[發(fā)明專利]測試堿金屬及鋅蒸氣對焦炭破壞作用及性能影響的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410503669.2
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104316429A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設計）人: 劉征建;李克江;張建良;鐘建波;寧曉鈞;徐潤生;王廣偉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04;G01N17/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發(fā)明涉及高爐煉鐵用焦炭領域，特別是涉及一種測試堿金屬以及鋅蒸氣對焦炭劣化及其熱態(tài)性能影響的方法。

背景技術

焦炭作為高爐最重要的燃料，在高爐中主要起著四方面的作用：1）燃燒提供能量；2）氣化提供還原氣體；3）骨架作用；4）鐵水滲碳劑。其中骨架作用為不可替代作用，特別是在當前及未來高爐大型化、高噴煤比以及礦石劣化的形式下，骨架作用愈發(fā)重要，成為限制降低焦比的重要因素。焦炭的骨架作用要求焦炭具有較高的強度，所以焦炭強度一直是焦炭最重要的指標。高爐內(nèi)的堿金屬一直以來是導致焦炭劣化的重要因素，在上世紀80年代就引起了廣泛關注，如文獻1（楊永宜等.鋼鐵.1983,18（12）：32-28）第一次建立了堿金屬循環(huán)富集的模型。近年來，隨著煉鐵原燃料質量的不斷降低，帶入高爐的堿金屬量也不斷增加，堿金屬對焦炭的劣化進一步引起了重視。文獻2（S.?Gupta等.?Fuel?Processing?Technology,?2014,?117:30-37）證實焦炭作為堿金屬的重要載體，其堿金屬富集量在高爐風口部位甚至可達焦炭中原始堿含量的15倍以上。

過去研究堿金屬對對焦炭性能的影響主要采用將焦炭侵泡在堿金屬碳酸鹽溶液（“浸堿法”），如文獻3（劉永新等.?煤炭轉化.?2008,31（3）：43-47）所述，或在煉焦時加入堿金屬碳酸鹽（“增堿法”），如文獻4（薛正良等.?煉鐵.1990,5:19-22）所述，之后再進行1100°C溶損反應測試。但是依據(jù)文獻5（趙宏博等.北京科技大學學報.2012,34(3):333-341）最新研究表明堿金屬碳酸鹽主要存在與高爐的爐身部位，其對焦炭的影響是微乎其微的，焦炭在高爐軟熔帶以下其富集堿金屬量明顯增加，劣化才明顯加重。熱力學計算表明高溫區(qū)域內(nèi)堿金屬以單質蒸氣存在而非碳酸鹽，因此傳統(tǒng)方法通過富集堿金屬碳酸鹽到焦炭內(nèi)，難以有效衡量高爐高溫區(qū)堿金屬蒸氣對焦炭劣化的影響。最新的方法如文獻6（賈國利等.發(fā)明專利,?2011:?CN?102183477?A）所述，將裝有活性炭粉和堿金屬碳酸鹽粉的剛玉坩堝放置在高溫反應容器的底部，在剛玉坩堝上防止剛玉墊圈，在墊圈上方焦炭樣品，之后通入CO₂氣體進行反應，從而測試堿金屬蒸氣對焦炭性能的影響。但是這種方法始終需要通入氣體才能進行，不能檢測堿金屬蒸氣對焦炭的單獨堿化作用，同時很大部分堿金屬蒸氣隨氣體排出爐外，不能控制焦炭的堿金屬富集量。

文獻7（S.S.?Gornostayev等.?Energy?&?Fuels.?2007,?21(5):?2637-2641）首次報道了堿金屬蒸氣對焦炭內(nèi)SiO₂的堿化（Alkalization）作用，證明堿金屬蒸氣單獨能夠對焦炭有破壞作用。文獻8（Kejiang?Li等.?Metallurgical?and?Materials?Transactions?B.?2014:?DOI:?10.1007/s11663-014-0143-7）在劣化的高爐風口焦炭中發(fā)現(xiàn)了大量的鋅化合物富集，證明了新蒸氣在高溫條件下也能夠浸入焦炭中，其對焦炭強度等性能也有重要影響。

目前還沒有一種方法能夠在測試堿金屬及鋅蒸氣對焦炭的直接破壞作用，更沒有這方面的指標能夠表征這種直接破壞作用，此問題仍是本領域亟需解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種測試堿金屬及鋅蒸氣對焦炭直接破壞作用及性能影響的裝置和方法。解決無法表征和區(qū)分高爐內(nèi)不同有害金屬蒸氣（鉀、鈉、鋅）對焦炭直接破壞作用的問題，并給出評價高溫條件下金屬蒸氣對焦炭破壞能力的量化指標，填補現(xiàn)有測試和評價有害金屬蒸氣對高爐焦炭直接破壞作用所存在的空白。

本發(fā)明所采用的技術方案是：測試堿金屬及鋅蒸氣對焦炭破壞作用及性能影響的方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：?將待測焦炭制成焦炭小球，選用粒度23-25?mm的樣品作為本實驗樣品，一次試驗稱取300?g?±?0.5g，記錄實際重量為m₁；

步驟2：?根據(jù)2C+R₂CO₃=3CO+2R(其中R為K或Na)以及ZnO+C=Zn+CO的反應式計算堿金屬碳酸鹽或氧化鋅與活性炭粉的質量比例，且實際采用活性炭粉為還原需要量的1.5倍以保證活性炭粉過量，通過瑪瑙研缽將所選用兩種粉末混合均勻，備用；

步驟3：?依據(jù)高爐解剖結果或者實驗的需求，通過需要在焦炭內(nèi)富集堿金屬或鋅的質量來計算混合粉末與焦炭的質量比；