研究焦炭反應性和反應后強度的關系及影響因素

張晨

摘要：針對焦炭的反應性與反應后強度，在簡單介紹試驗方法的基礎上，對這兩者之間的相互關系與影響因素進行深入分析，以此為焦炭質量分析評價和改善提供參考借鑒。

關鍵詞：焦炭反應性；反應后強度

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，骨架的作用至關重要。為對焦爐質量進行評價，需要參考反應性與反應后強度兩個指標，明確兩者之間的相互關系和影響因素。

1試驗方法

（1）焦炭反應性

根據現行標準，取適量試樣放到反應器當中，于1100±5℃的溫度條件和CO2發生反應，2h后，取試樣質量損失為反應性結果。

（2）反應后強度

根據現行標準，將反應后的焦炭采用I型轉鼓進行共轉，轉速為20r/min，持續30min，待轉數達到600后，將試樣取出進行篩分、稱重和記錄，粒徑超過10mm的部分，其質量百分數即為反應后強度。

（3）取樣和制樣方法

根據現行標準進行取樣，在取樣和制樣過程中，應對設備密封性、各階段氣體實際流速及升溫速度等進行嚴格控制。

2反應性與反應后強度之間的關系

采用以上試驗方法分析焦炭，明確反應性與反應后強度之間的關系。由分析結果可知，反應性與反應后強度之間為負相關，當反應性降低時，反應后強度增加。焦炭試樣的反應性為24%-28%，均值26.13%；反應后強度為63%-69%，均值65.67%，該焦炭具有的熱態性能能適應高爐煉鐵提出的要求[1]。

3焦炭的冷態強度和熱態性能對比

（1）高爐受冷態強度和熱態強度的影響對比

M40與M10為綜合反映冷態性能關鍵指標。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。經實踐可知，當M40變化±1%時，產量將發生±1.22-1.43%的變化，而綜合焦比將發生±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的基礎上，應對M10進行有效控制。對于反應后強度，當變化±1%時，產量將發生±0.52-0.58%的變化，而綜合焦比將發生±0.32%的變化。M40在71.1-83.2%范圍內，當其提高1%時，利用系數提高1.22-1.43%，綜合焦比降低0.57-0.61%；M10在7.27-9.90%范圍內，當其降低1%時，利用系數提高4.53-5.15%，綜合焦比降低2.72-2.93%；反應性在22.0-39.0%范圍內，當其降低1%時，利用系數提高0.72-0.82%，綜合焦比降低0.51-0.56%；反應后強度在46.0-64.9%范圍內，當其提高1%時，利用系數提高0.52-0.58%，綜合焦比降低0.32%。

（2）冷態強度和熱態強度關系

為對這兩者關系進行分析，需對現有檢測數據實施對比。根據對比結果可知，M40、M10和反應性、反應后強度無直接關系。當焦炭的冷強度指標相對較好時，它的熱態強度可能較低。對焦炭進行質量檢測后可見，機械強度可達到要求，并不能說明焦炭具有良好熱反應性。對此，企業需要在保證焦炭具有良好冷態強度的基礎上，保證熱態性能[2]。

4焦炭熱態性能主要影響因素

（1）水分

為明確焦炭熱態性能受水分這一因素的影響，需測試反應性及反應后強度對應的水分含量，同時予以相關及回歸分析。由分析結果可知，水分含量和反應性及反應后強度均存在相關性，和理論分析結果吻合，因焦炭水分發生波動會使入爐干焦量明顯變化，所以水分保持穩定比水分數值重要，并且如果焦粉的含水分較高，將黏附于焦塊，無法被篩除而進入到高爐當中，影響焦炭的質量，使篩分與透氣性均變差。當水分增加1%時，應增加1.1%-1.3%的焦炭。如果焦炭的含水量達到4%以上，則爐塵量將顯著提高，使高爐順行明顯變差。因此，當水平較低時，水分保持穩定能有效提高熱性能。

（2）熄焦方法

為對各種熄焦方式對應的熱性能情況進行對比，從焦爐中分別選取沒有經過噴水處理的干熄焦與經噴水處理的濕焦實施檢驗，其結果為：①反應后強度：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%。

由以上結果可知，干熄焦強度高于濕焦，但反應性有所下降。這是因為干熄焦除了能對紅焦顯熱進行回收，還能對焦炭的質量予以改善，同時減少污染。當配比相同，同時煉焦條件保持不變時，對干熄焦而言，其熱性能高于濕熄焦。

（3）配煤結構

焦煤和肥煤之間為正相關，其相關系數為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相關，其相關系數為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性，且有著較為復雜的交互作用，彼此影響，在配煤過程中需要綜合考慮[3]。

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

5結束語

反應性與反應后強度為衡量高爐內焦炭實際行為的關鍵指標，兩者為負相關，通過對線性方程的分析，不僅能預測焦炭熱性質，而且還能為焦炭測定奠定良好基礎。焦炭冷、熱態強度之間無顯著關聯。當冷態強度較好時，其熱態強度可能并不好。對此需要在保證冷態的基礎上，保證熱態性能。水分、熄焦方法和配煤結構是影響焦炭熱態性能的重要因素，應根據實際生產要求進行調整和改善，以保證熱態性能。

參考文獻

[1]鐘聲，沙泥亞木·阿不都熱依木.焦炭反應性與反應后強度的關系及其影響因素探討[J].化工管理，2017（23）：137.

[2]陰雨蒙蒙.焦炭反應性及反應后強度試驗影響因素分析[J].煤質技術，2016（04）：32-34+22.

[3]趙志娟.焦炭反應性及反應后強度影響因素及預測模型的研究[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）