任玉明^1，2，薛改凤^1，2，宋子逵^1，2，王元生^1，2

( 1． 炼焦煤利用湖北省重点实验室，湖北武汉430080; 2． 武钢研究院，湖北武汉430080)

摘 要: 对武钢容积为3 200 m³级高炉在不同富氧率下的入炉焦、风口焦取样对比分析，研究了风口焦的平均粒度、显微结构的变化趋势。结果表明，随着富氧率的提高，风口焦的平均粒度有变小的趋势，特别是粒度大于25 mm 的比例降低明显; 随着富氧率的升高，风口焦显微结构组成中的各项异性结构降低明显，影响焦炭强度。这些情况表明，当高炉生产提高富氧率时，需要关注焦炭的粒度降解状况。

关 键 词: 风口焦; 富氧率; 粒度; 显微结构

随着高炉炼铁技术的发展，富氧喷煤、高风温等技术不断地在高炉炼铁生产实践中得到应用，在当前严峻的钢铁行业形势下，为了降低炼铁成本，越来越多的高炉开始采取提高富氧率的方法，来提高高炉冶炼强度，从而实现降低高炉焦比、低成本冶炼的目的。高炉提高富氧率后，必然会给生产带来很多变化，特别是高炉中焦炭的变化，对高炉操作的顺行影响很大。研究富氧率提高后高炉中焦炭的粒度降解和显微结构变化规律，可以为高炉操作提供指导，对高炉生产的顺行意义重大^［1-3］。

本文通过对武钢容积为3 200 m³级高炉在不同富氧率下的入炉焦、风口焦的对比分析，研究了富氧率提高后，高炉中焦炭的粒度和显微结构的变化规律。

1   焦炭取样及分析方法

焦炭取样方法: 固定选取武钢1 座容积为3 200 m³的高炉，当其富氧率发生变化后，在高炉休风时，选取高炉休风前3 天的生产样，进行多次取样作为入炉焦; 通过风口取样机向内延伸的方式在高炉固定风口进行多次取样，对取得的焦炭样用手工去掉粘附于焦炭表面的铁渣后作为风口焦。

焦炭分析方法: 对取得的入炉焦、风口焦按照国家标准进行粒度分布和显微结构测定，其中风口焦的粒度由于没有相关国家标准，采用根据经验选定的粒级进行粒度分布测定，并按下式计算算术平均粒度D_s。

式中: a_i为i 筛级焦炭的质量分数，%; d_i为i 筛级焦炭的平均粒度，其值等于1 /2 最大粒度+ 1 /2最小粒度，mm。

2   试验结果与分析

2． 1 焦炭的粒度分析

本次试验共取得富氧率分别为0、0． 8 %、5%时的3 批焦炭样，对其进行分批处理，对入炉焦和风口焦按照焦炭分析方法计算其各粒级百分比和算术平均粒度，取每批焦炭样的平均值作为入炉焦、风口焦的各粒级百分比和平均粒度结果，具体数据见表1 和表2。

由表1 可见，各批入炉焦的平均粒度均在55． 02 ～ 55． 26 mm 之间，最大仅差0． 24 mm，从焦炭的粒度组成分布来看，小于25 mm 比例占1． 84% ～ 3． 50 %，大于80 mm 比例占5． 61 % ～ 6． 47%，其余各部分的比例也相差不大，这说明各批入炉焦的粒度较一致，并且质量较好。

由表2 可见，随着高炉冶炼富氧率的提高，风口焦的平均粒度从32． 46 mm 下降到21． 62 mm，特别是大于25 mm 的比例从69． 39 % 下降到34． 7 %，这会导致高炉风口回旋区的透气性、透液性变差。由此可见，虽然高炉冶炼采用富氧鼓风，对高炉降低焦比、燃料比起着重要的积极作用，但当高炉冶炼富氧率升高到一定比例时对高炉的冶炼将会产生一定负作用。

由表1 和表2 可见，风口焦的平均粒度与入炉焦的平均粒度总体上说相差很大，并且随着富氧率的升高差距有变大的趋势，在富氧率为5 %时，入炉焦与风口焦的平均粒度相差达到33． 64mm，相当于粒径减小了60． 9 %，这些情况表明，焦炭进入高炉以后，在高炉内经历了十分严重的粒度降解变化，特别是富氧率提高后，这种情况更严重。

2． 2 风口焦的显微结构分析

本次试验共取得富氧率分别为0、0． 8 %、5 %时的3 批焦炭样，对其分批进行处理，对入炉焦和风口焦分别选取具有代表性的部分制片后进行焦炭显微结构分析，取每批焦炭样的显微结构分析结果的平均值作为入炉焦、风口焦的显微结构结果，具体数据见表3 和表4。

由表3 可见，各批入炉焦的显微结构中的各项异性结构( 粗粒+ 细粒) 在64 % ～ 66 % 之间，Σ ISO 结构( 惰性+ 同性) 在31 % ～ 33 % 之间，相差不大，这说明各批入炉焦的显微结构组成较一致。

由表4 可见，随着富氧率的升高，风口焦显微结构组成中的各项异性结构降低明显，在富氧率升高到5 %时，其从45 %下降到21 %，由于焦炭显微结构组成中的各项异性结构对焦炭的冷热强度起着重要的支撑作用，其比例的大幅度降低，会导致风口焦的强度急剧下降，粒度变小、粉末量增多，影响高炉风口回旋区的透气性、透液性。

从表3 和表4 还可以发现，与入炉焦相比，各批风口焦显微结构组成中的Σ ISO 结构都呈上升的趋势，上升幅度为16 % ～ 43 %。这说明武钢容积为3 200 m³级高炉，在现有的生产条件下，高炉焦炭显微结构组成中的Σ ISO 结构的抗碱金属侵蚀能力大于各项异性结构，而焦炭显微结构组成中的Σ ISO 结构主要来源于自低变质程度、高挥发份炼焦煤( 气煤类煤) ，这给我们今后的炼焦配煤工作带来提示，对于武钢容积为3 200 m³ 的高炉用焦炭，在保持现有焦炭的冷热强度的前提下，可以适当提高低变质程度、高挥发份炼焦煤的配用比例，从而提高焦炭的抗碱金属侵蚀能力，缓解高炉焦炭的粒度降解。

3   结语

1) 风口焦的平均粒度与入炉焦的平均粒度总体上说相差很大，并且随着富氧率的升高差距有变大的趋势，这说明焦炭进入高炉以后，在高炉内经历了十分严重的粒度降解变化。

2) 随着高炉冶炼富氧率的提高，风口焦的平均粒度有变小的趋势，特别是大于25 mm 的比例下降明显，会导致高炉风口回旋区的透气性、透液性变差。

3) 随着高炉冶炼富氧率的提高，风口焦显微结构组成中的各项异性结构降低明显，会导致风口焦的强度急剧下降，粒度变小、粉末量增多，影响高炉风口回旋区的透气性、透液性。

4) 与入炉焦相比，风口焦显微结构组成中的Σ ISO 结构呈上升的趋势，这说明武钢容积为3 200 m³级高炉，在现有的生产条件下，高炉焦炭显微结构组成中的Σ ISO 结构的抗碱金属侵蚀能力大于各项异性结构。

［参 考 文 献］

［1］ 周师庸，叶菁，郭继平，等． 富氧喷煤条件下高炉内焦炭显微结构的研究［J］． 钢铁，1997(8) : 1-5．

［2］ 徐君，赵俊国． 富氧喷煤在大高炉中焦炭粒度和强度的变化［J］． 燃料与化工，2011(5) : 120-123．

［3］ 丁明旺． 高炉合理富氧量的探讨［J］． 冶金动力，1999(5) : 51-54．