焦炭反应性与反应后强度的关系及其影响因素探讨

钟声沙泥亚木·阿不都热依木

(1新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，830011)

(2乌鲁木齐质量技术检验检测研究院，830000)

焦炭反应性与反应后强度的关系及其影响因素探讨

钟声1沙泥亚木·阿不都热依木2

(1新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，830011)

(2乌鲁木齐质量技术检验检测研究院，830000)

焦炭热强度是反应焦炭热态性能的一项机械强度指标，能够准确表现出焦炭在使用环境的温度和气氛下，同时经受热应力和机械力时，抵抗磨损和破碎的能力，基于此本文将对焦炭反应与反应后强度之间的关系及其影响因素进行探讨，以期能够改善焦炭的热性能。

焦炭反应性；反应后强度；影响因素

焦炭反应性（CRI）与反应后强度（CSR）是评价焦炭质量最重要的性能指指标之一，焦炭在高炉炼铁、铸造化铁和固定床气化过程中，均能够与二氧化碳、氧气和水蒸气发生化学反应，其反应性质量直接影响到工业生产效率，为了增强对焦炭性能的了解，从CRI和CSR两项指标出发，为生产合格的焦炭等生产活动提供指导。

1 焦炭反应性与反应后强度的关系

根据国标（GB/T400-2008）规定的CRI和CSR测定方法，对某企业焦炭质量进行抽样检查，并对数据进行分析，发现二者之间的关系呈现负相关性，如图1所示，当CRI值越高，CSR值越高，实践证明CRI值越高对焦炭的破坏程度越大，焦炭在高炉中的疏松骨架作用越差，因此降低CRI值是改善高温性能的关键，实践经验表明在冶炼过程中一般控制CRI值在22.5%-32.5%之间，CSR值在55.0%-67.0%之间，基本上是可以满足高炉炼铁对焦炭质量的要求。

图1 CRI和CSR的关系图

2 焦炭冷态强度与热态强度

焦炭冷态强度的指标包括抗碎强度M40、M25和耐磨强度M10，热态强度的指标包括CRI和CSR，为了更加清晰的探究CRI和CSR的关系，笔者将焦炭冷态强度与热态强度指标进行比较，如表1所示。

表1 焦炭冷态强度与热态强度指标比较（%）

从表1的数据中可以看出焦炭热态强度与冷态强度之间并没有明显的相关关系，焦炭冷态强度指标好的热态强度不一定好，而热态性能好的焦炭其冷态强调指标较好，并且在对焦炭产品质量检测过程中发现焦炭的冷态强度合格并不代表焦炭的热反应一定好，因此对于焦炭产品生产企业而言，应该在保证焦炭的冷态强度合格的同时更加关注焦炭的热态强度指标。

3 影响因素分析

3.1 反应温度

为了验证反应温度对焦炭热态性能的影响，笔者对同种焦炭在不同温度下进行试验，其实验结果如表2所示，控制反应温度在（1100±5）℃之间，如果反应温度超出范围，就会导致反应失去平衡状态，出现CRI上升、CSR下降的情况，导致测定的的结果出现偏差。

表2 反应温度对焦炭热态性能的影响

1 1 0 0 3 0．1 5 5．3 1 1 1 0 3 5．6 5 1．4

3.2 碱金属

用于炼铁的焦炭本身含有的钾、钠等碱金属含量比较低，一般小于0.5%，对反应性能的影响并不明显，但是在高碱负荷的高炉中，由于碱循环使得钾、钠的含量达到3%左右，会明显影响焦炭反应性。为此笔者将焦炭试样放在烘箱内烘烤2个小时，再将其倒入烧杯中的K2CO3溶液中，浸泡30分钟后捞出，再次放入烘箱中烘烤2个小时，烘干之后测定其CRI、CSR，结果如表3所示。从表格中的数据可以看出随着碱溶液浓度不断增大，焦炭样品吸附的碱量也在不断增加，不加碱的焦炭反应后的平均粒度比加间的焦炭大。而随着CRI值不断增加，焦炭的裂纹粉化现象更加严重，严重影响焦炭质量，这是因为碱金属在焦炭反应过程中起到了催化作用，其反应式为C+CO2=2CO。

表3 碱金属对焦炭热态性能的影响

3.3 钝化剂硼砂

除了碱金属会对焦炭反应性造成严重影响，非金属元素硼也会因为产生电负性粒子而阻碍氧对碳的反应，抑制一氧化碳的生成，并减少碳溶损失，降低焦炭的反应性，基于此笔者采用硼砂作为钝化剂进行实验，探索其对焦炭热性能的影响作用。将焦炭试样放在烘箱内烘烤2个小时，再将其倒入烧杯中的硼砂溶液中，浸泡5分钟后捞出，再次放入烘箱中烘烤2个小时，烘干之后测定其CRI、CSR，结果如表4所示。

表4 硼砂溶液对焦炭热态性能的影响

根据实验发现，经过硼砂溶液处理的焦炭样品，比没有经过处理的样品CRI降低、CSR增加，并且经过浓度为7.1%的硼砂溶液处理后的焦炭热性能得到最好程度的改善，因此笔者建议焦炭产品生产企业可以采用7%的硼砂溶液处理用于生产的焦炭原材料，以取得更好的生产效果。

4 结语

综上所述，焦炭反应性与反应后强度是负相关关系，影响焦炭热性能的主要因素包括反应温度、碱金属以及钝化剂硼砂，只有明确并解决影响因素对焦炭反应性的干扰，才能改善焦炭反应性能，降低生产成本提高企业经济效益。

[1]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.

[2]刘红霞.焦炭反应性及反应后强度检测的影响因素分析[J].华北国土资源,2014,06:89-90.