焦炭热态性能及其影响因素研究

出的试样放入 5% 的 N a2CO 3 水溶液中煮沸
从表 4 可知: 经过碱金属处理的焦炭,
表 4 碱金属对 焦炭热态性能的影响
焦炭序号
反应前质量 ( g)
未浸泡 N a2CO 3 反应后质量 ( g)
反应性 (%)
反应前质量 ( g)
浸泡 N a2CO 3 反应后质量 ( g)
反应性 (%)
1
200. 0
56. 4
3
81. 8
6. 8
33. 4
51. 8
4
81. 4
7. 2
31. 6
51. 9
5
81. 8
6. 8
32. 1
55. 2
6
81. 6
7. 0
32. 4
50. 2
7
81. 8
6. 6
35. 9
41. 1
8
82. 3
6. 5
31. 0
54. 8
9
81. 4
7. 0
29. 9
54. 5
从实验数据看, 焦炭的热态强度优于其 冷态强度的, 必定优越。反之, 冷态强度合 格, 其热态强度却不一定达标。而 CSR 和 CRI 是表示焦炭在高温下发生碎裂的两个重 要指标。在软熔带, 由于含铁炉料软化和熔 化后会发生相的变化, 使位于其间的焦炭层
CSR
58. 7 45. 7 52. 8 61. 5 55. 7
之和与焦炭反应性有良好相关。
1 h, 再浸泡 1 d 后, 放入 170～180℃的烘箱
最后, 本实验对碱金属对焦炭的热态性 中烘干 2 h, 其余步骤与未浸泡 N a2CO 3 相
能的影响程度进行了测试。过程如下: 取制 同。试验数据如表 4。
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第 4 期 煤质技术 2002 年 7 月
焦炭热态性能及其影响因素研究
三钢闽光股份有限公司质量处 吴兰香
摘 要 本文综述碱金属、反应温度及焦炭结构对焦炭热态性能的影响程度并对同 一焦炭的冷、热态性能进行对比。 关键词 焦炭 冷态强度 热态强度
·4 1·
第 4 期 煤质技术 2002 年 7 月
厂名
武钢 鞍钢 宝钢 太钢 包钢
各向同性
1. 0 12. 5 16. 4
1. 5 1. 1
表 3 国内某些钢厂焦 炭的光学组织与反应性( % )
细镶嵌
焦炭的光学组织
粗镶嵌
纤维状
叶片状
热态指标比焦炭的冷态指标更重要。
其次, 为了探索反应温度对焦炭热态性 能的影响, 本实验对同种焦在不同温度下做
了多炉次的测试, 其数据如下表 2。
表 2 温度对焦炭热态性能的影响
反应温度( ℃)
CRI( % )
CSR( % )
1 090 1 095 1 100 1 105 1 115
28. 8 29. 0 30. 5 31. 7 39. 1
丝质破片
0. 6 12. 3
9. 3 2. 3 4. 2
6. 5 24. 7 10. 6 11. 1 22. 0
61. 3 18. 8 32. 2 51. 5 43. 1
10. 5 4. 0 5. 9 8. 1 4. 7
20. 0 27. 7 25. 6 25. 5 24. 9
CR I
28. 2 33. 9 35. 9 29. 3 29. 5
再次, 为了对焦炭的热态性能有更深认 识, 本人查阅了大量的资料, 对焦炭的光学 组织与焦炭热态性能的关系作了考究。表 3 列举了我国某些钢厂焦炭的光学组织与反应 性。
从表 3 可知, 焦炭的光学组织结构与焦 炭的反应性关系密切。各光学组织的反应性 按各向同性组织、丝质组织、破片组织、细 镶嵌状组织、粗粒镶嵌状组织、纤维状组织 依次减弱。焦炭中各向同性与细粒镶嵌组分
2
200. 0
3
200. 0
4
2来自百度文库0. 0
147. 3 156. 7 139. 7 161. 1
26. 4 21. 7 30. 2 19. 5
200. 0 200. 0 200. 0 200. 0
92. 3 96. 8 77. 9 107. 6
53. 9 51. 6 61. 1 46. 2
其反应性大幅度增加, 使焦炭质量急剧恶化。 这主要是碱金属在 C + CO 2= 2CO 的反应中 起了正催化作用, 提高了反应速率, 使得反 应速度加快, 反应性大幅提高而出现了上述 结果。
4 结 论
( 1) 本文对同种焦炭冷、热态强度进行 对比。实验表明, 热态强度好的焦炭, 其冷 态强度必定好; 而冷态强度好的焦炭, 其热 态强度不一定好。焦炭的冷、热态之间的相 关关系还有待于进一步探索。
( 2) 反应温度、碱金属对焦炭的热态性 能有极大影响。特别是碱金属对焦炭的热态 性能影响尤其大。因而, 在生产中应从以下 几方面入手: 减少入炉料中的碱金属含量;
实 验按 GB/ T 4000- 1996 焦炭 反应 性 及反应后强度试验方法进行。取制好的试样 每份 200. 0 g 装入反应器内, 再放入加热炉 中。等温度升到 400℃时, 通 N 2 保护; 待炉 温升至 1 100℃恒温后, 改通 CO 2 ( 含量大于 98% ) , 流量为 5 L / min, 反应 2 h; 然后改通 N 2 保护并把反应器从加热炉中取出。冷却至 室温, 称量并计算焦炭的反应性。
3 数据与分析
首先, 为了探索焦炭的冷态强度和热态 强度间是否有内在联系, 本试验对同种焦炭 分别测试了 M 40、M 10、CRI、CSR, 实验数据 见表 1。
表 1 同种焦炭冷热 态强度对照( % )
M 40
M 10
C RI
C SR
1
82. 2
6. 2
26. 2
63. 4
2
81. 8
7. 0
29. 7
( 收稿日期: 2002- 03- 20)
第 4 期 煤质技术 2002 年 7 月
热电偶、N 2 、CO 2 钢瓶各 1 瓶、Ⅰ型转鼓等。 2. 4 试样的制备
按 GB1997 规定的取样方法, 按比例取 大于 25 mm 焦炭 20 kg , 弃去泡焦和炉头焦。 用鄂式破碎机破碎、混匀、缩分出 10 kg, 用 圆孔 筛 25 mm、 21 m m 筛 取 21～ 25 mm 焦块作为试样。将制好的试样放入干燥 箱, 在 170～180℃温度下烘干 2 h, 取出焦炭 冷却至室温, 待用。 2. 5 实验方法
参考文献
1 焦炭反应性及反应后强度试验方法 , G B/ T 4000 - 1996.
2 叶聿萌 . 碱金属对高炉冶金焦炭的危害 . 2001. 3 煤气工程 . 1999.
( 收稿日期: 2002- 05- 18)
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1 引 言
三钢自配加无烟煤炼焦以来, 焦炭的冶 金焦率、冶金焦合格率均有大幅度提高。特 别是焦炭的冷态强度有了明显改善。但是, 焦 炭的热态性能却未相应提高。本文对同种焦 炭的冷热态强度进行测试分析并着重对焦炭 的热态性能进行实验, 从而确定焦炭热态性 能的主要影响因素及其影响程度, 继而探讨 提高焦炭质量的办法。
2 实验内容
2. 1 实验样品
取自本厂配加无烟煤以来不同时期所炼 的焦炭。 2. 2 实验原理
称取一定量的焦炭, 置于反应器中, 在 ( 1 100±5) ℃时与 CO 2 反应 2 h 后, 以焦炭 质 量损失 的百 分数 表示 焦炭 反应 性
( CRI, % ) 反应后的焦炭, 经Ⅰ型转鼓试验后, 大
采用高压操作, 减少碱金属气化量; 采 用富氧、喷吹技术降低炉缸温度, 降低燃烧
等; !缩短炉料在炉内时间, 减少碱金属的 累积量; ∀ 严格控制高炉操作温度, 使其在 小范围内波动。
( 3) 焦炭光学组织对焦炭反应性有良好 相关。而对光学组织影响最大的是煤的变质 程度。因而在炼焦过程中可调整入炉煤的配 比, 以便达到煤的最佳组合, 从而提高焦炭 的热态性能。此外, 加热速度、维温时间和 炼焦准备工艺对焦炭光学组织的形成也有一 定影响, 可提高加热速度延长维温时间以降 低焦炭的反应性。
为煤气的流动提供了必要通路。CSR 和 CRI 差的焦炭, 对软熔带的透气性和受风量有不
利影响, 因而会影响高炉利用系数。另一方
面, CSR 和 CRI 差的焦炭会使风口回旋区和 软熔带变形, 形成无法渗透的死铁层, 从而
促使上升的煤气流和滴入炉缸的液体向边缘
流动。这些因素会使炉腹、风口回旋区和炉
缸等部位的炉墙热负荷增大, 最终有可能导 致炉缸烧穿, 一代炉役缩短。因而, 焦炭的
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屏都有放大作用, 判断灰锥变化时, 易产生 误差, 所以一般不要从屏幕上观看。如从屏 幕上判断, 应在调试仪器时确定显示屏上灰 锥的放大比例, 以便于观察流动温度时判断 高度。
总之, 测定煤灰熔融温度过程中, 每一 个细节都很重要, 且人为因素较多。试验时 一定要认真、仔细、规范。
作者简介 闫蕙, 女, 1970 年生, 1991 年毕业于内蒙 古建材工业学校分析化学专业。一直从事煤质化验工作, 现 任神华集团煤质化验中心化验科科长。
于 10 mm 粒级焦炭占反应后焦炭的质量百 分数, 表示反应后强度 ( CSR, % ) 。 2. 3 主要实验设备
鄂式破碎机、加热炉、反应器 ( 可通 N 2、 CO 2) 、Q U JO -1 块焦反应监控仪、铂铑- 铂
结果不准。
12 避 免主观 因素 影响
目前, 所测温度大都是目视判断。而煤 灰的 4 个特征熔融温度主要是根据试样形态 变化判断, 尺寸变化只是个参考因素。因此, 目视观察有一定误差。另外, 由于煤灰为混 合物, 灰的组成不同, 受热时的形态变化也 各异。有时还会产生一些特殊变化, 如起泡、 膨胀、缩小、弯曲又变直、突然消失等, 给 结果的判断增加困难。实际上, 标准中给出 的图例, 是一般图例, 试验者应根据经验正 确判断温度。现在国内又生产出用摄像机并 通过显示屏观察灰锥变化的仪器。这些显示
57. 6 55. 3 54. 4 53. 2 48. 0
从表 2 看, 焦炭反应温度在±5℃范围内 波动。其反应性和反应后强度基本在误差允 许范围内 ( CRI 及 CSR 的重复性分别为: ≤ 2. 4% , ≤3. 2% ) 。若反应温度超出 1 105℃, 由于 C+ CO 2= 2CO 是增大体积的反应, 属 于吸热反应。温度升高有利于平衡向右移动, 从而使焦炭的反应性呈上升趋势, 反应后强 度呈加速下降趋势。因此, 在高炉操作中, 须 严格控制操作温度, 使其在小范围内波动, 从 而使焦炭的热态性能相对稳定。