焦炭裂紋

焦炭裂紋(fissure of coke) ^[1]  是指在焦爐炭化室內結焦過程中，由半焦的不均勻收縮產生的應力超過焦炭多孔體強度時，焦炭出現的裂紋。垂直於炭化室內熱流方向的熱炭裂續稱橫裂紋。平行於熱流方向的稱縱裂紋。這兩種裂紋均嚴重影響焦炭的塊度和焦炭轉鼓強度。

迄今對焦炭裂紋的形成機理還沒有完整的認識綜合各國的研究結果，裂紋形成的主要原因有下述四個方面 ^[1]  ：

(1)煤在焦爐炭化室內是層狀結焦，各層的温度不同，從爐牆側到尖炭化室中心之間，是各層温度逐漸降低的焦炭層、半焦層和膠質層，由於焦炭和半焦層兩側的温差使其出現彎曲的趨勢，高温側的凸曲面上呈現拉應力。

(2)在煤結焦過程的膠質體階段，由於膠質體內不斷熱解出氣休，加之膠質體的透氣性差。膠質層內全發生膨脹。

3)焦塊內的宏觀裂紋有縱裂紋與橫裂紋之分。當炭化室內和鄰層間由於膨脹、收縮的差異產生的平行於層面的剪切應力，超過相鄰層半焦多孔體間的結合強度時，會產生橫裂紋。

(4)裝爐煤中不同組分的收縮係數不同，結焦過程中。在不同組分的接觸界面上會出現應力，並發展成裂紋。因此，裝爐煤中的礦物質、焦粉、低揮發分煤等不熔融組分，是形成焦炭中網狀裂紋的中心。

焦炭單位面積上縱、橫裂紋的總長度，是表示焦炭裂紋多少的指標。常用的測量方法是將方格(1×1cm)框架依次平放在焦塊的各個面上，量出縱、橫裂紋的投影長度。由於焦炭裂紋受各種因素影響，焦餅各部位的焦塊裂紋率差別很大，因此應從焦餅上取能代表炭化室不同部位的、足夠數星的焦塊加以測定，以統計平均值作為測量值 ^[1]  。

(1)降低半焦層的温度梯度。方法有適當降低爐牆的加熱温度，採用煤乾燥工藝或煤預熱工藝等 ^[1]  。

(2)合理配煤。高揮發分煤在結焦過程中形成大里裂紋，因此焦炭塊度減小。添加適當比例(30%以上)的中等揮發分煤，可降低第一收縮峯。提高膠質體的固化温度(稱再固化温度)，使配合煤的收縮曲線接近中等揮發分煤單獨的收縮曲線，焦炭裂紋率也接近中等揮發煤單獨煉成的焦炭的裂紋率。

(3)添加適當的惰性物料。常用的惰性添加物有半焦和高温焦粉。不同温度下得到的半焦在重新受熱時呈現不同的收縮曲線，配入500℃的半焦可降低煤的第一收縮峯，但600℃後煙煤的收縮曲線和500℃半焦的收縮曲線基本一致，因此500℃半焦對600℃後煤的收縮沒有影響。配入600℃半焦對煙煤在500℃左右產生的第一收縮峯不起作用，但使煙煤在600℃左右的收縮曲線上的低谷(最低值)降低較多，而使煙煤在700℃附近的第二收縮峯值降低不多，從而增大了收縮曲線上600℃處的低谷值和700℃處峯值之間的收縮係數差，反而不利於裂紋的減少。配入700℃以上的半焦或高混焦粉，可同時降低第一收縮峯和第一收縮峯。因此在揮發分較高的煤料中，添加適當數量粉碎至粒度小於0.1-0.5mm的500℃半焦或700℃以上的半焦和高温焦粉，可減少收縮裂紋，增大焦炭塊度。但添加物粒度大，會使焦炭產生網狀裂紋。惰性添加物過多還會降低煤料粘結性，使焦炭耐磨強度變差。