焦炭反應性與反應后強度的關系及其影響因素探討

鐘聲沙泥亞木·阿不都熱依木

(1新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，830011)

(2烏魯木齊質量技術檢驗檢測研究院，830000)

焦炭反應性與反應后強度的關系及其影響因素探討

鐘聲1沙泥亞木·阿不都熱依木2

(1新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，830011)

(2烏魯木齊質量技術檢驗檢測研究院，830000)

焦炭熱強度是反應焦炭熱態性能的一項機械強度指標，能夠準確表現出焦炭在使用環境的溫度和氣氛下，同時經受熱應力和機械力時，抵抗磨損和破碎的能力，基于此本文將對焦炭反應與反應后強度之間的關系及其影響因素進行探討，以期能夠改善焦炭的熱性能。

焦炭反應性；反應后強度；影響因素

焦炭反應性（CRI）與反應后強度（CSR）是評價焦炭質量最重要的性能指指標之一，焦炭在高爐煉鐵、鑄造化鐵和固定床氣化過程中，均能夠與二氧化碳、氧氣和水蒸氣發生化學反應，其反應性質量直接影響到工業生產效率，為了增強對焦炭性能的了解，從CRI和CSR兩項指標出發，為生產合格的焦炭等生產活動提供指導。

1 焦炭反應性與反應后強度的關系

根據國標（GB/T400-2008）規定的CRI和CSR測定方法，對某企業焦炭質量進行抽樣檢查，并對數據進行分析，發現二者之間的關系呈現負相關性，如圖1所示，當CRI值越高，CSR值越高，實踐證明CRI值越高對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鍵，實踐經驗表明在冶煉過程中一般控制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焦炭質量的要求。

圖1 CRI和CSR的關系圖

2 焦炭冷態強度與熱態強度

焦炭冷態強度的指標包括抗碎強度M40、M25和耐磨強度M10，熱態強度的指標包括CRI和CSR，為了更加清晰的探究CRI和CSR的關系，筆者將焦炭冷態強度與熱態強度指標進行比較，如表1所示。

表1 焦炭冷態強度與熱態強度指標比較（%）

從表1的數據中可以看出焦炭熱態強度與冷態強度之間并沒有明顯的相關關系，焦炭冷態強度指標好的熱態強度不一定好，而熱態性能好的焦炭其冷態強調指標較好，并且在對焦炭產品質量檢測過程中發現焦炭的冷態強度合格并不代表焦炭的熱反應一定好，因此對于焦炭產品生產企業而言，應該在保證焦炭的冷態強度合格的同時更加關注焦炭的熱態強度指標。

3 影響因素分析

3.1 反應溫度

為了驗證反應溫度對焦炭熱態性能的影響，筆者對同種焦炭在不同溫度下進行試驗，其實驗結果如表2所示，控制反應溫度在（1100±5）℃之間，如果反應溫度超出范圍，就會導致反應失去平衡狀態，出現CRI上升、CSR下降的情況，導致測定的的結果出現偏差。

表2 反應溫度對焦炭熱態性能的影響

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%，對反應性能的影響并不明顯，但是在高堿負荷的高爐中，由于堿循環使得鉀、鈉的含量達到3%左右，會明顯影響焦炭反應性。為此筆者將焦炭試樣放在烘箱內烘烤2個小時，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個小時，烘干之后測定其CRI、CSR，結果如表3所示。從表格中的數據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，焦炭的裂紋粉化現象更加嚴重，嚴重影響焦炭質量，這是因為堿金屬在焦炭反應過程中起到了催化作用，其反應式為C+CO2=2CO。

表3 堿金屬對焦炭熱態性能的影響

3.3 鈍化劑硼砂

除了堿金屬會對焦炭反應性造成嚴重影響，非金屬元素硼也會因為產生電負性粒子而阻礙氧對碳的反應，抑制一氧化碳的生成，并減少碳溶損失，降低焦炭的反應性，基于此筆者采用硼砂作為鈍化劑進行實驗，探索其對焦炭熱性能的影響作用。將焦炭試樣放在烘箱內烘烤2個小時，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個小時，烘干之后測定其CRI、CSR，結果如表4所示。

表4 硼砂溶液對焦炭熱態性能的影響

根據實驗發現，經過硼砂溶液處理的焦炭樣品，比沒有經過處理的樣品CRI降低、CSR增加，并且經過濃度為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品生產企業可以采用7%的硼砂溶液處理用于生產的焦炭原材料，以取得更好的生產效果。

4 結語

綜上所述，焦炭反應性與反應后強度是負相關關系，影響焦炭熱性能的主要因素包括反應溫度、堿金屬以及鈍化劑硼砂，只有明確并解決影響因素對焦炭反應性的干擾，才能改善焦炭反應性能，降低生產成本提高企業經濟效益。

[1]陰雨蒙蒙.焦炭反應性及反應后強度試驗影響因素分析[J].煤質技術,2016,04:32-34.

[2]劉紅霞.焦炭反應性及反應后強度檢測的影響因素分析[J].華北國土資源,2014,06:89-90.