焦炭熱強(qiáng)度檢驗(yàn)影響因素的分析

黃繼發(fā)，黃樂枧，劉 巍

（方大特鋼科技股份有限公司，江西 南昌 330012）

1 前言

焦炭的熱強(qiáng)度是指焦炭的反應(yīng)性以及其反應(yīng)后的強(qiáng)度，它代表高爐內(nèi)焦炭和二氧化碳發(fā)生反應(yīng)后的脆化程度。但一般認(rèn)為焦炭熱態(tài)反應(yīng)性試驗(yàn)條件很難掌握，反應(yīng)后強(qiáng)度的結(jié)果波動(dòng)大。從泡焦與爐頭焦、機(jī)械制樣、熱電偶插入料層位置、氣路控制4個(gè)方面分析了對焦炭熱強(qiáng)度檢測結(jié)果的影響。

2 影響因素

2.1 泡焦與爐頭焦的影響

爐頭焦、泡焦判定標(biāo)準(zhǔn)。爐頭焦就是機(jī)焦側(cè)爐頭部分的焦炭，由于爐頭溫度散失厲害，相對標(biāo)準(zhǔn)溫度低很多，焦炭成熟度相對要差，外在表現(xiàn)主要為表面有接近煤的黑色（正常焦炭呈現(xiàn)灰白色）。泡焦是由于炭化室內(nèi)是層層結(jié)焦，靠近爐墻處最早結(jié)焦，堆料中心最晚成焦。由于中心與爐墻附近的煤溫度差，造成形成膠質(zhì)體時(shí)其壓力由中心向兩側(cè)爐墻舒展壓力，爐墻處壓力最大，中心處壓力最小，這種狀態(tài)一直保持到焦炭成熟，由于受壓力影響，越靠近爐墻處的焦炭質(zhì)量越好，越近中心的焦炭就是所謂的泡焦。外在表觀為呈蜂窩狀，整個(gè)表面布滿氣孔。

挑選泡焦與爐頭焦進(jìn)行檢驗(yàn)，熱態(tài)性能檢測結(jié)果對比見表1。

表1 焦炭熱態(tài)性能檢測結(jié)果對比 %

泡焦、爐頭焦與正常焦炭之間平均偏低11.2%，因此泡焦與爐頭焦的帶入勢必影響檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，綜合判定制樣過程應(yīng)棄去樣品中存在的少量泡焦與爐頭焦。

2.2 機(jī)械制樣對檢測結(jié)果的影響

對機(jī)械制樣與手工制樣兩種方法制樣進(jìn)行對比試驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)械制樣與手工制樣是否存在差異性。

機(jī)械制樣與手工制樣兩種方法，CRI與CSR檢測比對5 次，CRI與CSR偏差均在1.0%以下，且平均偏差分別為0.2%和0.0%，機(jī)械制樣與手工制樣檢測結(jié)果接近，機(jī)械制樣與手工制樣無差異性。

2.3 熱電偶插入料層位置的影響

對熱電偶深入套管底和留有2 cm 左右空隙進(jìn)行檢測比對，驗(yàn)證熱電偶插入不同深度對檢測的影響，對比數(shù)據(jù)見表2。

表2 熱電偶插入不同深度檢測結(jié)果對比 %

對比結(jié)果差異性較大，熱電偶插入不同深度對檢測結(jié)果影響較大。分析比對差異性主要原因還是樣品反應(yīng)過程因爐膛各部分溫度分布存在差異性，而不同測溫點(diǎn)勢必造成焦炭反應(yīng)溫度的不一致，從而引起檢測偏差。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4000—2017《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法》熱電偶測溫點(diǎn)應(yīng)在焦炭中心部分，且焦炭處于爐膛恒溫區(qū)部分（1 100±5 ℃）。熱電偶插入深度不同，即測溫點(diǎn)的不一致勢必引起焦炭所處反應(yīng)溫度的不一致，從而引入檢測偏差。而熱電偶插入料層位置由熱電偶插入反應(yīng)器深度、高鋁球（直徑200 mm）堆積高度、焦炭堆積高度三者決定。

日常熱電偶插入深度是固定的插入反應(yīng)器350 mm，反應(yīng)器本身高度也是固定的500 mm，焦炭通過稱重限制為200±0.5 g（顆數(shù)一般為24～29顆），所以只能調(diào)節(jié)高鋁球的數(shù)量，調(diào)整焦炭所處反應(yīng)器位置變動(dòng)，使熱電偶插入焦炭中心部位，這就需要測量焦炭不同數(shù)量堆積高度、不同高鋁球堆積高度，通過計(jì)算使熱電偶插入焦炭中心部位。計(jì)算公式：熱電偶插入焦炭深度=高鋁球堆積高度+焦炭堆積高度+電偶插入深度固定深度（350）-反應(yīng)器高度（500）。

對常規(guī)焦炭熱反應(yīng)性試驗(yàn)檢測焦炭顆粒數(shù)為24～29顆，對高度測量見表3、表4。

表3 焦炭堆積高度

表4 高鋁球堆積高度

因反應(yīng)器全高500 mm，熱電偶套管350 mm，根據(jù)計(jì)算公式推算出高鋁球堆積高度（mm），從而得出不同焦炭所需高鋁球數(shù)量，見表5。

表5 不同焦炭所需高鋁球數(shù)量

通過高度測量和理論計(jì)算，不同焦炭顆粒數(shù)需要選定不同顆粒數(shù)高鋁球，但焦炭顆粒數(shù)加高鋁球顆粒數(shù)穩(wěn)定在82～83顆。為方便記憶和日常檢測操作，確定最佳高鋁球和焦炭數(shù)量加入總數(shù)為82或83顆。

2.4 氣路控制的影響

現(xiàn)焦炭熱檢驗(yàn)設(shè)備絕大部分采用自動(dòng)控制，設(shè)備存在偶爾電磁閥故障現(xiàn)象，引起串氣，造成檢測結(jié)果的偏離。通過給氣路加裝氣體過濾系統(tǒng)，凈化氣體，并在原有基礎(chǔ)上由單個(gè)電磁閥控制，改為雙電磁閥控制（只有在雙電磁閥同時(shí)故障時(shí)才會(huì)發(fā)生串氣），有效避免了因電磁閥故障所引起的檢測偏差。

3 結(jié)論

3.1 泡焦與爐頭焦的帶入影響檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，制樣過程應(yīng)棄去樣品中存在的少量泡焦與爐頭焦。

3.2 機(jī)械制樣可代替手工制樣。

3.3 通過測量反應(yīng)器本身高度、焦炭堆積高度、高鋁球高度，可調(diào)整熱電偶插入焦炭中心部位。

3.4 通過給氣路自動(dòng)控制系統(tǒng)加裝氣體過濾系統(tǒng)，凈化氣體，同時(shí)在原有基礎(chǔ)上由單個(gè)電磁閥控制，改為雙電磁閥控制（只有在雙電磁閥同時(shí)故障時(shí)才會(huì)發(fā)生串氣），可有效避免因電磁閥故障所引起的檢測偏差。