重钢高炉降焦比措施研究.doc

重庆科技学院毕业设计（论文） 题 目 重钢高炉降焦比措施研究 学 院 冶金与材料工程学院 专业班级 冶金普2009-01 学生姓名 胥 魏 学号 2009440453 指导教师 张明远 职称 高级工程师 评阅教师 职称 2013年 6 月 5 日注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日重庆科技学院本科毕业设计 摘要重庆科技学院本科毕业设计 摘要摘 要高炉焦比是用以评价高炉冶炼技术水平和经济效益的一个重要指标，在高炉实际生产过程中也是需要加以控制的目标之一。钢铁企业控制好炼铁焦比不仅能够提高铁水质量，利于炼钢操作，同时能够降低能耗，节约成本。本文通过分析重钢炉料结构和高炉生产操作工艺，实验研究了焦炭反应性及反应后强度、烧结矿还原性、烧结矿低温还原粉化率、烧结矿软融性能。实验结果表明：重钢的焦炭的CRI为27.243.1之间,CSR为29.359.7之间，烧结矿的RI为52.368.1，RDI为69.681之间，这些入炉原料的性能属于行业内的较低水平，严重影响了重钢高炉的技术经济指标。通过提高焦炭质量、优化烧结矿的高温冶金性能、稳定原料来源能够有效地降低重钢高炉焦比。关键词:高炉 焦比 炉料结构 节能减排重庆科技学院本科毕业设计 ABSTRACTABSTRACTBlast furnace coke rate is used to evaluate the blast furnace smelting technology level and economic benefit of an important indicator, in actual production process of the blast furnace is one of the goals of the need to control. Iron and steel enterprises control the ironmaking coke rate can improve the quality of molten iron, not only conducive to steelmaking operation, at the same time can reduce the energy consumption and cost savings.In this article, through analysis of sintering furnace charge structure and operating process of blast furnace production, the experiment studied the coke reactivity and strength after reaction, the sinter reducibility, the sinter temperature, sinter index rate of soft melting performance. Experimental results show that sintering coke CRI is between 27.2 43.1, CSR is between 29.3 59.7, the sinter RI was 52.3 68.1, RDI of 69.6 81, the performance of these raw materials into the furnace belongs to the lower levels of the industry, and seriously affect the sintering furnace technical and economic indicators. By improving the coke quality, optimization of the high temperature metallurgical properties of sinter, stable source of raw materials can effectively reduce the sintering coke rate of blast furnace.Keywords: blast furnace;coke rate; charge composition; Energy conservation and emissions reduction重庆科技学院本科毕业设计 目录V目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1背景和意义11.2国内外研究现状31.2.1国内研究现状31.2.2国外研究现状41.3 研究思路52 焦比对高炉冶炼的影响62.1重钢高炉生产概况62.1.1重钢高炉现状62.1.2重钢原料情况72.2影响重钢焦比的因素82.2.1焦炭92.2.2烧结矿113 实验材料与方法133.1实验材料与设备133.1.1实验材料133.1.2实验设备133.2焦炭物理与冶金性能实验方法133.2.1焦炭抗压强度测定方法133.2.2焦炭反应性(CRI)及反应后强度(CSR)测定方法133.2.3焦炭显微结构测定方法143.2.4焦炭微晶结构测定方法143.3烧结矿冶金性能试验方法143.3.1烧结矿还原性测定方法143.3.2烧结矿低温还原粉化性能测定方法144 实验数据与分析164.1焦炭物理与冶金性能实验164.1.1焦炭抗压强度测定164.1.2焦炭反应性(CRI)及反应后强度(CSR)测定174.1.3焦炭显微结构184.1.4焦炭微晶结构204.2烧结矿冶金性能实验214.2.1烧结矿还原性测定214.2.2烧结矿低温还原粉化性能测定235 结论25参考文献26致谢27重庆科技学院本科毕业设计 1 绪论1 绪 论1.1背景和意义中国的钢铁产量虽然在世界上排名第一，但原材料被外国控制，再加上国内钢铁产量供过于求，钢铁品种中高技术含量产品较少，当下我国的钢铁企业普遍处于亏损状态。我国是钢铁产量的大国，但并不是钢铁生产的强国。钢铁在冶炼过程中需要消耗大量的资源，并且产生大量废弃物，对环境造成了沉重的负担。因而，中国国家发改委在“十二五”发展规划中对钢铁工业指出，钢铁企业要转变思路，要有长远的眼光，做到可持续发展，不能一味追求产量而忽略质量和环境保护。钢铁企业目前的重要工作在于节能减排，对老旧厂区进行升级改造，对环境污染严重的厂区要进行环保搬迁，立志建成资源节约型、环境友好型的钢铁企业。时下，世界各国都已意识到环境保护的重要性，钢铁企业也需要赶上时代的潮流，摆脱能耗大户和污染大户的帽子，大力改革传统生产工艺，积极研发和推广使用新的节能工艺，对生产废弃物进行综合利用，减少对环境的负担。为了对企业进行减排方面的指导和督促，发改委和地方政府都对钢铁企业出台了相应的减排指标，其中为了减少温室气体CO2的排放量，国家发改委提出了针对大中型企业的“万家企业节能低碳行动”，对各大企业提出了具体的减排目标，要求在“十二五”期间总体要达到减少2.5亿吨标准煤消耗的目标，其中重钢要减少350000吨标准煤的消耗。炼铁的主要原料煤炭等燃料的价格逐年上涨，但煤炭又是炼铁过程中不可或缺的还原剂和热量来源，并且在整个的炼铁过程中需求很大。重钢是一个消耗大量资源的大型钢铁企业，在整个冶炼过程中每年消耗的焦炭数量更是巨大。焦比的过高不仅造成生产成本的提高，降低了市场竞争力，同时会在冶炼过程中产生更多的烟尘，对环境的污染也更加严重。目前重钢新厂2500m高炉的平均入炉焦比在410kg/t左右 ，综合焦比在530kg/t左右，具体数据参见表1.1、表1.2。表1.1 2012年11月部分钢企2500m3高炉焦比项目入炉焦比综合焦比重庆钢铁公司新区1#396.387512.94新区2#411.186531.55新区3#448.272551.843平均值418.615532.111（河北集团）承德钢铁公司新3#363.183490.858新4#373.317498.0425#376.647499.997平均值371.049496.299新余钢铁公司9#387.689508.84310#386.626507.427平均值387.158508.135马鞍山钢铁公司2500m3高炉2357.736489.181南京钢铁公司2500m31395.921489.489表1.2 2013年1月部分钢企2500m3高炉焦比项目入炉焦比综合焦比重庆钢铁公司新区1#390.986520.475新区2#438.78559.479新区3#399.469530.832平均值409.745536.929（河北集团）承德钢铁公司新3#380.099504.301新4#366.208495.9365#362.552495.526平均值369.620498.588新余钢铁公司9#392.968518.49710#397.994524.238平均值395.481521.368马鞍山钢铁公司2500m3高炉2362.528479.913南京钢铁公司2500m31394.978496.792由表1.1、表1.2可知重钢的高炉焦比在同行业内相对过高，处于下游位置，由此其对环境造成的污染问题也更为严重，企业在环境方面带来的成本也更重，大大降低了企业的市场竞争力。因此，为重钢找到合理有效的降焦比措施，不仅能够帮助其减少生产成本，提高其产品在钢铁市场中的竞争力，同时焦炭的消耗量减少能够有效的减少二氧化碳和烟尘的排放，减少环境的负担。降低重钢的冶炼焦比不仅响应了国家对企业发布的节能减排和降耗要求，同时重钢高炉降焦比的方案措施，能够给钢铁行业内的其他企业提供参考，利于他们找到适合本企业降低成本和资源消耗的方法，有助于提高整个钢铁行业的效益。1.2国内外研究现状焦炭是高炉炼铁生产过程中的主要入炉燃料，其主要作用是作为发热剂、还原剂和高炉的料柱骨架，并且其作为骨架的作用目前还没有找到能够有效替代的燃料。但煤炭资源日益稀缺，价格不断高涨，世界各国都在积极寻找能够有效减少高炉冶炼中焦炭消耗的方法。1.2.1国内研究现状北京科技大学丁小明1等人研究发现，国内某2500m高炉在入炉铁矿石品位为56.4%时，铁矿石在一定范围内每提高l%的品位后，高炉的焦比就会相应下降1.6%，同时铁水的产量会增加约1.77%，但是伴随随着铁矿石的品位不断提高，铁矿石的品位对高炉焦比的影响力也会逐渐降低，经研究铁矿石品的位增加和铁水产量之间呈线性增加。本钢炼铁厂高维平2通过研究其厂内的生产情况发现，当他们将高炉的热风温度每升高100时，高炉的焦比会相应减少20kg/t左右，并且会相应的提高高炉的风口燃烧温度约60，同时增加3kg/t左右的喷煤量，这样都会有助于减少焦炭的加入量。刘艳峰、闫军3对宣钢集团炼铁厂内的高炉进行用粒煤替代焦炭的实验，实验中把粒煤筛分挑选达到要求后加入高炉，经过生产发现，通过进行此项措施，宣钢炼铁厂高炉的粒煤加入量达到了2kg/t，焦炭的消耗量得到了有效的减少，有效的降低了宣钢高炉的生产成本。包钢4在2007年对集团内的高炉进行大批重的操作生产实验，在实验过程中，其将2月份的矿石批重由上月的40.6t增加到47.4t，在过程中由于经验不足导致炉况不顺，经过调整后恢复正常，3月份在2月份的基础上继续增加批重，将其高炉批重增加到50t，焦炭的负荷达到了4.03。4月份继续增加批重，达到了52t，焦炭则为负荷4.33，5月份的批重经过各方面努力升高到了最高的53t，焦炭负荷也升至4.38，通过使用加大大批重的方法，包钢的高炉提高了焦炭负荷，使焦炭的消耗得以减少，自然其高炉焦比得到了有效降低。安阳钢铁公司5的高炉在2006年开始实行了低硅冶炼，其2005年的硅含量为0.67%，高炉冶炼的焦比为422kg/t，综合焦比为532kg/t，2006上半年其Si含量为0.55%，焦比降到了382kg/t，综合焦比也降低到了为497kg/t，根据对比发现，在对其高炉进行了低硅冶炼后，安阳公司的高炉焦比得到了明显的降低。宝钢6的2号高炉在2004年为了降低成本，他们把用于出口的焦炭筛选剩下的小块焦进行综合利用，在以往向高炉中加入小块焦的生产经验下，进行了把小块焦的入炉重量增加到5kg/t以上的实验，在生产实验过程中，高炉的小块焦比在5月份提高到了6kg/t，在保证高炉炉况稳定顺行的情况下，月均小块焦加入量达到了5kg/t的水平，该方法使在高炉冶炼中CO保持了50.8%51%的高利用率，高炉焦比最低时降到了273kg/t。该方法不仅减少了焦炭的消耗，还对筛分出来的小块焦进行了合理利用，大大的节约了资源，也为钢铁厂提高了经济效益。济钢7进厂的煤炭质量很不稳定，为了解决这个问题，他们进行了小焦炉的生产实验，通过合理的配比方案，对炼焦等工作进行加强，保证了焦炭质量的稳定性，其高炉冶炼的焦比也得到了降低。首钢l号高炉8根据炉顶设备的承受能力和操作要求，在根据炉况灵活调节顶压的同时，适当地将炉顶压力由l95kPa提高到l96l97kPa，日常调剂实行定压差操作，稳定了炉况，提高了产量，降低了焦比。蔡漳平、王金华9等人经过实验研究发现，助燃剂在喷煤过程中的加入能够减少冶炼中焦炭的加入，为了验证该理论，他们进行了工业生产实验，工业生产实践表明，在煤中加入0.4%助燃剂的焦比为35kg/t，比没加的焦比降低了2kg/t，由此可见，在喷煤中加入助燃剂，能够有效的降低焦比。1.2.2国外研究现状为了寻找焦炭的替代燃料，北美10对高炉进行了各种燃料的实践研究，目前北美地区高炉通过了混喷多种燃料最大程度的减少焦炭消耗，喷吹的种类和方式也多种多样，其中12座高炉只喷天然气，3座高炉只喷煤，10座高炉进行煤和天然气混喷，7座高炉进行天然气和焦油混喷，1座高炉混喷天然气和焦粉，2座高炉只喷焦炉煤气。美国犹他大学11提出了一项新的炼铁方法，他们使用氢气作为还原剂，利电解进行炼铁，犹他大学的实验结果，在合适的温度控制下，并且保证一定的氢气过剩量，能够使铁矿石精矿粉的还原率达到90%99%，该方法只使用电能作为能源，比较环保洁净。欧盟煤钢研究基金组织12正在研发一种新的方法，该方法是将冷态氧气从风口喷人而不使用热风热风，炉顶的煤气经过二氧化碳分离器进行分离，分离出的煤气富含CO，再把部分煤气经过加热到l200后，喷入风口，然后如此循环，其余的煤气通过加热到900，然后经过风口到达高炉炉身的下部。经过模拟实验发现，用此方法喷煤比能够提高到约175kg/t，而焦比则可以降低至200kg/t。日本13研究发现，控制好矿焦混合层中焦炭的粒度，能够使CO的气化反应过程中的主要消耗物为焦丁而不消耗大块焦，高炉料柱骨架则由大块焦炭构成，由于焦丁的减少，料柱的透气性比较好。生产实践中表明，由于高炉的透气性和热平衡均得到了很大的改善，高炉的焦比达到312kg/t，而燃料比则达到480kg/t的较高水平。欧洲Arcelor Mittal公司14为了提高效益，对其冶炼设备进行了升级改造，并且对工人加以培训，对冶炼中的各项制度加以完善，通过一系列整改，他们把高炉的喷煤量从150kg/t增加了约26kg/t，并且高炉的置换比也得到了提高，有效的减少焦炭的消耗。1.3 研究思路近年来由于环境、资源以及成本等原因，各国钢铁企业都加大了在节能减排方面的研究，从而降焦比方面的技术措施也愈发成熟。综合国内外研究现状以及对以往降焦比技术的总结，目前主要用于高炉降焦比的手段有：采用精料、提高风温、合理配料、低硅冶炼、采用替代燃料以及加大顶压等。本课题通过分析重钢炉料结构和高炉生产操作工艺，实验研究入炉原料的高温冶金性能，找到对重钢高炉炼铁焦比影响较大的几个因素，针对因素提出比较合理的入炉原料性能控制指标，对其配料方案加以改进，优化其高炉生产操作工艺，采取一系列具体措施，降低其焦炭使用量，最终达到高炉节能减排、增产降耗的目的。28重庆科技学院本科毕业设计 2 焦比对高炉冶炼的影响2 焦比对高炉冶炼的影响焦比指的是高炉每生产一吨合格生铁的焦炭消耗量，是高炉冶炼的重要经济技术指标之一。对于高炉冶炼来说，冶炼焦比越低效益越好。焦比不仅反映了冶炼原料情况，还反映了冶炼设备的好坏，以及冶炼技术水平的高低。2.1重钢高炉生产概况重庆钢铁股份有限公司成立于1997年8月11日，简称重钢，是国内的一家大型国有钢铁企业，也是重庆市辖区内最大的国有企业。其目前主要业务为生产销售中厚钢板型材、线材、商品钢坯以及各种炼铁副产品等，在2011年其船用钢板以年产208万吨的产量稳居全国第二，是中国造船用中厚钢板的最主要生产厂家之一。重钢的产品主要销往重庆市以及中国中西部地区，给中国西部大开发提供了有力的支撑。伴随时代的发展，重钢老区的产能以及技术渐渐不能满足市场的需求，再加之国家对于钢铁企业节能减排，打造环保企业的要求，重钢老区于2011年9月21日全面关停，2011年9月长寿新区全面竣工投产。现新区600万吨钢产能已形成，高炉炼铁的主要设备有：5座60孔6m焦炉，2套150t/h干熄焦系统；3座360m2烧结机、1座链篦机回转窑；3座2500m3高炉。2.1.1重钢高炉现状重钢炼铁厂15是重钢下辖的一个二级生产厂，新区32500m3高炉于2011年9月16日正式投产，设计总产能为年产合格生铁600万吨，主要设计指标间见表2.1，内型尺寸见表2.2。表2.1 重钢2500m3高炉主要设计指标项目数值备注高炉有效容积，m32500生铁年产能力，万t/a603.75利用系数，t/（m3d）2.3设备能力2.65焦比，kg/t390含小块焦15煤比，kg/t150设备能力200炉顶压力，MPa0.22设备能力0.25热风温度，1250设备能力1300富氧率，%2.5设备能力5高炉年工作日，d250炉料结构74%烧结矿+16%球团矿+6%块矿+4%钒铁球团矿炉龄，a15无中修热风炉寿命，a303座2500m3的高炉投产后，炉况稳定顺行。经过逐渐的强化冶炼后，目前高炉利用系数稳定在2.25左右，煤比145kg/t，风温1200，焦比390kg/t16。表2.2重钢2500m3高炉内型尺寸项目数值有效容积Vu，m32500炉缸直径d，mm11100炉腰直径D，mm12700炉喉直径d1，mm8200死铁层高度h0，mm2200炉缸高度h1，mm4600炉腹高度h2，mm3600炉腰高度h3，mm1800炉身高度h4，mm17200炉喉高度h5，mm2000有效高度Hu，mm29200炉腹角，77.471炉身角，82.547高径比2.3风口数，个30铁口数，个3重钢新区的3座高炉仍采用传统的矮胖型设计方案，在国内2500m3高炉成熟的设计方案下，同时根据重钢的实际情况进行了适当调整，死铁层相较于其他同类型高炉略有加深。2.1.2重钢原料情况重钢的原料来源比较复杂，既有自产又有外购，而且在全球化经济条件下，原料不仅来自于国内，还从国外海运而来，巴西、澳大利亚等国都是其原料供给国。在如此情况下，原料的质量就参差不齐，而且原料供给也不稳定，具体情况可由的下面的表2.3、表2.4可知。表2.3 重钢焦炭配煤比(%)南桐永混（1/3焦煤）天府1/3地方煤瘦煤印尼干坝子伊朗杂煤美国煤27281223101228620106182628820108183362013821830620513801830205105121840610581318406103821318376133821318302051089表2.4 重钢烧结配料情况(%)钢渣PB澳粉氧化铁巴西粉辽宁精湖北精国内精綦江粉球返烧返3.01 46.01 2.01 25.90 20.06 3.01 3.03 47.89 2.01 18.99 12.69 12.38 3.01 3.01 47.99 2.01 19.08 24.90 3.01 3.03 48.04 2.99 15.05 24.90 3.00 2.99 3.01 47.93 3.01 15.10 24.87 3.08 3.00 2.81 33.51 2.78 18.59 27.89 2.79 4.63 7.00 2.82 36.37 2.81 13.94 29.57 2.83 4.64 7.02 2.94 47.01 2.94 11.79 30.37 2.95 2.00 由表2.3、表2.4可知，由于中国煤炭资源比较丰富，重钢煤炭的来源主要是国内，但是在国内煤的来源也是来自于几个不同的地方，质量不稳定，并且货源也也不能够保证稳定还。除此之外，有少部分煤来源于印尼、伊朗和美国，因此，重钢炼焦煤质量难以得到稳定的保障。烧结配料的来源就与煤炭不同了，国内矿石的品味不高，而且储量也不多，而国外铁矿普遍品位较高，多为富矿，所以重钢的铁矿粉主要来自于国外，其中澳大利亚的铁矿粉是其主要来源，国内也有部分来源，但比重不高，也很不稳定。2.2影响重钢焦比的因素高炉冶炼16中对焦比的影响因素有很多，焦炭质量、铁矿石的品位以及冶金性能的好坏，、烧结矿FeO含量、炉况、富氧率、喷煤量、风温、炉型等都是影响焦比的重要因素。原料情况：焦炭质量好，强度高，高温冶金性能优越能够给含铁炉料提供良好的反应环境，可使焦比降低；铁矿石的品位越高，渣比就相应越低，既减少了热量的消耗，又有利于炉况的顺行；烧结矿中FeO含量上升，烧结矿的还原性就降低，但烧结矿中FeO含量过低，又会影响其强度，恶化低温还原粉化性，增加焦炭的消耗；喷煤量、煤种也会影响焦比。操作条件：炉况顺行程度、风温情况、布料与送风系统匹配程度、煤气利用率、铁水中硅的含量等。2.2.1焦炭焦炭17在高炉中的作用主要有三种，即发热剂、还原剂和高炉料柱骨架。焦炭是高炉炼铁过程中的主要供热燃料，热量主要来源于焦炭和氧气的燃烧反应，反应式如下18：C+O2=CO2 r =+393.3kJ/mol （1）2C+O2=2CO r =+110.4kJ/mol （2）焦炭的主要成分为固定碳、灰分，还有少量的硫分、挥发分和水分。焦炭作为发热剂主要是靠反应式(1)、(2)的化学反应放热，由此可见相同质量下焦炭中固定碳的含量越高，那么焦炭所能提供的热量就越多，因而能够减少焦炭消耗，实践经验表明，固定碳每升高1%，焦比能够降低2%，不仅如此，固定碳含量高的焦炭反应生成的CO也更多，即能提供的还原剂也越多。一部分焦炭在高炉冶炼中进行不完全燃烧反应，通过反应式(2)生成的CO则是冶炼过程中还原剂的主要来源。焦炭在高炉内的还原作用主要取决于焦炭的反应性，目前普遍认为焦炭反应性(CRI)与焦炭反应后强度(CSR)之间存在负相关性，这就涉及到焦炭在高炉内的料柱骨架作用， 因此焦炭的反应性对高炉冶炼有着重要的影响。高炉内还原反应可分为直接还原反应和间接还原反应，这取决于高炉内高度方向上的温度分布以及焦炭反应性的高低。焦炭的反应性好，直接还原反应就能够在较低温度下进行，则间接反应的区域就会相对减小；高炉的高温区高，直接反应的区域就会扩大，间接反应的区域也会减小。从原料一入炉间接反应就开始进行，在高炉上部，温度低于800的区域内，几乎完全是间接反应，直到温度高于1100，气相中的CO2通过CO2+C=2CO的反应完全消耗，间接还原才终止。在温度处于8001100的区域，间接还原与直接还原反应共存。当温度高于1100时，区域内反应则几乎全为直接反应。间接反应和直接反应区域的分布情况，根本上来说是取决于碳的气化反应开始和结束的区域，即固体碳与CO2反应生成CO开始和结束的区域。在料柱中段，温度处于1100的区域，即在直接还原反应区域内，焦炭与矿石仍然保持层层相间，但矿石外缘开始软化，温度较高的内缘已经接近熔化，故这一区段称为软融带。在软融带内，主要发生FeO与C的直接还原反应，生成CO和Fe。此反应分两步进行，第一步是C02和C的反应，叫作碳溶反应，第二步是FeO与CO反应，生成Fe和CO2。第一步反应吸收大量的热且消耗碳而使焦炭的气孔壁削弱、粒度减小、粉末含量增加，会使料柱的透气性显著降低。因此，应发展间接还原，而降低直接还原。根据高反应性焦炭19有利于扩大直接接反应区可知，如果要发展间接还原，那么需要采用较低反应性的焦炭，但这是不全面的。经过一代又一代的冶金人的研究，再加上现代冶炼条件的提高，在对CRI为30%的普通焦炭和CRI为45%的高反应性焦炭冶炼进行对比时Ujisawa Y20等发现，烧结矿的还原性指数JIS-RI为66%是分界点，还原性高于该值后使用高反应性焦炭可以提高煤气利用率，降低燃料消耗；而小于该值，由于还原效率的降低，使用反应性较低的焦炭则更佳。焦炭作为高炉料柱的骨架在高炉内要经受炉料的多次冲击，而且还要承受炉料的重量，同时高炉冶炼过程中还要保证炉内反应顺利的进行，这就要求焦炭必须要有较高的机械强度，和具有良好的透气性。焦炭具有较高的机械强度即要求焦炭有一定的耐磨强度和抗碎强度，耐磨强度表现为焦炭抵抗摩擦破坏的能力，而抗碎强度则是焦炭抵抗冲击破碎的能力。焦炭的粒度大小及其组成的均匀性，都会对料柱的透气性造成影响。粒度过小，组成不均匀，不仅会导致料柱透气性差，还会引起炉缸堆积。但粒度过大，与矿石的粒度差距就会过大，这会引起布料不均，再者，粒度过大，那么焦炭在炉内更容易产生二次破碎。根据相关实验表明，4025mm的一级焦强度最好，性能稳定，其次是2515mm的，再次是4060mm，大于60mm的最差。，在高炉中焦炭良好的机械强度和透气性才能够保证在整个冶炼过程中，高炉炉料的顺行和反应的有效进行。由于在高炉炼铁中焦炭对冶炼过程具有极大地影响，所以就要对焦炭的质量有一定的要求，我国高炉炼铁焦炭质量要求见表2.5。表2.5 中国冶金焦质量标准（GB/T1996-94）项目等级40mm25mm2540mm灰分Ad/ %12.012.012.012.0113.5012.0113.5012.0113.5013.5115.0013.5115.0013.5115.00硫分St,d %0.600.600.600.610.800.610.800.610.800.811.000.811.000.811.0092.092.092.0抗碎强度M25/%92.088.192.088.192.088.188.083.088.083.088.083.07.07.07.0耐磨强度M10/%8.58.58.510.510.510.5挥发分Vdaf/%1.901.901.90水分Mt/%4.01.05.02.012.0焦末含量/%4.05.012.0 总之，焦炭的质量高低对高炉冶炼有着极大地影响，好的焦炭不仅利于高炉的稳定顺行，减少其他原料的消耗，还能够极大地降低焦比，节约煤炭资源。研究表明，焦炭的灰分在一定范围内每降低1%，将会导致高炉的熔剂消耗量将减少4%，并且炉渣量将减少约1.8%，生铁产量增加约2.6%；而每减少焦炭硫分0.1%，将会减少焦炭的消耗量约1.6%，并且生铁产量将增加2%，所以要尽可能地降低焦炭中的硫分和灰分。2.2.2烧结矿评价烧结矿的质量指标主要有：化学成分及其稳定性、粒度组成与筛分指数、转鼓强度、落下强度、低温还原粉化性、还原性、软熔性等，具体数据见表2.6。表2.6 烧结矿质量标准 （YB/T4212005）碱度级别化学成分w/%物理性能/%冶金性能/%TFeCaO/SiO2FeOS转鼓指数（+6.3mm）抗磨指数（-0.5mm）筛分指数（-5mm）低温还原粉化指数RDI(+3.15)还原度指数RI波动范围不大于1.502.500.50.08110.0668.07.07.072780.10.12120.0865.08.09.070751.001.500.50.05120.0464.08.09.074740.10.1130.0661.09.011.07272同铁矿石一样，烧结矿的品位越高，生铁的产量就越高，焦比也越低，硫含量越低，对冶炼就越有利。烧结矿品位等取决于烧结配料，稳定合理的配料以及良好的烧结操作，能够保证入炉原料的稳定性，是高炉冶炼中保持炉况顺行的前提。烧结矿中的FeO含量，决定着烧结矿的还原性。烧结矿碱度高，容易生成铁酸钙，降低烧结矿FeO含量。经验表明，FeO每降低1%，焦比能够降低1.5%。照此的话，应该尽量降低FeO含量，但是当FeO含量在7%8%以下时，铁酸钙增加不明显。根据我国目前的原料条件，烧结矿的FeO含量一般应处于7%8%之间最好。烧结矿合适的碱度有利于改善高炉的还原和造渣过程，并能够大幅降低焦比，提高产量，同时高碱度烧结矿能够降低烧结矿中FeO含量，降低还原性。稳定的烧结矿碱度是稳定造渣制度的重要条件，要炼好铁实际就是要造好渣，造好了渣就意味着炼好了铁。造渣制度的稳定，才能够给高炉炼铁提供稳定的热制度和炉况的顺行，并且能够提高炉渣脱硫能力，改善生铁质量。烧结矿的强度好，粒度均匀，粉末少，是保证高炉合理布料和具有良好透气性的重要条件，有利于高炉顺行。生产实践表明，每减少烧结矿中低于5mm的粉末含量1%，产量提高1%，焦比降低0.5%。重庆科技学院本科毕业设计 3 实验材料与方法3 实验材料与方法针对重钢实际情况，重点对重钢焦炭质量、烧结矿冶金性能进行研究。通过在实验室进行焦炭反应性及反应后强度测定、烧结矿还原性测定、烧结矿低温还原粉化测定研究、烧结矿软融性能测定等一系列实验。找到其高炉焦比居高不下的几个主要因素，结合重钢生产数据分析研究，对其配料方案加以改进，优化其高炉生产操作工艺，采取一系列具体措施，降低其焦炭使用量，最终达到高炉节能减排、增产降耗的目的。3.1实验材料与设备3.1.1实验材料重钢焦炭、重钢烧结矿、武钢焦炭、CO2、N2。3.1.2实验设备压力测量仪、电炉、双铂铑热电偶、位移测定装置、相关计算机控制系统、高铝质气固反应器、转鼓、圆孔筛、方孔筛、托架、电子天平、高铝球、高铝质筛板、显微镜、XRD分析仪、煤气发生炉、分析配气装置、还原管、还原炉、配套的自动监测系统、煤气发生炉、CO还原气体的制备系统(含CO还原气体的发生、配置、净化、分析和调节装置)等。3.2焦炭物理与冶金性能实验方法3.2.1焦炭抗压强度测定方法首先制样，挑选形状大小基本一致的焦炭10块，将其磨成表面平滑的1cm的方块。然后开始测量，将焦炭放在压力测量仪的置物台上，将压杆缓慢压下，当压杆把焦炭焦炭压在置物台上不松动时，快速将压杆压下，当焦炭受力达到临界值时，压杆会将焦炭压碎，观测压力表的显示数值，记录下焦炭破裂瞬间时的数值，该值即为焦炭的抗压强度。3.2.2焦炭反应性(CRI)及反应后强度(CSR)测定方法首先制样，把大块的焦炭破碎至粒度小于25mm，将破碎后的焦炭用19mm和21mm的筛子筛分。选取粒度为1921mm的焦炭为试样，把焦炭放在在烘箱内在温度在170180下烘烤2h，然后取出放置一旁直至冷却至室温，将焦炭取出然后用直径19mm的圆孔筛筛去粉末，把焦炭置于干燥瓶中备用。装样，把一块5mm厚的筛板放入气固反应器中，接着往里面放入一定数量的高铝球直至55mm厚，再在上面放一块筛板，最后放入2003g的焦炭，其质量记为m。然后以0.8L/min的速率通N2，然后通冷水。打开电源通电，按实验要求的升温曲线升温，升温速率控制在为816/min。当料质的温度达到1050时，预热CO2钢瓶出口处。当温度达到1100时切断N2，改通5L/min的CO2，并让其反应2h。2h后停电，关闭CO2钢瓶阀门断气，然后改通2L/min的N2。当温度冷却到100下时关闭N2钢瓶阀门，将气固反应器取出，倒出焦炭，称重，质量记为m1。把焦炭倒入转鼓内，以20r/min的转速转30min，然后取出用10mm的筛子筛分，称重粒度大于10mm的焦炭，将其质量记为m2。3.2.3焦炭显微结构测定方法首先制样，将焦炭磨成表面光滑的小方块。然后将试样置于载微镜置物台上。取合适的物镜和目镜，调整显微镜和焦炭，直至图像清晰，观察50倍放大下焦炭表面结构并拍照。3.2.4焦炭微晶结构测定方法首先制样，将焦炭研磨成合适的粉末，然后将试样粉末平整置于干净平整的试片。将试片置于XRD中，使用XRD分析仪测量并得出报告。3.3烧结矿冶金性能试验方法3.3.1烧结矿还原性测定方法烧结矿由厂方提供，只需选取烧结矿1012.5mm粒级，称重m0=5000.1g。将样品放入烘箱在1055条件下烘烤2h。在还原管内先放入一块试板，接着把高铝球放入，然后放入试板和式样。打开电源开关，把升温的速率控制在10/min以内。当温度达到900时，通入N2，流量设定为15L/min，并在900下恒温30min，然后用关掉N2改通还原气体(30%CO+70N2)，此时每隔1min记录一次试样质量，直到记录到15组数据，然后数据记录改为每隔10min。当还原时间达到3h后，关掉还原气体并改通N2。3.3.2烧结矿低温还原粉化性能测定方法烧结矿由厂方提供，只需选取烧结矿1012.5mm粒级，称重m0=5000.1g。将样品放入烘箱在1055条件下烘烤2h。达到条件后在还原管中装入试样，注意将其表面铺平。用盖子还原管盖上封好，然后开始向还原管中通入惰性气体，流量设定为5L/min。然后把还原管放入还原炉中，等待升温还原。 打开电源，控制升温速率在10/min以内，以5L/min的速率通入N2，当温度快要达到500时，加大N2的通入量至15L/min，并在500温度下恒温30min。然后用还原气体取代N2，通入的速率维持不变，还原时间达到1h后停止通还原气体，改通N2通气速率设定为5L/min，并在室温中将试样慢慢冷却到100下。待实验试样冷却后，将其从还原管中取出并用电子天平称重，记质量为mD0.随后将试样小心的放入转鼓中，紧扣住密封盖防止松动，然后把转鼓放在电机带动的架子上拧紧螺栓，调整电机转速，在301r/min的速度转300r。转鼓停止转动后，打开盖子从转鼓内倒出所有试样并称重，然后使用6.3mm、3.15mm和0.5mm的方孔筛匀速手筛，筛分完全后称量并记录各粒级筛上试样的质量，分别记为mD1、mD2、mD3。在实验中损失的粉末质量一并计入不足0.5mm的粒级质量中。重庆科技学院本科毕业设计 4 实验数据与分析4 实验数据与分析4.1焦炭物理与冶金性能实验4.1.1焦炭抗压强度测定（1）实验数据表4.1 重钢焦炭抗压强度(kg)项目重钢焦炭武钢焦炭1号焦炭961762号焦炭721913号焦炭811954号焦炭971885号焦炭821876号焦炭941617号焦炭841718号焦炭871709号焦炭7315710号焦炭86171平均值85.2173.5图4.1 重钢与武钢焦炭抗压强度对比（2） 数据分析重钢焦炭抗压强度表明重钢焦炭抗压强度在85kg左右，而武钢焦炭的抗压强度为173.5kg，在实验过程中也明显感觉出其质量的差异，再由柱状图对比可见重钢焦炭的抗压强度确实较差，这样的焦炭在入炉后容易破碎，不利于炉内煤气的通过，会影响高炉的顺行，同时焦炭骨架的承受能力也会较差，这样就需要增加焦炭的消耗，不利于焦比的降低。4.1.2焦炭反应性(CRI)