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焦炭熱強度
鎖定
焦炭是傳統高爐鍊鐵工藝不可缺少的燃料。 近年來，隨着高爐噴吹燃料技術的發展，焦比不斷下降，焦炭質量對高爐冶煉的影響愈來愈明顯，成 為限制高爐生產發展的因素之一。 用於高爐冶煉的焦炭通常需要滿足成分、粒度和強度等三個方面的質量要求，如固定C含量 高、灰分低、有害元素含量低，粒度為40~60 mm 且均勻，冷強度高等。 為了保證焦炭在爐內温度和氣氛條件下抗破碎和磨損的能力，還要求焦炭具 有一定的熱強度（反應後強度 CSR：Coke Strength After Reaction）和較弱的反應性（CRI: Coke Reactivity Index） 。
焦炭熱強度是反映焦炭熱態性能的一項機械強度指標。它表現焦炭在使用環境的温度和氣氛下，同時經受熱應力和機械力時，抵抗破碎和磨損的能力。
- 中文名
- 焦炭熱強度
- 外文名
- thermal strength of coke
- 反 映
- 焦炭熱態性能
- 性 質
- 一項機械強度指標
- 特 性
- 抵抗破碎和磨損的能力
- 應 用
- 冶金
焦炭熱強度指標介紹
焦炭熱強度是反映焦炭熱態性能的一項機械強度指標。它表徵焦炭在使用環境的温度和氣氛下，同時經受熱應力和機械力時，抵抗破碎和磨損的能力。焦炭的熱強度有多種測量方法，其中一種是熱轉鼓強度測定。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。幾種主要熱轉鼓見圖1：
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圖1幾種主要熱轉鼓示例
焦炭熱強度質量要求
通常，高爐冶煉對焦炭質量有以下幾方面的要求：
1、化學成分
要求固定碳含量高、灰分低 。固定碳含量高，焦炭提供的熱量和還原劑多，焦炭灰分高，高爐渣量將增加；灰分與焦質的脹性不同，在高爐內加熱後，灰分顆粒周圍產生裂紋，使焦炭強度降低；灰分中的鹼金屬等對焦炭碳溶反應起催化作用，使焦炭反應性增高，影響反應後強度。此外，還要求焦炭揮發份含量低，焦炭水分穩定在較低水平，硫、磷和鹼金屬等有害元素含量低。
2、冷態機械強度
包括焦炭抗碎強度M40和抗磨強度M10 指標，冷態強度與風口焦炭的粒度組成、平均粒度有較強的相關關係，整體反映了焦炭在高爐內保持粒度的能力，因而被用作日常生產檢驗指標。
3、粒度
焦炭粒度要求均勻，平均粒度保持在40~50 mm水平。具體要求根據高爐容積、操作水平和指標水平略有不同。
4 高温性能
焦炭高温性能包括反應性CRI 和反應後強度CSR，反應性是衡量焦炭在高温狀 態下與 CO2 碳溶反應能力的穩定性指標；反應後強度是衡量焦炭在經受CO2 和鹼金屬侵蝕狀態下，保持高温強度的能力。通常認為焦炭反應後強度CSR 比冷強度指標更能反映焦炭的質量。
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焦炭熱強度影響因素
焦炭是高爐冶煉的重要原料之一，隨着高爐容積的不斷增大，焦炭在高爐內的燃燒發熱和間接還原功能一部分由噴吹煤粉替代，同時低焦比導致焦炭在高爐內停留時間延長，使得焦炭的溶損反應增高，焦炭作為高爐料柱的骨架作用進一步被強化。廣大鍊鐵工作者不僅僅關注焦炭中的灰、硫和冷強度，而且越來越關注焦炭的熱強度。
原料煤性質的影響
煤質對焦炭熱強度的影響起主導作用，主要表現在以下方面。
1、膠質體流動性好的煤使焦炭具有較厚的氣孔壁，與CO2反應後仍可保持較好的氣孔結構，見圖2：
圖2膠質體流動性曲線圖
2、有機惰性組分含量的高低。
3、 煤中灰成分的鹼性氧化物含量對焦炭與CO2反應有明顯的催化作用。以新疆艾維爾溝煤為例，煤的黏結性較好，單獨煉焦的焦炭冷強度尚可，但熱強度與相同煤種的平頂山鎮城底煤所煉出的焦炭差別卻很大，見圖3：
圖3新疆煤與內地煤指標及焦炭SCO爐比較
煉焦工藝技術
1、成型煤技術
配入成型煤可以提高入爐煤堆密度，增加弱黏煤配比，改善焦炭質量。根據寶鋼多年來使用實際， 焦炭熱強度與型煤配比、 壓潰強度的關係見圖4。
圖4焦炭 CSR 與型煤配比、壓潰強度的關係
從圖4可以看出，成型煤比例、壓潰強度和焦 炭熱強度存在一定相關性，通過迴歸分析得出焦炭熱強度與壓潰強度、型煤配比的一元關係如下：
CSR =60.9+0.073 4×壓潰強度+ 0.151×型煤配比
煤調濕技術
煤調濕的效果主要體現在因水分降低帶來的節能、增產和提高焦炭質量等方面。寶鋼一期焦爐煤調濕2008 年底投產，替代了原有成型煤的使用，在作業控制上有以下特點。
1、入爐煤水分控制在（6.5±0.5）%。煤調濕 投運初期水分控制在 7%左右，後來通過蒸汽量等調整，控制水分在6.5%以內。
2、維持結焦時間不變。 入爐煤水分降低後，乾餾初期升温速度加快，結焦時間會相應縮短，為此通過加熱控制調整供熱量，維持結焦時間不變。在結焦時間和配煤結構相同的情況下，採用煤調濕工藝和配入15%成型煤工藝所得焦炭的熱強度對比見圖5：
圖5煤調濕和成型煤焦炭的CSR 對比
