高炉焦炭石墨化程度及其影响因素的研究进展

发布时间：2021-04-07 23:59

　　焦炭是高炉炼铁过程中不可替代的原燃料,石墨化行为是其在高炉内的一个重要劣化机制。由于优质炼焦煤资源短缺及未来高炉大型化的影响,对入炉焦炭的质量要求越来越高,明确焦炭在高炉内的劣化机制及石墨化机理,合理控制焦炭质量是降低冶炼成本以及保证高炉稳定顺行的重要措施。详细阐述了不同的热处理温度、焦炭的灰分以及渣铁成分等因素对焦炭石墨化程度的影响。目前对于焦炭石墨化的理解还停留在宏观尺度,对于其微观反应机理,特别是各种渣铁和矿物的催化石墨化行为认识还有待进一步研究。 

【文章来源】：钢铁. 2020,55(07)北大核心CSCD

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【部分图文】：

焦炭微晶结构

石川忠夫等[15]研究了在2 000℃以上的热处理条件下，升温速率以及加热时间对焦炭石墨化的影响（图2）。加热升温曲线以及石墨化程度随加热时间的变化如图2(a）和（b）所示，不同热处理方式下焦炭最终的平均石墨化程度如图2(c）所示。结果表明：缓慢的升温制度使得焦炭最终石墨化程度较好；温度越高，最终的石墨化程度越好，达到平衡所需要的时间就越少。但是关于升温速率的研究忽视了焦炭在高于石墨化起始温度后的加热时间问题，因此结果并不具有对比性。研究表明，焦炭微晶的生长并不依赖于升温或者降温的速率，其最终石墨化程度主要与热处理的最高温度有关，对于某个确定的最高热处理温度，焦炭微晶的堆垛高度Lc会达到一个极限值[14]。Hilding T等[16-17]在试验高炉（EBF）中探究了焦炭的降解行为，发现从软熔带到炉缸区，焦炭微晶的堆垛高度Lc值与实测EBF温度呈线性关系，如图3所示[17]，在高炉内温度对焦炭结构有很强的影响。

Vander Velden B等[18]对多种焦炭进行高温热处理，XRD结果显示：1 500～1 700℃温度范围内，焦炭的石墨化程度变化很大，且热处理后焦炭表面和内部的石墨化程度一样，因此表明高温石墨化过程贯穿整个焦炭块。湛文龙等[19]将入炉焦炭在1 100～1 500℃温度范围内进行30min的热处理，模拟焦炭在高炉下部高温区的石墨化过程，热处理后焦炭的XRD检测结果表明：温度每升高100℃，焦炭微晶的层片直径La值提高约3%，堆垛高度Lc值约提高15%，层面间距d002值约降低2%，石墨化程度（r0）约为原来的2.8倍，如图4所示。焦炭石墨化程度r0的计算公式见式（1)[20]。式中：Δd1为完全未石墨化的焦炭材料面间距（0.344 00nm）与待测石墨材料的层面间距（d002）的差值；Δd2为完全未石墨化的焦炭材料面间距与理想石墨材料层面间距（0.335 40nm）的差值（0.344 00-0.335 40=0.008 60nm）。


本文编号：3124446