[資料]焦炭性能研究與應(yīng)用(論文)

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1、木文介紹了焦炭燃燒的棊木原理，對焦炭的各種成分和性能進行了研究和論述，進而就焦炭性能變化對沖天爐熔煉鐵水質(zhì)最的影響進行分析，為在實際生產(chǎn)屮鑄造廠家選擇使用不同的焦炭提供理論依據(jù)。_>一、HOS沖天爐熔煉所用燃料以焦炭為主，在某些情況下還附加煤粉、重油、天燃氣等燃料。沖天爐熔煉用焦炭種類較多，常用的有鑄造焦、冶金焦、成型焦、土焦等。在工業(yè)生產(chǎn)中對焦炭質(zhì)量性能進行分析包括兩部分，首先是其組成成分，有固定碳、灰分、揮發(fā)分、含硫量和水分，第二是焦炭的塊度、強度、氣孔率、密度、反應(yīng)性等物理性質(zhì)（稱為第二類性能）。鑄鐵在沖天爐內(nèi)的熔煉過程，實際上是金屬爐料經(jīng)過重熔以獲得預(yù)定

2、的鐵水成份和溫度的過程，這一過程所需的大量熱能和高溫是靠焦炭燃燒來提供的。因此，焦炭質(zhì)量的優(yōu)劣將對沖天爐熔煉鐵水質(zhì)量起決定性作用。但是，對于焦炭的某些性能指標(biāo)（如灰份、強度、塊度等）在個別工廠尤其是一些小工廠的生產(chǎn)過程中并未引起足夠的重視，從而導(dǎo)致了熔煉廢品的增多和成木的增高，同時對這些性能的定量研究工作也還做得不多?本文擬根據(jù)近年來國內(nèi)外有關(guān)這方面的理論研究和生產(chǎn)實踐就焦炭性能對沖天爐熔煉的影響作簡要論述。二、焦炭燃燒基本原理焦炭的燃燒主要是焦炭中固定碳與空氣中氧氣在焦炭表面發(fā)生激烈化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，碳的化學(xué)反應(yīng)在不同的條件下將以不同方式進行。當(dāng)空氣供給充足時，

3、發(fā)生完全燃燒反應(yīng):C+02—C02+34070kj/kg（C）當(dāng)空氣供給不充足時，發(fā)生不完全燃燒反應(yīng)：C+1/202…C0+10270kj/kg（C）當(dāng)CO又遇到空氣時，則會再次燃燒繼續(xù)放出熱量：CO+1/2O2—C02+23800kj/kg（C）除以上氧化放熱反應(yīng)外，焦炭燃燒過程中還有一個還原吸熱反應(yīng)：CO2+C-2CO-12628kj/kg（C）可見，爐氣中co的比例越大，其化學(xué)熱損失也越大，但是，為了減少硅、猛等元素的氧化燒損，保證鐵液冶金質(zhì)量，爐氣中要有一定數(shù)量的co。沖天爐內(nèi)焦炭固定碳的完全燃燒程度，一般是以碳燃燒后燃燒產(chǎn)物中二氧化碳和一氧化碳所占的相

4、對百分比來表示，BIJ：nv=co2/（co+co2）xioo%式屮z為燃燒比（％）；co、CO2為爐氣屮CO和CO2的體積百分比（％）。當(dāng)nv=ioo%時即表示碳被完全燃燒，燃燒后完全呈二氧化碳存在于爐氣中。燃燒比（Hv）愈高，則表示碳燃燒的完全程度愈大，獲得的熱量愈多，焦炭的利用率愈高。可見，從燃料充分利用的角度出發(fā)，希望焦炭燃燒后的燃燒比（Hv）愈高愈好。但是從碳燃燒熱力學(xué)特性來看，燃燒產(chǎn)物中存在著-氧化碳是不可避免的。更重要的是沖天爐熔煉過程中，為保證鐵水質(zhì)量，耍求爐內(nèi)氣氛為弱氧化氣氛。因此，在不同焦耗量條件下，燃燒比通常應(yīng)當(dāng)控制在40%-60%的范圍內(nèi)

5、。根據(jù)氣體流動特性，焦炭的燃燒包括空氣中的氧向焦炭表面擴散并被2吸附，發(fā)生氧化反應(yīng)生成氣相產(chǎn)物，而后脫附與擴散離開焦炭表面這樣一系列過程。燃燒過程進行得快慢，取決于擴散速度和化學(xué)反應(yīng)速度，而且受其中進行較慢的一方制約。由于在溫度高于800度時，化學(xué)反應(yīng)速度往往大于擴散速度，所以，沖天爐內(nèi)焦炭燃燒的快慢主要由擴散速度決定。凡是能夠提高氣流速度、加大焦炭與氣流的接觸面積、提高風(fēng)溫和增加氧氣含量的措施，均可提高擴散速度，強化焦炭的燃燒。沖天爐內(nèi)的燃燒過程是在底焦中進行的，根據(jù)焦炭燃燒的化學(xué)反應(yīng)，可將底焦燃燒反應(yīng)劃分為兩個反應(yīng)區(qū)段：氧化帶——從主排風(fēng)口到自由氧基本耗盡，

6、CO?濃度達到最大值的區(qū)域，發(fā)生下列反應(yīng)：C+C)2CC)2C+I/2O2——coCO+I/2O2——co.述原帶一一從氧化帶頂面到爐氣中CO和CO2含量基本不變的區(qū)域，CO2被高溫的焦炭還原：CO2+C—2CO；由于從風(fēng)口引入的空氣流容易偏向爐壁，產(chǎn)生“爐壁效應(yīng)”，造成底焦燃燒不均勻、爐氣及爐溫分布不均勻，形成了中心下凹的氧化帶和還原帶。而且，沖天爐內(nèi)徑愈大，上述現(xiàn)象愈加嚴重，給熔煉帶來不利影響。女口：不易形成集屮的高溫區(qū)，不利于鐵液過熱；加速爐襯侵蝕；增大爐壁的散熱損失，降低爐子的熱效率；鐵料熔化不均勻，料柱不能平穩(wěn)下降，容易混料，影響鐵液成分。因而，應(yīng)設(shè)法

7、防止或改善。采用適當(dāng)增大焦炭塊度,3而且塊度均勻，用小風(fēng)口送風(fēng)或采用插入式風(fēng)嘴，采用曲線爐膛，對大型沖天爐采用中央送風(fēng)等，都是改善底焦燃燒的有效措施。熔煉過程中，為使消耗的底焦得到層焦的補充，送風(fēng)量必須與焦炭消耗量相適應(yīng)。三、焦炭成分和性能對鐵水熔煉的影響1、焦炭固定碳、灰分的影響固定碳含量愈高，阻礙燃燒反應(yīng)和影響鐵水吸熱的灰分就愈少，熔煉過程中由灰分形成渣量也相應(yīng)減少。因而有利于提高爐溫，強化了焦炭對鐵水的對流傳熱，有利于鐵水的過熱。可見采用低灰分的高碳焦炭，是提高沖天爐鐵水溫度的一條有效途徑。發(fā)熱量與灰分的直接關(guān)系為：Q=8000(1-A)式中:Q——焦炭發(fā)

8、熱量(Kcal/kg)A