探究焦炭反应性及反应后强度测定中应注意问题

邝 宏 春

(山西省地质勘查局二一三地质队，山西 临汾 041000)



探究焦炭反应性及反应后强度测定中应注意问题

邝 宏 春

(山西省地质勘查局二一三地质队，山西 临汾 041000)

通过查阅大量的文献资料，从热电偶、CO2气体流量、恒温段、温度、自动控温系统中参数的设定、供气系统的严密性等方面，总结了焦炭反应性及反应后强度测定中应注意的问题，以期提高这两个指标测定结果的准确性。

焦炭，热电偶，控温系统，供气系统

作为高炉冶炼作业中评价焦炭热性质的关键参数，焦炭反应性及反应后强度在很大程度上影响着高炉冶炼。并且随着高炉逐渐向着大型化发展，人们对上述2个指标的关注程度越来越高。大多数国家都依据自己的技术、资源情况，研发了不同的测定方法，同时运用这两种指标来提高焦炭质量。我们国家在1983年的时候也有了自己的标准，1999年，2008年这两年又对其做出了修订。

1 插好热电偶的措施

在装料过程中，把热电偶插到正确位置非常重要。插好热电偶的措施有：在反应管中加进10粒焦炭样品，并保证焦炭样品可以把反应管底部的孔网压住。完成上述操作之后，将反应管斜着放置在比较低的角度上，并把剩下的焦炭样品放置在管壁处，一定要留下一定的空间，好让热电偶能够插进去。再把反应管垂直放置，用手拿着反应管的下端，用较小的力气摇晃反应管，让焦炭样品平整。在此过程中，装焦炭样品的操作一定要规范，并且要保证每次试验的操作方法相同，一定不能先加焦炭样品再把热电偶插进去，这样是不能把它插入反应管中的。

2 控制好CO2气体的流量

CO2流量的大小会大大影响焦炭反应性、反应后强度这两个指标的测定结果。大量的实验表明，随着CO2气体流量的升高，焦炭的反应性会逐渐增加，而反应后强度呈现出逐渐降低的趋势；随着CO2气体流量的降低，焦炭的反应性会呈现出逐渐减小的趋势，而反应后强度却逐渐升高。当CO2气体流量出现错误的时候，反应性、反应后强度这两个指标测定结果的准确性也会逐渐降低。表1，表2分别表示了CO2气体流量正确和不正确时，反应性、反应后强度两个指标的测定结果。针对这一现象，应当采取的措施：一定要定时地标定CO2，N2的流量，标定使用的仪器为湿式气体流量计，这样可以提高反应性、反应后强度指标测定的准确性，并且具有较好的重复性[1]。

表1 二氧化碳气体流量准确时CRI,CSR测定结果

3 恒温段

在对焦炭进行检测的过程中，恒温段非常重要，它既能表示实验所用炉体保温功能的好坏，又在很大程度上影响着焦炭反应性指标的测定。通常情况下，如果炉子的保温效果较差时，恒温段会发生变小的现象，甚至是不再存在；当持续较长时间使用炉丝的时候，就会发生下滑的现象，恒温段也会随之产生相应的变化。在把焦炭样品放入了反应器中之后，就能确定它在反应炉中的所在，让焦炭样品处在一定的高度上，在通二氧化碳气体的时候，要保证焦炭样品的温度控制在1 100 ℃左右，上下浮动范围不宜超过5 ℃，这就要求在反应炉中应当有一段始终保持在1 100 ℃左右，这样才能达到国家规定的相关标准，要不然测定的反应性、反应后强度这两个指标就会有一定的偏差。

4 控制温度

在整个焦炭反应中，温度控制的质量起着非常关键的作用，在开始的升温阶段最好用人工进行调节，10 min之后再使用机械自动化。当焦炭材料层的中间温度升至400 ℃的时候，即可通入氮气气体，其流量控制在0.8 L/min，这样做的目的是避免焦炭被烧坏，起到一定的保护作用。当升高到1 050 ℃的时候，应当利用红外灯装置对二氧化碳气体进行加热，当升高到1 100 ℃的时候，应当把氮气的通道切断，打开二氧化碳气体的通道。在二氧化碳气体进入炉体中后，炉体的温度会逐渐减小，这时就要依据降温的程度，尽快做出调整，最好在10 min之内将焦炭材料层的温度调至1 100 ℃附近。在这个反应的全部过程中，反应的温度一定要控制在1 102 ℃～1 099 ℃之间。表3是不同中心温度下，一种焦炭的CSR和CRI的测定结果。由表3可见，料层中心温度控制质量的好坏严重影响着CSR和CRI值。

表3 不同中心温度下，一种焦炭的CSR和CRI的测定结果

5 控制好自动控温系统中的相关参数

相关实验表明，当把控温系统的偏差限幅设定在7～9之间、积分限幅设定在100～130之间、输出限幅设定在50%～70%之间的时候，对一种焦炭样品做了重复的检验，结果发现，在偏差限幅设为7、积分限幅设为130、输出限幅设为70%的情况下，焦炭反应的控制条件达到最优的状态。如果将上述参数设定的太高，那么焦炭反应中温度就会上升的很快，不能获得良好的效果；如果将上述参数设定的太低，那么焦炭反应中温度上升的就会很慢，这样也会对反应产生不利的影响。通常情况下，一般将升温的时间控制在10 min，此时对升温速度的控制最好，在将CO2气体通进去的时候，焦炭反应的温度会处于相对稳定的状态，在此期间温度的变化幅度会比较小[2]。

6 保证供气系统的严密性

当CO2的供气装置不严密的时候，CO2不会全部进行反应，就会降低焦炭的反应性，增加焦炭反应后的强度，最终导致两种指标的测定结果呈现出很大的差异，也不能准确反映所测焦炭质量的好坏(见表4)。当保证了供气系统的严密性、流量调节的准确性后，可以在一定程度上提高焦炭反应性、反应后强度指标测定的准确性。针对这种现象应当采取的措施有：不定时地检测供气装置的严密性，来提高最终测定的准确程度。

表4 配煤比的供气装置不严密时CSR，CRI的测定结果

7 干燥二氧化碳气体，去除水分

在向炉体中通入CO2的时候，若含有少量的水气，在CO2和C高温下反应生成CO的同时，H2O和C也会发生反应生成CO和H2。相关学者测定了不同的温度条件下，H2O，CO2分别与C反应时反应速率，其测定的结果表明，当温度较低时，H2O和C的反应速率大于CO2和C的；但是，温度较高的时候，两种反应的反应速率没有明显的差异。追根究底，低温时反应速率有所差异的原因是两种反应的反应方式有所不同，当温度为1 100 ℃的时候，CO2和C的反应是CO2气体进入到焦炭的里面，H2O和C的反应是一种界面反应，这样就会对水蒸气反应有所帮助。表5展示了CO2中含水量不同时，同一焦炭的CSR，CRI测定结果。从这个表中能够发现，CO2中含水量的多少会在一定程度上影响CSR，CRI测定的准确性，随着含水量的增加，CSR呈现出逐渐减小的趋势，CRI则呈现出逐渐增加的趋势。因此，在将二氧化碳气体通进炉体前，进行脱水干燥的操作是必要的，否则会影响反应性、反应后强度测定的准确性。

表5 CO2中含水量不同时，同一焦炭的CSR，CRI测定结果 %

8 保证选择焦样粒度和形状相近

按照国家标准中规定的焦样制备的方法进行操作，根据一定的比例，称量超过25 mm的焦炭样品20 kg，并把炉头焦、泡焦除去。将其破碎之后再搅拌混匀，从中取出10 kg，接着利用23 mm，25 mm的筛子对其进行筛分的工作，把超过25 mm的焦块进行进一步的破碎和筛分，再把23 mm筛上的焦炭保存下来，将条状焦、片状焦清除掉，称量出2 kg，将其放进转鼓中，该步骤分2次进行，转鼓的转速为20 r/min，转50转之后，将其去除，用23 mm的筛子进行筛分，再称量出900 g，分成4份，保证煤粉不能少于220 g。由于粒度、形状均会对测量的结果产生影响，通常粒度相差较大，或者形状变化幅度较大时，所得试验数据会非常分散。所以，在选取试样的过程中，尽量选取粒度、形状比较接近的焦块[3]。

9 结语

在焦炭反应中，反应性、反应后强度的测定会受到很多因素的影响，因此，在测定的过程中应该综合考虑所有的因素，并严格按照国家规定的标准进行操作，并格外关注本文所述的全部注意事项，来规范反应性、反应后强度的测定的流程，提高两种指标的测定标准，使其准确反映反应焦炭的热性质。

[1] 申晓瑗,董旭滨.焦炭反应性及反应后强度试验中应注意的几个问题[J].冶金能源,2006(5):61-62.

[2] 成 伟.焦炭反应性与反应后强度测定过程中应注意的安全问题[J].山东煤炭科技,2011(4):251-252.

[3] 齐 炜,郭珊珊,王利斌.焦炭反应性及反应后强度实验中注意事项[J].煤质技术,2009(6):24-26.

Exploration on coke reactivity and post-reaction strength measurement matters

Kuang Hongchun

(ShanxiGeologySurveyBureauNo.213GeologyDepartment,Linfen041000,China)

Based on mass literature information, starting from aspects of thermocouple, CO2airflow, constant temperature section, temperature, parameters determination of automatic temperature controlling system, and strict airing system, the article summarizes coke reactivity and post-reaction strength measurement matters, with a view to improve measurement accuracy of the above-mentioned two indexes.

coke, thermocouple, temperature control system, airing system

1009-6825(2016)32-0099-03

2016-09-06

邝宏春(1983- )，男，助理工程师

TF526.1

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