[发明专利]一种模拟测试碱金属对焦炭劣化影响的方法

说明书

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℃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℃-1300℃)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1100℃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800℃-900℃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℃以下)较低的限制无法测试1100℃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℃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+R₂CO₃＝3CO+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℃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℃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℃-1250℃，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℃，然后开始通入5l/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℃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，该指标可代表焦炭吸收钾蒸气和钠蒸气的最大能力；