炉腹煤气中氢气含量对炉料软熔性能的影响

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1、http://www.gtjia.com炉腹煤气中氢气含量对炉料软熔性能的影响杨广庆1，张建良1，陈永星1，吴庆瑜2，赵紫玉2，赵静2，(1．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2．唐山科技职业技术学院冶金工程系，河北唐山063001)摘要：在实验室条件下研究了提高炉腹煤气中氢气含量对含铁炉料软熔性能的影响。研究结果表明：随着氢气含量的提高，含铁炉料的软化开始温度先增加后降低，软化终了温度升高，软化区间先变宽后变窄，熔融开始温度、滴落温度升高，熔融区间变窄，炉料透气性明显改善。增加炉腹

2、煤气中氢气含量有利于高炉冶炼。关键词：高炉；软熔性能；炉腹煤气；氢气喷吹煤粉已经成为高炉冶炼的常规技术。近年来冶金焦资源短缺加速了煤比的提高，目前中国重点钢铁企业的平均喷煤比为145kg／t[1-2]。世界公认的最高喷煤记录是由日本福山厂3号高炉在1998年6月创造的，其月均吨铁喷煤量为266kg／t[3]。中国宝钢曾创造过最高喷煤比260kg／t的好成绩[4]。煤比提高势必会引起炉腹煤气中的氢气含量增加。另外最近正在研究的一些新的冶炼技术，如超高富氧高炉、全氧高炉，喷吹焦炉煤气，喷吹橡胶、塑料以及

3、炉顶煤气循环利用等，都会增加炉腹煤气的氢气含量，进而影响炉内铁矿石的软熔滴落过程[5-10]。铁矿石的软熔性能已经成为判断高炉软熔带形状和位置的重要依据，并且为高炉选择合理炉料结构和强化高炉冶炼提供参考。目前所进行的软熔滴落试验很少考虑氢气的影响[11-13]。为了进一步搞清增加炉腹煤气中氢气含量的情况下含铁炉料在炉内的行为，本文对不同氢气含量对含铁炉料软熔滴落性能的影响进行了实验室研究。1试验1．1试验原料试验中所用烧结矿、球团矿均取自于中国某4000m3级高炉生产现场，根据该高炉的炉料结构，确定

4、混和矿中烧结矿、球团矿所占比例分别定为70％和30％，原料成分如表1所示。1．2试验设备及方法软熔性能测定在北京科技大学开发的熔滴炉中进行，其试验装置如图1所示。其主体主要包括高温炉体、气体流量控制系统、温度控制系统和数据采集系统4部分。http://www.gtjia.com试验布料方式为：上下各10g粒度为10～12．5mm焦炭，中部为直径50mm、高度60mm的料柱。试验过程中由下部通入还原性气体，石墨坩埚底部有12个孔，便于气固体充分接触。混和气体为H2、CO和N2，流量为10L／min。升

5、温制度是：温度低于900℃时8℃／min；高于900℃时5℃／min；900℃时恒温30min。在室温至500℃的升温过程中，通入N2，超过500℃后通入还原气体。当渣铁滴下时结束试验，并通入N2保护至室温。试验过程中炉料荷重为1kg／cm2。试验过程中煤气中CO体积分数保持30％不变，增加H2含量而相应降低其中的N2含量，具体试验方案如表2所示。2试验结果及分析2．1对软化性能的影响以炉料收缩4％时所对应的温度作为软化开始温度，它表示炉料在超过这一温度后开始粘接变形。以炉料收缩40％时所对应的温度

6、作为软化终了温度，软化开始温度和软化终了温度的差值作为软化区间。软化性能试验结果如表3所示。http://www.gtjia.com炉料开始软化时只是轻微粘接，对炉料的透气性影响很小。图2给出氢气含量对炉料软化开始温度的影响。可以看出，当氢气的体积分数小于16％时，随着煤气中氢气体积分数的增加，炉料软化开始温度随之下降；当氢气的体积分数超过16％后，软化开始温度又逐渐增加。一般认为，炉料的软化温度主要取决于其还原状态，即进入软熔带前炉料的FeO含量。随着煤气中氢气体积分数的增加，煤气的还原能力增强，

7、因此还原出的FeO质量增加，低熔点物质增多，软化开始温度下降。而氢气的体积分数提高到一定程度后，煤气的还原能力进一步加强，FeO被还原为金属铁的质量增加，从而使铁矿石的软化开始温度升高。图3给出氢气体积分数对炉料软化终止温度的影响。可知，随着氢气体积分数的增加，炉料的软化终止温度基本呈上升趋势。这是由于增加煤气中氢气体积分数会导致高温时还原出的金属铁质量增多。这说明增加炉腹煤气中氢气体积分数可以有效降低高炉软熔带位置。图4给出软熔过程位移—压差曲线。图5反映了氢气体积分数对炉料软化区间的影响，它是炉

8、料软化开始温度和软化终了温度共同作用的结果。随着氢气体积分数的增加，软化温度区间变宽。当氢气体积分数从0％增加到16％时，软化温度区间由295℃加大到439℃；氢气体积分数每提高1％，软化温度区间平均增加1．5℃；而后继续增加氢气体积分数时，由于炉料的软化开始温度有所上升，因此软化温度区间变窄。http://www.gtjia.com2．2对熔融滴落性能的影响通常软熔带内侧的形状和位置相较于软熔带外侧对煤气流的影响更大，也就是说滴落温度比熔融开始温度更重要。通常用压差