一种预测高炉料柱焦粉末的方法发明专利

专利名称：一种预测高炉料柱焦粉末的方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210329181.7

专利申请（专利权）人：鞍钢股份有限公司
权利人地址：辽宁省鞍山市铁西区环钢路1号

专利发明（设计）人：武吉,周明灿,朱建伟,唐继忠,姜彦冰,何冲,姜喆,王超,吴官印,王海丹

专利摘要：本发明涉及一种预测高炉料柱焦粉末的方法，包括以下步骤：1)将块状焦炭破碎、磨球，制成球状焦炭颗粒；2)对球状焦炭颗粒高温热处理，惰性气体保护，处理温度取值范围为800℃～1500℃；3)转鼓，球状焦炭转鼓200～1000转，转速为10～30转/min；4)筛分后收集转鼓后粒径小于X mm的焦粉以及粒径大于Y mm的焦炭；5)X射线衍射分析；6)焦炭(粉)脱落指数计算；7)高炉内部焦炭(粉)取样，脱落指数计算验证；8)结果反馈修正参数。优点是：利用原料焦炭在实验室条件下模拟焦炭的高温反应及物理变化，通过石墨化前后焦炭的变化情况预测焦炭在高炉内石墨化及焦粉产生情况。

主权利要求：
1.一种预测高炉料柱焦粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将块状焦炭破碎、磨球，制成直径差不超过2mm球状焦炭颗粒；
2)对球状焦炭颗粒高温热处理，惰性气体保护，处理温度取值范围为800℃～1500℃，保温5～140h；
3)转鼓，球状焦炭转鼓200～1000转，转速为10～30转/min；
4)筛分，分别收集转鼓后粒径小于X的焦粉以及粒径大于Y的焦炭；
5)X射线衍射分析，利用X‑射线衍射分析得出步骤4)筛分的焦粉、焦炭的晶体结构参数，结构参数包括衍射角2θ，入射波的波长λ，002碳峰半高宽β；
6)焦炭或焦粉脱落指数计算
式(1)中，Lc为焦炭或焦粉的微晶石墨片层堆积高度，分别记为Lc焦炭、Lc焦粉，单位为nm；β为002碳峰半高宽；λ为入射波的波长，单位为nm；2θ为衍射角，单位为°；
进一步得出实验室焦炭或焦粉脱落指数r实：利用式(2)作为焦炭外表层粉末脱落行为判断依据；
7)高炉内部焦炭或焦粉脱落指数验证
在高炉大修时对高炉内部与步骤2)中高温热处理相应温度区域的焦炭、焦粉取样，取样的焦炭粒径大于Y，焦粉粒径小于X，重复步骤4)～步骤6)，得到不同区域高炉焦炭或焦粉脱落指数r高：式(3)中Lc高‑焦炭、Lc高‑焦粉为高炉内部焦炭、焦粉的微晶石墨片层堆积高度，单位为nm，利用式(3)作为高炉内部焦炭外表层粉末脱落行为判断依据；
所述的X为0.073～5mm，Y为10～30mm；
8)结果反馈修正参数
对比步骤6)实验室焦炭或焦粉脱落指数、步骤7)高炉焦炭或焦粉脱落指数，当步骤6)、步骤7)中焦粉石墨化指数差值满足式(4)，表明该焦炭在高炉料柱生成焦粉预测方法准确；
3
式(4)中，δ为判断阈值，单位为％，δ取1％～20％；当高炉容积在2000m 及以下时，δ取3
1％≤δ≤10％；当高炉容积超过2000m时，10％＜δ≤20％；
当式(4)不成立，需反馈至步骤2)进行热处理温度、时间参数调整，直至式(4)成立。
2.根据权利要求1所述的一种预测高炉料柱焦粉末的方法，其特征在于，步骤7)中所述的相应温度区域为步骤2)高温热处理温度值±200℃。 说明书 : 一种预测高炉料柱焦粉末的方法技术领域[0001] 本发明属于高炉炼铁领域，尤其涉及一种预测高炉料柱焦粉末的方法。背景技术[0002] 高炉炼铁是钢铁冶金工序最为主要的生产环节，焦炭作为高炉原燃料，对高炉料柱起支撑作用，当焦炭长时间在高炉内部反应，一部分因焦炭与焦炭、焦炭与含铁矿物间的磨损，焦炭粒度变小，另一部分焦炭因高温发生石墨化反应，焦炭外表层石墨化后形成粉末，大量粉末堆积在死料柱中，随料柱逐渐溶解在料柱渣铁液中。但随着高炉内焦粉末量增多，容易降低高炉透气性，不利于煤气流在高炉内部合理分布，降低含铁矿物还原性能，进而不利用高炉的稳定顺行。[0003] 因此，焦炭抗石墨化对高炉的透气性至关重要，但由于高温、高压条件，高炉内部炉料并不容易获取，对于日常生产中高炉内部焦炭的石墨化行为尚未纳入原料焦炭的评价体系，为此开发出基于高炉内部反应的焦炭石墨化及石墨化焦粉脱落行为评价方法，对高炉内部焦炭的反应行为认识、改善高炉的透气性、实现高炉的稳定顺行具有重要意义。发明内容[0004] 为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种预测高炉料柱焦粉末的方法，利用实验室模拟与高炉大修时内部焦炭(粉)取样检测结果对比分析与修正，预测出焦炭进入高炉后生成焦粉的能力，进而为高炉原料选取提供借鉴依据，提高高炉透气性。[0005] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：[0006] 一种预测高炉料柱焦粉末的方法，包括以下步骤：[0007] 1)将块状焦炭破碎、磨球，制成直径差不超过2mm球状焦炭颗粒；[0008] 2)对球状焦炭颗粒高温热处理，惰性气体保护，处理温度取值范围为800℃～1500℃，保温5～140h；[0009] 3)转鼓，球状焦炭转鼓200～1000转，转速为10～30转/min；[0010] 4)筛分，分别收集转鼓后粒径小于X的焦粉以及粒径大于Y的焦炭；[0011] 5)X射线衍射分析，利用X‑射线衍射分析得出步骤4)筛分的焦粉、焦炭的晶体结构参数，结构参数包括衍射角2θ，入射波的波长λ，002碳峰半高宽β；[0012] 6)焦炭(粉)脱落指数计算[0013][0014] 式(1)中，Lc为焦炭或焦粉的微晶石墨片层堆积高度，分别记为Lc焦炭、Lc焦粉，nm；β为002碳峰半高宽；λ为入射波的波长，nm；2θ为衍射角，°；[0015] 进一步得出实验室焦炭(粉)脱落指数r实：[0016][0017] 利用式(2)作为焦炭外表层粉末脱落行为判断依据；[0018] 7)高炉内部焦炭(粉)脱落指数验证[0019] 在高炉大修时对高炉内部与步骤2)中高温热处理相应温度区域的焦炭、焦粉取样，取样的焦炭粒径大于Y，焦粉粒径小于X，重复步骤4)～步骤6)，得到不同区域高炉焦炭(粉)脱落指数r高：[0020][0021] 式(3)中Lc高‑焦炭、Lc高‑焦粉为高炉内部焦炭、焦粉的微晶石墨片层堆积高度，nm，利用式(3)作为高炉内部焦炭外表层粉末脱落行为判断依据；[0022] 8)结果反馈修正参数[0023] 对比步骤6)实验室焦炭(粉)脱落指数、步骤7)高炉焦炭(粉)脱落指数，当步骤6)、步骤7)中焦粉石墨化指数差值满足式(4)，表明该焦炭在高炉料柱生成焦粉预测方法准确；[0024][0025] 式(4)中，δ为判断阈值，％，δ取1％～20％；当高炉容积在2000m3及以下时，δ取1％3≤δ≤10％；当高炉容积超过2000m时，10％＜δ≤20％；[0026] 当式(4)不成立，需反馈至步骤2)进行热处理温度、时间参数调整，直至式(4)成立。[0027] 步骤7)中所述的X为0.073～5mm，Y为10～30mm。[0028] 步骤7)中所述的相应温度区域为步骤2)高温热处理温度值±200℃。[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0030] 本发明利用原料焦炭在实验室条件下模拟焦炭的高温反应及物理变化，通过石墨化前后焦炭的变化情况预测焦炭在高炉内石墨化及焦粉产生情况，控制高炉原料焦炭质量，改善高炉透气性，为高炉焦炭原料选取提供新的参考依据。附图说明[0031] 图1是预测高炉料柱焦粉末的方法的流程示意图。具体实施方式[0032] 下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。[0033] 实施例1：[0034] 一种预测高炉料柱焦粉末的方法，包括以下步骤：[0035] 1、将块状焦炭破碎、磨球，统一制成直径为20～22mm的球状焦炭颗粒；[0036] 2、高温热处理[0037] 对步骤1中的球状焦炭颗粒高温热处理，N2气体中保护，热处理温度为1500℃，保温20h。[0038] 3、转鼓[0039] 对步骤2中的球状焦炭转鼓1000转，转速为10转/min，模拟焦炭在高炉内翻转及相互摩擦物理作用。[0040] 4、筛分[0041] 分别收集转鼓后粒度小于5mm的焦粉以及粒度大于30mm的焦炭用于石墨化检测。[0042] 5、X射线衍射分析[0043] 利用X‑射线衍射分析得出步骤4焦粉和焦炭的晶体结构参数，包括衍射角2θ，入射波的波长λ，002碳峰半高宽β，见表1：[0044] 表1实验室焦炭处理后得到的焦粉和焦炭的晶体结构参数[0045] 2θ(°) λ(nm) β＞30mm 30.45 0.1789 1.27＜5mm 30.83 0.1789 0.83[0046] 6、焦炭(粉)脱落指数计算[0047] 利用 计算得出焦炭和焦粉的微晶石墨片层堆积高度Lc焦炭＝7.64、Lc焦粉＝11.63：进而得出实验室焦碳(粉)脱落指数：[0048] 7、高炉内部焦炭(粉)取样，脱落指数验证[0049] 对2580m3大修高炉内部相对应的1500℃±200℃温度区域大于30mm焦炭和小于5mm焦粉取样，重复步骤4～步骤6操作，得到不同区域高炉内焦炭(粉)脱落指数Lc高‑焦炭＝7.54、Lc高‑焦粉＝13.24，进而得到高炉内部焦粉脱落指数[0050] 8、结果反馈修正参数[0051] 对比步骤6、步骤7焦粉的石墨化指数，当步骤6和步骤7中焦粉石墨化指数差值满足： 则说明该焦炭在高炉料柱生成焦粉预测方法可信，其中，判断阈值δ为20％。进而利用该方法预测焦炭在该高炉内部因石墨化生成粉末能力，及时调整高炉运行参数。[0052] 实施例2：[0053] 一种预测高炉料柱焦粉末的方法：[0054] 1)将块状焦炭破碎、磨球，统一制成直径为30～32mm球状焦炭颗粒；[0055] 2)高温热处理[0056] 对步骤1中的球状焦炭颗粒高温热处理，N2气体中保护，热处理温度为1300℃，保温140h。[0057] 3、转鼓[0058] 对步骤2中的球状焦炭转鼓200转，转速为30转/min，模拟焦炭在高炉内翻转及相互摩擦物理作用。[0059] 4、筛分[0060] 分别收集转鼓后小于0.073mm焦粉和大于10mm焦炭用于石墨化检测。[0061] 5、X射线衍射分析[0062] 利用X‑射线衍射分析得出步骤4焦粉和焦炭的晶体结构参数，包括衍射角2θ，入射波的波长λ，002碳峰半高宽β，见表2：[0063] 表2实验室焦炭处理后得到的焦粉和焦炭的晶体结构参数[0064] 2θ(°) λ(nm) β＞10mm 30.45 0.1789 3.41＜0.073mm 30.83 0.1789 2.83[0065] 6、焦炭(粉)脱落指数计算[0066] 利用 计算得出焦炭和焦粉的微晶石墨片层堆积高度Lc焦炭＝2.83、Lc焦粉＝3.42，进而得出实验室焦粉脱落指数[0067] 7、高炉内部焦炭(粉)取样，脱落指数验证[0068] 对1000m3大修高炉内部相对应的1300℃±200℃温度区域大于10mm焦炭和小于0.073mm焦粉取样，重复步骤4～6操作，得到不同区域高炉焦炭(粉)脱落指数Lc高‑焦炭＝9.23、Lc高‑焦粉＝14.51，进而高炉内部焦粉脱落指数[0069] 8、结果反馈修正参数[0070] 对比步骤6、步骤7焦粉的石墨化指数，当步骤6和步骤7中焦粉石墨化指数差值满足： 其中，判断阈值δ为20％，说明该焦炭在高炉料柱生成焦粉预测方法不可信，调整加热温度值为1150℃，其他条件不变，重复步骤1～步骤5操作。利用X射线衍射分析得到焦粉和焦炭的晶体结构参数：[0071] 2θ(°) λ(nm) β＞10mm 30.45 0.1789 3.21＜0.073mm 30.83 0.1789 2.15[0072] 进而再次得出实验室焦粉脱落指数[0073] 石墨化指数差值满足： 其中，判断阈值δ为10％，说明该焦炭在高炉料柱生成焦粉预测方法可信。进而利用修正后的方法预测焦炭在该高炉内部因石墨化生成粉末的能力，及时调整高炉运行参数。

专利地区：辽宁

专利申请日期：2022-03-31

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114778576B