焦炭热强度检验影响因素的分析

黄继发，黄乐枧，刘 巍

（方大特钢科技股份有限公司，江西 南昌 330012）

1 前言

焦炭的热强度是指焦炭的反应性以及其反应后的强度，它代表高炉内焦炭和二氧化碳发生反应后的脆化程度。但一般认为焦炭热态反应性试验条件很难掌握，反应后强度的结果波动大。从泡焦与炉头焦、机械制样、热电偶插入料层位置、气路控制4个方面分析了对焦炭热强度检测结果的影响。

2 影响因素

2.1 泡焦与炉头焦的影响

炉头焦、泡焦判定标准。炉头焦就是机焦侧炉头部分的焦炭，由于炉头温度散失厉害，相对标准温度低很多，焦炭成熟度相对要差，外在表现主要为表面有接近煤的黑色（正常焦炭呈现灰白色）。泡焦是由于炭化室内是层层结焦，靠近炉墙处最早结焦，堆料中心最晚成焦。由于中心与炉墙附近的煤温度差，造成形成胶质体时其压力由中心向两侧炉墙舒展压力，炉墙处压力最大，中心处压力最小，这种状态一直保持到焦炭成熟，由于受压力影响，越靠近炉墙处的焦炭质量越好，越近中心的焦炭就是所谓的泡焦。外在表观为呈蜂窝状，整个表面布满气孔。

挑选泡焦与炉头焦进行检验，热态性能检测结果对比见表1。

表1 焦炭热态性能检测结果对比 %

泡焦、炉头焦与正常焦炭之间平均偏低11.2%，因此泡焦与炉头焦的带入势必影响检测数据的准确性和代表性，综合判定制样过程应弃去样品中存在的少量泡焦与炉头焦。

2.2 机械制样对检测结果的影响

对机械制样与手工制样两种方法制样进行对比试验，验证机械制样与手工制样是否存在差异性。

机械制样与手工制样两种方法，CRI与CSR检测比对5 次，CRI与CSR偏差均在1.0%以下，且平均偏差分别为0.2%和0.0%，机械制样与手工制样检测结果接近，机械制样与手工制样无差异性。

2.3 热电偶插入料层位置的影响

对热电偶深入套管底和留有2 cm 左右空隙进行检测比对，验证热电偶插入不同深度对检测的影响，对比数据见表2。

表2 热电偶插入不同深度检测结果对比 %

对比结果差异性较大，热电偶插入不同深度对检测结果影响较大。分析比对差异性主要原因还是样品反应过程因炉膛各部分温度分布存在差异性，而不同测温点势必造成焦炭反应温度的不一致，从而引起检测偏差。依据国家标准GB/T 4000—2017《焦炭反应性及反应后强度试验方法》热电偶测温点应在焦炭中心部分，且焦炭处于炉膛恒温区部分（1 100±5 ℃）。热电偶插入深度不同，即测温点的不一致势必引起焦炭所处反应温度的不一致，从而引入检测偏差。而热电偶插入料层位置由热电偶插入反应器深度、高铝球（直径200 mm）堆积高度、焦炭堆积高度三者决定。

日常热电偶插入深度是固定的插入反应器350 mm，反应器本身高度也是固定的500 mm，焦炭通过称重限制为200±0.5 g（颗数一般为24～29颗），所以只能调节高铝球的数量，调整焦炭所处反应器位置变动，使热电偶插入焦炭中心部位，这就需要测量焦炭不同数量堆积高度、不同高铝球堆积高度，通过计算使热电偶插入焦炭中心部位。计算公式：热电偶插入焦炭深度=高铝球堆积高度+焦炭堆积高度+电偶插入深度固定深度（350）-反应器高度（500）。

对常规焦炭热反应性试验检测焦炭颗粒数为24～29颗，对高度测量见表3、表4。

表3 焦炭堆积高度

表4 高铝球堆积高度

因反应器全高500 mm，热电偶套管350 mm，根据计算公式推算出高铝球堆积高度（mm），从而得出不同焦炭所需高铝球数量，见表5。

表5 不同焦炭所需高铝球数量

通过高度测量和理论计算，不同焦炭颗粒数需要选定不同颗粒数高铝球，但焦炭颗粒数加高铝球颗粒数稳定在82～83颗。为方便记忆和日常检测操作，确定最佳高铝球和焦炭数量加入总数为82或83颗。

2.4 气路控制的影响

现焦炭热检验设备绝大部分采用自动控制，设备存在偶尔电磁阀故障现象，引起串气，造成检测结果的偏离。通过给气路加装气体过滤系统，净化气体，并在原有基础上由单个电磁阀控制，改为双电磁阀控制（只有在双电磁阀同时故障时才会发生串气），有效避免了因电磁阀故障所引起的检测偏差。

3 结论

3.1 泡焦与炉头焦的带入影响检测数据的准确性和代表性，制样过程应弃去样品中存在的少量泡焦与炉头焦。

3.2 机械制样可代替手工制样。

3.3 通过测量反应器本身高度、焦炭堆积高度、高铝球高度，可调整热电偶插入焦炭中心部位。

3.4 通过给气路自动控制系统加装气体过滤系统，净化气体，同时在原有基础上由单个电磁阀控制，改为双电磁阀控制（只有在双电磁阀同时故障时才会发生串气），可有效避免因电磁阀故障所引起的检测偏差。