任玉明^1，2，薛改鳳^1，2，宋子逵^1，2，王元生^1，2

( 1． 煉焦煤利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430080; 2． 武鋼研究院，湖北武漢430080)

摘 要: 對武鋼容積為3 200 m³級高爐在不同富氧率下的入爐焦、風(fēng)口焦取樣對比分析，研究了風(fēng)口焦的平均粒度、顯微結(jié)構(gòu)的變化趨勢。結(jié)果表明，隨著富氧率的提高，風(fēng)口焦的平均粒度有變小的趨勢，特別是粒度大于25 mm 的比例降低明顯; 隨著富氧率的升高，風(fēng)口焦顯微結(jié)構(gòu)組成中的各項(xiàng)異性結(jié)構(gòu)降低明顯，影響焦炭強(qiáng)度。這些情況表明，當(dāng)高爐生產(chǎn)提高富氧率時，需要關(guān)注焦炭的粒度降解狀況。

關(guān) 鍵 詞: 風(fēng)口焦; 富氧率; 粒度; 顯微結(jié)構(gòu)

隨著高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展，富氧噴煤、高風(fēng)溫等技術(shù)不斷地在高爐煉鐵生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用，在當(dāng)前嚴(yán)峻的鋼鐵行業(yè)形勢下，為了降低煉鐵成本，越來越多的高爐開始采取提高富氧率的方法，來提高高爐冶煉強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)降低高爐焦比、低成本冶煉的目的。高爐提高富氧率后，必然會給生產(chǎn)帶來很多變化，特別是高爐中焦炭的變化，對高爐操作的順行影響很大。研究富氧率提高后高爐中焦炭的粒度降解和顯微結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，可以為高爐操作提供指導(dǎo)，對高爐生產(chǎn)的順行意義重大^［1-3］。

本文通過對武鋼容積為3 200 m³級高爐在不同富氧率下的入爐焦、風(fēng)口焦的對比分析，研究了富氧率提高后，高爐中焦炭的粒度和顯微結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。

1   焦炭取樣及分析方法

焦炭取樣方法: 固定選取武鋼1 座容積為3 200 m³的高爐，當(dāng)其富氧率發(fā)生變化后，在高爐休風(fēng)時，選取高爐休風(fēng)前3 天的生產(chǎn)樣，進(jìn)行多次取樣作為入爐焦; 通過風(fēng)口取樣機(jī)向內(nèi)延伸的方式在高爐固定風(fēng)口進(jìn)行多次取樣，對取得的焦炭樣用手工去掉粘附于焦炭表面的鐵渣后作為風(fēng)口焦。

焦炭分析方法: 對取得的入爐焦、風(fēng)口焦按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行粒度分布和顯微結(jié)構(gòu)測定，其中風(fēng)口焦的粒度由于沒有相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，采用根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定的粒級進(jìn)行粒度分布測定，并按下式計(jì)算算術(shù)平均粒度D_s。

式中: a_i為i 篩級焦炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%; d_i為i 篩級焦炭的平均粒度，其值等于1 /2 最大粒度+ 1 /2最小粒度，mm。

2   試驗(yàn)結(jié)果與分析

2． 1 焦炭的粒度分析

本次試驗(yàn)共取得富氧率分別為0、0． 8 %、5%時的3 批焦炭樣，對其進(jìn)行分批處理，對入爐焦和風(fēng)口焦按照焦炭分析方法計(jì)算其各粒級百分比和算術(shù)平均粒度，取每批焦炭樣的平均值作為入爐焦、風(fēng)口焦的各粒級百分比和平均粒度結(jié)果，具體數(shù)據(jù)見表1 和表2。

由表1 可見，各批入爐焦的平均粒度均在55． 02 ～ 55． 26 mm 之間，最大僅差0． 24 mm，從焦炭的粒度組成分布來看，小于25 mm 比例占1． 84% ～ 3． 50 %，大于80 mm 比例占5． 61 % ～ 6． 47%，其余各部分的比例也相差不大，這說明各批入爐焦的粒度較一致，并且質(zhì)量較好。

由表2 可見，隨著高爐冶煉富氧率的提高，風(fēng)口焦的平均粒度從32． 46 mm 下降到21． 62 mm，特別是大于25 mm 的比例從69． 39 % 下降到34． 7 %，這會導(dǎo)致高爐風(fēng)口回旋區(qū)的透氣性、透液性變差。由此可見，雖然高爐冶煉采用富氧鼓風(fēng)，對高爐降低焦比、燃料比起著重要的積極作用，但當(dāng)高爐冶煉富氧率升高到一定比例時對高爐的冶煉將會產(chǎn)生一定負(fù)作用。

由表1 和表2 可見，風(fēng)口焦的平均粒度與入爐焦的平均粒度總體上說相差很大，并且隨著富氧率的升高差距有變大的趨勢，在富氧率為5 %時，入爐焦與風(fēng)口焦的平均粒度相差達(dá)到33． 64mm，相當(dāng)于粒徑減小了60． 9 %，這些情況表明，焦炭進(jìn)入高爐以后，在高爐內(nèi)經(jīng)歷了十分嚴(yán)重的粒度降解變化，特別是富氧率提高后，這種情況更嚴(yán)重。

2． 2 風(fēng)口焦的顯微結(jié)構(gòu)分析

本次試驗(yàn)共取得富氧率分別為0、0． 8 %、5 %時的3 批焦炭樣，對其分批進(jìn)行處理，對入爐焦和風(fēng)口焦分別選取具有代表性的部分制片后進(jìn)行焦炭顯微結(jié)構(gòu)分析，取每批焦炭樣的顯微結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的平均值作為入爐焦、風(fēng)口焦的顯微結(jié)構(gòu)結(jié)果，具體數(shù)據(jù)見表3 和表4。

由表3 可見，各批入爐焦的顯微結(jié)構(gòu)中的各項(xiàng)異性結(jié)構(gòu)( 粗粒+ 細(xì)粒) 在64 % ～ 66 % 之間，Σ ISO 結(jié)構(gòu)( 惰性+ 同性) 在31 % ～ 33 % 之間，相差不大，這說明各批入爐焦的顯微結(jié)構(gòu)組成較一致。

由表4 可見，隨著富氧率的升高，風(fēng)口焦顯微結(jié)構(gòu)組成中的各項(xiàng)異性結(jié)構(gòu)降低明顯，在富氧率升高到5 %時，其從45 %下降到21 %，由于焦炭顯微結(jié)構(gòu)組成中的各項(xiàng)異性結(jié)構(gòu)對焦炭的冷熱強(qiáng)度起著重要的支撐作用，其比例的大幅度降低，會導(dǎo)致風(fēng)口焦的強(qiáng)度急劇下降，粒度變小、粉末量增多，影響高爐風(fēng)口回旋區(qū)的透氣性、透液性。

從表3 和表4 還可以發(fā)現(xiàn)，與入爐焦相比，各批風(fēng)口焦顯微結(jié)構(gòu)組成中的Σ ISO 結(jié)構(gòu)都呈上升的趨勢，上升幅度為16 % ～ 43 %。這說明武鋼容積為3 200 m³級高爐，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，高爐焦炭顯微結(jié)構(gòu)組成中的Σ ISO 結(jié)構(gòu)的抗堿金屬侵蝕能力大于各項(xiàng)異性結(jié)構(gòu)，而焦炭顯微結(jié)構(gòu)組成中的Σ ISO 結(jié)構(gòu)主要來源于自低變質(zhì)程度、高揮發(fā)份煉焦煤( 氣煤類煤) ，這給我們今后的煉焦配煤工作帶來提示，對于武鋼容積為3 200 m³ 的高爐用焦炭，在保持現(xiàn)有焦炭的冷熱強(qiáng)度的前提下，可以適當(dāng)提高低變質(zhì)程度、高揮發(fā)份煉焦煤的配用比例，從而提高焦炭的抗堿金屬侵蝕能力，緩解高爐焦炭的粒度降解。

3   結(jié)語

1) 風(fēng)口焦的平均粒度與入爐焦的平均粒度總體上說相差很大，并且隨著富氧率的升高差距有變大的趨勢，這說明焦炭進(jìn)入高爐以后，在高爐內(nèi)經(jīng)歷了十分嚴(yán)重的粒度降解變化。

2) 隨著高爐冶煉富氧率的提高，風(fēng)口焦的平均粒度有變小的趨勢，特別是大于25 mm 的比例下降明顯，會導(dǎo)致高爐風(fēng)口回旋區(qū)的透氣性、透液性變差。

3) 隨著高爐冶煉富氧率的提高，風(fēng)口焦顯微結(jié)構(gòu)組成中的各項(xiàng)異性結(jié)構(gòu)降低明顯，會導(dǎo)致風(fēng)口焦的強(qiáng)度急劇下降，粒度變小、粉末量增多，影響高爐風(fēng)口回旋區(qū)的透氣性、透液性。

4) 與入爐焦相比，風(fēng)口焦顯微結(jié)構(gòu)組成中的Σ ISO 結(jié)構(gòu)呈上升的趨勢，這說明武鋼容積為3 200 m³級高爐，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，高爐焦炭顯微結(jié)構(gòu)組成中的Σ ISO 結(jié)構(gòu)的抗堿金屬侵蝕能力大于各項(xiàng)異性結(jié)構(gòu)。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］ 周師庸，葉菁，郭繼平，等． 富氧噴煤條件下高爐內(nèi)焦炭顯微結(jié)構(gòu)的研究［J］． 鋼鐵，1997(8) : 1-5．

［2］ 徐君，趙俊國． 富氧噴煤在大高爐中焦炭粒度和強(qiáng)度的變化［J］． 燃料與化工，2011(5) : 120-123．

［3］ 丁明旺． 高爐合理富氧量的探討［J］． 冶金動力，1999(5) : 51-54．