焦炭反應性及反應后強度測定中應注意的問題

張榮江

【摘要】焦炭反應性和反應后強度是指導高爐生產的重要指標，但焦炭反應性及反應后強度測定中測定結果受試樣加工、反應溫度及保護氣體流量等因素的影響都很大。所以，如何控制好這些因素，使測定結果能正確指導生產，是人們一直關心的問題。本文通過大量實驗數據，總結出焦炭反應性及反應后強度測定中應注意的事項。

【關鍵詞】反應性和反應后強度；樣品形狀；升溫速度；反應溫度；氣體流量

焦炭反應性和反應后強度是指導高爐生產的重要指標，近年來，高爐煉鐵越來越大型化，此項指標可較好的反映焦炭的熱性能情況以及在高爐中的骨架作用，指導焦炭的生產和高爐使用焦炭[1]。在鋼鐵產量快速發展的今天，焦炭反應性及反應后強度測定已成為鋼鐵企業分析檢驗部門的日常工作。隨著鋼鐵企業之間競爭的日益加強，GB/T4000-2008[2]已被許多企業采用，但由于不同的操作人員對實驗條件的掌握不盡相同，影響了對焦炭質量的評價。本文通過豐富的實驗數據，總結出焦炭反應性和反應后強度測試中需要注意的問題。

1.在制樣過程中，應盡量選取接近球形的樣品來試驗

GB/T4000-2008修定了GB/T4000-1996中的制樣方法，焦樣粒度由φ21 25改為φ23 25，焦炭樣品的粒度范圍縮小了，使所取焦炭樣品粒度更接近，使試驗結果更準確。但對試樣的具體形狀，沒做嚴格要求，這樣一來，不同的試驗者選取試樣的標準不一樣，導致試驗結果相差較大。通過大量實驗發現，如果在篩子上的樣品試驗者不認真挑選，所取的片狀焦過多，就會使測得的反應性偏高，反應后強度偏低。片狀焦越多，焦炭反應性偏高越多，焦炭反應后強度偏低得越多。而所選的焦炭越接近球形，所測得的反應性及反應后強度值越接近真實值。

2.升溫速度要按要求進行，反應溫度要嚴格控制

通過試驗發現，升溫速度太快或太慢都會影響反應結果，一般升溫時間在100min附近最好，升溫速度過快，就會在保護氣對焦炭沒保護好之前，焦炭由于溫度過高而與氧氣發生反應，使測得的反應性嚴重偏高，反應后強度結果嚴重偏低。升溫速度太慢，一方面延誤分析測定的速度，另一方面會使測得的結果與真實值之間有輕微的偏差（與升溫過快所得值偏差方向相反）。下表是焦炭樣品1的反應性及反應后強度受升溫時間的影響情況：

表1 升溫速度對測試結果的影響

從上表可以看出，升溫時間短和長對反應性和反應后強度的影響不一樣，升溫時間短的影響要大一些，相反，升溫時間長的影響要小一些。所以，在做實驗的過程中，要避免升溫過快，使反應結果帶來較大的誤差，升溫速度按標準規定的8 16℃/min，盡量保持11℃/min的升溫速度，把總升溫時間控制在100min左右得到的結果最理想。

反應溫度對測試結果的影響也很大，下面是利用焦炭樣品2測得的一組數據：

表2 反應溫度對測試結果的影響

從上表可看出，反應溫度對測試結果的影響很大，反應溫度偏低，反應性偏低，反應后強度偏高；反應溫度偏高，則反應性偏高，反應后強度偏低。所以反應溫度應嚴格控制在標準規定的1100℃±5℃。

然而，下面情況也會引起測量溫度與實際反應溫度不符，導致反應結果與真實值之間產生較大誤差：

（1）測溫系統檢測的溫度不準確；

（2）熱電偶測溫區與焦炭反應區不一至。

為避免測溫系統檢測的溫度不準確帶來的誤差，應定期對熱電偶進行鑒定，對不符合要求的熱電偶進行更換；對測溫系統進行測溫準確度校正，每次做實驗時要對溫度用校正值進行修正。

引起熱電偶測溫區與焦炭反應區不一至的原因有：

（1）熱電偶的長度。熱電偶長度不夠，會使測得的溫度比焦炭實際的反應溫度低，從而使焦炭的反應性結果偏高，反應后強度結果偏低。

（2）熱電偶的擺放。熱電偶放置位置不到位、不垂直等問題都可能影響反應溫度的測定。

3.氣體流量要嚴格控制

（1）保護氣流量大小對測試結果的影響

根據標準要求，當溫度上升到400℃時，以0.8L/min的流量通入氮氣對焦炭進行保護，防止燒損（有的單位使用氬氣代替氮氣，實驗結果表明，使用氬氣和氮氣測得的結果完全一樣）。保護氣的流量對測試結果有明顯影響，下面是利用焦炭樣品3測得的一組數據：

表3 保護氣流量對測試結果的影響

從上表可以看出，當保護氣流量低于0.8L/min時，測試結果的影響較大，流量越低，焦炭燒損的可能性越大，這時反應性數值比實際結果偏高，而反應后強度測試結果比實際值偏低。而保護氣流量大于0.8L/min時，測試結果的變化并不大。在實際操作中，一些轉子流量計穩定性較差，經常上下跳動，所以要注意觀察，認真調節氣體流量，使保護氣流速穩定在0.8L/min。

（2）二氧化碳氣體流量大小對測試結果的影響

根據標準要求，當料層溫度穩定在1100℃達10min時，以5L/min的流量通入二氧化碳氣體，使之與焦炭反應2h。二氧化碳氣體的流量對測試結果也有很大的影響，下面請看利用焦炭樣品4測得的一組數據：

從上表數據可以看出，當二氧化碳氣體流量偏低時，測得的反應性結果也偏低，而反應后強度結果偏高；反之，當二氧化碳氣體流量偏高時，測得的反應性結果偏高，而反應后強度結果偏低。所以，在反應過程中要嚴格控制二氧化碳氣體流量，測量過程中要隨時觀察，隨時調節，使流量控制在5L/min。

總之，在焦炭反應性及反應后強度試驗中，影響因素很多，要使分析結果更接近真實值，就要做好焦炭的取制樣工作，使所取樣品不但粒度大小滿足標準要標，還要使其形狀盡量接近球形；在反應過程中嚴格控制升溫速度及反應溫度；對保護氣體氮氣（或氬氣）和反應氣體二氧化碳的流量進行嚴格控制，滿足標準的要求，才能得到準確可靠的結果，更好地指導高爐煉鐵的生產。

參考文獻：

[1]張群等.寶鋼控制焦炭熱性質的研究.鋼鐵.2002.37（7）：1-7.

[2]GB/T4000-2008《焦炭反應性及反應后強度試驗方法》.