研究焦炭反应性和反应后强度的关系及影响因素

张晨

摘要：针对焦炭的反应性与反应后强度，在简单介绍试验方法的基础上，对这两者之间的相互关系与影响因素进行深入分析，以此为焦炭质量分析评价和改善提供参考借鉴。

关键词：焦炭反应性;反应后强度

高炉中的焦炭具有燃料、骨架与还原剂等重要作用，从大高炉角度讲，骨架的作用至關重要。为对焦炉质量进行评价，需要参考反应性与反应后强度两个指标，明确两者之间的相互关系和影响因素。

1试验方法

（1）焦炭反应性

根据现行标准，取适量试样放到反应器当中，于1100±5℃的温度条件和CO₂发生反应，2h后，取试样质量损失为反应性结果。

（2）反应后强度

根据现行标准，将反应后的焦炭采用I型转鼓进行共转，转速为20r/min，持续30min，待转数达到600后，将试样取出进行筛分、称重和记录，粒径超过10mm的部分，其质量百分数即为反应后强度。

（3）取样和制样方法

根据现行标准进行取样，在取样和制样过程中，应对设备密封性、各阶段气体实际流速及升温速度等进行严格控制。

2反应性与反应后强度之间的关系

采用以上试验方法分析焦炭，明确反应性与反应后强度之间的关系。由分析结果可知，反应性与反应后强度之间为负相关，当反应性降低时，反应后强度增加。焦炭试样的反应性为24%-28%，均值26.13%;反应后强度为63%-69%，均值65.67%，该焦炭具有的热态性能能适应高炉炼铁提出的要求^[1]。

3焦炭的冷态强度和热态性能对比

（1）高炉受冷态强度和热态强度的影响对比

M₄₀与M₁₀为综合反映冷态性能关键指标。对焦炭而言，其M₄₀相对较高，但M₁₀却较低，这对块状带透气性有效提高有利，能对炉况顺行程度予以改善。经实践可知，当M₄₀变化±1%时，产量将发生±1.22-1.43%的变化，而综合焦比将发生±0.57-0.61%的变化，相比之下，M₁₀造成的影响往往更大。对此，在保证M₄₀的基础上，应对M₁₀进行有效控制。对于反应后强度，当变化±1%时，产量将发生±0.52-0.58%的变化，而综合焦比将发生±0.32%的变化。M₄₀在71.1-83.2%范围内，当其提高1%时，利用系数提高1.22-1.43%，综合焦比降低0.57-0.61%;M₁₀在7.27-9.90%范围内，当其降低1%时，利用系数提高4.53-5.15%，综合焦比降低2.72-2.93%;反应性在22.0-39.0%范围内，当其降低1%时，利用系数提高0.72-0.82%，综合焦比降低0.51-0.56%;反应后强度在46.0-64.9%范围内，当其提高1%时，利用系数提高0.52-0.58%，综合焦比降低0.32%。

（2）冷态强度和热态强度关系

为对这两者关系进行分析，需对现有检测数据实施对比。根据对比结果可知，M₄₀、M₁₀和反应性、反应后强度无直接关系。当焦炭的冷强度指标相对较好时，它的热态强度可能较低。对焦炭进行质量检测后可见，机械强度可达到要求，并不能说明焦炭具有良好热反应性。对此，企业需要在保证焦炭具有良好冷态强度的基础上，保证热态性能^[2]。

4焦炭热态性能主要影响因素

（1）水分

为明确焦炭热态性能受水分这一因素的影响，需测试反应性及反应后强度对应的水分含量，同时予以相关及回归分析。由分析结果可知，水分含量和反应性及反应后强度均存在相关性，和理论分析结果吻合，因焦炭水分发生波动会使入炉干焦量明显变化，所以水分保持稳定比水分数值重要，并且如果焦粉的含水分较高，将黏附于焦块，无法被筛除而进入到高炉当中，影响焦炭的质量，使筛分与透气性均变差。当水分增加1%时，应增加1.1%-1.3%的焦炭。如果焦炭的含水量达到4%以上，则炉尘量将显著提高，使高炉顺行明显变差。因此，当水平较低时，水分保持稳定能有效提高热性能。

（2）熄焦方法

为对各种熄焦方式对应的热性能情况进行对比，从焦炉中分别选取没有经过喷水处理的干熄焦与经喷水处理的湿焦实施检验，其结果为：①反应后强度：干熄焦平均值为71.52%，湿熄焦平均值为66.16%，提高5.36%;②反应性：干熄焦平均值为22.84%，湿熄焦平均为26.76%，降低3.92%。

由以上结果可知，干熄焦强度高于湿焦，但反应性有所下降。这是因为干熄焦除了能对红焦显热进行回收，还能对焦炭的质量予以改善，同时减少污染。当配比相同，同时炼焦条件保持不变时，对干熄焦而言，其热性能高于湿熄焦。

（3）配煤结构

焦煤和肥煤之间为正相关，其相关系数为0.586，两者的回归分析方程可表示为：肥煤=13.1+0.191焦煤;而气煤和焦煤之间为负相关，其相关系数为0.640，两者的回归分析方程可表示为：焦煤=48.5-0.716气煤;其它不同煤间也存在一定相关性，且有着较为复杂的交互作用，彼此影响，在配煤过程中需要综合考虑^[3]。

配煤是影响焦炭质量主要因素之一，针对大型高炉，其焦煤的胶质层厚度应达到16-20mm以上。从焦炭热性能角度讲，反应性对瘦煤、焦煤和肥煤的影响较为显著，而反应后强度对瘦煤与焦煤的影响较为显著，需要以焦煤资源实际情况为依据，经对配煤的优化来制得满足要求的焦炭，以此提高碱度指数，起到降低反应性并改善反应后强度的作用。

5结束语

反应性与反应后强度为衡量高炉内焦炭实际行为的关键指标，两者为负相关，通过对线性方程的分析，不仅能预测焦炭热性质，而且还能为焦炭测定奠定良好基础。焦炭冷、热态强度之间无显著关联。当冷态强度较好时，其热态强度可能并不好。对此需要在保证冷态的基础上，保证热态性能。水分、熄焦方法和配煤结构是影响焦炭热态性能的重要因素，应根据实际生产要求进行调整和改善，以保证热态性能。

参考文献

[1]钟声，沙泥亚木·阿不都热依木.焦炭反应性与反应后强度的关系及其影响因素探讨[J].化工管理，2017（23）：137.

[2]阴雨蒙蒙.焦炭反应性及反应后强度试验影响因素分析[J].煤质技术，2016（04）：32-34+22.

[3]赵志娟.焦炭反应性及反应后强度影响因素及预测模型的研究[J].煤炭与化工，2013，36（06）：106-109.

（作者单位：南京钢铁股份有限公司）