焦炭的粒焦反应性

表 4 单种煤焦炭气孔结构
序号
气孔率 q %
气孔壁厚 W 气孔平均直径 D
μm
μm
气孔周边长 PR I μm
最大直径 Fmax 最小直径
μm
μm
Fmin
2 q ( Fmax/ Fmin) 0. 5
1
49. 4
110. 13
2
66. 7
75. 56
3
66. 6
89. 11
4
来自百度文库53. 4
131. 88
5
我国国标 ( GB4000 - 839) 规定了测定焦炭块 焦反应性的方法 ,多年来的实践表明该方法存在 着制样困难 、仪器设备投资大 ,易损部件及反应介 质消耗大且成本高 、实验周期长等缺点 ,因此虽然 该标准颁布十多年来 ,除少数大型钢铁企业采用 外 ,推广相当困难·为此 ,笔者在实验室内研究了 焦炭的粒焦反应性·
焦炭与 CO2 反应属于气固相反应 ,在试验条 件一定时 ,反应结果主要受气固相接触面积和反 应过程的活化能影响 ,而接触面积可用焦炭的气
图 2 单种煤焦炭的粒焦反应性与光学显微组分的关系 (a) —粒焦反应性与光学指数关系 ;
(b) —粒焦反应性与部分光学显微组分关系·
由图 2 可见 ,焦炭光学各向异性程度 ( O T I) 越高 ,粒焦反应性越小 ,焦炭中惰性组织 、各向同
287
(3) 煤的工业分析 、粘结指数 、反射率 、煤岩 组分 、焦炭光学显微组分及块焦反应性分别按
GB211 - 77 , GB214 - 83 , GB5447 - 85 , GB6948 86 , GB8899 - 88 和 GB4000 - 83 进行· 112 试 样
(1) 单种煤试样的煤质分析结果如表 1· (2) 单种煤焦炭试样为 7 kg 试验焦炉焦
0. 87
8
田陈
2. 64
7. 36
39. 76
0. 50
9
柴里
3. 76
8. 18
39. 51
0. 80
10
兖州
3. 66
9. 36
38. 96
0. 29
80
1. 240 1
JM
84
1. 220 7 1/ 3J M
83
1. 096 2
1/ 3J M
96
1. 040 8
FM
63
0. 873 7
QM
76
反应后强度测定是用反应后大于 1 mm 的焦 样 ,放入内径 2514 mm ,长 305 mm 不锈钢转鼓内 , 同时装入 8 个直径 12 mm 钢球 ,以 (25 ±015) r/ min 速度转 16 min(400 r) ,以转鼓后大于 1 mm 焦炭质 量百分数作为反应后强度指标 ( PS R) ·焦炭粒焦反 应性测定方法流程图如图 1·
75. 2
59. 80
6
72. 8
71. 24
7
65. 8
93. 24
8
67. 0
100. 63
108. 39 148. 19 188. 42 151. 23 174. 09 182. 21 173. 40 199. 63
424. 34 501. 20 616. 10 456. 06 512. 53 516. 90 431. 77 775. 18
1999年 6月 第20卷第3期
东北大学学报 (自然科学版) Journal of Nort heastern University (Nat ural Science)
J un. 1 9 9 9 Vol120 ,No. 3
焦炭的粒焦反应性 Ξ
杨俊和 ① 杜鹤桂 ① 钱湛芬 ② 崔 平 ②
焦炭与 CO2 等气体的反应 (又称溶损反应) 是焦炭在高炉内降解的重要因素之一 ,经过几十 年来的研究与认识 ,目前许多国家已将焦炭反应 性指标作为焦炭质量评价指标之一[1 ]·
国内外测定焦炭反应性的方法很多·从试样 看 ,试样粒度从几毫米到几十毫米 ,试样质量从几 克到几十克 ,甚至达几十千克 ;从反应温度看 ,有 在升温状态下测定焦炭反应性 ,有在恒定温度下 测定焦炭反应性 ;从反应气体看 ,有用单组份气体 CO2 ,也有用混合气体 (如 CO22CO2H2O2N2) ·不 同方法所用的气体量 、反应时间等也可能不同 ,所 用的评价指标可以是反应速率 、CO2 转化率 、试样 质量损失率等[2 ]·
进一步分析表明 ,当同时考虑到焦炭光学显 微组织和气孔结构参数时得
PR I = 133. 17 - 4. 64 O TI - 0. 95 q 相关系数 R = 0. 828 0 这进一步说明了在所研究的条件下 ,焦炭光 学显微组织对粒焦反应性的影响是第一位的 ,并 与气孔结构共同起作用 ,这与块焦反应性的相关 研究结果是一致的·
炭·工业焦炭主要取自各钢铁公司的高炉入炉焦 和铸造焦·
2 单种煤焦炭试验结果与分析
211 粒焦反应性与块焦反应性关系 单种煤焦炭的粒焦反应性和块焦反应性测定
结果如表 2·
表 1 单种煤煤质
序号
煤种
M ad/ %
A d/ %
V daf/ %
S td/ %
G
R
0 max
煤分类
1
63 军
2. 38
11. 04
PR
I～
R
0 max
PRI～ G
PR I～ V daf , G
PR I～
R
0 max
,
G
表 5 单种煤焦炭粒焦反应性与煤质关系 回 归 方 程
PR I = - 42. 56 + 2. 69 V daf
PR I
= 123. 54 -
74
.
23
R
0 max
( ①东北大学材料与冶金学院 ,沈阳 110006 ; ②华东冶金学院 ,马鞍山 243002)
摘 要 研究了单种煤焦炭和工业配煤焦炭的粒焦反应性 、反应后强度与块焦反应性 、反应后强
度的关系·结果表明 :它们之间有良好的相关关系 ,并且还研究了单种煤焦炭粒焦反应性与煤质 、 焦炭光学组织 、焦炭气孔结构参数等指标间的关系 ,说明粒焦反应性对煤种区分能力较好 · 关键词 焦炭 ,粒焦 ,反应性· 分类号 TF 52611
- 0. 8912 - 0. 8330 0. 9269 - 0. 9454 - 0. 6843 0. 8852
5. 50 7. 01 4. 31 4. 13 8. 37 5. 89
孔结构参数表征 ,活化能则主要决定于焦炭的碳 结构 ,与焦炭的气孔壁光学显微组织有关·因此研 究了焦炭的粒焦反应性与光学显微组织和气孔结
PS R = 45. 69 - 0. 64 PR I CS R = 72. 19 - 0. 92 CR I CRI = 16. 83 + 0. 63 PRI CS R = 63. 69 - 0. 71 PR I CR I = 57. 99 - 0. 65 PS R CS R = 15. 14 + 0. 92 PS R
10
77. 0 1. 75 67. 8 8. 9
2 种反应性测定方法虽然不同 ,但均反映了 焦炭与 CO2 反应的能力 ,因此其指标间应该存在 着相关关系 ,将表 2 中数据作回归分析得表 3 的 结果·
表 3 单种煤焦炭粒焦和块焦反应性关系
指标
回归方程
R
Sd
PR I～ PS R CR I～ CS R PRI～ CRI PR I～ CS R PS R～ CR I PS R～ CS R
213 粒焦反应性与煤质指标间关系 当炼焦条件一定时 ,焦炭性质主要取于煤的
质量 ,因此粒焦反应性能否作为焦炭质量评价指 标的重要问题之一是其对不同性质煤的区分能 力 ,因此利用表 1 ,2 的数据 ,把焦炭的粒焦反应性 与煤的变质程度和粘结性进行回归分析研究 ,结 果如表 5·
指 标
PR I～ V daf
288
东北大学学报 (自然科学版) 第 20 卷
性组织和极细镶嵌组织含量 ( I + V mf + FF) 越 高 ,反应性越高 ,因为焦炭的不同光学显微组织中 碳结构的区别 ,各向异性程度越高与 CO2 反应的 活化能也越高 ,即 CO2 对焦炭光学显微组织有选 择性反应·对于焦炭光学显微组分中细粒镶嵌到 不完全纤维部分 ,由于它们的碳结构单元堆砌既 有一定的有序性 ,又相互嵌入与咬合 ,CO2 与它们 反应时仅能在表面形成疵点而难以形成裂纹并扩
86. 12 105. 74 119. 57 88. 92 100. 52 106. 94 90. 36 145. 20
27. 00 38. 15 37. 42 30. 06 36. 55 39. 59 34. 95 51. 93
1. 763 2. 224 2. 381 2. 494 2. 393 2. 116 1. 837 2. 949
构参数间关系· (1) 粒焦反应性与光学组织间关系 图 2 是单种煤焦炭的 PR I , PS R 与焦炭光学
显微组分间关系·
显然 ,粒焦反应性测定与块焦反应性测定方 法所得指标有良好的线性相关关系 ,说明两种方 法测定的焦炭性能本质是相同的 ,一定程度上可 以相互替代使用· 212 焦炭的粒焦反应性与其它质量指标间关系
7
30. 0 29. 4 36. 3 38. 4
37. 4 32. 3 48. 5 42. 3
66. 5 2. 4 54. 2 16. 4
57. 5 6. 5 53. 4 20. 6
65. 0 3. 97 61. 6 17. 6
8
64. 5 0. 82 56. 8 19. 2
9
57. 5 6. 5 53. 4 20. 6
展成空洞和疵点 ,因此焦炭中这些组分越多反应 后强度越高·
(2) 粒焦反应性与焦炭气孔结构参数间关系
从表 4 的单种煤焦炭气孔结构测定结果可 见 ,虽然存在随着气孔率和气孔平均直径增大粒 焦反应性增大 、随着气孔壁厚度增大反应后强度
增大的趋势 ,但相关性均不是太好 ,尝试用复合气 孔结构参数也末得到较好的结果·因此可以认为 虽然焦炭与 CO2 反应属气固相反应 ,但在所研究 的条件下 ,反应过程中气孔扩散较快 ,化学反应速 度控制起相当大的作用 ,气孔结构对反应性的影 响相对较小·当然 ,707/ 717 图像分析系统对微气 孔未计算在内 ,而微气孔对焦炭反应性有一定影 响·
27. 16
1. 08
2
临涣
2. 70
13. 94
29. 86
0. 60
3
平顶山
4. 18
9. 86
30. 14
0. 44
4
枣庄
5. 75
7. 42
32. 00
2. 04
5
临汾
1. 54
14. 54
39. 83
0. 58
6
潘集
1. 94
11. 75
40. 07
0. 31
7
蒋庄
2. 86
6. 20
38. 87
Ξ 1998 09 02 收到· 杨俊和 ,男 ,39 ,副教授 ,博士研究生 ; 杜鹤桂 ,男 ,72 ,教授 ,博士生导师 ; 钱湛芬 ,女 ,65 ,教授· 国家“八五”科技攻关项目 (编号 :85 501 04 10) ·
第 3 期 杨俊和等 : 焦炭的粒焦反应性
1 试验方法与试样
111 试验方法 (1) 粒焦反应性与反应后强度 先从一定量块焦中缩分出约 2 kg 焦炭 ,用颚
式破碎机逐级破碎至 < 6 mm ,用直径 3～6 mm 圆 孔筛筛分出 3～6 mm 焦炭置于干燥箱内 ,在 150 ～160 ℃条件下干燥 2 h ,即得粒焦反应性试样·
称取 20 g 粒度为 3～6 mm 干燥后的焦样 ,装 入内 径 20 mm , 长 300 mm 反 应 管 内 , 以 20 ～ 25 ℃/ min 速度升温至 400 ℃,通入 N2 保护 ,继续 升温至 1 100 ℃,切换成 CO2 反应气体 ,流量为 015 l/ min 反应时间为 120 min ,反应后降温过程 中通 N2 保护冷却至室温 ,以反应前后焦样失质 量百分率作为粒焦反应性指标 ( PR I) ,平均试验 结果误差小于 215 %·
0. 870 0
QM
83
0. 813 3
QM
90
0. 792 4
Q FM
82
0. 784 9
QM
55
0. 732 2
QM
指标
PR I PS R CRI CS R
1
39. 5 14. 1 36. 2 29. 3
2
38. 0 15. 9 37. 6 43. 2
表 2 单种煤焦炭粒焦和块焦反应性
3
4
5
6
图 1 粒焦反应性测定流程图 1 —N2 钢瓶 ;1′—CO2 钢瓶 ;2 —缓冲瓶 ;3 —洗气瓶 ;
4 —干燥器 ;5 —流量计 ;6 —三通阀 ;7 —热电偶 ; 8 —反应管 ;9 —橡皮塞 ;10 —反应炉 ;11 —控温仪·
(2) 焦炭气孔结构参数按华东冶金学院 707/ 717 图像分析系统测定方法进行·