行的。從高爐殘留焦炭滯留爐渣的分析來看，與高爐解剖實(shí)驗(yàn)所得出部分觀點(diǎn)較為吻合。

堿金屬K、Na及Zn在高爐內(nèi)富集現(xiàn)象較為嚴(yán)重，爐腹下部至爐缸上部區(qū)域，渣中K2O含量最高達(dá)13.9%，Na2O含量最高達(dá)1.38%，Zn含量0.40%，是高爐原料的幾倍甚至幾十倍。而進(jìn)入爐缸下部，渣中鉀鈉元素含量下降幅度較大，這與堿金屬的富集原理是一致的，在爐缸下部高溫區(qū)部分堿金屬元素以硅酸鹽形式析出氧化物，另一部分則通過爐渣排出爐內(nèi)，因而在爐缸上部至爐缸上部區(qū)域堿金屬富集量達(dá)到最大值，在爐缸下部渣中堿金屬含量降低。同時(shí)，結(jié)合取樣過程中該區(qū)域焦炭粉塵量較大可知堿金屬對焦炭高溫反應(yīng)的催化作用明顯。與堿金屬循環(huán)富集有所不同的是，Zn的富集在爐缸上部達(dá)到最大值，比堿金屬富集最大值值位置下移，這是由于Zn的沸點(diǎn)高于K、Na,在爐缸下部渣中Zn含量小于0.01%，這也印證了Zn主要從爐頂排出以蒸汽形式排出高爐，而不是由爐渣排出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。