影响焦炭热态性质的因素

影响焦炭热态性质的因素
灰分对热性质影响
(1)灰分对焦炭的影响分两方面：一方面是灰分中的SiO：、脉石等颗粒状岩石对其影响【1；另一方面是灰分中的碱金属对其影响．见图1。

由图1可以看出．随着原料煤中灰分含量增加焦炭的CO 反应性变大，反应后的强度变小。

这是
由于灰分中SiO：等颗粒状的岩石在高温情况下的热膨胀性与焦炭不同．导致以它们为中心产生放射性裂纹，使得焦炭与C0：接触面变大，加快反应速度(2)灰分中的矿物质即是指煤中矿物质的氧化物．它包括酸性氧化物和碱性氧化物。

矿物质对焦炭在高炉内降解是通过两条途径实现的，一是通过对溶损反应的催化作用。

使焦炭溶损反应加剧，反应后强度降低。

另一条途径是矿物质可以直接与碳作用。

如高炉内直接还原反应．TiC形成，钾、钠的层间化合物形成等【2j。

Ad矿物质即是指煤中矿物质的氧化物，对焦炭的碳溶反应有催化作用，它包括酸性氧化物、碱性氧化物和盐类。

考虑全部的酸、碱成分后的校正酸碱
指数：
图1 灰分对焦炭热性质的影响
图2 碱度指数对焦炭热性质的影响
MBr_—Na20
—
+K
—
~O+C丽aO +Mg O+F：而e203+TiO
一
2+MnO (1)
由图2可知，当碱度指数增大时，焦炭的CO：反应性也增大。

而焦炭反应后强度逐渐降低。

说明碱金属对焦炭的溶损反应主要起着正催化作用，它们的存在严重的影响焦炭热性质，在生产中应该采取有效的措施来控制碱金属的含量。

以便提高焦炭的热性质。

2．2 煤化度指标对焦炭热性质的影响
由图3可见。

煤的挥发分与焦炭的反应性和反应后强度有着密切的关系。

随着单种煤的挥发分含量增大，焦炭的CO：反应性变大，反应后强度逐渐降低。

尤其是挥发分含量在20％～24％之间的煤，其焦炭的反应性和反应后强度较好。

这是由于在炼焦过程中，随着温度的升高挥发分逐渐析出，挥发分含量越高，焦炭的孔隙越多或越大，使得焦炭的孔壁变薄及比表面增大，与CO 接触面增大，加快其反应速度。

图3 挥发分对焦炭热性质的影响
图4 镜质组反射率对焦炭热性质的影响
煤的镜质组反射率是表征煤化度的一个重要指标。

也是影响焦炭强度的一个重要因素由图4可见。

随着单种煤的镜质组反射率的变大，焦炭的C0 反应性降低，而焦炭反应后强度逐渐变大。

当在1．3～1．8之间时，焦炭的反应性和反应后强度较好。

2．3 粘结性指标对焦炭热性质影响
图5表明。

单种煤的粘结指数与焦炭反应性和反应后强度之间存在一定的关系．基本规律是随着单种煤的粘结指数的增大．焦炭的反应性降低，但反应后的强度却随之增大。

2．4 硫分对焦炭热性质影响
由图6可见。

原料煤中的硫分与焦炭热性质之间存在着一定的关系，随着煤中硫分的增加，焦炭的热性质变好．表现在反应性降低，反应后强度增大。

究其原因是焦炭中的硫以有机形式存在的，形成C—S—C键．加长了分子链还使分子间形成网状结构．加固了焦炭的结构。

因此使得焦炭的热态性质变好∽呈rJ∽rJrJ 图5 粘结指数对焦炭热性质的影响
S“
图6 硫分对焦炭热性质的影响
李运勇I3]等人在其文章中也证实了硫化物的存在对焦炭的反应性有抑制作用。

在H．C．Wikison的研究中．也认为煤中的硫也能使焦炭的反应性增加。

由于实际生产中硫对后续的高炉生产会造成不便．所以还应控制硫的含量。

3 建立数学模型
3．1 焦炭Co：反应性预测模型
影响焦炭热性质因素很多．主要的有原料煤的煤化度、粘结性指标、碱度催化指数等。

本文选择了灰分、硫分、煤化度、粘结指数、碱度催化指数等指标进行不同组合，建立了焦炭CO 反应性指标预测模型。

表述如下：
CR 15．722 51—0．4124A O．433 282V -
0．215 19G+l44．025 9MBI’-7．747 84 d(2)
= 一0．473 75，tvZ1．597 362，
．
=1．506 53，
tc=1．927 17，tMB 4．187 902
a=0．2，=1．363，I rAI<
所以认为对CRI影响不大，可以从方程(2)中剔除．
于是有方程：
CRI=1 1．276 79+0．480 049vd 6．059 04S
0．229 99G+140．807 6MBr (3)
R=0．94518，F：：25．13384，s-2．435224
当n=17。

a=0．05。

查相关系数R表和F分布表，
得R-0．641，F=3．01，所以该回归方程有95％的把握在一定范围内是可靠的，且在a=0．05的水平上是显著的。

CRI=7．313 158+0．622 57V 0．284 39G+147．058 3MBr (4)
R=0．93 1 66，F-：28．491 65，s-2．603 278
用来代替建立焦炭的co 反应性预测模型．得方程：
CR 33．076 95—0．336 53G+165．681 3MBI 一
—— 0
7．257 76R
一(5)
R-0．917 72，l23．127 74，s=-2．8461 91
检验方法同式(3)，检验结果表明式(4)、(5)都有95％的把握在一定范围内是可靠的，且在a=0．05的水平上是显著的。

3．2 焦炭反应后强度预测模型
与焦炭的CO 反应性预测模型相同，选择原料煤性质指标不同组合建立焦炭反应后强度预测模型．
模型表述如下：
c5R=56．955 97—0．008 4 d'-0．3 1 7 07
0．770 489G--273．816MBr (6)
R-0．916 24．F_15．691 25。

S=5．216 949
CSR=56．950 48—0．316 87 0．770 414G--
273．8O7MBr (7)
R=0．916 24。

．F=22．665 13，s=5．012 283
一n
CSR=44．349 07+3．255 481R一+O．800 981G一
284．375MBI (8)
R-0．914 63，F=22．178 83，s-5~058 04 3
检验式(6)、(7)、(8)，表明这3个方程存在着相关性．且在a=0．05的水平上是显著的。

采用霍州焦化有限责任公司的小焦炉试验数据
来检验式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)的正确性及实用性，结果如图7、图8所示。

图7 CRI预测值与实测值比较
图8 CSR的预测值与实测值比较
由图7、8可以看出，所建立的模型预测效果都很稳定，由于这些模型是针对皖北煤所建立的，用于南京钢铁股份有限公司的生产上就表现出一定的系统误差，这种误差可以通过修正常数项来校正消除。

比较各模型的标准误差，模型(3)、(7)相对其他几个模型较小，建议使用。

4 结论
(1)煤中的灰分含量越高，焦炭的热性质指标越差。

灰分中的碱性氧化物对焦炭的溶损反应起着正催化作用，其含量越大，焦炭的反应性越大，反应后强度越低。

(2)挥发分含量在2O％～24％之问，镜质组反射率在l-3～1．8之间的煤，其焦炭的反应性和反应后强度较好。

随着单种煤的粘结指数的增大，焦炭的反应性降低，反应后的强度随之增大。

硫的存在能抑制焦炭的CO 反应性，随着含量的增高，焦炭的反应后强度有所提高。

(3)建立的模型具有一定的可靠性与稳定性。