焦?fàn)t加熱制度對(duì)焦炭熱性質(zhì)的影響

【摘要】文章通過實(shí)驗(yàn)的方式，分別探討了焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間、焦?fàn)t加熱溫度、以及配合煤水分對(duì)焦炭熱性質(zhì)的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納結(jié)論，望能夠?yàn)閷?shí)踐工作提供一定的指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】焦?fàn)t加熱；焦炭；熱性質(zhì)；影響

在焦?fàn)t爐大型化的發(fā)展過程當(dāng)中，隨著煉焦理論的發(fā)展，焦炭熱強(qiáng)度指標(biāo)成為了焦炭生成期間的核心指標(biāo)，并已納入了對(duì)焦炭質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)性指標(biāo)當(dāng)中。為提高實(shí)踐工作水平，現(xiàn)就焦?fàn)t加熱制度對(duì)焦炭熱性質(zhì)的影響進(jìn)行分析。

1、實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)分析樣品來源于唐山鋼鐵股份公司生產(chǎn)焦炭，按現(xiàn)行《焦炭試樣的采取和制備》進(jìn)行取樣，實(shí)驗(yàn)期間按現(xiàn)行《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法》展開各項(xiàng)操作，同時(shí)使用專業(yè)焦炭反應(yīng)性以及反應(yīng)后強(qiáng)度測定裝置對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測定。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間影響因素

以結(jié)焦時(shí)間作為變化指標(biāo)，在分三個(gè)等級(jí)設(shè)置結(jié)焦時(shí)間（A：18.5 h，B：24.0h，C：26.0h）的情況下，所對(duì)應(yīng)的配合煤及焦炭含量指標(biāo)如下表所示（見表1）。

表1：結(jié)焦時(shí)間變化下配合煤機(jī)焦炭含量數(shù)據(jù)對(duì)比示意表

方案

（結(jié)焦時(shí)間）煤質(zhì)指標(biāo)（%）焦炭指標(biāo)（%）

水分揮發(fā)分水分揮發(fā)分反應(yīng)性反應(yīng)后強(qiáng)度

A（18.5h）10.529.113.11.028.661.4

B（24.0h）11.129.012.71.026.664.5

C（26.0h）10.628.913.01.126.264.7

結(jié)合表1中所例舉的相關(guān)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)：在（A：18.5h，B：24.0h，C：26.0h）三種結(jié)焦時(shí)間方案作用之下，所生成配合煤對(duì)應(yīng)的煤質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，以方案C（26.0h結(jié)焦時(shí)間）下的煤質(zhì)略優(yōu)于A、B方案。而從焦炭指標(biāo)的角度上來說，在自方案A（18.5h）逐步提升結(jié)焦時(shí)間至方案C（16.0h）的過程當(dāng)中，所生成焦炭中的焦炭反應(yīng)性CRI指標(biāo)呈現(xiàn)出了明顯的下降趨勢（28.6%→26.6%→26.2%），而反應(yīng)后強(qiáng)度CSR指標(biāo)則呈現(xiàn)出了明顯的提升趨勢（61.4%→64.5%→64.7%）。產(chǎn)生以上明顯變動(dòng)的主要機(jī)制在于：當(dāng)所取焦炭原料加熱水平控制為恒定狀態(tài)的情況下，通過對(duì)結(jié)焦時(shí)間的延長，使得煤料在炭化反應(yīng)過程當(dāng)中的受熱時(shí)間更長，受熱更加充分與均勻，也因此延長了煤料內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，焦炭結(jié)構(gòu)在此過程當(dāng)中得到優(yōu)化，達(dá)到提高反應(yīng)后強(qiáng)度性能的目的。而導(dǎo)致焦炭反應(yīng)性CRI指標(biāo)降低的主要原因則體現(xiàn)在：伴隨著結(jié)焦反應(yīng)時(shí)間的延長，焦炭內(nèi)部的灰分、硫分脫除效果更加的明顯，內(nèi)部煤料空隙結(jié)構(gòu)的密實(shí)性可得到顯著提升，進(jìn)而降低反應(yīng)性能。

為將該研究結(jié)果指導(dǎo)于實(shí)踐工作，可以所生成焦炭中變化最為顯著的指標(biāo)：焦炭反應(yīng)性CRI指標(biāo)以及反應(yīng)后強(qiáng)度CSR指標(biāo)作為研究對(duì)象，相對(duì)于結(jié)焦時(shí)間（設(shè)定：t）擬合處理：

1）焦炭反應(yīng)性CRI指標(biāo)=38.0-0.424 t，R2=0.83；

2）反應(yīng)后強(qiáng)度CSR指標(biāo)=48.8+0.580 t，R2=0.75；

根據(jù)以上擬合結(jié)果可知：在焦?fàn)t加熱制備焦炭的過程當(dāng)中，每延長1.0 h結(jié)焦時(shí)間，則所對(duì)應(yīng)的生成焦炭反應(yīng)性CRI指標(biāo)下降0.42%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR指標(biāo)則下降0.58%。

2.2焦?fàn)t加熱溫度影響因素

以加熱溫度作為變化指標(biāo)，在分三個(gè)等級(jí)設(shè)置加熱溫度（A：1250.0～1300.0℃，B：1260.0～1310.0℃，C：1270.0～1320.0℃）的情況下，所對(duì)應(yīng)的配合煤及焦炭含量指標(biāo)如下表所示（見表2）。

表2：加熱溫度變化下配合煤機(jī)焦炭含量數(shù)據(jù)對(duì)比示意表

方案

（加熱溫度）煤質(zhì)指標(biāo)（%）焦炭指標(biāo)（%）

水分揮發(fā)分水分揮發(fā)分反應(yīng)性反應(yīng)后強(qiáng)度

A（1250.0～1300.0℃）10.89.90.81.226.264.7

B（1260.0～1310.0℃）10.510.00.71.125.865.5

C（1270.0～1320.0℃）10.79.51.01.125.665.7

結(jié)合表2中所例舉的相關(guān)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)：在（A：1250.0～1300.0 ℃，B：1260.0～1310.0℃，C：1270.0～1320.0℃）三種焦?fàn)t加熱溫度方案作用之下，所生成配合煤對(duì)應(yīng)的煤質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。水分、以及揮發(fā)分指標(biāo)均無明顯的差異。而在對(duì)焦炭指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析的過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)：在自方案A（1250.0～1300.0℃）逐步提升結(jié)焦時(shí)間至方案C（1270.0～1320.0℃）的過程當(dāng)中所生成焦炭中的焦炭反應(yīng)性CRI指標(biāo)呈現(xiàn)出了明顯的下降趨勢（26.2%→25.8%→25.6%），而反應(yīng)后強(qiáng)度CSR指標(biāo)則呈現(xiàn)出了明顯的提升趨勢（64.7%→65.5%→65.7%）。產(chǎn)生以上明顯變動(dòng)的主要機(jī)制在于：較高的焦?fàn)t加熱溫度會(huì)使得焦炭內(nèi)部氣孔率明顯減少，焦炭致密性水平得到顯著的提升，比表面積有所減小。對(duì)于取樣而言，當(dāng)在二氧化碳環(huán)境中充分加熱的過程當(dāng)中，受到氣固接觸面積持續(xù)降低的因素影響，時(shí)間恒定條件下的焦炭反應(yīng)水平降低，在降低反應(yīng)性的同時(shí)，也相應(yīng)的提高了反應(yīng)后強(qiáng)度水平。

為將該研究結(jié)果指導(dǎo)于實(shí)踐工作，分析可知：在焦?fàn)t加熱狀態(tài)下所生成焦炭中，其反應(yīng)性水平與反應(yīng)后強(qiáng)度水平存在一定反向相關(guān)關(guān)系，且提高加熱溫度可提高反應(yīng)后強(qiáng)度水平。

2.3配合煤水分影響因素

以配合煤水分作為變化指標(biāo)，在分三個(gè)等級(jí)設(shè)置配合煤水分（A：9.0%，B：10.0%，C：11.0%）的情況下，所對(duì)應(yīng)的配合煤及焦炭含量指標(biāo)如下表所示（見表3）。

表3：加熱溫度變化下配合煤機(jī)焦炭含量數(shù)據(jù)對(duì)比示意表

方案（配合煤水分）煤質(zhì)指標(biāo)（%）焦炭指標(biāo)（%）

水分揮發(fā)分反應(yīng)性反應(yīng)后強(qiáng)度

A（9.0%）9.929.126.864.9

B（10.0%）10.629.228.961.3

C（11.0%）10.829.229.661.1

結(jié)合表3中所例舉的相關(guān)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)：在熱工制度恒定情況下，平穩(wěn)操作供給焦?fàn)t的熱量基本處于一致性狀態(tài)，但，隨著水分的增加，熱量的消耗也有所提升，由此可能致使煤料在參與炭化加熱反應(yīng)期間的受熱性能受到影響，進(jìn)而對(duì)結(jié)焦質(zhì)量也產(chǎn)生干擾。從這一角度上來說，隨著配合煤水分的提升，需適當(dāng)提高焦?fàn)t加熱溫度或延長結(jié)焦時(shí)間，避免煤料出現(xiàn)受熱不足、受熱不均勻的問題。

3、討論

本文通過實(shí)驗(yàn)分析的方式驗(yàn)證了焦?fàn)t加熱制度相對(duì)于焦炭熱性質(zhì)的影響情況，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出如下結(jié)論：（1）在焦?fàn)t加熱制備焦炭的過程當(dāng)中，每延長1.0h結(jié)焦時(shí)間，則所對(duì)應(yīng)的生成焦炭反應(yīng)性CRI指標(biāo)下降0.42%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR指標(biāo)則下降0.58%；（2）在焦?fàn)t加熱狀態(tài)下所生成焦炭中，其反應(yīng)性水平與反應(yīng)后強(qiáng)度水平存在一定反向相關(guān)關(guān)系，且提高加熱溫度可提高反應(yīng)后強(qiáng)度水平；（3）隨著配合煤水分的提升，需適當(dāng)提高焦?fàn)t加熱溫度或延長結(jié)焦時(shí)間，避免煤料出現(xiàn)受熱不足、受熱不均勻的問題。以上結(jié)論望作用于實(shí)踐。