焦炭熱強(qiáng)度影響因素

焦炭是高爐冶煉的重要原料之一，隨著高爐容積的不斷增大，焦炭在高爐內(nèi)的燃燒發(fā)熱和間接還原功能一部分由噴吹煤粉替代，同時(shí)低焦比導(dǎo)致焦炭在高爐內(nèi)停留時(shí)間延長，使得焦炭的溶損反應(yīng)增高，焦炭作為高爐料柱的骨架作用進(jìn)一步被強(qiáng)化。廣大煉鐵工作者不僅僅關(guān)注焦炭中的灰、硫和冷強(qiáng)度，而且越來越關(guān)注焦炭的熱強(qiáng)度。

原料煤性質(zhì)的影響

煤質(zhì)對焦炭熱強(qiáng)度的影響起主導(dǎo)作用，主要表現(xiàn)在以下方面。

1、膠質(zhì)體流動(dòng)性好的煤使焦炭具有較厚的氣孔壁，與CO₂反應(yīng)后仍可保持較好的氣孔結(jié)構(gòu)，見圖2：

2、有機(jī)惰性組分含量的高低。

3、 煤中灰成分的堿性氧化物含量對焦炭與CO2反應(yīng)有明顯的催化作用。以新疆艾維爾溝煤為例，煤的黏結(jié)性較好，單獨(dú)煉焦的焦炭冷強(qiáng)度尚可，但熱強(qiáng)度與相同煤種的平頂山鎮(zhèn)城底煤所煉出的焦炭差別卻很大，見圖3：

煉焦工藝技術(shù)

1、成型煤技術(shù)

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(zhì)量。根據(jù)寶鋼多年來使用實(shí)際， 焦炭熱強(qiáng)度與型煤配比、 壓潰強(qiáng)度的關(guān)系見圖4。

從圖4可以看出，成型煤比例、壓潰強(qiáng)度和焦 炭熱強(qiáng)度存在一定相關(guān)性，通過回歸分析得出焦炭熱強(qiáng)度與壓潰強(qiáng)度、型煤配比的一元關(guān)系如下：

CSR =60.9 0.073 4×壓潰強(qiáng)度 0.151×型煤配比

煤調(diào)濕技術(shù)

煤調(diào)濕的效果主要體現(xiàn)在因水分降低帶來的節(jié)能、增產(chǎn)和提高焦炭質(zhì)量等方面。寶鋼一期焦?fàn)t煤調(diào)濕2008 年底投產(chǎn)，替代了原有成型煤的使用，在作業(yè)控制上有以下特點(diǎn)。

1、入爐煤水分控制在（6.5±0.5）%。煤調(diào)濕 投運(yùn)初期水分控制在 7%左右，后來通過蒸汽量等調(diào)整，控制水分在6.5%以內(nèi)。

2、維持結(jié)焦時(shí)間不變。 入爐煤水分降低后，干餾初期升溫速度加快，結(jié)焦時(shí)間會(huì)相應(yīng)縮短，為此通過加熱控制調(diào)整供熱量，維持結(jié)焦時(shí)間不變。在結(jié)焦時(shí)間和配煤結(jié)構(gòu)相同的情況下，采用煤調(diào)濕工藝和配入15%成型煤工藝所得焦炭的熱強(qiáng)度對比見圖5：

由圖5可知， 在相同配比和生產(chǎn)條件下，煤調(diào)濕工藝較15%成型煤工藝的焦炭熱強(qiáng)度略好。煤調(diào)濕對焦炭熱強(qiáng)度的改善主要體現(xiàn)在兩方面：由于 配合煤水分降低，在爐內(nèi)煤水分蒸發(fā)所需時(shí)間縮短，干餾初期炭化室內(nèi)煤升溫速度加快，有利于焦炭質(zhì)量提高；同時(shí)水分降低后煤堆密度提高，入爐煤的黏結(jié)性改善，起到和成型煤近似的效果。 2100433B

通常，高爐冶煉對焦炭質(zhì)量有以下幾方面的要求：

1、化學(xué)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(zhì)的脹性不同，在高爐內(nèi)加熱后，灰分顆粒周圍產(chǎn)生裂紋，使焦炭強(qiáng)度降低；灰分中的堿金屬等對焦炭碳溶反應(yīng)起催化作用，使焦炭反應(yīng)性增高，影響反應(yīng)后強(qiáng)度。此外，還要求焦炭揮發(fā)份含量低，焦炭水分穩(wěn)定在較低水平，硫、磷和堿金屬等有害元素含量低。

2、冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度

包括焦炭抗碎強(qiáng)度M₄₀和抗磨強(qiáng)度_M10 指標(biāo)，冷態(tài)強(qiáng)度與風(fēng)口焦炭的粒度組成、平均粒度有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，整體反映了焦炭在高爐內(nèi)保持粒度的能力，因而被用作日常生產(chǎn)檢驗(yàn)指標(biāo)。

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(jù)高爐容積、操作水平和指標(biāo)水平略有不同。

4 高溫性能

焦炭高溫性能包括反應(yīng)性CRI 和反應(yīng)后強(qiáng)度CSR，反應(yīng)性是衡量焦炭在高溫狀 態(tài)下與 CO₂ 碳溶反應(yīng)能力的穩(wěn)定性指標(biāo)；反應(yīng)后強(qiáng)度是衡量焦炭在經(jīng)受CO₂ 和堿金屬侵蝕狀態(tài)下，保持高溫強(qiáng)度的能力。通常認(rèn)為焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度CSR 比冷強(qiáng)度指標(biāo)更能反映焦炭的質(zhì)量。

焦炭熱強(qiáng)度是反映焦炭熱態(tài)性能的一項(xiàng)機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)。它表征焦炭在使用環(huán)境的溫度和氣氛下，同時(shí)經(jīng)受熱應(yīng)力和機(jī)械力時(shí)，抵抗破碎和磨損的能力。焦炭的熱強(qiáng)度有多種測量方法，其中一種是熱轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度測定。測量焦炭的熱轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度，一般是將焦炭放在有惰性氣氛的高溫轉(zhuǎn)鼓中，以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一定轉(zhuǎn)數(shù)后，測定大于或小于某一篩級的焦炭所占的百分率，以此表示焦炭熱強(qiáng)度。幾種主要熱轉(zhuǎn)鼓見圖1：

1.冶金焦和7kg試驗(yàn)小焦?fàn)t配煤焦炭的抗拉強(qiáng)度與顯微強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相關(guān)性差。7kg試驗(yàn)小焦?fàn)t的單種煤焦炭的抗拉強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相關(guān)性好，與顯微強(qiáng)度相關(guān)性也較差 。

2.焦炭在1100 ℃下，與CO₂反應(yīng)屬于深層均一反應(yīng)，焦樣隨其氣化量增加，抗拉強(qiáng)度明顯下降，兩者之間線性關(guān)系較好。

3.抗拉強(qiáng)度的平均值表示法，不能反映焦炭質(zhì)量的均勻性，而焦炭的均勻性是很重要的，因此尋求更恰當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度表征乘數(shù)有待進(jìn)一步研究。2100433B

焦炭抗壓強(qiáng)度(compressive strength of coke)是指焦炭在壓力作用下斷裂時(shí)，其單位面積上承受的力，即焦炭斷裂時(shí)所能承受的最大壓應(yīng)力。它是反映焦炭力學(xué)性質(zhì)的一項(xiàng)指標(biāo)。試驗(yàn)是在恒定的應(yīng)變速度下，對圓柱體焦樣軸向加載，直至焦樣斷裂 。

焦炭抗拉強(qiáng)度(tensile strength of coke)是指膠炭在拉力作用下斷裂時(shí)，其單位面積巨承受的力，即焦炭斷裂時(shí)所能承受的最大拉應(yīng)力，是從炭力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)之一 。

焦炭是高爐操作重要的原料，隨著高爐的大型化，高效化，對焦炭提出了更高的要求。工業(yè)生產(chǎn)中一直沿用轉(zhuǎn)鼓來評定焦炭的強(qiáng)度，它是模擬焦炭由焦臺至高爐運(yùn)輸過程中的破壞狀況(幾何破壞，變形破壞，撞擊破壞和磨損破壞)。但由于破壞機(jī)理復(fù)雜，難以建立相應(yīng)理論，使不同試驗(yàn)方法有較好的相關(guān)性。因而人們就從不同層次來研究焦炭的強(qiáng)度，如表征焦質(zhì)強(qiáng)度的顯微強(qiáng)度; 表征氣孔結(jié)構(gòu)與焦質(zhì)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以及表征焦質(zhì)、氣孔及微裂紋的抗拉強(qiáng)度等。