煉鋼就會專注焦炭的質量,從焦炭的理化性質、工業分析、元素分析、冷強度、熱強度、反應性等各個方面進行分析研究,目的都是改善、提高高爐冶煉過程的透氣性、透液型,實現高爐生產的順行、高產、低耗、低成本。焦炭作為高爐主要燃料,在爐內主要起到發熱劑、還原劑、滲碳劑、料柱骨架四方面作用。隨著高爐噴吹煤比和風溫的提高,焦炭作為發熱劑、還原劑、滲碳劑的功能均被部分替代,而焦炭作為料柱的骨架作用更為重要。
高爐研究證明,按爐料在爐內的存在狀態,高爐分為五個區域,塊狀區、軟熔區、滴落區、風口循環區、渣鐵區。塊狀區爐料保持層狀分布,隨料面下降趨于水平,且料層減薄。軟熔區是由固態焦炭和黏結在一起的半熔礦石層組成,焦炭、礦石相間,礦石呈軟熔狀態,透氣性很差,煤氣流主要從焦炭層通過。滴落區是熔化的渣鐵穿過固態的焦炭空隙向下滴落的區域,此區域中焦炭長期處于穩定狀態的區域被稱為死料柱,焦炭處于松動區域的部分被稱為活性焦炭區。風口區是指風口前在鼓風作用下爐料回旋運動,風口間形成焦炭區。渣鐵區內主要是液態渣鐵及侵入其中的焦炭。
對現有爐缸內焦炭更新看法質疑
對于爐缸內焦炭更新,一般認為有三種方式:
一是死焦堆隨渣鐵液面升降變化而產生沉降、浮起運動,將沉入爐缸部分的焦炭重新上浮到風口平面進行燃燒,如此周而復始進行置換。
二是爐缸焦炭參與滲碳和渣中氧化物反應。高爐內滲碳反應從爐身已開始,經軟熔帶后,在滴落過程中鐵水與焦炭接觸良好,滲碳反應劇烈,鐵水含碳量接近飽和,到達風口區后又部分氧化,進入爐缸后再進行少量的滲碳反應。爐缸部分氧化物還原也要消耗部分焦炭。這種方式通常認為是爐缸焦炭主要更新方式。
三是爐缸焦炭分化后隨渣鐵排除爐外。
如果爐缸焦炭以種方式更新為主,這種運動實質只能更新爐缸上部很少焦炭,下部焦炭基本不參與更新。且在雙鐵口出鐵高爐的爐缸渣鐵液面升降幅度很小,從而焦炭料柱的浮沉運動減弱,爐缸焦炭更新隨之減少。
若以第二種方式更新為主,則由于脫硫、滲碳、渣中氧化物還原為界面反應,均會導致焦炭粒度變下、粉化直至消失。會產生這樣的結果:一爐缸下部焦粉聚焦,沿爐缸高度從上至下,焦粉逐步增多。二提高焦炭質量對于爐缸下部透氣性和透液性的改善沒有作用。但在高爐扒爐過程中未發現爐缸下部焦粉聚焦,沿爐缸高度從上至下焦粉逐漸增多的現象。在實際生產中,由于焦炭質量變差,出現鐵口卡焦,爐缸焦透氣性和透液性變差等現象,通過提高焦炭質量很快可改善爐缸焦炭透氣性和透液性,消除鐵口卡焦的現象。
如果爐缸焦炭以第三種方式更新,則爐缸內渣鐵運動區域應有大量焦粉聚集,但在歷次扒爐過程中均未發現這種現象,若有焦粉從鐵口排出,應會被觀察發現。
爐缸死焦堆其他運動方式的設想
將爐缸死焦堆視為一個受力單元,在死焦堆上的作用力有自身重力、渣鐵及煤氣的浮力、爐墻的摩擦力,如果所形成的合力向下,則死料柱沉坐在爐底,如果所形成的合力向上,則死料柱浮在液態渣鐵中。爐缸液態渣鐵會產生較大浮力,由于料柱重量徑向分布存在大的差異,靠近爐缸外側重力相對中心較大,通過相鄰風口間焦柱傳遞至爐缸焦炭上,且死料柱的上方為焦炭疏松區,于是焦炭在爐缸內形成由外側向下,然后中心向上的渦旋運動,進入風口回旋區進行劇烈燃燒反應,從而實現爐缸焦炭的更替。通過滲碳、脫硫、還原、渣鐵的排放,加上這種渦旋運動產生焦炭循環燃燒,終達到平衡轉態。這種爐缸運行方式,很好解釋了原觀點不能說明的現象。如果渦旋運動圓周方向均勻,則爐缸工作狀態良好,否則會出現渣鐵排放量和溫度不均勻的想象。使用中心加焦方式布料的高爐利用這種現象結束,中心焦并不能直接進入爐缸,但中心加焦可改變煤氣流的二三次分布,同事加大料柱邊沿與中心的重力差,從而加劇爐缸焦炭的渦旋運動,改善爐缸工作狀態。在扒爐過程中觀察發現,焦炭整體粒級變小,但是分布基本均勻。
綜上,由于渣鐵浮力和料柱徑向分布存在重力差,焦炭在爐缸內形成渦旋運行。改善爐缸工作狀態還要從改善焦炭質量著手,利用這種渦旋運動可改善爐缸工作。在爐況允許的情況下,適當延長出鐵間隔可加快渦旋運動,改善爐缸工作狀況。