灰成分对焦炭热性能的影响_胡德生.doc

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1、第 0(7： 春 ).1 第 2崔月 boyuan. i ssn0449 -749x. 2002. 08. 0Q2 钢 铁 2002 年 8 月 IRON AND STEEL Vol. 37 No. 8 August 2002 灰成分对焦炭热性能的影响 胡德生 (上海宝钢集团公司 ） 摘 要 通 过 在 配 煤 中 分 别 加 入 不 同 量 的 Feza CaO MgO K2O Na2 SCh Aka P2O5 Ti 2 改变灰成分 的炼焦试验 ,和大量的模拟生产配煤的炼焦试 验。获得 169 组试验数据，采用回归分析的方法获得了宝钢煤源 条件下，焦炭灰成分中十大主要成分对焦炭热性能影响的次

2、序。确立了适合宝钢煤源条件的灰催化指数 C7 计算方法。建立了焦炭灰成分对焦炭热性能影响的数学模型。 关 键 词 配 煤 焦 炭 热 性 能 灰 成 分 STUDY ON EFFECT OF ASH COMPOSITION ON CRI AND CSR OF COKE HU Desheng (Shanghai Baosteel Group Corp.) ABSTRACT By experiments adding different amounts F 3, CaO, MgO, K2O, Na2 , SiCh, AI2O3, P2O5, TiCfe into blend coals and a

3、 lot of simulation tests with commercial blend coals in pilot coking oven, 169 groups of data were obtained. The order of ten ash main components in terms of effect on CR I and CSR was clarified by regression analysis. Then the calculation method for 4C/(ash catalysis index) and mathematic model pre

4、dicting C R I and CSR were established. KEY WORDS blend coal, coke reactivity, ash composition 1 刖目 焦炭的性质是影响高炉操作和运行 的重要因 素。随着高炉的大型化和喷吹煤粉量的不断提高，对 焦炭质量和稳定性要求越来越高。表征焦炭在炉内 骨架性能的热性质的参数 Ci?/和 CSi?,在宝钢高炉 大喷吹条件下更加受到炼铁工业者的关 & 最初的研宄主要是关于焦炭的 Ci?/和 CSi?本 身，即在高温和不同气氛条件下模拟焦炭在高炉中 的破损情况，探明焦炭的气化反应和破损机理，预测 焦炭在高炉中具体行为

5、，并进一步寻求炼焦用煤的 性质及炼焦工艺条件与焦炭 Ci?/和 CSi?之间的关 系，以求最终能在理论上及实际生产中从控制配煤 和炼焦生产条件入手得到符合高炉 冶炼要求的焦 炭 1， 2，这方面的研宄目前仍在探索之中。随着对 Ci?/和 CM?研究的深入，研宄人员逐渐认识到高炉 中碱金属的存在对高炉中焦炭强度的降低至关重 要。目前的研宄结果认为，由于碱金属对焦炭的气化 反应有催化作用，改变了焦炭的气化反应方式，同时 碱金属在高温下还可以直接与焦炭结构作用，导致 了焦炭质量明显恶化在研宄焦炭抗碱性的过程中， 研宄人员又发现原煤中的某些矿物质对焦炭的Ci?/ 和 csi?也影响甚大 3!但不同的研

6、宄者的结果和观 点有所不同，有学者认为 Fe?a+ CaO MgO 对 Ci?/有较大影响；有学者则认为 Fez a /Si 2值及 CaO 或Na2 “与 Ci?/相关关系较好。宝钢焦炭 灰分较高 ,炼焦煤的煤源与国外不同。 2 研宄思想 模拟煤中矿物质存在的形式，研宄各种成分对 焦炭性质影响的结果各不相同，因为它们是多种成 分并存。因此本项目的研宄思想是 :直接配加纯氧化 物改变炼焦配煤灰成分的组成，分别研宄焦炭灰分 中主成分对焦炭热态性质的影响。再用大量配煤炼 焦试验的结果进行逐步回归分析，确定焦炭灰成分 与焦炭热态性能的相关关系。 联系人：胡德生，高级工程师，上海 （ 201900)上

7、海 宝钢集团公司研宄院 10。 钢铁 第 37 卷 3 焦炭灰中主要成分对热性能的影响 为研宄煤中主要成分对焦炭热态性能的影响， 进行了大量的配煤炼焦试验，共获取有效数据 169 组根据获得的 169 组数据，分别以。和灰成 分为自变量， Ci?/和 CSi?为变量进行逐步回归。其 中表示煤粘结性参数是由粘结指数 （ 7 和基氏 最大流动度MF 构筑而成的。 3. 1 灰成分对焦炭 CR/的影响 逐步回归的结果表明，焦炭反应性 Ci?/的影响 因素及次序是 ： Fd MG FezCb CaO MgO K2 Al N32 这一结果说明配煤的质量 (挥发 分、粘结性 )是影响焦炭反应性的第一因素

8、,灰中碱 性氧化物及灰分含量是影响焦炭反应性的重要因 素。逐步回归结果见表 1 表 1 灰成分对焦炭 C7； /的影响的逐步回归结果 Table 1 Multi-gradual regression analysis results of ash composition effect to CRI 因素 计算系数 标准误差 检验值 P 检验值 下限 （ 95. 0% ) 上限 （ 95. 0% ) 常数项 -16. 599 5. 474 -3. 032 0. 003 -27. 409 -5. 788 CaO 1. 445 0. 207 6. 997 0 1. 037 1. 853 Fe2 3

9、1. 159 0. 165 7. 039 0 0. 834 1. 484 MgO 1. 334 0. 261 5. 115 0 0. 819 1. 849 Na2 1. 610 0. 713 2. 259 0 0. 202 3. 017 K2O 1. 184 0. 320 3. 694 0 0. 551 1. 817 Ad 1. 391 0. 377 3. 690 0 0. 646 2. 135 Vd 1. 734 0. 093 18. 561 0 1. 549 1. 918 MG -0. 334 0. 024 -14. 034 0 -0. 381 -0. 287 3. 2 灰成分对焦炭 CS

10、i?的影响 逐步回归的结果表明，焦炭反应后强度 CSi?的 影响因素及次序是： MO MgO Fez 3 CaO Fd K2 P2 S 这一结果说明配煤的粘结性是 影响焦炭反应后强度的第一因素，灰中碱 性氧化物 MgQ Fe? j CaO 及灰分含量和炼焦配煤的挥发分 是影响焦炭反应后强度的重要因素。逐步回归结果 见表 2 表 2 灰成分对焦炭的影响的逐步回归结果 Table 2 Multi-gradual regression analysis results of ash composition effect to CSR 因素 计算系数 标准误差 检验值 检验值 下限 （ 95. 0%

11、) 上限 （ 95. 0% ) 常数项 109. 650 12. 593 8. 707 0 84. 777 134. 523 CaO -2. 099 0. 330 -6. 369 0 -2. 749 -1. 448 Fe2 3 -1. 822 0. 275 -6. 617 0 -2. 366 -1. 278 MgO -2. 796 0. 415 -6. 735 0 -3. 616 -1. 976 K2O -1. 618 0. 514 -3. 149 0. 002 -2. 633 -0. 603 P2O5 -1. 443 0. 631 -2. 288 0. 023 -2. 688 -0. 197

12、 Ad -2. 693 0. 610 -4. 417 0 -3. 897 -1. 489 Vd -3. 343 0. 985 -3. 392 0. 001 -5. 290 -1. 397 MG 0. 699 0. 043 16. 330 0 0. 615 0. 784 Fd2 0. 039 0. 018 2. 123 0. 035 0. 003 0. 075 3.3 灰催化指数 以上分析结果表明，焦炭的灰含量和灰中 FezCb CaO MgO IGO NaaO 五种主要成分是影响 焦炭热性能的重要因素。为了使用方便和直观，根据 这一结果，构筑适合宝钢煤源特点的灰成分催化指 数计算公式： ACI

13、= /(Feza CaQ MgQ K2Q Na2Q A6 VA ) (1) 式中 ACf-一灰催化指数； Ad- 一煤的灰分 ; Vi 煤的挥发分 ,。 FesCb CaQ MgQ KiQ Na2 为灰成分中的含量 (% ) 4 焦炭热态性能预测 根据以上构筑的灰催化指数 C/代替灰分成 分 ,分别以 A(配煤挥发分 修正粘结指数 )和 第 8 期 胡德生：灰成分对焦 炭热性能的影响 11。 iC/为自变量， CSi?为变量进行逐步回归，回 归结果见表 3 和表 4 表 3 C7?J 与煤质和灰催化指数的逐步回归结果 Table 3 Multi-gradual regression analy

14、sis results of CRI, coal property and ACI 因素 标准误差 f 检验值 P 检验值 下限 （ 95. 0% ) 上限 （ 95. 0% ) 常数项 2. 132 93 0. 51643 0. 60625 -3. 11003 5. 31306 MG 0. 01671 -21. 093 10 0 -0. 38535 -0. 31938 Vd 0. 067 79 26. 012 96 0 1. 62966 1. 89739 ACI 0. 81155 12. 79627 0 8. 78242 11. 98730 表 4 cs 及与煤质和灰催化指数的逐步回归结果

15、Table 4 Multi-gradual regression analysis results of CSR, MO iCi C S R = f ( M G V 6 A C I ) 各因素的影响次序是 iC/ h 根据以上数学模型所作的等值线图见图 1 4 图 1 是 Fd= 27. 5% 时 Ci?/与 iCi 的关 系，图 2是 iC/= 1. 5 时 Ci?/与 K 的关系，图 3 是 Fd= 27. 5%时CSi?与 iCi 的关系，图 4 是 iC/= 1. 5 时 CSi?与 K 的关系。 图 1 C7?J 与 MG 关系 Fig. 1 Relation between CRI

16、 and ACISL MG Vd= 27. 5% 图 2 C7?/与 Fci MG 关系 Fig. 2 Relation between CRI and Vd & MG ACI= 1. 5 5 预测模型的检验和分析 以上焦炭热性能预测数学模型的检验结果见表 5 图 5(a)是 169 组试验的 Ci?/预测值与实测值的 关系，图 5(b)是 169 组试验的 CSi?预测值与实测 值的关系。 以上检验结果分析， Ci?/的预测回归标准差已 经达到了平行试验的允许误差范围，表明所选择的 煤质参数基本表达了 Ci?/的 影响因素，同时表明影 响 Ci?/决定因素是煤质，工艺参数是次要因素。 C S

17、i?的预测回归标准差比平行试验的允许误差略 12。 钢铁 第 37 卷 图 3 CSR 与 ACl MG 失系 Fig. 3 Relation between CSR and ACI & MG Vd= 27. 5% 高，表明 CSi?除受煤的性质影响外 ， 焦炭的块度和 冷强度也是重要影响因素。 20 kg 试验焦炉较小，试 验的各种条件每次完全相同是不可能实现的，这种 误差对焦炭的块度和冷强度总是会有忽多忽少的影 响，特别是煤的粒度组成和装炉煤的堆比重 ,受煤性 质影响总是存在一定的差另 1 丄 6 宝钢主要炼焦煤灰成分差异 宝钢 主要炼焦煤的灰成分差异列于表 6 根据 以上所得的 Ci?/

18、和 CSi?预测数学模型，在不考虑 图 4 C S7?与 F* MG 关系 Fig. 4 Relation between and Vd& MG ACI= 1. 5 表 5 数学模型的检验 Table 5 Check of mathematics model 检验项目 CRI CSR 综合相关系数及 0. 963 0. 952 R2 0. 928 0. 905 回归标准差 2. 400 3. 900 F 检验 701. 400 390. 100 观测数据组数量 169. 000 169. 000 平行试验允许误差 2. 400 3. 200 图 5 CRi： CS7?的预测值与实测值之间的关系

19、 Fig. 5 Relation between predicted and measured value of CRI and CSR (a) CRI; (b) CSR 第 8 期 胡德生 :灰成分对焦炭热性能的影响 13。 煤的粘结性和挥发分的差异的影响，不同煤 ACI 差 焦的焦炭 CRI 和 CSR 波动重要原因。宝钢焦炭冷 异所引起的 CRI 和 CSR 的差异为 20 和 34 这一结 强度稳定热性能波动，就是因为没有考虑单种煤灰 果表明，宝钢炼焦单种煤间灰分差异是影响配煤炼 成分的差异。 表 6 宝钢主要炼焦煤的灰成分差异 Table 6 Ash composition diff

20、erence of main coking coal at Baosteel 灰成分 Ak 3 P/ Ca y% Fe2 3 p/c YsiOP/c MgO/Vc Na2 P/ P2 sy% s/y Si 2y% Ti 2 P/ ACI 最大值 40. 09 25. 64 9. 37 1. 09 3. 06 1. 35 1. 16 2. 28 56. 84 2. 01 2. 69 平均值 34. 95 5. 16 5. 41 0. 47 0. 92 0. 47 0. 46 0. 54 47. 55 1. 61 1. 41 最小值 12. 94 1. 13 3. 18 0. 20 0. 24 0

21、. 14 0. 19 0. 07 38. 98 0. 71 0. 71 极差值 27. 15 24 51 6. 19 0. 89 2. 82 1. 21 0. 97 2. 21 17. 86 1. 30 1. 98 7 结论 (1) 焦 炭 主 要 灰 成 分 中 Feaa CaO MgO KzQ Na2 碱金属氧化物对焦炭热性能有不利影 响，其他主要成分无明显影响 (2) 根据宝钢的试验结果分析，构筑了适合宝 钢煤源条件的灰催化指数计算公式是科学合理的。 (3) 169 组试验数据的逐步回归获得的焦炭热 性能预测数学模型，可应用于生产。 (4) 宝钢炼焦煤的灰成分差异较大，是配煤炼 焦的焦炭

22、 Ci?/和 CSi?波动重要原因。 参考文献 1 Valia H S. Production and Use High CSR Coke at Inland Steel Company. Ironmaking Conference Proceeding, 1989,49,133- 146. 2 Hermann W. Influence of Raw Material and Coke Oven Operation on CSR and Ci?/values-general Aspects. Coke Making International, 1997,9( 1): 35 44. 3 Joh

23、n T Price. Minerals in Coal and High Temperature Properties of Coke. Ironmaking Conference Proceeding, 1994,54 19- 87. 4 John S. Goscinski Control A Coal Producers Point of View. Ironmaking Conference Proceeding, 1990, 5Q 53- 74. 5 Yih-Feng Chiu, Ming-Tzai Hong. Coke Reactivity-effect of Fe2 3 and K

24、2CO3 Addition to the Coal Charge Before Carbonization. Fuel, 1989,64 1007 1010. 6 Kerkkonen 0. The Correlation Between Reactivity and Ash Mineralogy of Coke. Ironmaking Conference Proceeding, 1996, 56 275 281. 预热对浸入式水口的影响 在连铸中浸入式水口上粘着氧化铝不仅限制耐火材料 的寿命，而且成为铸坯产生缺陷的原因。为解决氧化铝粘着 问题，一般采用的方法是在浸入式水口内孔配置无碳的氧化

25、错一二氧化硅系难粘结材料。最近，日本 TYK 公司明智厂 对使用这种材料防止粘结的效果进行了研究，结果确认，浸 入式水口的预热条件与粘 着特殊性有关。 该厂将氧化错一二氧化硅系难粘着材料的烧成品切成 25 mnK 25 mnK 60 mm 大小，涂上防氧化剂作为加热处理 用试样。在电炉内将该试样加热到规定温度后，保温 2 h， 冷 却后测定试样的特性值在电炉中的加热温度设为 4 种水 平： 600 800 1000 1200C。 测定试样的特性值表明，加热后 试样的气孔率比加热前降低，加热温度越高，气孔率降低幅 度越大因此可以判断，通过对试样进行加热处理，使材质变 得致密。 用所得到的试样进行了氧化铝粘着试验。试验结果表 明，未进行加热处理的试样，氧化 铝粘着量多，加热处理后的 试样，加热处理温度越高，试样上氧化铝的粘着量越少。 该厂还将上述无碳的氧化错一二氧化硅难粘结材料配 置在浸入式水口的内孔上 .通过实机试验对粘着特性进行评 价。实机试验时使用同一个预热炉，在使预热时间变化的情 况下，对浸入式水口内孔粘着量进行了比较。结果是预热温 度越高，越可以抑制在浸入式水口内孔上的粘结。因此，控制 预热温度是提高这种材料的难焯着效果的有效方法。 贺秀芳摘自日刊耐火物 2002, No. 1