焦炭反應性

焦炭的熱強度有多種測定方法，方法一是熱轉鼓強度測定。測量焦炭的熱轉鼓強度，一般是將焦炭放在有惰性氣氛的高温轉鼓中，以一定轉速旋轉一定轉數後，測定大於或小於某一篩級的焦炭所佔的百分率，以此表示焦炭熱強度。方法二是稱取一定200g焦炭試樣，置於高温反應器中，把高温反應器置於焦炭反應性測定儀中，按啓動鍵設備開始按程序升温，等温度升到1100±5℃時與二氧化碳反應2小時後，以焦炭質量損失的百分數表示焦炭反應性(CRI%)。高温反應後的焦炭經I型轉鼓試驗後，大於lOmm粒級焦炭佔反應後焦炭的質量百分數，表示反應後強度(CSR%)。 （最新國標執行方法是方法二， 標定設備:PL-500F焦炭反應性測定儀）

焦炭反應性是指焦炭與二氧化碳、氧和水蒸氣等進行化學反應的能力。焦炭反應後強度是指反應後的焦炭在機械力和熱應力作用下抵抗碎裂和磨損的能力。焦炭在高爐鍊鐵、鑄造化鐵和固定牀氣化過程中，都要與二氧化碳、氧和水蒸氣發生化學反應。由於焦與氧和水蒸氣的反應有與二氧化碳間的反應相類似的規律，因此大多數國家都用焦炭與二氧化碳的反應特性評定焦炭反應性(CSR%）。

中國標準GB/T4000-2008規定了焦炭反應性及反應後強度試驗方法。其做法是使焦炭在1100±5℃高温下與二氧化碳發生反應，然後測定反應後焦炭失重率及其機械強度。

GB/T4000-2008<<焦炭反應性及反應後強度試驗方法>>

GB1997-89<<焦炭試樣的採取和製備>>

GB/T2006-94<<冶金焦炭機械強度的測定方法>>

焦炭反應性指標以損失的焦炭質量與反應前焦樣總質量的百分數表示。焦炭反應性按下式計算 ^[1]  ：

CRI=(m-m1)/m×100%

式中：CRI-焦炭反應性，%

m-焦炭試樣質量，g

m1-反應後殘餘焦炭質量，g。

CSR=m2/m1×100%

式中：CSR-反應後強度，%

m2-轉鼓後大於10mm粒級焦炭質量，g

m1-反應後殘餘焦炭質量，g。

焦炭反應性CRI及反應後強度CSR的重複性，不得超過下列數值：

CRI：r≤2.4%

CSR：r≤3.2%

焦炭反應性與二氧化碳、氧和水蒸氣等進行化學反應的能力，焦炭反應後強度是指反應後的焦炭再機械力和熱應力作用下抵抗碎裂和磨損的能力。焦炭在高爐鍊鐵、鑄造化鐵和固定牀氣化過程中，都要與二氧化碳、氧和水蒸氣發生化學反應。由於焦與氧和水蒸氣的反應有與二氧化碳的反應類似的規律，因此大多數國家都用焦炭與二氧化碳間的反應特性評定焦炭反應性。

中國標準（GB/T4000-1996）規定了焦炭反應性及反應後強度試驗方法。其做法是使焦炭在高温下與二氧化碳發生反應沒，然後測定反應後焦炭失重率及其機械強度。焦炭反應性CRI及反應後強度CSR的重複性r不得超過下列數值：

CRIr≤2.4

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； 反應後強度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； 反應後強度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； 反應後強度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, 從中析出揮發物,剩餘部分系固定碳和灰分.揮發分含量是焦炭成熟度的重要標誌,揮發分含量過高表示焦炭不成熟(生焦),揮發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,並能引起掛料,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,風口燒壞等現象.

焦炭轉鼓強度是表徵常温下焦炭的抗碎能力和耐磨能力的重要指標，作轉鼓強度試驗時，將焦炭置於轉動的鼓內，藉助提升板反覆地提起、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轉鼓試驗後，用大小兩個粒級的焦炭量各佔入鼓焦炭量的百分率分別表示的抗碎能力和耐磨能力。轉鼓強度是在經驗基礎上，通過規範性的轉鼓試驗方法獲得的一種塊焦強度指標。

焦炭抗鹼性是指焦炭在高爐冶煉過程中抵抗鹼金屬及其鹽類作用的能力。焦炭本身的鉀。鈉等鹼金屬含量很低，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。在高爐內形成液滴或蒸氣。造成鹼的循環。並富集在焦炭中。使爐內焦炭的鉀。鈉含量遠比入爐焦為高。可高達3%以上。這就足以對焦炭產生有害影響。在高鹼負荷的高爐中，這種影響更為嚴重，因此抗鹼性是對高爐焦的一個特殊要求。

鉀、鈉對焦炭反應性、焦炭機械強度和焦炭結構均會產生有害的影響，以致危害高爐操作。

(1)對焦炭反應性的影響。鉀、鈉對焦炭與CO2反應有催化作用。一般情況下，鉀、鈉在焦炭中每增加0.%～0.5%，焦炭與CO2的反應速度約提高10%~15%，鉀、鈉還可降低焦炭與CO2反應的開始温度。含3%鉀、鈉的焦炭比含0.1%～0.3%鉀、鈉的焦炭的反應開始温度約降低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構。形成石墨鉀、石墨鈉等層間化合物。使碳結構變形，開裂而導致焦炭機械強度下降。

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

(4)對反應後強度的影響，鉀、鈉雖然對焦炭與CO2的反應起催化作用。但在同一反應程度下。強度並不因鉀。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。卻減輕了焦炭的內部反應，但在相同的反應時間內。鹼金屬能使反應程度加深。導致塊焦反應後強度明顯下降。

(5)對高爐操作的不良影響，鉀。鈉對焦炭質量的影響也會給高爐生產帶來不良後果，焦炭與CO2反應的開始温度降低。可導致高爐鍊鐵焦比升高’由於焦炭與CO2反應速度增加。焦炭在高爐中的降解失重加劇，機械強度和塊度急劇下降。導致焦炭在高爐下部高温區過多粉化。影響高爐順行’鉀。鈉蒸氣在高爐上部與煤氣中的CO2反應生成碳酸鹽而析出，這些鹼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。

提高焦炭抗鹼性的措施有以下幾點，

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

(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。提高焦炭反應後強度。

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

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

1、焦炭中的硫分：硫是生鐵冶煉的有害雜質之一，它使生鐵質量降低。在鍊鋼生鐵中硫含量大於0.07% 即為廢品。由高爐爐料帶入爐內的硫有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鍊鐵生產。當焦炭硫分大於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% 高爐產量降低1.5—2.0%. 冶金焦的含硫量規定不大於1%，大中型高爐使用的冶金焦含硫量小於0.4—0.7% 。

2、焦炭中的磷分：鍊鐵用的冶金焦含磷量應在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、焦炭中的揮發分：根據焦炭的揮發分含量可判斷焦炭成熟度。如揮發分大於1.5%，則表示生焦；揮發分小於0.5—0.7%, 則表示過火，一般成熟的冶金焦揮發分為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）焦炭粒度大於40 毫米；中、小高爐焦炭粒度大於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。大於80 毫米的焦炭要整粒，使其粒度範圍變化不大。這樣焦炭塊度均一，空隙大，阻力小，爐況運行良好。