ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГАЗИФИКАЦИИ КОКСА В УСЛОВИЯХ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА С ПОВЫШЕННЫМ КОЛИЧЕСТВОМ ВОДОРОДА И ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСЛЕРЕАКЦИОННОЙ ПРОЧНОСТИ КОКСА. Часть 4. ЭВОЛЮЦИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ КОКСА В ХОДЕ ГАЗИФИКАЦИИ В ПРИСУТСТВИИ H2 И H2O
Authors: Голубев О.В. , Черноусов П.И. , Мясоедов С.В. , Крамарь А.В. 
Published: February 2025

Применение водородсодержащих дутьевых добавок является одним из основных направлений совершенствования технологии доменной плавки последних десятилетий. Университеты и металлургические компании проводят экспериментальные исследования поведения металлургического кокса в условиях доменного процесса с повышенным количеством водорода. Несмотря на то, что исследования в области изучения процесса высокотемпературного взаимодействия кокса с реакционным газом, содержащим H2O, проведенные в различных исследовательских центрах, отличались по дизайну эксперимента, на их основе можно сделать ряд выводов. Присутствие влаги в реакционном газе существенно интенсифицирует процесс газификации кокса, особенно его поверхностных слоев. Влияние присутствия H2O на процесс газификации становится заметным при температурах выше 1000 °С (1273 К). Исследования, в которых пористость кокса после взаимодействия с реакционным газом оценивалась отдельно для внутренних и внешних областей, показали, что влияние H2O на пористость внутренних областей существенно ниже, чем на пористость внешних. Установлено, что чем больше влаги содержит реакционный газ, тем выше степень графитизации вещества кокса в конечном образце. По-видимому, H2O более активно реагирует с неупорядоченными углеродистыми структурами по сравнению с CO2. В одном из исследований было установлено, что исходный кокс содержит матрицу двух видов – с более низким и более высоким модулем упругости. При взаимодействии с H2O расходуются преимущественно матрицы кокса с более высоким модулем упругости.

The use of hydrogen-containing blast additives is one of the main areas of improvement in the technology of blast furnace smelting in recent decades. Universities and metallurgical companies are conducting experimental studies of the behavior of metallurgical coke in a blast furnace process with an increased amount of hydrogen. Even though studies in the field of studying the process of high-temperature interaction of coke with a reaction gas containing H2O, conducted in different research centers, differed in the design of the experiment, several conclusions can be drawn based on them. The presence of moisture in the reaction gas significantly intensifies the process of gasification of coke, especially its surface layers. The effect of the presence of H2O on the gasification process becomes noticeable at temperatures above 1000 °C (1273 K). Studies in which the porosity of coke after interaction with the reaction gas was evaluated separately for the inner and outer regions showed that the effect of H2O on the porosity of the inner regions is significantly lower than on the porosity of the outer regions. It has been established that the more moisture the reaction gas contains, the higher the degree of graphitization of the coke substance in the final sample. Apparently, H2O reacts more actively with disordered carbonaceous structures compared to CO2. In one study, it was found that the original coke contains a matrix of two types – with a lower and higher modulus of elasticity. When interacting with H2O, coke matrices with a higher modulus of elasticity are mainly consumed.