焦炭性能研究与应用(论文)

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1、本文介绍了焦炭燃烧的基本原理，对焦炭的各种成分和性能进行了研究和论述，进而就焦炭性能变化对冲天炉熔炼铁水质量的影响进行分析，为在实际生产中铸造厂家选择使用不同的焦炭提供理论依据。一、前言冲天炉熔炼所用燃料以焦炭为主，在某些情况下还附加煤粉、重油、天燃气等燃料。冲天炉熔炼用焦炭种类较多，常用的有铸造焦、冶金焦、成型焦、土焦等。在工业生产中对焦炭质量性能进行分析包括两部分，首先是其组成成分，有固定碳、灰分、挥发分、含硫量和水分，第二是焦炭的块度、强度、气孔率、密度、反应性等物理性质（称为第二类性能）。铸铁在冲天

2、炉内的熔炼过程，实际上是金属炉料经过重熔以获得预定的铁水成份和温度的过程，这一过程所需的大量热能和高温是靠焦炭燃烧来提供的。因此，焦炭质量的优劣将对冲天炉熔炼铁水质量起决定性作用。但是，对于焦炭的某些性能指标（如灰份、强度、块度等）在个别工厂尤其是一些小工厂的生产过程中并未引起足够的重视,从而导致了熔炼废品的增多和成本的增高，同时对这些性能的定量研究工作也还做得不多.本文拟根据近年来国内外有关这方面的理论研究和生产实践就焦炭性能对冲天炉熔炼的影响作简要论述。二、焦炭燃烧基本原理焦炭的燃烧主要是焦炭中固定碳与

3、空气中氧气在焦炭表面发生激烈化学反应的结果，碳的化学反应在不同的条件下将以不同方式进行。1当空气供给充足时，发生完全燃烧反应：C+O2---CO2+34070kj/kg(C)当空气供给不充足时，发生不完全燃烧反应：C+1/2O2---CO+10270kj/kg(C)当CO又遇到空气时，则会再次燃烧继续放出热量：CO+1/2O2---CO2+23800kj/kg(C)除以上氧化放热反应外，焦炭燃烧过程中还有一个还原吸热反应：CO2+C---2CO-12628kj/kg(C)可见，炉气中CO的比例越大，其化学热

4、损失也越大，但是，为了减少硅、锰等元素的氧化烧损，保证铁液冶金质量，炉气中要有一定数量的CO。冲天炉内焦炭固定碳的完全燃烧程度，一般是以碳燃烧后燃烧产物中二氧化碳和一氧化碳所占的相对百分比来表示，即：ηV=CO2/(CO+CO2)×100%式中ηV为燃烧比(%)；CO、CO2为炉气中CO和CO2的体积百分比（%）。当ηV=100%时即表示碳被完全燃烧，燃烧后完全呈二氧化碳存在于炉气中。燃烧比（ηV）愈高，则表示碳燃烧的完全程度愈大，获得的热量愈多，焦炭的利用率愈高。可见，从燃料充分利用的角度出发，希望焦炭燃

5、烧后的燃烧比（ηV）愈高愈好。但是从碳燃烧热力学特性来看，燃烧产物中存在着一氧化碳是不可避免的。更重要的是冲天炉熔炼过程中，为保证铁水质量，要求炉内气氛为弱氧化气氛。因此，在不同焦耗量条件下，燃烧比通常应当控制在40%--60%的范围内。根据气体流动特性，焦炭的燃烧包括空气中的氧向焦炭表面扩散并被2吸附，发生氧化反应生成气相产物，而后脱附与扩散离开焦炭表面这样一系列过程。燃烧过程进行得快慢，取决于扩散速度和化学反应速度，而且受其中进行较慢的一方制约。由于在温度高于800度时，化学反应速度往往大于扩散速度，所

6、以，冲天炉内焦炭燃烧的快慢主要由扩散速度决定。凡是能够提高气流速度、加大焦炭与气流的接触面积、提高风温和增加氧气含量的措施，均可提高扩散速度，强化焦炭的燃烧。冲天炉内的燃烧过程是在底焦中进行的，根据焦炭燃烧的化学反应，可将底焦燃烧反应划分为两个反应区段：氧化带——从主排风口到自由氧基本耗尽，CO2浓度达到最大值的区域，发生下列反应：C+O2――CO2C+1/2O2――COCO+1/2O2――CO2还原带――从氧化带顶面到炉气中CO和CO2含量基本不变的区域，CO2被高温的焦炭还原：CO2+C---2CO；由

7、于从风口引入的空气流容易偏向炉壁，产生“炉壁效应”，造成底焦燃烧不均匀、炉气及炉温分布不均匀，形成了中心下凹的氧化带和还原带。而且，冲天炉内径愈大，上述现象愈加严重，给熔炼带来不利影响。如：不易形成集中的高温区，不利于铁液过热；加速炉衬侵蚀；增大炉壁的散热损失，降低炉子的热效率；铁料熔化不均匀，料柱不能平稳下降，容易混料，影响铁液成分。因而，应设法防止或改善。采用适当增大焦炭块度，3而且块度均匀，用小风口送风或采用插入式风嘴，采用曲线炉膛，对大型冲天炉采用中央送风等，都是改善底焦燃烧的有效措施。熔炼过程中，

8、为使消耗的底焦得到层焦的补充，送风量必须与焦炭消耗量相适应。三、焦炭成分和性能对铁水熔炼的影响1、焦炭固定碳、灰分的影响固定碳含量愈高，阻碍燃烧反应和影响铁水吸热的灰分就愈少，熔炼过程中由灰分形成渣量也相应减少。因而有利于提高炉温，强化了焦炭对铁水的对流传热，有利于铁水的过热。可见采用低灰分的高碳焦炭，是提高冲天炉铁水温度的一条有效途径。发热量与灰分的直接关系为：Q=8000（1-A）式中：Q-----焦炭发热量