浅析焦炭反应性与高炉冶炼

浅析焦炭反应性与高炉冶炼

摘要：总结了不同时期焦炭反应性与高炉冶炼的的认识，论述了不同反应性的焦炭与高炉冶炼效率之间的影响关系，以及目前对改进反应性以提高生产所采取的方法措施。

关键词：焦炭；反应性；高炉冶炼

前言

焦炭是高炉的主要燃料，在冶炼过程中不但发挥着还原剂和发热剂的坐作用，还作为碳源起着渗碳的作用以及构成料柱骨架。焦炭的还原性依赖与它在高炉中的反应性，一般认为焦炭反应性与焦炭反应后所剩物质的强度有着某种负相关的关系，所以焦炭反应性与其料柱骨架有着直接关系，其反应性对高炉冶炼具有十分重要的作用。在高炉冶炼的发展过程中，由于制造工艺和冶炼手段存在很大差异，产生了各种高炉操作技术和配煤炼焦手段。同时，人们不断加深了对焦炭反应性和高炉冶炼之间关系的认识。在当前环保意识不断增强、优质焦煤紧缺的条件下，控制好焦炭的反应性对提高冶炼效率至关重要。

1.焦炭的产生与应用

早期高炉冶炼所用的燃料是木炭，而随着工业的不断发展，生铁的需求越来越大，所消耗的木炭的量也越来越多，导致森林大量被砍伐，树木资源紧缺，再加上木炭强度有限，导致高炉冶炼技术和产量得不到进一步发展。当时，人们试验用没来替代木炭作为高炉的燃料和还原剂，但是由于燃烧煤时鼓风能力不够，而且煤中还有较多的磷和硫，产生了较大的污染，所以，以煤替代木炭的想法胎死腹中。后来，有人提出用焦炭替代木炭来作为还原剂。刚开始由于工艺的不足，焦炭中含有过多的硫，导致试验没有成功。此后有人利用低硫煤炼制除了含硫量较低的焦炭，成功应用与高炉冶炼中，从此高炉冶炼开启了新的篇章。

2.焦炭反应性的高低与高炉冶炼

2.1低反应性焦炭

经过多年的发展，焦炭低反应性能提高高炉冶炼效率的思想被大多数人认可。焦炭反应性低，就意味着焦炭刚开始反应时温度较高，能够将高炉内的还原区间接扩大，有利于铁矿石的间接还原。焦炭的可燃性和反应性低，那么它在风口区的反应就会很慢，在燃烧区的横截面积就大，这样就能让炉料的下降速度变得更加均匀，有利于提高产品质量。如果焦炭的反应性高，刚开始反应时温度较高，那么炉内温度很低的情况下，焦炭就会与二氧化碳反应而产生一氧化碳，一氧化碳不能及时与铁矿石发生反应就被高炉煤气带走排出，导致焦炭的使用率降低。而且，高反应性的焦炭在温度较低时就开始反应，在高温时其强度必然会降低，这就会破坏高炉里面的透气性。根据统计，焦炭的反应性如果提高2%，焦

比将会增加2kg，同时一氧化碳的利用率会降低1%。由于这些原因，人们一般认为高反应性的焦炭不适合高炉冶炼，低反应性的焦炭能够降低焦比、减少焦炭破损等。

低反应性焦炭焦炭的生产经过长期的探索过程。传统的生产中主要利用粘结性较好的焦煤和肥煤来提高焦炭的各向异性，从而提高焦炭的质量，焦煤和肥煤一般占据配煤的一半以上。这种生产方式虽然能够得到较优质的焦炭，但是由于优质的焦煤紧缺，导致焦炭的生产成本大幅上涨，其产量也受到限制。后来经过不断探索，人们改进了工艺手段，并利用添加剂技术来提高低反应性焦炭的生产。利用相关的设备来改进炼焦的捣固、煤预热和调湿等工艺和技术。添加钝化剂能在较低成本和能耗的情况下降低焦炭的反应性，钝化剂可以配煤中添加，也可以利用焦炭的表面进行吸附，目前使用较多的钝化剂是硼酸，因为硼酸的吸附性较好，在焦炭表面上能够阻止反应气体扩散到焦炭里面，从而减缓反应的发生。

2.2高反应性焦炭

有一些研究者认为焦炭高反应性也能适合高炉冶炼。有人认为高反应性的焦炭在高炉中也能发挥极好的作用，高炉里面的温度能够自动调节，也就是说高炉里卖弄的热量分布与间接还原和直接还原是互成比列并且相互制约的，他们通常不会发生很大改变。另外，也有人认为高反应性的煤炭比低反应性的煤炭更适合高炉冶炼。现代化的高炉炉体已经达到和很高的工作效率，所以再从低反应性煤炭出发来提高高炉炉体反应效率已经没有实际意义了，特别是现在的铁矿石已经有很好的还原性，高反应性的焦炭能够发挥冶炼效率。

由于反应性的截然相反，高反应性焦炭与低反应性焦炭的制备思路完全相反，但是生产过程大致相同，也是利用添加剂和配煤工艺来提高高反应性。这时的添加剂为催化剂，在冶炼过程中催化焦炭快速反应，添加的方式同样是直接添加在配煤中或吸附在焦炭表面。有人认为，在配煤中增加低变质焦煤量能改变焦炭的光学组织，从而提高其反应性；通过降低焦炭的结焦温度能减小焦炭的石墨化程度，提高反应性。虽然如此，但是这些工艺会影响焦炭的强度。也有人认为，与低反应性支持者相反的是，高炉里面的碱金属能够提高煤炭的反应性，所以利用碱金属的催化作用可以生产高反应性煤炭。

3.结语

焦炭反应性的高低对高炉冶炼有着十分紧密的关系。不同见解和观点的产生是不同时期适应生产的需要而提出来的，虽然他们都是根据焦炭的还原性而提出不同的评价，但是得到的结果截然相反，这主要是因为当前还没有对高炉体系形成十分全面而清晰的认识，这也是由于高炉本身就是一个复杂的高温反应器造成的。在实际生产过程中，要根据实际条件选择相应反应性的焦炭，以达到最大效益。

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