焦炭反应性及反应后强度试验方法
发布时间：2017-09-01
焦炭的反应性是焦炭在1100℃时，与CO2的反应能力。研究焦炭的反应性可以较好地反映焦炭在高炉内性状的变化。焦炭反应性的好坏会显著影响高炉燃料比。焦炭与CO2反应以后的强度与高炉料柱的透气性关系十分密切。
焦炭的反应性与反应后强度有很好的相关性，随着反应性的增加，反应后强度下降。
研究发现，焦炭的抗碎强度(M40或M25)不能完全反映焦炭在高炉中的强度，也就是说，M40或M25指标评价焦炭的热强度不太灵敏。而焦炭的反应性和反应后强度可以一致地反映焦炭在高炉下部焦炭强度的变化。
近年来，国际贸易合同中对焦炭的反应性和反应后强度均提出了要求，我国的主要钢铁企业也纷纷要求检测焦炭的反应性和反应后强度指标。
一、方法原理
称取一定质量的焦炭试样，置于反应器中，在(1000±5)℃时与二氧化碳反应2h后，以焦炭质量损失的百分数表示焦炭反应性(CRI)。反应后的焦炭经I型转鼓试验后，大于10mm粒级焦炭占反应后焦炭的质量分数，表示反应后强度(CSR)。
二、仪器设备
1．电炉
炉膛内径140mm、外径160mm、高度640rnm(高铝质外丝管)。
电炉丝：高温铁铬铝合金电阻丝，最高使用温度1400℃，直径2.8mm。
电炉安装要点：炉壳底部封死，上口敞开，预先在底板上装好脚轮。在底部铺一层耐火砖，将绕好电阻丝的外丝管立放于底板正中。在外丝管与炉壳间隙之间填充轻质高铝砖预制件(由标准尺寸的轻质高铝砖切制)，炉丝由上下两端引出并与固定在炉壳上的绝缘子相连接。炉丝引出部分用单孑L绝缘管保护好，切忌互相搭接，以免造成短路。在外丝管外侧的保温砖上紧贴炉丝外预先钻一个直径8mm的孔，深度自上而下为350mm。埋设热电偶套管，盖好上盖，插入控温电偶，将电炉与控温仪及电源接好。每一台电炉安装完毕即测定恒温区，使炉膛内(1100±5)℃温度区长度大于150mm。
2．反应器
结构如图4―6所示，由耐高温合金钢制成(GH23或GH44)。
3．I型转鼓
装置如图4-7所示，转速为(2±15)r/min。
(1)鼓体 用φ140mm、厚度5～6mm的无缝钢管加工而成。
(2)减速机 速比为50(WHT08型)。
(3)电机 0.75kW，910r/min(Y905―6)。
(4)转鼓控制器 总转数600转，时间3min。
三、试样制备
①按比例取大于25mm的焦炭20kg，弃去泡焦和炉头焦，用颚式破碎机破碎、混匀、缩分出10kg，再用φ25mm、φ21mm圆孔筛筛分。大于φ25mm的焦块再破碎、筛分，取φ21mm筛上物，去掉片状焦和条状焦，缩分得焦块2kg，分两次(每次1kg)置于Ⅰ型转鼓中，以20r／min的转速转50转，取出后再用φ21mm圆孔筛筛分，将筛上物缩分出900g作为试样。用四分法将试样分成四份，每份不少于220g。
试验焦炉的焦炭可用40～60粒级的焦炭进行制样。
②将制好的试样放入干燥箱，于170～180℃温度下烘干2h，取出焦炭冷却至室温，称取(200.0±0.3)g待用。
四、试验步骤
试验流程如图4―8所示。
①? 反应器底部铺一层高约100mm的高铝球，上面平放筛板。然后装入已备好的焦炭
试样(200.0±O.5)g。注意装样前调整好高铝球高度，使反应器内焦炭层处于电炉恒温区内。将与上盖相连的热电偶套管插入料层中心位置。用螺丝将盖与反应器筒体固定。将反应器置于炉顶的托架上吊放在电炉内托架与电炉盖间，放置石棉板隔热。在反应器法兰四周围上高铝轻质砖，减少散热。
②将反应器进气管、排气管分别与供气系统、排气系统连接。将测温热电偶插入反应器热电偶套管内(热电偶用高铝质双孔绝缘管及高铝质热电偶保护管保护)。检查气路，保证严密。
③接通电源，用精密温度控制装置调节电炉加热，先用手动调节，电流由小到大，在15min之内，逐渐调至最大值，然后将按钮拨到自动位置，升温速度为8～16℃/min。当料层中心温度达到400℃时，以0.8L/min的流量通氮气，保护焦炭，防止其烧损。
④当料层中心温度达到1050℃时，开红外灯，预热二氧化碳气瓶出口处。当料层中心温度达到1100℃时，切断氮气，流量为5L/min，反应2h。通二氧化碳后料层温度应在50～10min内恢复到(1100±5)℃。反应开始5min后，在排气系统取气分析，以后每半小时取气一次，分析反应后气体中一氧化碳或二氧化碳的含量。
⑤反应2h，停止加热。切断二氧化碳气路，改通氮气，流量控制在2L/min，拔掉排气管，迅速将反应器从电炉内取出，放在支架上继续通氮气，使焦炭冷却到100℃以下，停止通氮气，打开反应器上盖，倒出热炭筛分，称量，记录。
⑥将反应后的焦炭全部装入I型转鼓内，以20r/min的转数共转30min。总转数为600转。然后取出焦炭筛分，称量，记录各筛级质量。
⑦试验中所得筛分组成、反应后气体组成以及其他观察到的现象，按原始记录表作详细记录，并加以分析，作为全面考察焦炭性质时参考。
五、结果计算
1．焦炭反应性
焦炭反应性指标以损失的焦炭质量占反应前焦样总质量的百分数表示。焦炭反应性CRI（％)按式(4―18)计算：
式中m――焦炭试样的质量，g； 、
m1――反应后残余焦炭的质量，g。
2．反应后强度
反应后强度指标以转鼓后大于10mm粒级焦炭占反应后残余焦炭的质量分数表示。反应后强度CSR(％)按式(4―19)计算：
式中 m2――转鼓后大于10mm粒级焦炭的质量，g。
参考资料：煤质分析及煤化工产品检测
