提高焦炭反应性测定结果准确性方法探究

提高焦炭反应性测定结果准确性方法探究

许艳妮吕睿婷

陕西龙门钢铁有限责任公司陕西省韩城市715400

摘要：科技的进步，高炉逐渐向着大型化发展，人们对焦炭反应性及反应后强度指标的关注程度越来越高。焦炭反应性（CRI）与反应后强度（CSR）模拟焦炭在高炉中的运行状况，是衡量焦炭高温冶金性能、评价焦炭质量的重要指标。本文就提高焦炭反应性测定结果准确性方法展开探讨。

关键词：焦炭；反应性；反应后强度

引言

焦炭热反应性和反应后机械强度影响高炉的透气性和高炉顺行，它们是指导高炉生产的重要指标，但焦炭热反应性和反应后机械强度的测定结果受试样加工、反应温度及保护气体流量等因素的影响都很大。引起反应性结果偏高的主要因素有:升温速度过快、反应温度偏高、保护气流量太小或反应气体流量过大，此时，反应后强度结果偏低，反之亦然。

1焦炭反应性及反应后强度测定原理

称取200g±0.5g焦样置于反应器中，在1100℃±5℃通入二氧化碳反应2h，以焦炭质量损失的百分数表示焦炭反应性（CRI）。反应后的焦炭在I型转鼓以20r/min的转速转30min后过筛，以大于10mm粒级的焦炭占反应后焦炭的质量百分数表示反应后强度（CSR）。

2试样选取要符合标准，同时做对比试验

根据GB/T4000－2008的制样要求，焦样粒度为23～25。这一标准的使用，使得所选的试验焦炭更接近球形，检测结果偏差更小。在实际操作中，除了焦炭形状外，样品还要有代表性。为保证结果的准确性，对同一批试样，要做对比试验，两次试验结果之间的误差在允许范围内的话，取平均值报出;两次试验结果之间的误差若超出允许范围，要重新检测。

3测定中的有关问题讨论

3.1样品的制备

（1）弃去泡焦、炉头焦后制样按《焦炭试样的采取和制备》（GB/T1997-2008）取样。其中泡焦、炉头焦气孔率大，虽然在生产中所占比例小，但在测定过程中与二氧化碳反应相对剧烈些，导致结果的不确定性增加，Gb4000_2017明文规定制样时应弃去泡焦、炉头焦。用鄂式破碎机和手工相结合制样。制样时条状焦、片状焦取舍应统一，以保证样品的代表性、均匀性好，满足检测的重复性要求。厚度、宽度在粒径上限的80%予以保留，将粒度上限手工修整成颗粒状，更薄的应去掉。（2）样品粒度要均匀，粒数稳定。样品的粒度、均匀性直接影响实验结果的重复性、准确性。同样质量的焦样，焦粒粒度不同，会造成外比表面积不一致，外比表面积对反应性和反应后强度测定结果影响较大。焦炭试样粒数不同对反应性及反应后强度测定结果的影响如表1所示。

表1焦炭试样粒数不同对反应性及反应后强度的影响%

从表1的数据可知，在反应性设备运行正常、技术条件满足相关要求的条件下，200g试样随着焦粒数的增加，焦炭反应性一定增加，而反应后强度一定减小。在试样质量一定时，尽量选择形状相似的焦粒，控制好焦炭粒数，使二氧化碳与试样的接触面相对固定，是提高焦炭反应性及反应后强度测定结果准确性的前提。随着试样粒数差异的增大，测定结果误差也跟着增大。

3.2升温速度要按要求进行，反应温度要严格控制

（1）升温速度对测试结果的影响。通过试验发现，升温速度对测试结果有较大影响。焦炭样品1的反应性及反应后机械强度受升温速度影响的情况。升温时间短时，升温速度快，试样中氧气没有赶净，使反应性结果偏大，而反应后机械强度则减小。相反，升温时间延长，升温速度慢，这时保护气体对焦炭保护得好，焦炭的反应性和反应后机械强度接近正常值。所以，在测定的过程中，升温速度不能过快，不能超过8～16℃/min，尽量保持11℃/min的升温速度最好，把总升温时间控制在100min左右测得的结果更准确可靠。（2）反应温度对测试结果的影响。从中可以看出反应温度对测试结果的影响更大。

当反应温度高时，焦炭被烧坏，焦炭反应后机械强度明显下降，此时反应性测试结果增大。反之，当反应温度低时，焦炭不能充分反应，焦炭反应性结果偏低，反应后机械强度变大。为保证测定结果准确可靠，反应温度应严格控制在标准规定的(1100±5)℃。因为反应温度对测试结果有较大的影响，所以一定要保证测温系统测温准确，同时热电偶长度要适合，确保测得的是焦炭反应区的温度。

3.3气体流量

（1）二氧化碳气体的控制。反应性测定装置温度达到1100℃稳定10min后开始通入二氧化碳进行反应，二氧化碳流量应为5L/min。如使用的流量计不是二氧化碳气体流量计，需要经过校正，换算成二氧化碳气体流量，二氧化碳气体流量经换算后约为0.37m3/h。二氧化碳流量偏低，会造成反应性降低，反应后强度升高，流量过高则相反。实验所需二氧化碳气体纯度需达到99.99%，纯度越低，测定的反应性偏差越大。二氧化碳气体纯度不足时，需通过装有浓硫酸的洗气瓶和装无水氯化钙的干燥塔进行气体的净化。在测定过程中要严格控制二氧化碳的流量和纯度，以确保检测结果的准确性。（2）氮气的控制。氮气对于隔氧保护非常重要，氮气的纯度需达到99.99%，纯度不足，需进行气体净化。保护氮气流量过低，焦炭试样得不到充分的保护，会与氧气发生反应，部分被烧损，造成结果的偏差。（3）定期对气体装置的气密性进行检查。定期检查供气装置气密性，避免出现气路破损或堵塞。供气装置严密、流量控制精确，是保证检测结果准确的必备条件。供气系统异常，特别是二氧化碳气路漏气，会造成焦炭反应性低，反应后强度增高，使检测结果失实。

4焦炭反应性与反应后强度测定过程中应注意的安全问题

使用化学试剂时应注意的安全问题。在向二氧化碳气体净化装置的洗气瓶中加装浓硫酸(ρ=1．84g/ml)时，应对准瓶口缓慢进行，避免蚀伤身体。若发生蚀伤，应立即用大量水冲洗蚀伤部位，然后用2%的NaHCO3或NH3H2O稀溶液冲洗，最后再用水冲洗。向氮气气体净化装置的洗气瓶中加装焦性没食子酸与氢氧化钾的混合溶液时，必须将两者按要求分别配制，然后再混合。配制时，匀速缓慢搅拌，避免蚀伤身体。若发生碱蚀伤，应先用大量水冲洗，再用约0．3mol/LHAc溶液清洗，最后用水冲洗。若碱液溅入眼中，则先用2%的硼酸溶液清洗，再用水清洗。（2）操作高温设备应注意的安全问题。对于焦炭反应性测定仪的加热电炉，按照规定程序从室温开始加热，直至反应温度(1100±5℃)，并在此温度下保持2h;实验结束后，进入试样冷却阶段时，如果使用的是耐高温合金钢反应器，可将反应器从电炉内吊出，放在支架上继续通氮气冷却。在反应2h实验结束后，将超过1000℃的反应器吊出加热电炉时，一定要将吊装设备与反应器正确连接，确保牢固，然后缓慢从电炉中垂直吊出，轻轻放在支架上。试样冷却过程中，电脑操作界面上显示的温度是反应器的即时温度，当显示温度到达100℃以下或接近室温时，再进行下一步操作。在加热、吊出反应器、冷却的3个环节中，应严格按照操作规程进行操作，必要时，操作人员必须戴耐高温石棉手套，切勿将身体直接接触高温设备或部件而造成烫伤。

结语

焦炭反应性及反应后强度测定规范性很强，测定中需注意样品粒度、反应温度、气体流量等方面的控制；反应性测定装置要在相关参数检定合格的基础上，定期对气体流量、反应温度等方面进行仪器设备期间核查，使设备技术条件满足Gb4000_2017要求。在此基础上要保证样品的粒度均匀，粒数稳定；定期对测定结果进行精密度核验，提高检测结果的准确性。

参考文献

［1］胡德生．《焦炭反应性及反应后强度试验方法》中国国家标准的商榷［J］.宝钢技术，2015.

［2］申晓瑗．焦炭反应性及反应后强度试验中应注意的几个问题［J］.冶金能源，2016.