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焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法
發(fā)布時間：2017-09-01
焦炭的反應(yīng)性是焦炭在1100℃時，與CO2的反應(yīng)能力。研究焦炭的反應(yīng)性可以較好地反映焦炭在高爐內(nèi)性狀的變化。焦炭反應(yīng)性的好壞會顯著影響高爐燃料比。焦炭與CO2反應(yīng)以后的強度與高爐料柱的透氣性關(guān)系十分密切。
焦炭的反應(yīng)性與反應(yīng)后強度有很好的相關(guān)性，隨著反應(yīng)性的增加，反應(yīng)后強度下降。
研究發(fā)現(xiàn)，焦炭的抗碎強度(M40或M25)不能完全反映焦炭在高爐中的強度，也就是說，M40或M25指標評價焦炭的熱強度不太靈敏。而焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強度可以一致地反映焦炭在高爐下部焦炭強度的變化。
近年來，國際貿(mào)易合同中對焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強度均提出了要求，我國的主要鋼鐵企業(yè)也紛紛要求檢測焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強度指標。
一、方法原理
稱取一定質(zhì)量的焦炭試樣，置于反應(yīng)器中，在(1000±5)℃時與二氧化碳反應(yīng)2h后，以焦炭質(zhì)量損失的百分數(shù)表示焦炭反應(yīng)性(CRI)。反應(yīng)后的焦炭經(jīng)I型轉(zhuǎn)鼓試驗后，大于10mm粒級焦炭占反應(yīng)后焦炭的質(zhì)量分數(shù)，表示反應(yīng)后強度(CSR)。
二、儀器設(shè)備
1．電爐
爐膛內(nèi)徑140mm、外徑160mm、高度640rnm(高鋁質(zhì)外絲管)。
電爐絲：高溫鐵鉻鋁合金電阻絲，最高使用溫度1400℃，直徑2.8mm。
電爐安裝要點：爐殼底部封死，上口敞開，預先在底板上裝好腳輪。在底部鋪一層耐火磚，將繞好電阻絲的外絲管立放于底板正中。在外絲管與爐殼間隙之間填充輕質(zhì)高鋁磚預制件(由標準尺寸的輕質(zhì)高鋁磚切制)，爐絲由上下兩端引出并與固定在爐殼上的絕緣子相連接。爐絲引出部分用單孑L絕緣管保護好，切忌互相搭接，以免造成短路。在外絲管外側(cè)的保溫磚上緊貼爐絲外預先鉆一個直徑8mm的孔，深度自上而下為350mm。埋設(shè)熱電偶套管，蓋好上蓋，插入控溫電偶，將電爐與控溫儀及電源接好。每一臺電爐安裝完畢即測定恒溫區(qū)，使爐膛內(nèi)(1100±5)℃溫度區(qū)長度大于150mm。
2．反應(yīng)器
結(jié)構(gòu)如圖4―6所示，由耐高溫合金鋼制成(GH23或GH44)。
3．I型轉(zhuǎn)鼓
裝置如圖4-7所示，轉(zhuǎn)速為(2±15)r/min。
(1)鼓體 用φ140mm、厚度5～6mm的無縫鋼管加工而成。
(2)減速機 速比為50(WHT08型)。
(3)電機 0.75kW，910r/min(Y905―6)。
(4)轉(zhuǎn)鼓控制器 總轉(zhuǎn)數(shù)600轉(zhuǎn)，時間3min。
三、試樣制備
①按比例取大于25mm的焦炭20kg，棄去泡焦和爐頭焦，用顎式破碎機破碎、混勻、縮分出10kg，再用φ25mm、φ21mm圓孔篩篩分。大于φ25mm的焦塊再破碎、篩分，取φ21mm篩上物，去掉片狀焦和條狀焦，縮分得焦塊2kg，分兩次(每次1kg)置于Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓中，以20r／min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)，取出后再用φ21mm圓孔篩篩分，將篩上物縮分出900g作為試樣。用四分法將試樣分成四份，每份不少于220g。
試驗焦爐的焦炭可用40～60粒級的焦炭進行制樣。
②將制好的試樣放入干燥箱，于170～180℃溫度下烘干2h，取出焦炭冷卻至室溫，稱取(200.0±0.3)g待用。
四、試驗步驟
試驗流程如圖4―8所示。
①? 反應(yīng)器底部鋪一層高約100mm的高鋁球，上面平放篩板。然后裝入已備好的焦炭
試樣(200.0±O.5)g。注意裝樣前調(diào)整好高鋁球高度，使反應(yīng)器內(nèi)焦炭層處于電爐恒溫區(qū)內(nèi)。將與上蓋相連的熱電偶套管插入料層中心位置。用螺絲將蓋與反應(yīng)器筒體固定。將反應(yīng)器置于爐頂?shù)耐屑苌系醴旁陔姞t內(nèi)托架與電爐蓋間，放置石棉板隔熱。在反應(yīng)器法蘭四周圍上高鋁輕質(zhì)磚，減少散熱。
②將反應(yīng)器進氣管、排氣管分別與供氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)連接。將測溫熱電偶插入反應(yīng)器熱電偶套管內(nèi)(熱電偶用高鋁質(zhì)雙孔絕緣管及高鋁質(zhì)熱電偶保護管保護)。檢查氣路，保證嚴密。
③接通電源，用精密溫度控制裝置調(diào)節(jié)電爐加熱，先用手動調(diào)節(jié)，電流由小到大，在15min之內(nèi)，逐漸調(diào)至最大值，然后將按鈕撥到自動位置，升溫速度為8～16℃/min。當料層中心溫度達到400℃時，以0.8L/min的流量通氮氣，保護焦炭，防止其燒損。
④當料層中心溫度達到1050℃時，開紅外燈，預熱二氧化碳氣瓶出口處。當料層中心溫度達到1100℃時，切斷氮氣，流量為5L/min，反應(yīng)2h。通二氧化碳后料層溫度應(yīng)在50～10min內(nèi)恢復到(1100±5)℃。反應(yīng)開始5min后，在排氣系統(tǒng)取氣分析，以后每半小時取氣一次，分析反應(yīng)后氣體中一氧化碳或二氧化碳的含量。
⑤反應(yīng)2h，停止加熱。切斷二氧化碳氣路，改通氮氣，流量控制在2L/min，拔掉排氣管，迅速將反應(yīng)器從電爐內(nèi)取出，放在支架上繼續(xù)通氮氣，使焦炭冷卻到100℃以下，停止通氮氣，打開反應(yīng)器上蓋，倒出熱炭篩分，稱量，記錄。
⑥將反應(yīng)后的焦炭全部裝入I型轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，以20r/min的轉(zhuǎn)數(shù)共轉(zhuǎn)30min。總轉(zhuǎn)數(shù)為600轉(zhuǎn)。然后取出焦炭篩分，稱量，記錄各篩級質(zhì)量。
⑦試驗中所得篩分組成、反應(yīng)后氣體組成以及其他觀察到的現(xiàn)象，按原始記錄表作詳細記錄，并加以分析，作為全面考察焦炭性質(zhì)時參考。
五、結(jié)果計算
1．焦炭反應(yīng)性
焦炭反應(yīng)性指標以損失的焦炭質(zhì)量占反應(yīng)前焦樣總質(zhì)量的百分數(shù)表示。焦炭反應(yīng)性CRI（％)按式(4―18)計算：
式中m――焦炭試樣的質(zhì)量，g； 、
m1――反應(yīng)后殘余焦炭的質(zhì)量，g。
2．反應(yīng)后強度
反應(yīng)后強度指標以轉(zhuǎn)鼓后大于10mm粒級焦炭占反應(yīng)后殘余焦炭的質(zhì)量分數(shù)表示。反應(yīng)后強度CSR(％)按式(4―19)計算：
式中 m2――轉(zhuǎn)鼓后大于10mm粒級焦炭的質(zhì)量，g。
參考資料：煤質(zhì)分析及煤化工產(chǎn)品檢測
