焦炭反應(yīng)性

簡介

焦炭的熱強度有多種測定方法，方法一是熱轉(zhuǎn)鼓強度測定。測量焦炭的熱轉(zhuǎn)鼓強度，一般是將焦炭放在有惰性氣氛的高溫轉(zhuǎn)鼓中，以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一定轉(zhuǎn)數(shù)后，測定大于或小于某一篩級的焦炭所占的百分率，以此表示焦炭熱強度。方法二是稱取一定200g焦炭試樣，置于高溫反應(yīng)器中，把高溫反應(yīng)器置于焦炭反應(yīng)性測定儀中，按啟動鍵設(shè)備開始按程序升溫，等溫度升到1100±5℃時與二氧化碳反應(yīng)2小時后，以焦炭質(zhì)量損失的百分數(shù)表示焦炭反應(yīng)性(CRI%)。高溫反應(yīng)后的焦炭經(jīng)I型轉(zhuǎn)鼓試驗后，大于lOmm粒級焦炭占反應(yīng)后焦炭的質(zhì)量百分數(shù)，表示反應(yīng)后強度(CSR%)。 （最新國標執(zhí)行方法是方法二， 標定設(shè)備:PL-500F焦炭反應(yīng)性測定儀）

焦炭反應(yīng)性是指焦炭與二氧化碳、氧和水蒸氣等進行化學(xué)反應(yīng)的能力。焦炭反應(yīng)后強度是指反應(yīng)后的焦炭在機械力和熱應(yīng)力作用下抵抗碎裂和磨損的能力。焦炭在高爐煉鐵、鑄造化鐵和固定床氣化過程中，都要與二氧化碳、氧和水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于焦與氧和水蒸氣的反應(yīng)有與二氧化碳間的反應(yīng)相類似的規(guī)律，因此大多數(shù)國家都用焦炭與二氧化碳的反應(yīng)特性評定焦炭反應(yīng)性(CSR%）。

中國標準GB/T4000-2008規(guī)定了焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法。其做法是使焦炭在1100±5℃高溫下與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，然后測定反應(yīng)后焦炭失重率及其機械強度。

參考質(zhì)料標準

GB/T4000-2008<<焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法>>

GB1997-89<<焦炭試樣的采取和制備>>

GB/T2006-94<<冶金焦炭機械強度的測定方法>>

計算公式

焦炭反應(yīng)性指標以損失的焦炭質(zhì)量與反應(yīng)前焦樣總質(zhì)量的百分數(shù)表示。焦炭反應(yīng)性按下式計算**：**

CRI=(m-m1)/m×100%

式中：CRI-焦炭反應(yīng)性，%

m-焦炭試樣質(zhì)量，g

m1-反應(yīng)后殘余焦炭質(zhì)量，g。

焦炭反應(yīng)后強度指標以轉(zhuǎn)鼓后大于10mm粒級焦炭占反應(yīng)后殘余焦炭的質(zhì)量百分數(shù)表示。反應(yīng)后強度按下式計算：

CSR=m2/m1×100%

式中：CSR-反應(yīng)后強度，%

m2-轉(zhuǎn)鼓后大于10mm粒級焦炭質(zhì)量，g

m1-反應(yīng)后殘余焦炭質(zhì)量，g。

焦炭反應(yīng)性CRI及反應(yīng)后強度CSR的重復(fù)性，不得超過下列數(shù)值：

CRI：r≤2.4%

CSR：r≤3.2%

焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度的試驗結(jié)果均取平行試驗結(jié)果的算術(shù)平均值。

焦炭反應(yīng)性與二氧化碳、氧和水蒸氣等進行化學(xué)反應(yīng)的能力，焦炭反應(yīng)后強度是指反應(yīng)后的焦炭再機械力和熱應(yīng)力作用下抵抗碎裂和磨損的能力。焦炭在高爐煉鐵、鑄造化鐵和固定床氣化過程中，都要與二氧化碳、氧和水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于焦與氧和水蒸氣的反應(yīng)有與二氧化碳的反應(yīng)類似的規(guī)律，因此大多數(shù)國家都用焦炭與二氧化碳間的反應(yīng)特性評定焦炭反應(yīng)性。

中國標準（GB/T4000-1996）規(guī)定了焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法。其做法是使焦炭在高溫下與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)沒，然后測定反應(yīng)后焦炭失重率及其機械強度。焦炭反應(yīng)性CRI及反應(yīng)后強度CSR的重復(fù)性r不得超過下列數(shù)值：

CRIr≤2.4

焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度的試驗結(jié)果均取平行試驗結(jié)果的算術(shù)平均值

焦炭指標標準

一級冶金焦灰分A≦12.0；硫分S≦0.6%； 抗碎強度M25≧92.0（M40≧80.0）；耐磨強度M10 M25時，≦7.0 M40時，≦7.50； 反應(yīng)后強度CSR/%≧55；水分含量4.0±1.0

二級冶金焦灰分A≦13.5；硫分S≦0.8%； 抗碎強度M25≧88.0（M40≧76.0）；耐磨強度M10≦8.50； 反應(yīng)后強度CSR/%≧50； 水分含量5.0±2.0

三級冶金焦灰分A≦15.0；硫分S≦1.0%； 抗碎強度M25≧83.0（M40≧72.0）；耐磨強度M10≦10.50； 反應(yīng)后強度CSR/%≧；水分含量≦12.0

準一級冶金焦灰分A﹤12.5%

固定碳是焦炭的主要成分.將焦炭再次隔絕空氣加熱到850℃以上, 從中析出揮發(fā)物,剩余部分系固定碳和灰分.揮發(fā)分含量是焦炭成熟度的重要標志,揮發(fā)分含量過高表示焦炭不成熟(生焦),揮發(fā)分含量過低表示焦炭過燒(過火焦).生焦耐磨性差,使高爐透氣性不好,并能引起掛料,增加吹損,破壞高爐操作制度.過火焦易碎,容易落入熔渣中,造成排渣困難,風口燒壞等現(xiàn)象.

焦炭轉(zhuǎn)鼓強度

焦炭轉(zhuǎn)鼓強度是表征常溫下焦炭的抗碎能力和耐磨能力的重要指標，作轉(zhuǎn)鼓強度試驗時，將焦炭置于轉(zhuǎn)動的鼓內(nèi)，借助提升板反復(fù)地提起、落下。在此過程中，焦炭與鼓壁以及焦炭與焦炭相互撞擊和摩擦，導(dǎo)致焦炭沿裂紋斷開、表面磨損、粒度變小。焦炭強度即指焦炭經(jīng)轉(zhuǎn)鼓試驗后，用大小兩個粒級的焦炭量各占入鼓焦炭量的百分率分別表示的抗碎能力和耐磨能力。轉(zhuǎn)鼓強度是在經(jīng)驗基礎(chǔ)上，通過規(guī)范性的轉(zhuǎn)鼓試驗方法獲得的一種塊焦強度指標。

焦炭抗堿性

焦炭抗堿性是指焦炭在高爐冶煉過程中抵抗堿金屬及其鹽類作用的能力。焦炭本身的鉀。鈉等堿金屬含量很低，約0.1%～0.3%，但是在高爐冶煉過程中，由礦石帶入的大量鉀和鈉。在高爐內(nèi)形成液滴或蒸氣。造成堿的循環(huán)。并富集在焦炭中。使爐內(nèi)焦炭的鉀。鈉含量遠比入爐焦為高?？筛哌_3%以上。這就足以對焦炭產(chǎn)生有害影響。在高堿負荷的高爐中，這種影響更為嚴重，因此抗堿性是對高爐焦的一個特殊要求。

鉀、鈉對焦炭反應(yīng)性、焦炭機械強度和焦炭結(jié)構(gòu)均會產(chǎn)生有害的影響，以致危害高爐操作。

(1)對焦炭反應(yīng)性的影響。鉀、鈉對焦炭與CO2反應(yīng)有催化作用。一般情況下，鉀、鈉在焦炭中每增加0.%～0.5%，焦炭與CO2的反應(yīng)速度約提高10%~15%，鉀、鈉還可降低焦炭與CO2反應(yīng)的開始溫度。含3%鉀、鈉的焦炭比含0.1%～0.3%鉀、鈉的焦炭的反應(yīng)開始溫度約降低50～100℃。

(2)對機械強度的影響，鉀。鈉及其氧化物能滲入焦炭的碳結(jié)構(gòu)。形成石墨鉀、石墨鈉等層間化合物。使碳結(jié)構(gòu)變形，開裂而導(dǎo)致焦炭機械強度下降。

(3)對焦炭結(jié)構(gòu)的影響，焦炭與CO2反應(yīng)過程中，鉀、鈉的催化作用使表面反應(yīng)增強，因此焦炭氣孔壁的減薄程度加劇，鉀、鈉還使焦炭光學(xué)組織中的各向異性組分反應(yīng)率有較大的增加，

(4)對反應(yīng)后強度的影響，鉀、鈉雖然對焦炭與CO2的反應(yīng)起催化作用。但在同一反應(yīng)程度下。強度并不因鉀。鈉的存在而下降更多。這是因為催化作用雖然增強了焦炭的表層反應(yīng)。卻減輕了焦炭的內(nèi)部反應(yīng)，但在相同的反應(yīng)時間內(nèi)。堿金屬能使反應(yīng)程度加深。導(dǎo)致塊焦反應(yīng)后強度明顯下降。

(5)對高爐操作的不良影響，鉀。鈉對焦炭質(zhì)量的影響也會給高爐生產(chǎn)帶來不良后果，焦炭與CO2反應(yīng)的開始溫度降低。可導(dǎo)致高爐煉鐵焦比升高’由于焦炭與CO2反應(yīng)速度增加。焦炭在高爐中的降解失重加劇，機械強度和塊度急劇下降。導(dǎo)致焦炭在高爐下部高溫區(qū)過多粉化。影響高爐順行’鉀。鈉蒸氣在高爐上部與煤氣中的CO2反應(yīng)生成碳酸鹽而析出，這些堿金屬碳酸鹽部分粘附在爐壁上，會侵蝕耐火材料，影響高爐壽命。

提高焦炭抗堿性的措施有以下幾點，

(1)增加低揮發(fā)分煤在配合煤中的用量，降低焦炭反應(yīng)性，提高開始反應(yīng)溫度，從根本上緩解焦炭強度在高爐內(nèi)的過早惡化。

(2)提高煉焦裝爐煤的散密度，使焦炭氣孔壁厚度增加，從而提高抵抗CO2的侵蝕能力。提高焦炭反應(yīng)后強度。

(3)在煉焦配合煤可添加一些CO2反應(yīng)的抑制劑或在焦炭表面噴灑這種抑制劑。以降低鉀。鈉對CO2反應(yīng)的催化作用，曾以SiO2和B2O3作為抑制劑。進行提高焦炭抗堿性試驗，試驗表明。添加0.5%的B2O3后。焦炭反應(yīng)性可降低30%~50%。

(4)減少堿金屬在高爐內(nèi)的循環(huán)，可以降低焦炭中的鉀鈉富集量，降低高爐爐身上部溫度可減緩焦炭在進入軟融帶前發(fā)生過多的碳溶反應(yīng)。從而使焦炭能承受更劇烈的反應(yīng)而不致使強度過早變差。

焦炭的質(zhì)量評價

1、焦炭中的硫分：硫是生鐵冶煉的有害雜質(zhì)之一，它使生鐵質(zhì)量降低。在煉鋼生鐵中硫含量大于0.07% 即為廢品。由高爐爐料帶入爐內(nèi)的硫有11% 來自礦石；3.5% 來自石灰石；82.5% 來自焦炭，所以焦炭是爐料中硫的主要來源。焦炭硫分的高低直接影響到高爐煉鐵生產(chǎn)。當焦炭硫分大于1.6%，硫份每增加0.1% ，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入量增加3.7%, 礦石加入量增加0.3% 高爐產(chǎn)量降低1.5—2.0%. 冶金焦的含硫量規(guī)定不大于1%，大中型高爐使用的冶金焦含硫量小于0.4—0.7% 。

2、焦炭中的磷分：煉鐵用的冶金焦含磷量應(yīng)在0.02—0.03% 以下。

3、焦炭中的灰分：焦炭的灰分對高爐冶煉的影響是十分顯著的。焦炭灰分增加1%，焦炭用量增加2—2.5% 因此，焦炭灰分的降低是十分必要的。

4、焦炭中的揮發(fā)分：根據(jù)焦炭的揮發(fā)分含量可判斷焦炭成熟度。如揮發(fā)分大于1.5%，則表示生焦；揮發(fā)分小于0.5—0.7%, 則表示過火，一般成熟的冶金焦揮發(fā)分為1%左右。

5、焦炭中的水分：水分波動會使焦炭計量不準，從而引起爐況波動。此外，焦炭水分提高會使M40偏高，M10偏低，給轉(zhuǎn)鼓指標帶來誤差。2

6、焦炭的篩分組成：在高爐冶煉中焦炭的粒度也是很重要的。我國過去對焦炭粒度要求為：對大焦爐（1300—2000 平方米）焦炭粒度大于40 毫米；中、小高爐焦炭粒度大于25 毫米。但目前一些鋼廠的試驗表明，焦炭粒度在40—25 毫米為好。大于80 毫米的焦炭要整粒，使其粒度范圍變化不大。這樣焦炭塊度均一，空隙大，阻力小，爐況運行良好。