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焦炭高炉炼铁的技术发展
【重工机械网 产品新闻】高炉炼铁对冶金焦炭传统的认识是要求焦炭反应性越来越低，反应后强度越来越高。但是随着高炉的大型化和喷吹煤粉比例的提高，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，其他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。而所谓骨架作用，其实质是要求反应后不产生过量的粉影响透气和透液性。因此，今天我们有必要重新认识焦炭与CO2的反应性。
20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。这说明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。
焦炭从常温入炉，在下降过程中与煤气进行热交换，在升至850℃前与CO2的气化溶损反应极少。当焦炭在炉内继续下降而温度升至850℃~1100℃，开始与CO2产生气化溶损反应时，温度低，CO2浓度也低，且随温度升高，CO2降低，温度和CO2浓度综合作用产生的溶损量较低。焦炭进入软熔带，温度升至1100℃~1400℃，炉腹上升的煤气中几乎无CO2。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、鼓风温度和富氧率变化，未燃煤粉率有20%~30%的变化。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倍~10倍，先于焦炭与CO2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。焦炭下降至风口回旋区，不完全燃烧生成CO。日本的研究结果表明，高强度(基质)、高反应性有益于抗粉化，改善死料柱的透气和透液性。
有相关文献根据计算分析提出，鼓风条件、喷煤量、煤粉性能等对煤粉燃烧率都有十分显著的影响，未燃煤粉完全消耗控制了高炉喷煤极限。综合相关文献的参数，研究者计算了宝钢集团内5座2500m3以上高炉(高炉未燃煤粉率约30%)某个月的碳平衡。结果表明，不论高炉大小、利用系数高低、喷吹煤粉多少，当直接还原度低于0.4时，焦炭进入风口回旋区前的失重率基本都在20%以内。
反应温度。为了研究温度对反应速度及反应后强度的影响，研究者选择了4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%失重率、1100℃20%失重率和传统两小时的反应性及反应后强度试验。结果表明：1100℃的反应速度是1000℃反应速度的1.5倍~3倍，1000℃的反应速度是900℃反应速度的3倍左右，表明温度对焦炭与CO2反应的影响十分显著，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。
(原标题：焦炭高炉炼铁的技术发展)
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