一种综合考量捣固冶金焦炭性能评价方法与流程

本发明涉及冶金焦炭评价分析，尤其涉及一种综合考量捣固冶金焦炭性能评价方法。

背景技术：

1、冶金焦炭是高炉炼铁最关键的基础性原料，冶金焦炭的生产一般有顶装焦炉生产方式和捣固焦炉生产方式。捣固炼焦由于装煤密度高，可以多使用弱粘结性煤，降低配煤成本，缓解世界优质炼焦煤短缺和不足，得到迅速发展。德国是最早采用捣固炼焦工艺的国家之一，2003年山西省临汾成功建成我国第一座4.3m捣固焦炉。近年来，捣固炼焦作为一种能减少优质炼焦煤用量、降低焦炭成本的技术快速发展。捣固焦具有选料范围宽、焦炭质量改善明显、焦炭产能高、环保效果好等优点，非常符合我国炼焦煤资源的特点，得到了国家政策导向和企业的支持。随着大型捣固焦炉的投产，捣固炼焦的消烟除尘、防煤饼倒塌等技术得到明显提高，捣固炼焦技术日趋成熟。由于钢铁和焦炭产能过剩，一方面高炉对焦炭质量，尤其是热态性质提出了更高的要求，另一方面优质炼焦煤资源短缺。为降低炼焦成本，发展了配煤中添加弱黏煤甚至不黏煤的工艺与技术，捣固炼焦成为部分焦化企业新建焦炉的首选，我国捣固炼焦技术在近二十年来得到快速发展，捣固焦炭产能持续扩大。2019年全国捣固焦炭产量约为3.4亿t，约占焦炭总产量72％，但95％集中在独立焦化厂。投产的捣固焦炉已超过400座，炭化室高度有3.8m、4.3m、5.5m、6.25m、6.78m。由于捣固炼焦工艺通过增加煤饼堆密度来提高焦炭质量，同时可以配入大比例的弱黏结性煤，因此有人认为同等质量指标的捣固焦炭与顶装焦炭存在较大差异，行业内未形成统一的捣固焦炭质量评价方法。同样配煤结构情况下，捣固焦的冷态和热态性质确有较大程度的改善，但当使用稍高比例的弱黏煤炼焦时，焦炭的冷强度与热反应性cri和反应后强度csr的相互关系与常规顶装焦炭所呈现的规律存在较大差异，使得捣固焦难以在大高炉上推广应用，这里既有对捣固焦质量研究不够的问题，也有高炉过分强调焦炭热性质要求的缘故，对比研究了同样配比的顶装和捣固焦炭热性质，当配入较大弱黏煤或不黏煤时，由于捣固焦炭相对致密，存在虚反应性的现象。另外，国家标准热态性能检测为等时间、等温度反应量，其标准忽略了捣固焦开始反应阶段扩散作用的影响。特别是在大容积高炉高冶炼强度、高喷吹煤比条件，提出准确评价捣固焦质量的新方法，以期指导捣固配煤和客观评价捣固焦炭质量。提高捣鼓焦炭的使用效率，不断增加对高挥发份弱粘结性及不粘结性煤的使用，保护和扩大优质炼焦煤源，通过捣固焦炭性能评价方法的运用，提高捣固焦炭的内在质量，稳定高炉操作，提升高炉利用系数。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种综合考量捣固冶金焦炭性能评价方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种综合考量捣固冶金焦炭性能评价方法，包括基础评价体系和特征评价体系；

4、所述基础评价体系包括捣固焦炭的灰分技术指标及其检测方法、硫份技术指标及其检测方法、挥发分技术指标及其检测方法、焦炭粒度技术指标及其检测方法、机械强技术指标度及其检测方法、耐磨强度技术指标及其检测方法；上述各技术指标及其检测方法均执行国家相关技术标准；

5、所述捣固焦炭的灰分技术指标及其检测方法、硫份技术指标及其检测方法、挥发分技术指标及其检测方法、焦炭粒度技术指标及其检测方法、机械强技术指标度及其检测方法、耐磨强度技术指标及其检测方法；上述各技术指标及其检测方法均执行国家相关技术标准；

6、所述特征评价体系包括焦炭气孔相关参数技术指标度及其检测方法、焦炭微晶结构相关参数技术指标度及其检测方法、焦炭光学组织相关参数技术指标度及其检测方法、焦炭灰成分相关参数技术指标度及其检测方法、焦炭等反应性后强度相关参数技术指标度及其检测方法；上述各相关参数技术指标度及其检测方法均执行国家相关技术标准；

7、所述焦炭气孔相关参数技术指标度包括焦炭气孔率、开气孔率、闭气孔率和气孔壁厚度；

8、所述焦炭气孔相关参数技术指标度还包括焦炭气孔率变化量，定义焦炭气孔率变化量λ(％)为：

9、焦炭气孔率变化量λ＝反应后气孔率－反应前气孔率

10、所述焦炭微晶结构相关参数技术指标度包括层片间距d/nm、层面堆积高hc/nm和晶面直径φ/nm；

11、所述焦炭光学组织相关参数技术指标度包括各向同性、细粒镶嵌结构、中粒镶嵌结构、粗粒镶嵌结构、基础各向异性、类丝碳、流动结构、残碳颗粒的检测指标，通过上述检测指标计算各向同性组织含量及向异性组织含量；

12、所述焦炭灰成分相关参数技术指标度及其检测方法包括检测焦炭中灰成分种氧化物金属的含量。

13、所述焦炭灰成分相关参数技术指标度及其检测方法还包括利用金属氧化物及不同的计算公式计算灰成分催化指数。

14、所述焦炭等反应性后强度相关参数技术指标度及其检测方法包括不同温度及不同反应率的等反应性检测及反应后的粉焦率；

15、所述反应后的粉焦率表征碳溶反应后基质碳的脱落程度，定义f表达为反应后粒径小于0.2mm占剩余焦样的质量百分比；

16、通过对上述技术指标的的分析及其对高炉冶炼的影响，将以两个维度予以分类；

17、其中以第一维度予以分类为：从指标检测角度将其分为宏观指标和微观指标；以第二维度予以分类为：从对高炉影响程度上将其分为核心指标和辅助指标。

18、第一维度其宏观指标包括：水分、灰分、挥发分、硫份、灰成分、催化指数(mci)、m40、m10、cri、csr、csr25、csr30、csr35、f等指标；其微观指标包括：炭气孔率、开气孔率、闭气孔率和气孔壁厚度、焦炭气孔率变化量λ、光学组织(各向同性、细粒镶嵌结构、中粒镶嵌结构、粗粒镶嵌结构、基础各向异性、类丝碳、流动结构、残碳颗粒)等指标。第二维度其核心指标包括：硫份、灰分、催化指数(mci)、m10、csr25、焦炭气孔率变化量λ、光学各向异性指数(oti)、f等指标。其辅助指标包括：水分、、挥发分、m40、cri、csr、csr30、csr35、焦炭气孔率、开气孔率、闭气孔率和气孔壁厚度、光学组织(各向同性、细粒镶嵌结构、中粒镶嵌结构、粗粒镶嵌结构、基础各向异性、类丝碳、流动结构、残碳颗粒)等指标。

19、不同温度及不同反应率的等反应性检测方法简述如下：焦样用量200g，反应器升温至400℃时开始通氮气保护，快速升温至指定(1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃)恒温条件下通入co2置换氮气，气体流量为5l/min当焦炭的失重率达到25％、30％、35％时，停止反应。切断co2，试样在n2保护下降至室温。反应后的焦炭经过ι型转鼓以20r/min的转速转30min，用大于10mm粒级的焦炭量m占反应后焦炭质量m的百分数表示焦炭的反应后强度。

20、所述捣固焦炭的灰分技术指标及其检测方法采用国标《焦炭的工业分析方法gb/t2001》中的方法检测，称取一定质量的焦炭试样，于815℃下灰化，以其残留物的质量占焦炭试样质量的百分数作为灰分含量，其控制指标一般小于13％；

21、所述硫份技术指标及其检测方法采用国标《煤中全硫的测定方法gb/t214》中的库伦滴定法检测，称取一定的焦炭试样，试样在催化剂作用下，于空气流中燃烧分解，试样中的硫生成二氧化硫并被碘化钾溶液吸收，以电解碘化钾溶液所产生的的碘进行滴定，根据电解所消耗的电量计算试样中全硫的含量，其质量控制指标一般在0.75-0.90之间；

22、所述挥发分技术指标及其检测方法采用国标《焦炭的工业分析方法gb/t2001》中的方法检测，称取一定质量的焦炭试样，置于带盖的坩埚中，在900℃下，隔绝空气加热7min后，以减少的质量占试样质量的百分率，减去该试样的水分含量，一般焦炭的挥发分控制在小于1.5％；

23、所述焦炭粒度技术指标及其检测方法采用国标《冶金焦炭的焦末含量及筛分组成的测定方法gb/t2005》中的方法检测，将冶金焦炭试样用机械筛进行筛分，计算出各粒级的质量百分比，再利用公式计算，可得到粒度组成以及冶金焦炭平均粒度的技术指标，冶金焦炭平均粒度的质量控制范围为48-55％之间；

24、所述机械强技术指标度及其检测方法采用国标《冶金焦炭机械强度的测定方法gb/t2006》中的方法检测，焦炭试样在转动的转鼓内不断地被提料板提起，跌落在钢板上，在此过程中，焦炭由于受到机械力的作用产生撞击、摩擦，使焦块沿裂纹破裂开来以及表面被磨损，用以测定焦炭的机械强度m40和耐磨强度m10，该技术指标重点关注耐磨强度m10，一般不大于6％。

25、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

26、本发明提供的一种综合考量捣固冶金焦炭性能评价体系方法解决了捣固焦炭质量评价不够客观，难以对在高炉运用中充分发挥捣鼓焦炭的优势，更有效的指导高炉稳产顺产，该发明形成了完备的评价捣固焦炭质量的评价体系方法。提高捣鼓焦炭的使用效率，不断增加对高挥发份弱粘结性及不粘结性煤的使用，保护和扩大优质炼焦煤源，通过捣固焦炭性能评价方法的运用，提高捣固焦炭的内在质量，稳定高炉操作，提升高炉利用系数。