探究焦炭反應性及反應后強度測定中應注意問題

鄺 宏 春

(山西省地質勘查局二一三地質隊，山西 臨汾 041000)

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探究焦炭反應性及反應后強度測定中應注意問題

鄺 宏 春

(山西省地質勘查局二一三地質隊，山西 臨汾 041000)

通過查閱大量的文獻資料，從熱電偶、CO2氣體流量、恒溫段、溫度、自動控溫系統中參數的設定、供氣系統的嚴密性等方面，總結了焦炭反應性及反應后強度測定中應注意的問題，以期提高這兩個指標測定結果的準確性。

焦炭，熱電偶，控溫系統，供氣系統

作為高爐冶煉作業中評價焦炭熱性質的關鍵參數，焦炭反應性及反應后強度在很大程度上影響著高爐冶煉。并且隨著高爐逐漸向著大型化發展，人們對上述2個指標的關注程度越來越高。大多數國家都依據自己的技術、資源情況，研發了不同的測定方法，同時運用這兩種指標來提高焦炭質量。我們國家在1983年的時候也有了自己的標準，1999年，2008年這兩年又對其做出了修訂。

1 插好熱電偶的措施

在裝料過程中，把熱電偶插到正確位置非常重要。插好熱電偶的措施有：在反應管中加進10粒焦炭樣品，并保證焦炭樣品可以把反應管底部的孔網壓住。完成上述操作之后，將反應管斜著放置在比較低的角度上，并把剩下的焦炭樣品放置在管壁處，一定要留下一定的空間，好讓熱電偶能夠插進去。再把反應管垂直放置，用手拿著反應管的下端，用較小的力氣搖晃反應管，讓焦炭樣品平整。在此過程中，裝焦炭樣品的操作一定要規范，并且要保證每次試驗的操作方法相同，一定不能先加焦炭樣品再把熱電偶插進去，這樣是不能把它插入反應管中的。

2 控制好CO2氣體的流量

CO2流量的大小會大大影響焦炭反應性、反應后強度這兩個指標的測定結果。大量的實驗表明，隨著CO2氣體流量的升高，焦炭的反應性會逐漸增加，而反應后強度呈現出逐漸降低的趨勢；隨著CO2氣體流量的降低，焦炭的反應性會呈現出逐漸減小的趨勢，而反應后強度卻逐漸升高。當CO2氣體流量出現錯誤的時候，反應性、反應后強度這兩個指標測定結果的準確性也會逐漸降低。表1，表2分別表示了CO2氣體流量正確和不正確時，反應性、反應后強度兩個指標的測定結果。針對這一現象，應當采取的措施：一定要定時地標定CO2，N2的流量，標定使用的儀器為濕式氣體流量計，這樣可以提高反應性、反應后強度指標測定的準確性，并且具有較好的重復性[1]。

表1 二氧化碳氣體流量準確時CRI,CSR測定結果

3 恒溫段

在對焦炭進行檢測的過程中，恒溫段非常重要，它既能表示實驗所用爐體保溫功能的好壞，又在很大程度上影響著焦炭反應性指標的測定。通常情況下，如果爐子的保溫效果較差時，恒溫段會發生變小的現象，甚至是不再存在；當持續較長時間使用爐絲的時候，就會發生下滑的現象，恒溫段也會隨之產生相應的變化。在把焦炭樣品放入了反應器中之后，就能確定它在反應爐中的所在，讓焦炭樣品處在一定的高度上，在通二氧化碳氣體的時候，要保證焦炭樣品的溫度控制在1 100 ℃左右，上下浮動范圍不宜超過5 ℃，這就要求在反應爐中應當有一段始終保持在1 100 ℃左右，這樣才能達到國家規定的相關標準，要不然測定的反應性、反應后強度這兩個指標就會有一定的偏差。

4 控制溫度

在整個焦炭反應中，溫度控制的質量起著非常關鍵的作用，在開始的升溫階段最好用人工進行調節，10 min之后再使用機械自動化。當焦炭材料層的中間溫度升至400 ℃的時候，即可通入氮氣氣體，其流量控制在0.8 L/min，這樣做的目的是避免焦炭被燒壞，起到一定的保護作用。當升高到1 050 ℃的時候，應當利用紅外燈裝置對二氧化碳氣體進行加熱，當升高到1 100 ℃的時候，應當把氮氣的通道切斷，打開二氧化碳氣體的通道。在二氧化碳氣體進入爐體中后，爐體的溫度會逐漸減小，這時就要依據降溫的程度，盡快做出調整，最好在10 min之內將焦炭材料層的溫度調至1 100 ℃附近。在這個反應的全部過程中，反應的溫度一定要控制在1 102 ℃～1 099 ℃之間。表3是不同中心溫度下，一種焦炭的CSR和CRI的測定結果。由表3可見，料層中心溫度控制質量的好壞嚴重影響著CSR和CRI值。

表3 不同中心溫度下，一種焦炭的CSR和CRI的測定結果

5 控制好自動控溫系統中的相關參數

相關實驗表明，當把控溫系統的偏差限幅設定在7～9之間、積分限幅設定在100～130之間、輸出限幅設定在50%～70%之間的時候，對一種焦炭樣品做了重復的檢驗，結果發現，在偏差限幅設為7、積分限幅設為130、輸出限幅設為70%的情況下，焦炭反應的控制條件達到最優的狀態。如果將上述參數設定的太高，那么焦炭反應中溫度就會上升的很快，不能獲得良好的效果；如果將上述參數設定的太低，那么焦炭反應中溫度上升的就會很慢，這樣也會對反應產生不利的影響。通常情況下，一般將升溫的時間控制在10 min，此時對升溫速度的控制最好，在將CO2氣體通進去的時候，焦炭反應的溫度會處于相對穩定的狀態，在此期間溫度的變化幅度會比較小[2]。

6 保證供氣系統的嚴密性

當CO2的供氣裝置不嚴密的時候，CO2不會全部進行反應，就會降低焦炭的反應性，增加焦炭反應后的強度，最終導致兩種指標的測定結果呈現出很大的差異，也不能準確反映所測焦炭質量的好壞(見表4)。當保證了供氣系統的嚴密性、流量調節的準確性后，可以在一定程度上提高焦炭反應性、反應后強度指標測定的準確性。針對這種現象應當采取的措施有：不定時地檢測供氣裝置的嚴密性，來提高最終測定的準確程度。

表4 配煤比的供氣裝置不嚴密時CSR，CRI的測定結果

7 干燥二氧化碳氣體，去除水分

在向爐體中通入CO2的時候，若含有少量的水氣，在CO2和C高溫下反應生成CO的同時，H2O和C也會發生反應生成CO和H2。相關學者測定了不同的溫度條件下，H2O，CO2分別與C反應時反應速率，其測定的結果表明，當溫度較低時，H2O和C的反應速率大于CO2和C的；但是，溫度較高的時候，兩種反應的反應速率沒有明顯的差異。追根究底，低溫時反應速率有所差異的原因是兩種反應的反應方式有所不同，當溫度為1 100 ℃的時候，CO2和C的反應是CO2氣體進入到焦炭的里面，H2O和C的反應是一種界面反應，這樣就會對水蒸氣反應有所幫助。表5展示了CO2中含水量不同時，同一焦炭的CSR，CRI測定結果。從這個表中能夠發現，CO2中含水量的多少會在一定程度上影響CSR，CRI測定的準確性，隨著含水量的增加，CSR呈現出逐漸減小的趨勢，CRI則呈現出逐漸增加的趨勢。因此，在將二氧化碳氣體通進爐體前，進行脫水干燥的操作是必要的，否則會影響反應性、反應后強度測定的準確性。

表5 CO2中含水量不同時，同一焦炭的CSR，CRI測定結果 %

8 保證選擇焦樣粒度和形狀相近

按照國家標準中規定的焦樣制備的方法進行操作，根據一定的比例，稱量超過25 mm的焦炭樣品20 kg，并把爐頭焦、泡焦除去。將其破碎之后再攪拌混勻，從中取出10 kg，接著利用23 mm，25 mm的篩子對其進行篩分的工作，把超過25 mm的焦塊進行進一步的破碎和篩分，再把23 mm篩上的焦炭保存下來，將條狀焦、片狀焦清除掉，稱量出2 kg，將其放進轉鼓中，該步驟分2次進行，轉鼓的轉速為20 r/min，轉50轉之后，將其去除，用23 mm的篩子進行篩分，再稱量出900 g，分成4份，保證煤粉不能少于220 g。由于粒度、形狀均會對測量的結果產生影響，通常粒度相差較大，或者形狀變化幅度較大時，所得試驗數據會非常分散。所以，在選取試樣的過程中，盡量選取粒度、形狀比較接近的焦塊[3]。

9 結語

在焦炭反應中，反應性、反應后強度的測定會受到很多因素的影響，因此，在測定的過程中應該綜合考慮所有的因素，并嚴格按照國家規定的標準進行操作，并格外關注本文所述的全部注意事項，來規范反應性、反應后強度的測定的流程，提高兩種指標的測定標準，使其準確反映反應焦炭的熱性質。

[1] 申曉瑗,董旭濱.焦炭反應性及反應后強度試驗中應注意的幾個問題[J].冶金能源,2006(5):61-62.

[2] 成 偉.焦炭反應性與反應后強度測定過程中應注意的安全問題[J].山東煤炭科技,2011(4):251-252.

[3] 齊 煒,郭珊珊,王利斌.焦炭反應性及反應后強度實驗中注意事項[J].煤質技術,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

鄺宏春(1983- )，男，助理工程師

TF526.1

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