焦反应设备反应罐改造重复利用性探究

王 卓

（陕钢集团汉钢公司，陕西 勉县 724200）

焦炭在高炉生产过程起着重要的作用，决定着高炉温度高低的变化趋势。目前，高炉对焦炭的质量要求越来越高。焦炭的反应性及反应后强度测试，很直观的体现出发热值。发热值特别的低会影响高炉的出铁量，发热值过高也会导致焦炭快速燃尽，从而增加成本。焦炭反应强度不够易出现破碎，在高炉中快速燃烧后变成粉末，导致高炉透气性变差，出铁率变低。对于炉体，焦炭对其没有影响的。因此，焦炭反应性及反应后强度的测试对高炉起着重要的指导作用，焦反应反应罐的快速烧损，不仅会导致焦炭反应性的实验失败，出现数据偏差，而且会对增加检化验成本。观察发现，每个反应罐破损的位置基本都在焦炭燃烧的位置，由此，提出对两个反应罐烧损的部分进行切割去除，将好的部分进行焊接，焊接后的新反应罐是否可以试验，就在此展开分析探究。

1 设备及样品

1.1 试验设备

电热鼓风干燥箱、称量天平（MP2100）、标准筛（口径：23～25 mm）、反应罐（材质高温合金钢，直径80mm，高500 mm）、反应设备（MTLQ-JT-6、MTLQ-JT-7焦炭反应性测定仪，重庆市安全生产科学研究有限公司）。

1.2 样品

样品直径为23～25 mm；瓶装氮气气体压力为3～15 MPa，氮气含量（体积分数）大于98%。

2 实验方法

2.1 国标要求

GB/T 4000—2017《焦炭反应性及反应后强度测试》实验方法及标准。

2.2 方法简介

将2个烧损的反应罐按照1/2处量好尺寸，将反应罐破损的部分切割，再将2个完好的部分焊接在一起。然后称取上道工序制备好焦炭样，在175℃烘箱中烘制2 h，取出凉至室温，用二分器进行两次缩分，选取大概23～25 mm之间，200 g左右，上下不超过0.5 g，放置在反应罐中，反应罐在1 100℃高温炉中用CO2气体反应灼烧2 h，以焦炭烧损的质量百分比表示反应性（CRI）。

2.3 反应罐试验材质

反应2 h候实验结束，设备停止加热，开始通氮气，流量在2 L/min，焦炭温度降至指定温度时，焦炭反应设备自动切断氮气，焦炭反应后强度通常是指反应灼烧后的焦炭在高温作用下的灼烧减量和破碎强度试验。焦炭在高炉生产过程中，二氧化碳和水蒸气等会直接参与化学反应。焦炭和氧气及二氧化碳在反应罐中反应有一定的规律性，因此，必须使用耐高温、高强度的合金钢作为反应罐试验材质。

3 实验影响因素及结果分析

3.1 反应罐漏气

焦炭反应性测试需要在1 100℃高温下与二氧化碳反应，且分析温度不能偏差±3℃，反应罐进气管与排气管要保证无漏气，供气系统与排气系统畅通是前提。为此要求反应罐不能有破损漏气现象发生。但是反应罐在日常使用过程中，随着温度的上升和使用频次的增多，反应罐外壁出现裂纹，导致反应罐出现漏气，致使焦炭与二氧化碳气体接触不完全，导致结果偏高。甚至反应罐破损导致反应后的一氧化碳泄露发生中毒窒息的可能。通过一组破损的反应罐和完好的反应罐实验来验证。实验情况见下页表1。

表1 破损与完好的反应罐有无漏气试验

结论：反应罐破损后，焦炭反应性变高，漏气导致焦炭反应不充分，因为反应性变高，反应后强度的测试也随之升高，结果偏差较大，故必须及时更换掉破损的反应罐。

3.2 破损反应罐对温度影响

反应罐在实验室全部放入反应炉内。三段式测温热电偶会准确反映出炉膛内每一节的温度变化，破损的反应罐会不会影响温度的变化。温差过大会导致试验结果不准确，温度过低会导致焦炭反应不充分，将破损的反应罐和完好的反应罐分别试验，最终对比试验温度是否有变化，因为焦炭反应性设备要求温度必须达到1 100℃，且上下不能超过3℃，焦炭反应性试验对温度的要求比较高，通过2台不同的设备试验来验证结论（见表2和表3）。

表2 焦反应性测试MTLQ-JT-6三段式不同位置温度

表3 焦反应性测试MTLQ-JT-7三段式不同位置温度

结论：反应罐三段位置温度必须全部控制在1100℃，才可以分析样品，破损的反应罐同样温度可以达到目标温度，完好的反应罐也可以达到试验温度，反应炉温度的升高与降低不受反应罐好坏的影响。但破损的反应罐会漏掉二氧化碳气体，最终导致结果异常。

3.3 新焊接反应罐试验及分析结果对比

焦炭反应性设备实验时反应罐最底层为高铝球，再用一块圆形的筛板将高铝球与焦炭隔开，焦炭一般在反应罐最上端，反应时上端每次实验时焦炭和反应罐接触最多，剧烈的反应会导致3 mm的反应罐破损。通过切割反应罐上部破损的部分，留下面完整部分，再将2个完好部分焊接，最终形成一个焊接的反应器，目前汉钢公司已经开始使用此方法，大略估算一个反应罐大概7 000元左右，每个月要使用破损2个焦反应罐，然后将两个破损反应罐合1/2，变废为宝，形成一个焊接的反应罐，年可降本增效大约8.5万余元。

通过试验，对比焊接好的反应罐与采购未使用过的新反应罐试验数据来验证，同一样品，不同设备，相同的反应条件，通过反应性及反应后强度来判定焊接反应罐是否可以投入试验（见表4和表5）。

表4 焊接反应罐与新反应罐反应性试验（设备MTLQ-JT-6）

表5 焊接反应罐与新反应罐反应性试验（设备MTLQ-JT-7）

结论：根据表5和6实验结果可以得出，不同的试验设备，新反应罐和焊接后的反应罐结果都比较稳定，反应性和反应后强度保持同一数值，三次实验结果都比较平行，新反应罐和焊接后的反应罐数据保持一致，可正常试验出具报告。

4 结论

通过以上实验，可以得到充分的论证，破损的反应罐导致反应性和反应后强度偏差较大，无法继续试验，而重新焊接的反应罐与新反应罐结果保持一致，可以继续使用，保证了结果的稳定性。经测试，新反应罐平均可以做56炉试验，而焊接后的反应罐可以达到42炉的水平，且实验数据完全满足分析要求。