专利名称：一种模拟测试碱金属对焦炭劣化影响的方法
技术领域：
本发明属于高炉炼铁技术领域，特别是涉及一种模拟测试碱金属对焦炭劣化影响的方法，模拟测试高炉碱富集区域碱金属单质蒸气上升过程中在焦炭上的吸附以及对焦炭劣化影响，其结果还可作为高炉用焦炭新增的质量评价指标。
背景技术：
随着现代大型高炉冶炼强度的提高、喷煤比的增加和矿石的劣化，焦炭作为高炉料柱的骨架作用愈发突出，但焦炭在高炉行程中由于机械破坏、热应力、熔损反应等其强度和粒度都在下降，当焦炭劣化严重时将直接导致料柱透气 性下降和煤气流分布失衡，破坏高炉的顺行高产。在加剧焦炭劣化的众多因素中，高炉内循环富集的碱金属对焦炭的破坏已引起重视，如文献1所述焦炭作为碱金属的重要载体碱富集量甚至可达焦炭中原始碱含量的20倍以上(钢铁，1982，17(10) :25_77)。前人为了研究碱金属对焦炭强度的影响，如文献2 (煤炭转化，2008，31 (3) 43-47.)和文献3 (炼铁，1990，5 19-22.)所述将焦炭浸泡在碱金属碳酸盐溶液(“浸碱法”)或在炼焦时加入碱金属碳酸盐(“增碱法”)后再进行 1100°C焦炭溶损反应测试，但是依据高炉解剖调研和碱金属在炉内的循环富集研究可知， 在高炉软熔带(1100°C -1300°C )焦炭中碱富集及其劣化才最严重，且热力学计算证明此高温区域内碱金属以单质蒸气形式存在而非碳酸盐，因此传统的测试iioo°c碱金属碳酸盐影响的方法难以有效衡量高炉高温区域碱金属对焦炭劣化的影响。近期有人提出了用测试碱金属对焦炭劣化影响装置，将碱金属单质和焦炭放在一起抽真空后加热到80(TC -90(TC来将碱金属富集在焦炭上的方法，但是此方法由于受碱金属沸点(900°c以下)较低的限制无法测试iioo°c以上高温区域内碱金属对焦炭的影响，而且将焦炭和碱金属人为地放置在一个小坩埚内也无法模拟和测试实际高炉中碱蒸气上升过程在焦炭上的吸附能力。此外，目前在衡量高炉碱富集区域碱金属对焦炭劣化影响时仍缺乏有效的评价指标。综上，目前在模拟测试高炉碱富集区域碱金属单质蒸汽在焦炭上的吸附和对焦炭劣化的影响上仍存在着空白。
发明内容
本发明在于提供一种模拟测试碱金属对焦炭劣化影响的方法，解决无法模拟测试 1100-1300°c下碱金属单质蒸气在上升过程中在焦炭上的吸附以及有无CO2时对焦炭劣化影响的问题，并给出评价高温下焦炭抗碱金属危害能力的量化评价指标，填补现有测试和评价高炉碱富集区域碱金属在焦炭上的吸附能力和对焦炭劣化影响所存在的空白。本发明模拟高温下碱蒸气在上升过程在焦炭上的吸附以及对焦炭性能的影响包括两个方面，一是模拟测试软熔带上部有CO2存在时碱金属蒸气对焦炭熔损反应的影响，二是模拟测试软熔带下部无CO2存在且更高温度下碱金属蒸气在焦炭上的吸附，其工艺步骤如下称量定量的活性碳粉和碱金属碳酸盐粉末(根据2C+R2C03 = 3C0+2R的反应式计算活性碳粉和碳酸盐的质量比例，且加入时使活性炭粉量略多)，混合后装入刚玉坩埚，将刚玉坩埚放置在高温反应容器的底部(高铝球的上部)，在刚玉坩埚上放置多孔透气刚玉垫圈，垫圈上方放置三根30-60mm高的耐高温刚玉支管，在刚玉支管上方再放置透气垫圈， 垫圈上盛放焦炭试样，试验装置如说明书中附图所示。样品放置好后，开始加热升温并通入氩气排出反应容器内的空气，当反应管内的温度达到1200°C后，开始生成碱金属蒸气。此后如果想研究高温下不存在CO2时碱金属蒸气在焦炭上的吸附量(模拟高炉软熔带下部)则继续通入氩气并升温至1300°C后保温2小时；如果想研究高温下存在CO2时(模拟高炉软熔带上部)碱金属蒸气对焦炭熔损反应的影响，则将发生碱金属单质蒸汽附近的加热温度通过调整加热元件通过的电流控制在1200°C -1250°C，而将焦炭试样所在的区域通过调整加热元件通过的电流控制在1100°C，然后开始通入51/min的CO2并恒温反应2个小时此后在氩气的保护下冷却至室温，再对吸附碱蒸气后的焦炭进行观测分析。 本发明的焦炭抗碱金属破坏评价指标(1)如下图2所示，对1300°C且无CO2的条件下吸附钾蒸气的焦炭取其粉焦样(粒径< IOmm)，对吸附钠蒸气的焦炭取其表面颜色变化明显的焦样，采用原子吸光度法测得焦样中钾、钠元素量，该指标可代表焦炭吸收钾蒸气和钠蒸气的最大能力；(2) 1300°C且无CO2的条件下焦炭吸附碱金属蒸气后进行转鼓及筛分，以< IOmm 的焦炭质量比例作为焦炭在高温下抗碱金属蒸气破坏的评价指标，该值越低代表焦炭抗碱性越好；(3) 1100°C且存在CO2的条件下进行焦炭的气化反应测试后进行转鼓及筛分，以> IOmm的焦炭质量比例作为焦炭抗碱金属蒸气催化熔损的评价指标，该值越高代表焦炭抗碱金属催化的性能越好。本发明的有益效果是可以模拟测试在高炉碱金属富集区域钾、钠蒸气在焦炭上的吸附能力和对焦炭劣化的影响，可作为高炉焦炭新增的质量评价指标，尤其是对于入炉碱负荷较高的高炉，通过采用本发明进行焦炭抗碱性测试和焦炭抗碱催化测试，可以为高炉控制合理的入炉碱金属负荷，防治碱金属对高炉冶炼的危害提供量化的依据。
图1为测试碱金属对焦炭劣化影响装置。其中进气口 1、刚玉坩埚2、刚玉支管3、 试验焦样4、出气口 5、反应管上盖6、测温电偶7、反应管8、多孔透气刚玉垫圈9、氧化铝球 10。图2为测试模拟高炉碱富集区域焦炭上的钾、钠最大吸附量时所应取的焦样。
具体实施例方式以测试高温下焦炭对钾蒸气的吸附试验为例，其具体实施方式
为取高炉实际用的粒径为21-25mm的焦炭200g，再依据反应2C+K2C03 = 3C0+2K取产生IOg单质钾所需的碳酸钾17. 69g以及过量的活性炭粉4. 0g，将碳酸钾和活性炭粉混勻后放入刚玉坩埚2，再将刚玉坩埚2放入本发明所示的反应管8中，在刚玉坩埚2上放置透气多孔刚玉垫圈9，再放置50mm高的刚玉支管3，3支，在刚玉支管3上再放置透气多孔刚玉垫圈9，透气多孔刚玉垫圈9上放200g焦炭，此后将反应管的上盖6密封，开始通入51/min的高纯氮气以排除空气，此后将反应管上盖6盖紧并用锡箔纸密封，开始以10°C /min的速度升温至1300°C，到1300°C后恒温2小时，再逐渐冷却至室温，此过程中始终保持通入高纯氮气，试样温度冷却至室温后，将焦样从反应管8中取出，再I型转鼓中以20r/min的转速共转30min，对焦样粒度进行筛分，得出< IOmm的焦炭(粉焦 )质量比例，该值即为焦炭在高温下抗钾蒸气破坏的评价指标，并取粉焦样5g，采用原子吸光度法测得焦样中钾元素量， 该值即代表焦炭吸收钾蒸气的最大能力。
权利要求
1.一种模拟测试碱金属对焦炭劣化影响的方法，其特征在于，工艺步骤如下称量定量的活性碳粉和碱金属碳酸盐粉末，混合后装入刚玉坩埚，将刚玉坩埚放置在高温反应容器的底部高铝球的上部，在刚玉坩埚上放置多孔透气刚玉垫圈，垫圈上方放置三根30-60mm高的耐高温刚玉支管，在刚玉支管上方再放置透气垫圈，透气垫圈上盛放焦炭试样，样品放置好后，开始加热升温并通入氩气排出反应容器内的空气，当反应管内的温度达到1200°C后，开始生成碱金属蒸气；当研究高温下不存在CO2时碱金属蒸气在焦炭上的吸附量时，则继续通入氩气并升温至1300°C后保温2小时；当研究高温下存在CO2时碱金属蒸气对焦炭熔损反应的影响时，则将发生碱金属单质蒸汽附近的加热温度通过调整加热元件通过的电流控制在1200°C -1250°C，而将焦炭试样所在的区域通过调整加热元件通过的电流控制在1100°C，然后开始通入51/min的CO2并恒温反应2个小时；此后，在氩气的保护下冷却至室温，再对吸附碱蒸气后的焦炭进行观测分析； 焦炭抗碱金属破坏评价指标如下对1300°C且无CO2的条件下吸附钾蒸气的焦炭取其粉焦样粒径< 10mm，对吸附钠蒸气的焦炭取其表面颜色变化明显的焦样，采用原子吸光度法测得焦样中钾、钠元素量，该指标代表焦炭吸收钾蒸气和钠蒸气的最大能力； 1300°C且无CO2的条件下焦炭吸附碱金属蒸气后进行转鼓及筛分，以< IOmm的焦炭质量比例作为焦炭在高温下抗碱金属蒸气破坏的评价指标，该值越低代表焦炭抗碱性越好；1100°C且存在CO2的条件下进行焦炭的气化反应测试后进行转鼓及筛分，以> IOmm的焦炭质量比例作为焦炭抗碱金属蒸气催化熔损的评价指标，该值越高代表焦炭抗碱金属催化的性能越好。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定量的活性碳粉和碱金属碳酸盐粉末根据2C+R2C03 = 3C0+2R的反应式计算活性碳粉和碳酸盐的质量比例，在加入时，使活性炭粉量略有多余，以使反应更完全。
全文摘要
一种模拟测试碱金属对焦炭劣化影响的方法，属于高炉炼铁技术领域。将活性碳粉和碱金属碳酸盐粉末混合后装入刚玉坩埚，放置在高温反应容器的底部高铝球的上部，在刚玉坩埚上放置多孔透气刚玉垫圈，垫圈上方放置三根30-60mm高的耐高温刚玉支管，在刚玉支管上方再放置透气垫圈，透气垫圈上盛放焦炭试样，样品放置好后，开始加热升温并通入氩气排出反应容器内的空气，当反应管内的温度达到1200℃后，生成碱金属蒸气；在氩气的保护下冷却至室温，再对吸附碱蒸气后的焦炭进行观测分析。优点在于，解决无法模拟测试1100-1300℃下碱金属单质蒸气在上升过程中在焦炭上的吸附以及有无CO2时对焦炭劣化影响的问题，并给出评价高温下焦炭抗碱金属危害能力的评价指标。
文档编号G01N21/31GK102183477SQ20101060247
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者万雷, 张海滨, 徐士成, 焦月生, 程树森, 贾军民, 贾国利, 赵宏博, 马金芳 申请人:河北省首钢迁安钢铁有限责任公司, 首钢总公司