焦炭反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系及其影響因素探討

鐘聲沙泥亞木·阿不都熱依木

(1新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，830011)

(2烏魯木齊質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，830000)

焦炭反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系及其影響因素探討

鐘聲1沙泥亞木·阿不都熱依木2

(1新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，830011)

(2烏魯木齊質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，830000)

焦炭熱強(qiáng)度是反應(yīng)焦炭熱態(tài)性能的一項(xiàng)機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)，能夠準(zhǔn)確表現(xiàn)出焦炭在使用環(huán)境的溫度和氣氛下，同時(shí)經(jīng)受熱應(yīng)力和機(jī)械力時(shí)，抵抗磨損和破碎的能力，基于此本文將對(duì)焦炭反應(yīng)與反應(yīng)后強(qiáng)度之間的關(guān)系及其影響因素進(jìn)行探討，以期能夠改善焦炭的熱性能。

焦炭反應(yīng)性；反應(yīng)后強(qiáng)度；影響因素

焦炭反應(yīng)性（CRI）與反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）是評(píng)價(jià)焦炭質(zhì)量最重要的性能指指標(biāo)之一，焦炭在高爐煉鐵、鑄造化鐵和固定床氣化過(guò)程中，均能夠與二氧化碳、氧氣和水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)性質(zhì)量直接影響到工業(yè)生產(chǎn)效率，為了增強(qiáng)對(duì)焦炭性能的了解，從CRI和CSR兩項(xiàng)指標(biāo)出發(fā)，為生產(chǎn)合格的焦炭等生產(chǎn)活動(dòng)提供指導(dǎo)。

1 焦炭反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)國(guó)標(biāo)（GB/T400-2008）規(guī)定的CRI和CSR測(cè)定方法，對(duì)某企業(yè)焦炭質(zhì)量進(jìn)行抽樣檢查，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)二者之間的關(guān)系呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，如圖1所示，當(dāng)CRI值越高，CSR值越高，實(shí)踐證明CRI值越高對(duì)焦炭的破壞程度越大，焦炭在高爐中的疏松骨架作用越差，因此降低CRI值是改善高溫性能的關(guān)鍵，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明在冶煉過(guò)程中一般控制CRI值在22.5%-32.5%之間，CSR值在55.0%-67.0%之間，基本上是可以滿足高爐煉鐵對(duì)焦炭質(zhì)量的要求。

圖1 CRI和CSR的關(guān)系圖

2 焦炭冷態(tài)強(qiáng)度與熱態(tài)強(qiáng)度

焦炭冷態(tài)強(qiáng)度的指標(biāo)包括抗碎強(qiáng)度M40、M25和耐磨強(qiáng)度M10，熱態(tài)強(qiáng)度的指標(biāo)包括CRI和CSR，為了更加清晰的探究CRI和CSR的關(guān)系，筆者將焦炭冷態(tài)強(qiáng)度與熱態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行比較，如表1所示。

表1 焦炭冷態(tài)強(qiáng)度與熱態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)比較（%）

從表1的數(shù)據(jù)中可以看出焦炭熱態(tài)強(qiáng)度與冷態(tài)強(qiáng)度之間并沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)好的熱態(tài)強(qiáng)度不一定好，而熱態(tài)性能好的焦炭其冷態(tài)強(qiáng)調(diào)指標(biāo)較好，并且在對(duì)焦炭產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度合格并不代表焦炭的熱反應(yīng)一定好，因此對(duì)于焦炭產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)而言，應(yīng)該在保證焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度合格的同時(shí)更加關(guān)注焦炭的熱態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)。

3 影響因素分析

3.1 反應(yīng)溫度

為了驗(yàn)證反應(yīng)溫度對(duì)焦炭熱態(tài)性能的影響，筆者對(duì)同種焦炭在不同溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，控制反應(yīng)溫度在（1100±5）℃之間，如果反應(yīng)溫度超出范圍，就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)失去平衡狀態(tài)，出現(xiàn)CRI上升、CSR下降的情況，導(dǎo)致測(cè)定的的結(jié)果出現(xiàn)偏差。

表2 反應(yīng)溫度對(duì)焦炭熱態(tài)性能的影響

1 1 0 0 3 0．1 5 5．3 1 1 1 0 3 5．6 5 1．4

3.2 堿金屬

用于煉鐵的焦炭本身含有的鉀、鈉等堿金屬含量比較低，一般小于0.5%，對(duì)反應(yīng)性能的影響并不明顯，但是在高堿負(fù)荷的高爐中，由于堿循環(huán)使得鉀、鈉的含量達(dá)到3%左右，會(huì)明顯影響焦炭反應(yīng)性。為此筆者將焦炭試樣放在烘箱內(nèi)烘烤2個(gè)小時(shí)，再將其倒入燒杯中的K2CO3溶液中，浸泡30分鐘后撈出，再次放入烘箱中烘烤2個(gè)小時(shí)，烘干之后測(cè)定其CRI、CSR，結(jié)果如表3所示。從表格中的數(shù)據(jù)可以看出隨著堿溶液濃度不斷增大，焦炭樣品吸附的堿量也在不斷增加，不加堿的焦炭反應(yīng)后的平均粒度比加間的焦炭大。而隨著CRI值不斷增加，焦炭的裂紋粉化現(xiàn)象更加嚴(yán)重，嚴(yán)重影響焦炭質(zhì)量，這是因?yàn)閴A金屬在焦炭反應(yīng)過(guò)程中起到了催化作用，其反應(yīng)式為C+CO2=2CO。

表3 堿金屬對(duì)焦炭熱態(tài)性能的影響

3.3 鈍化劑硼砂

除了堿金屬會(huì)對(duì)焦炭反應(yīng)性造成嚴(yán)重影響，非金屬元素硼也會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生電負(fù)性粒子而阻礙氧對(duì)碳的反應(yīng)，抑制一氧化碳的生成，并減少碳溶損失，降低焦炭的反應(yīng)性，基于此筆者采用硼砂作為鈍化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探索其對(duì)焦炭熱性能的影響作用。將焦炭試樣放在烘箱內(nèi)烘烤2個(gè)小時(shí)，再將其倒入燒杯中的硼砂溶液中，浸泡5分鐘后撈出，再次放入烘箱中烘烤2個(gè)小時(shí)，烘干之后測(cè)定其CRI、CSR，結(jié)果如表4所示。

表4 硼砂溶液對(duì)焦炭熱態(tài)性能的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)硼砂溶液處理的焦炭樣品，比沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的樣品CRI降低、CSR增加，并且經(jīng)過(guò)濃度為7.1%的硼砂溶液處理后的焦炭熱性能得到最好程度的改善，因此筆者建議焦炭產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可以采用7%的硼砂溶液處理用于生產(chǎn)的焦炭原材料，以取得更好的生產(chǎn)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，焦炭反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度是負(fù)相關(guān)關(guān)系，影響焦炭熱性能的主要因素包括反應(yīng)溫度、堿金屬以及鈍化劑硼砂，只有明確并解決影響因素對(duì)焦炭反應(yīng)性的干擾，才能改善焦炭反應(yīng)性能，降低生產(chǎn)成本提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陰雨蒙蒙.焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)影響因素分析[J].煤質(zhì)技術(shù),2016,04:32-34.

[2]劉紅霞.焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度檢測(cè)的影響因素分析[J].華北國(guó)土資源,2014,06:89-90.