探究焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定中應(yīng)注意問題

鄺 宏 春

(山西省地質(zhì)勘查局二一三地質(zhì)隊(duì)，山西 臨汾 041000)

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探究焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定中應(yīng)注意問題

鄺 宏 春

(山西省地質(zhì)勘查局二一三地質(zhì)隊(duì)，山西 臨汾 041000)

通過查閱大量的文獻(xiàn)資料，從熱電偶、CO2氣體流量、恒溫段、溫度、自動控溫系統(tǒng)中參數(shù)的設(shè)定、供氣系統(tǒng)的嚴(yán)密性等方面，總結(jié)了焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定中應(yīng)注意的問題，以期提高這兩個(gè)指標(biāo)測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

焦炭，熱電偶，控溫系統(tǒng)，供氣系統(tǒng)

作為高爐冶煉作業(yè)中評價(jià)焦炭熱性質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)，焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)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(fā)展，人們對上述2個(gè)指標(biāo)的關(guān)注程度越來越高。大多數(shù)國家都依據(jù)自己的技術(shù)、資源情況，研發(fā)了不同的測定方法，同時(shí)運(yùn)用這兩種指標(biāo)來提高焦炭質(zhì)量。我們國家在1983年的時(shí)候也有了自己的標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)管中加進(jìn)10粒焦炭樣品，并保證焦炭樣品可以把反應(yīng)管底部的孔網(wǎng)壓住。完成上述操作之后，將反應(yīng)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(jìn)去。再把反應(yīng)管垂直放置，用手拿著反應(yīng)管的下端，用較小的力氣搖晃反應(yīng)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(guī)范，并且要保證每次試驗(yàn)的操作方法相同，一定不能先加焦炭樣品再把熱電偶插進(jìn)去，這樣是不能把它插入反應(yīng)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(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度這兩個(gè)指標(biāo)的測定結(jié)果。大量的實(shí)驗(yàn)表明，隨著CO2氣體流量的升高，焦炭的反應(yīng)性會逐漸增加，而反應(yīng)后強(qiáng)度呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢；隨著CO2氣體流量的降低，焦炭的反應(yīng)性會呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，而反應(yīng)后強(qiáng)度卻逐漸升高。當(dāng)CO2氣體流量出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候，反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度這兩個(gè)指標(biāo)測定結(jié)果的準(zhǔn)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(shí)，反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)的測定結(jié)果。針對這一現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)采取的措施：一定要定時(shí)地標(biāo)定CO2，N2的流量，標(biāo)定使用的儀器為濕式氣體流量計(jì)，這樣可以提高反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度指標(biāo)測定的準(zhǔn)確性，并且具有較好的重復(fù)性[1]。

表1 二氧化碳?xì)怏w流量準(zhǔn)確時(shí)CRI,CSR測定結(jié)果

3 恒溫段

在對焦炭進(jìn)行檢測的過程中，恒溫段非常重要，它既能表示實(shí)驗(yàn)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(yīng)性指標(biāo)的測定。通常情況下，如果爐子的保溫效果較差時(shí)，恒溫段會發(fā)生變小的現(xiàn)象，甚至是不再存在；當(dāng)持續(xù)較長時(shí)間使用爐絲的時(shí)候，就會發(fā)生下滑的現(xiàn)象，恒溫段也會隨之產(chǎn)生相應(yīng)的變化。在把焦炭樣品放入了反應(yīng)器中之后，就能確定它在反應(yīng)爐中的所在，讓焦炭樣品處在一定的高度上，在通二氧化碳?xì)怏w的時(shí)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(yīng)爐中應(yīng)當(dāng)有一段始終保持在1 100 ℃左右，這樣才能達(dá)到國家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要不然測定的反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度這兩個(gè)指標(biāo)就會有一定的偏差。

4 控制溫度

在整個(gè)焦炭反應(yīng)中，溫度控制的質(zhì)量起著非常關(guān)鍵的作用，在開始的升溫階段最好用人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，10 min之后再使用機(jī)械自動化。當(dāng)焦炭材料層的中間溫度升至400 ℃的時(shí)候，即可通入氮?dú)鈿怏w，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(hù)作用。當(dāng)升高到1 050 ℃的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)利用紅外燈裝置對二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行加熱，當(dāng)升高到1 100 ℃的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)把氮?dú)獾耐ǖ狼袛啵蜷_二氧化碳?xì)怏w的通道。在二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入爐體中后，爐體的溫度會逐漸減小，這時(shí)就要依據(jù)降溫的程度，盡快做出調(diào)整，最好在10 min之內(nèi)將焦炭材料層的溫度調(diào)至1 100 ℃附近。在這個(gè)反應(yīng)的全部過程中，反應(yīng)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(jié)果。由表3可見，料層中心溫度控制質(zhì)量的好壞嚴(yán)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(jié)果

5 控制好自動控溫系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)

相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)把控溫系統(tǒng)的偏差限幅設(shè)定在7～9之間、積分限幅設(shè)定在100～130之間、輸出限幅設(shè)定在50%～70%之間的時(shí)候，對一種焦炭樣品做了重復(fù)的檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在偏差限幅設(shè)為7、積分限幅設(shè)為130、輸出限幅設(shè)為70%的情況下，焦炭反應(yīng)的控制條件達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。如果將上述參數(shù)設(shè)定的太高，那么焦炭反應(yīng)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(shù)設(shè)定的太低，那么焦炭反應(yīng)中溫度上升的就會很慢，這樣也會對反應(yīng)產(chǎn)生不利的影響。通常情況下，一般將升溫的時(shí)間控制在10 min，此時(shí)對升溫速度的控制最好，在將CO2氣體通進(jìn)去的時(shí)候，焦炭反應(yīng)的溫度會處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在此期間溫度的變化幅度會比較小[2]。

6 保證供氣系統(tǒng)的嚴(yán)密性

當(dāng)CO2的供氣裝置不嚴(yán)密的時(shí)候，CO2不會全部進(jìn)行反應(yīng)，就會降低焦炭的反應(yīng)性，增加焦炭反應(yīng)后的強(qiáng)度，最終導(dǎo)致兩種指標(biāo)的測定結(jié)果呈現(xiàn)出很大的差異，也不能準(zhǔn)確反映所測焦炭質(zhì)量的好壞(見表4)。當(dāng)保證了供氣系統(tǒng)的嚴(yán)密性、流量調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性后，可以在一定程度上提高焦炭反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度指標(biāo)測定的準(zhǔn)確性。針對這種現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)采取的措施有：不定時(shí)地檢測供氣裝置的嚴(yán)密性，來提高最終測定的準(zhǔn)確程度。

表4 配煤比的供氣裝置不嚴(yán)密時(shí)CSR，CRI的測定結(jié)果

7 干燥二氧化碳?xì)怏w，去除水分

在向爐體中通入CO2的時(shí)候，若含有少量的水氣，在CO2和C高溫下反應(yīng)生成CO的同時(shí)，H2O和C也會發(fā)生反應(yīng)生成CO和H2。相關(guān)學(xué)者測定了不同的溫度條件下，H2O，CO2分別與C反應(yīng)時(shí)反應(yīng)速率，其測定的結(jié)果表明，當(dāng)溫度較低時(shí)，H2O和C的反應(yīng)速率大于CO2和C的；但是，溫度較高的時(shí)候，兩種反應(yīng)的反應(yīng)速率沒有明顯的差異。追根究底，低溫時(shí)反應(yīng)速率有所差異的原因是兩種反應(yīng)的反應(yīng)方式有所不同，當(dāng)溫度為1 100 ℃的時(shí)候，CO2和C的反應(yīng)是CO2氣體進(jìn)入到焦炭的里面，H2O和C的反應(yīng)是一種界面反應(yīng)，這樣就會對水蒸氣反應(yīng)有所幫助。表5展示了CO2中含水量不同時(shí)，同一焦炭的CSR，CRI測定結(jié)果。從這個(gè)表中能夠發(fā)現(xiàn)，CO2中含水量的多少會在一定程度上影響CSR，CRI測定的準(zhǔn)確性，隨著含水量的增加，CSR呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，CRI則呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。因此，在將二氧化碳?xì)怏w通進(jìn)爐體前，進(jìn)行脫水干燥的操作是必要的，否則會影響反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度測定的準(zhǔn)確性。

表5 CO2中含水量不同時(shí)，同一焦炭的CSR，CRI測定結(jié)果 %

8 保證選擇焦樣粒度和形狀相近

按照國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的焦樣制備的方法進(jìn)行操作，根據(jù)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(jìn)行篩分的工作，把超過25 mm的焦塊進(jìn)行進(jìn)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(jìn)轉(zhuǎn)鼓中，該步驟分2次進(jìn)行，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速為20 r/min，轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)之后，將其去除，用23 mm的篩子進(jìn)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(jié)果產(chǎn)生影響，通常粒度相差較大，或者形狀變化幅度較大時(shí)，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jié)語

在焦炭反應(yīng)中，反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度的測定會受到很多因素的影響，因此，在測定的過程中應(yīng)該綜合考慮所有的因素，并嚴(yán)格按照國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，并格外關(guān)注本文所述的全部注意事項(xiàng)，來規(guī)范反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度的測定的流程，提高兩種指標(biāo)的測定標(biāo)準(zhǔn)，使其準(zhǔn)確反映反應(yīng)焦炭的熱性質(zhì)。

[1] 申曉瑗,董旭濱.焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].冶金能源,2006(5):61-62.

[2] 成 偉.焦炭反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度測定過程中應(yīng)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(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中注意事項(xiàng)[J].煤質(zhì)技術(shù),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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