焦炭的高温反应炉实验分析

王东梅

（酒钢集团技术中心，甘肃　嘉峪关　735100）

焦炭的高温反应炉实验分析

王东梅

（酒钢集团技术中心，甘肃嘉峪关735100）

本实验主要是对比国标法、高温反应炉两种不同实验方式下焦炭反应性和反应后强度的变化情况，通过焦炭加碱进入高温反应炉后，模拟焦炭进入高炉后的反应情况，测定焦炭热强度，调整配煤结构，指导炼焦生产。

高温反应炉；焦炭热强度；焦炭质量

高温反应炉是一套模拟焦炭在高炉软融带进行碳溶反应的设备，其实验结果可作为进入高炉前焦炭质量指标的参考［1～4］。由于目前用以表征焦炭质量的指标，如焦炭反应性和反应后强度对焦炭在高炉中的反应模拟性存在一定局限性，故采用高温反应炉设备，对比在相应操作制度下焦炭反应与焦炭经过高炉后风口焦与入炉焦的差异，指导炼焦生产。

高温反应炉炉体结构示意图如图1所示［5］，它的炉体分三段，最底下一段是料仓，上面两段炉体组合起来是工作区。炉体最中心是炉管，进行反应的焦炭就装在其中，其外部是炉膛管，再外层是保温层。大型高温反应炉一般使用终温为1360℃，最高可使用到1500℃，可模拟考察高炉滴落带处热因素对焦炭劣化的影响，料仓周围有水夹套，卸料后可快速将样品进行冷却。

图1　高温反应炉示意图

高温反应炉设备特点如下：反应终温1360℃，最高可使用到1500℃，比国家标准的焦炭反应性测定方法温度高，这更接近高炉内的实际情况；一次加样量大，可达1kg或更多，这一点比国家标准的每次200g样品具有更好的代表性，而且可检测的反应后指标多；焦炭可进行加碱和不加碱的试验，这一点尤其重要，因为国标测法不加碱，无法真实反映出高炉内循环碱对焦炭劣化的影响；反应气体CO2的浓度是参照高炉不同温度区间的CO2浓度来调配，而国标反应性的测定中的CO2浓度为100%。

1　试验目的

本次实验焦炭，分别按照国标反应性测定方法和高温反应炉设备测定焦炭反应性和反应后强度。通过数据分析，查找焦炭国标法测定的热强度数据与经过高温反应炉设备实验结果的相关性，调整配煤结构，指导炼焦生产，为酒钢今后煤资源发展方向提供技术支持。

2　试验方案

本次实验样品均来自40kg小焦炉炼焦试验样，主要是考虑焦炭质量能有梯度变化。取样时挑选色泽好，块度均匀，孔隙均匀，大块焦炭较少，裂纹少的焦炭。此次实验共4个焦炭样，是按照以往试验经验，采取不同配比的40kg小焦炉炼焦试验焦炭，按照国标进行取样、制样见表1。

3　试验过程

3.1焦炭制样

常规焦炭反应性测定制样按照国标进行。

高温反应炉焦炭反应性实验的样品粒度规定为25～20mm。焦样按规定粒度制备好后应放入I转鼓中转50转，以去除部分棱角。转好后的焦样用20mm圆孔筛筛掉小于20mm的焦样，剩余焦样放入烘箱烘干，一般在120℃烘2h即可。烘干后取出冷却至室温，称重，每份1000g，放入干燥器待用。

如果要制得加碱样品，需将按上述步骤称好的

1000g样品放入配制好的K2CO3溶液中浸泡10min，浸泡时应不停搅动溶液，以利于碱液尽快进入焦样内部。如果需要提高加碱量较高，应延长浸泡时间，增加碱液浓度。

表1　实验方案

3.2实验步骤

实验分为两部分，一部分是制样合格焦炭按照国标焦炭反应性测定步骤进行；另一部分焦炭按照高温反应炉测定步骤进行，其具体实验过程如下：制样合格焦炭放入反应管中，在400℃时通N2进行保护，在760℃时与CO2进行反应，反应至1360℃，并在此温度下保持20min，取出反应后的焦炭进行反应性和反应后强度测定。

4　试验数据分析

表2是4组焦炭在不同条件下的反应性和反应后强度数据，并且分别进行数据比较，计算了差值。

表2　不同样品实验数据

图2 4组焦炭样品不同条件下测定的反应性

图3 4组焦炭样品不同条件下测定的反应后强度

图2和图3分别是4组焦炭在不同条件下测定的焦炭反应性和反应后强度。从图中可以看出：1-4#焦炭样品反应性呈阶梯变化；加碱后反应性增大；加碱后反应后强度降低。

1）通过国标法测定的焦炭强度低于高温反应炉法测定的焦炭强度。原因分析：在实际高炉生产中，CO2气体对焦炭的作用不是恒定不变的，高温反应炉的实验过程更能模拟生产，所以焦炭的的热强度结果高于国标测定法。

2）通过高温反应炉实验，加碱后的焦炭质量下降，其中焦炭反应性的增大非常的明显，2%的加碱平均升高7.8个百分点，3%的加碱平均升高9.5个百分点；焦炭反应后强度的降低变化一般，2%的加碱平均降低3.2个百分点，3%的加碱平均降低3.8个百分点。结果表明，焦炭热反应性受碱金属影响明显，但是2%的加碱和3%加碱对焦炭的反应后强度影响趋势变缓。

3）通过高温反应炉实验表明，热强度好的1#焦炭和热强度差的4#焦炭在加碱后的焦炭反应后强度变化要大于热强度中等的2#和3#焦炭。能否说明焦炭热反应性在一定范围内的焦炭在加碱后反应后强度变化不突出，还需更多的试验证明。

5　结论及建议

通过实验，由于焦炭的反应后强度受加碱的影响变化不明显，所以调整生产配煤结构时，降低主焦煤的用量，更多的考虑节约成本。

［1］张磊.探讨现行高炉焦炭质量指标模拟性的积极意义［J］.钢铁，2000，35（2）.

［2］赵斌.模拟焦炭在高炉软融带碳溶反应的研究［J］.鞍山科技大学学报，2003，26（1）.

［3］王京.酒钢焦炭抗碱性及降低灰硫研究［J］.燃料与化工，2004，05.

［4］张亮.模拟焦炭在高炉内碳溶反应条件的研究［J］.学位论文，1998.

［5］邸红.高温反应炉的研制及其应用［J］.燃料与化工，1997，06.

TQ523.4