研究焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系及影響因素

張晨

摘要：針對焦炭的反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度，在簡單介紹試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，對這兩者之間的相互關(guān)系與影響因素進(jìn)行深入分析，以此為焦炭質(zhì)量分析評價(jià)和改善提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：焦炭反應(yīng)性;反應(yīng)后強(qiáng)度

高爐中的焦炭具有燃料、骨架與還原劑等重要作用，從大高爐角度講，骨架的作用至關(guān)重要。為對焦?fàn)t質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，需要參考反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)，明確兩者之間的相互關(guān)系和影響因素。

1試驗(yàn)方法

（1）焦炭反應(yīng)性

根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，取適量試樣放到反應(yīng)器當(dāng)中，于1100±5℃的溫度條件和CO₂發(fā)生反應(yīng)，2h后，取試樣質(zhì)量損失為反應(yīng)性結(jié)果。

（2）反應(yīng)后強(qiáng)度

根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，將反應(yīng)后的焦炭采用I型轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行共轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為20r/min，持續(xù)30min，待轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到600后，將試樣取出進(jìn)行篩分、稱重和記錄，粒徑超過10mm的部分，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)即為反應(yīng)后強(qiáng)度。

（3）取樣和制樣方法

根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取樣，在取樣和制樣過程中，應(yīng)對設(shè)備密封性、各階段氣體實(shí)際流速及升溫速度等進(jìn)行嚴(yán)格控制。

2反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度之間的關(guān)系

采用以上試驗(yàn)方法分析焦炭，明確反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度之間的關(guān)系。由分析結(jié)果可知，反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度之間為負(fù)相關(guān)，當(dāng)反應(yīng)性降低時(shí)，反應(yīng)后強(qiáng)度增加。焦炭試樣的反應(yīng)性為24%-28%，均值26.13%;反應(yīng)后強(qiáng)度為63%-69%，均值65.67%，該焦炭具有的熱態(tài)性能能適應(yīng)高爐煉鐵提出的要求^[1]。

3焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)性能對比

（1）高爐受冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度的影響對比

M₄₀與M₁₀為綜合反映冷態(tài)性能關(guān)鍵指標(biāo)。對焦炭而言，其M₄₀相對較高，但M₁₀卻較低，這對塊狀帶透氣性有效提高有利，能對爐況順行程度予以改善。經(jīng)實(shí)踐可知，當(dāng)M₄₀變化±1%時(shí)，產(chǎn)量將發(fā)生±1.22-1.43%的變化，而綜合焦比將發(fā)生±0.57-0.61%的變化，相比之下，M₁₀造成的影響往往更大。對此，在保證M₄₀的基礎(chǔ)上，應(yīng)對M₁₀進(jìn)行有效控制。對于反應(yīng)后強(qiáng)度，當(dāng)變化±1%時(shí)，產(chǎn)量將發(fā)生±0.52-0.58%的變化，而綜合焦比將發(fā)生±0.32%的變化。M₄₀在71.1-83.2%范圍內(nèi)，當(dāng)其提高1%時(shí)，利用系數(shù)提高1.22-1.43%，綜合焦比降低0.57-0.61%;M₁₀在7.27-9.90%范圍內(nèi)，當(dāng)其降低1%時(shí)，利用系數(shù)提高4.53-5.15%，綜合焦比降低2.72-2.93%;反應(yīng)性在22.0-39.0%范圍內(nèi)，當(dāng)其降低1%時(shí)，利用系數(shù)提高0.72-0.82%，綜合焦比降低0.51-0.56%;反應(yīng)后強(qiáng)度在46.0-64.9%范圍內(nèi)，當(dāng)其提高1%時(shí)，利用系數(shù)提高0.52-0.58%，綜合焦比降低0.32%。

（2）冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度關(guān)系

為對這兩者關(guān)系進(jìn)行分析，需對現(xiàn)有檢測數(shù)據(jù)實(shí)施對比。根據(jù)對比結(jié)果可知，M₄₀、M₁₀和反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度無直接關(guān)系。當(dāng)焦炭的冷強(qiáng)度指標(biāo)相對較好時(shí)，它的熱態(tài)強(qiáng)度可能較低。對焦炭進(jìn)行質(zhì)量檢測后可見，機(jī)械強(qiáng)度可達(dá)到要求，并不能說明焦炭具有良好熱反應(yīng)性。對此，企業(yè)需要在保證焦炭具有良好冷態(tài)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，保證熱態(tài)性能^[2]。

4焦炭熱態(tài)性能主要影響因素

（1）水分

為明確焦炭熱態(tài)性能受水分這一因素的影響，需測試反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度對應(yīng)的水分含量，同時(shí)予以相關(guān)及回歸分析。由分析結(jié)果可知，水分含量和反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度均存在相關(guān)性，和理論分析結(jié)果吻合，因焦炭水分發(fā)生波動(dòng)會使入爐干焦量明顯變化，所以水分保持穩(wěn)定比水分?jǐn)?shù)值重要，并且如果焦粉的含水分較高，將黏附于焦塊，無法被篩除而進(jìn)入到高爐當(dāng)中，影響焦炭的質(zhì)量，使篩分與透氣性均變差。當(dāng)水分增加1%時(shí)，應(yīng)增加1.1%-1.3%的焦炭。如果焦炭的含水量達(dá)到4%以上，則爐塵量將顯著提高，使高爐順行明顯變差。因此，當(dāng)水平較低時(shí)，水分保持穩(wěn)定能有效提高熱性能。

（2）熄焦方法

為對各種熄焦方式對應(yīng)的熱性能情況進(jìn)行對比，從焦?fàn)t中分別選取沒有經(jīng)過噴水處理的干熄焦與經(jīng)噴水處理的濕焦實(shí)施檢驗(yàn)，其結(jié)果為：①反應(yīng)后強(qiáng)度：干熄焦平均值為71.52%，濕熄焦平均值為66.16%，提高5.36%;②反應(yīng)性：干熄焦平均值為22.84%，濕熄焦平均為26.76%，降低3.92%。

由以上結(jié)果可知，干熄焦強(qiáng)度高于濕焦，但反應(yīng)性有所下降。這是因?yàn)楦上ń钩四軐t焦顯熱進(jìn)行回收，還能對焦炭的質(zhì)量予以改善，同時(shí)減少污染。當(dāng)配比相同，同時(shí)煉焦條件保持不變時(shí)，對干熄焦而言，其熱性能高于濕熄焦。

（3）配煤結(jié)構(gòu)

焦煤和肥煤之間為正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.586，兩者的回歸分析方程可表示為：肥煤=13.1+0.191焦煤;而氣煤和焦煤之間為負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.640，兩者的回歸分析方程可表示為：焦煤=48.5-0.716氣煤;其它不同煤間也存在一定相關(guān)性，且有著較為復(fù)雜的交互作用，彼此影響，在配煤過程中需要綜合考慮^[3]。

配煤是影響焦炭質(zhì)量主要因素之一，針對大型高爐，其焦煤的膠質(zhì)層厚度應(yīng)達(dá)到16-20mm以上。從焦炭熱性能角度講，反應(yīng)性對瘦煤、焦煤和肥煤的影響較為顯著，而反應(yīng)后強(qiáng)度對瘦煤與焦煤的影響較為顯著，需要以焦煤資源實(shí)際情況為依據(jù)，經(jīng)對配煤的優(yōu)化來制得滿足要求的焦炭，以此提高堿度指數(shù)，起到降低反應(yīng)性并改善反應(yīng)后強(qiáng)度的作用。

5結(jié)束語

反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度為衡量高爐內(nèi)焦炭實(shí)際行為的關(guān)鍵指標(biāo)，兩者為負(fù)相關(guān)，通過對線性方程的分析，不僅能預(yù)測焦炭熱性質(zhì)，而且還能為焦炭測定奠定良好基礎(chǔ)。焦炭冷、熱態(tài)強(qiáng)度之間無顯著關(guān)聯(lián)。當(dāng)冷態(tài)強(qiáng)度較好時(shí)，其熱態(tài)強(qiáng)度可能并不好。對此需要在保證冷態(tài)的基礎(chǔ)上，保證熱態(tài)性能。水分、熄焦方法和配煤結(jié)構(gòu)是影響焦炭熱態(tài)性能的重要因素，應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求進(jìn)行調(diào)整和改善，以保證熱態(tài)性能。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘聲，沙泥亞木·阿不都熱依木.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[J].化工管理，2017（23）：137.

[2]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+22.

[3]趙志娟.焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度影響因素及預(yù)測模型的研究[J].煤炭與化工，2013，36（06）：106-109.

（作者單位：南京鋼鐵股份有限公司）