焦炭热性能影响因素研究

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摘要：影响焦炭热性能的因素很多，也比较复杂，目前还没有比较全面的和标准化的解释。文章通过相关试验得到数据从灰分、挥发份、硫份、粘结指数、胶质层厚度和镜质组反射率等指标对焦炭热性能进行了分析和研究，得出了结论。

关键词：焦炭；热性能；反应性；反应后强度；焦炭性能指标

中图分类号：TQ533

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0118-02

随着科学技术的发展，人们对高炉生产的过程了解越来越多。同时对焦炭在高炉内变化过程也了解的更深入。我国长期以来，定义焦炭质量指标好坏均是冷态性能与工分。但是随着生产不断发展，它们已不能满足高炉生产的需要，特别是对3200m3型高炉的需要。因此，提出了焦炭热性能指标，现在采用焦炭的反应性(CRI)和反应后强度(CSR)。

影响焦炭热性能的因素很多，也比较复杂，目前还没有比较全面的和标准化的解释。本文主要从原煤质量方面来研究这些因素与CRI、CSR的关系。以便能更好的掌握焦炭热性能。

一、试验方法

邯钢矿业分公司化验室对10种进厂精煤进行了工业分析、粘结性指标、胶质层分析及岩相分析等试验，并进行了40kg小焦炉试验，测定相应的焦炭各性能指标。煤的灰分(Ad)、挥发份(Vdef)、硫份(St)、粘结指数(G)、胶质层厚度(Y)、岩相以及焦炭的Ad、Vdef、M40、M10、CRI、CSR的分析均按照国标方法进行。

二、试验结果与分析

(一)灰分对焦炭热性能的影响

灰分对焦炭的影响可分为两方面，一方面是灰分中一些颗粒状岩石的影响；另一方面是灰分中所含碱金属的影响，如图1所示：

由图1可看出，随着原料煤中灰分含量增加，焦炭的CO2反应性变大，反应后的强度变小。这是由于灰分中SiO2等颗粒状岩石在高温下热膨胀性与焦炭不同，导致以它们为中心产生放射性裂纹，使得焦炭与CO2接触面变大，加快反应速度。

(二)硫份对焦炭热性能的影响

由图2可见，原料煤中的硫份与焦炭热性能之间存在着一定的关系，随着煤中硫分的增加。焦炭的热性能变好，表现在反应性降低，反应后强度增大。究其原因是焦炭中的硫以有机硫形式存在的，形成C-S-C键，加长了分子链，还使分子间形成网状结构，加固了焦炭的结构，因此使得焦炭的热态性能变好。但由于实际生产中硫会对后续的高炉生产造成不便，所以还应控制硫的含量。

(三)粘结性指标对焦炭热性能的影响

图3表明，单种煤和粘结指数与焦炭的反应性和反应后强度之间存在一定的关系，基本规律是随着单种煤粘结指数的增大，焦炭的反应性降低，但反应后的强度却随之增大。

(四)胶质层指数对焦炭热性能的影响

由图4可以看出，煤的胶质层指数与焦炭的反应性和反应后强度之间存在一定的关系，基本规律是随着单种煤粘结指数的增大，焦炭的反应性降低，但反应后的强度却随之增大。但是考虑到所炼出的焦炭其他指标及配合煤成本，煤的胶质层指数应控制在18左右为宜。

(五)煤化度指标对焦炭热性能的影响

由图5可见，煤的挥发份与焦炭的反应性和反应后强度有着密切的关系。随着单种煤的挥发份含量增大，焦炭的CO2反应性变大，反应后强度逐渐降低。尤其是挥发份含量在20％～24％之间的煤，其焦炭反应性和反应后强度较好。这是由于在炼焦过程中，随着温度的升高挥发份逐渐析出，挥发份含量越高，焦炭的孔隙越多或越大，使得焦炭的孔壁变簿及比表面增大。与CO2接触面增大，加快其反应速度。

煤的镜质组反射率是表征煤化度的一个重要指标，也是影响焦炭强度的一个重要因素。

由图6可见，随着单种煤的镜质组反射率的变大，焦炭的CO2反应性降低，而焦炭反应后强度逐渐变大。当单种煤平均最大反射率ROmax在13～1.8之间时，焦炭的反应性和反应后强度较好。

三、结论

1.煤中的灰分含量越高，焦炭的热性能指标越差。灰分中的碱性氧化物对焦炭的溶损反应起着正催化作用，其含量越大，焦炭的反应性越大，反应后强度越低。

2.挥发份含量在20％～24％之间，镜质组反射率在1.3～1.8之间的煤，其焦炭的反应性和反应后强度较好。随着单种煤的粘结指数的增大，焦炭的反应性降低，反应后的强度随之增大。硫的存在能抑制焦炭的C02反应性，随着含量的增高，焦炭的反应后强度有所提高。