關(guān)于焦炭熱性能影響因素的研究

浦紹飛

(1曲靖市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心，2云南省煤及煤化工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,云南 曲靖 655000)

關(guān)于焦炭熱性能影響因素的研究

浦紹飛

(1曲靖市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心，2云南省煤及煤化工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,云南 曲靖 655000)

作為高爐主要的骨架材料，焦炭的熱性能對日益強(qiáng)化的高爐生產(chǎn)起到了較大影響作用，為了提高高爐的耐熱屬性和其生產(chǎn)效率，必須對焦炭的熱性能進(jìn)行深入研究。本文從多個角度分析了焦炭熱性能的影響因素，為相關(guān)單位進(jìn)一步提高高爐的耐熱性提供一些參考依據(jù)。

焦炭；熱性能；影響因素

1 原料煤中的灰成分對焦炭熱性能的影響

對于原料煤中灰成分的有效的分析，能夠幫助相關(guān)工作人員明確焦炭熱性能與其存在的關(guān)系，進(jìn)而為后續(xù)工作的開展提供了必要的數(shù)據(jù)參考。煤作為一種重要的化石燃料，其主要由無機(jī)物以及有機(jī)物組成，在高倍顯微鏡下，對煤炭的無機(jī)物組成部分進(jìn)行觀察，可以發(fā)展大量的金屬以及非金屬物質(zhì)，通常情況下，將煤炭中的無機(jī)物稱之為礦物質(zhì)，涵蓋了煤炭中的礦物質(zhì)以及無機(jī)質(zhì)兩種主要成分，其中礦物質(zhì)對于焦炭熱性能的影響較為顯著，其主要表現(xiàn)在兩個層面上，部分礦物質(zhì)能夠具有良好的正催化作用，礦物質(zhì)的正催化作用，增強(qiáng)了焦炭的熔損反應(yīng)，提升了反應(yīng)的質(zhì)量與水平。例如金屬氧化物中的一些元素就可以有效促進(jìn)焦炭化學(xué)反應(yīng)的速率。正是由于煤炭在進(jìn)行轉(zhuǎn)化的過程中，原料煤中的回轉(zhuǎn)化為焦炭，這種轉(zhuǎn)化導(dǎo)致K2O，Na2O，F(xiàn)e2O3等氧化物的含量快速增加，促進(jìn)了焦炭反應(yīng)的活性。

煤炭中的部分礦物質(zhì)則具有負(fù)催化作用或者不發(fā)生化學(xué)作用。負(fù)催化作用是指對焦炭的熔損反應(yīng)起到阻礙作用的礦物質(zhì)，這種礦物質(zhì)的存在會有效抑制焦炭反應(yīng)的活性，例如煤炭中所含有的Si以及B等元素，對二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)性有著較強(qiáng)的遏制作用。相關(guān)研究證明，當(dāng)原料煤中灰成分不斷增加時，焦炭自身的反應(yīng)性與反應(yīng)效率得到有效提高，當(dāng)灰成分的比例為8.5%-9.5%，焦炭的反應(yīng)性最好。一些學(xué)者通過一系列實(shí)驗(yàn)，對原料煤灰成分的比例對焦炭熱性能的影響進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上逐步構(gòu)建起焦炭反應(yīng)模型。另一部分專家學(xué)者則從不同的角度出發(fā)，對催化指數(shù)MCI與焦炭質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行分析，通過對相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總與有效分析，發(fā)現(xiàn)在一定條件下，焦炭的熱性能的強(qiáng)弱直接受到MCI的控制。

2 煉焦工藝對焦炭熱性能的影響

近些年來，隨著我國煉焦技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，在焦炭行業(yè)逐漸形成了完善的操作體系，相關(guān)技術(shù)人員也立足于原有的技術(shù)條件，從焦?fàn)t溫度控制、熄焦方式以及搗固焦工藝優(yōu)化等幾個層面入手，提升了煉焦工藝水平。對煉焦工藝與焦炭熱性能關(guān)系的分析，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)煉焦技術(shù)的升級以及焦炭熱性能的提高提供必要的參考與借鑒。從實(shí)踐情況來看，干熄焦的處理工藝，與傳統(tǒng)煉焦方式相比，其操作簡單、機(jī)械性較好并且耐磨性有了極為顯著地提高。由于干熄焦對于爐內(nèi)溫度的控制能力較強(qiáng)，其能夠在保證焦炭內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)的前提下，通過氧化反應(yīng)以及高溫氣化反應(yīng)，有效增強(qiáng)焦炭自身的抗氧化性能，同時也能夠?qū)固拷Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，形成類似于石墨的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。正是由于干熄焦工藝所具有的技術(shù)優(yōu)勢，才使得其逐漸成為現(xiàn)階段我國焦炭行業(yè)主要的處理方式。也正是借助于煉焦技術(shù)的革新，才能夠從工藝的層面上，提升焦炭的熱性能，促進(jìn)其在實(shí)踐中的有效應(yīng)用。

3 焦炭自身性質(zhì)對焦炭熱性能的影響

3.1 焦炭光學(xué)組織

當(dāng)使用偏反光顯微鏡使用400-600倍對油浸物進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)焦炭的孔壁組織，焦炭自身的反應(yīng)性主要受到同性組織、絲質(zhì)以及破片結(jié)構(gòu)影響，并且呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系，同性組織、絲質(zhì)以及破片結(jié)構(gòu)越多，焦炭的化學(xué)反應(yīng)性越強(qiáng)。各種異向組織則對焦炭有著一定的阻礙與抑制作用。焦炭各光學(xué)組織的反應(yīng)性按如下關(guān)系遞減：各向同性組織＞絲質(zhì)組織＞破片組織＞細(xì)粒鑲嵌狀組織＞粗粒鑲嵌狀組織＞纖維狀組織，且各向同性結(jié)構(gòu)與細(xì)粒鑲嵌組分之和與焦炭反應(yīng)性相關(guān)良好。有學(xué)者通過研究焦炭光學(xué)組織指數(shù)OTI與CRI及CSR的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，CRI與OTI之間有較好的線性關(guān)系，且隨著OTI的增大，CRI降低。

3.2 焦炭孔結(jié)構(gòu)

焦炭是多孔體材料，90%以上氣孔與外界相通，即開氣孔，其余為閉氣孔，焦炭氣孔與反應(yīng)性有一定的相關(guān)性。一般情況下，焦炭與CO2反應(yīng)會使焦炭氣孔率升高，孔徑變大，氣孔壁減薄，同時由于氣孔壁穿透，氣孔合并，會使小氣孔發(fā)展成大氣孔，反過來又使焦炭與CO2的接觸面積增大，進(jìn)一步增大了焦炭的反應(yīng)性。有學(xué)者通過40kg實(shí)驗(yàn)焦?fàn)t煉焦后同樣發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣孔率高、大氣孔數(shù)量多、氣孔大小不均勻及氣孔壁薄時，焦炭易被CO2侵蝕，造成熱性能指標(biāo)變差。

4 結(jié)語

總之，作為高爐耐熱性能的重要影響因素之一，高爐的骨架材料——焦炭的熱性能受到了學(xué)界的關(guān)注。關(guān)于焦炭熱性能，相關(guān)單位還要積極深入研究，對焦炭熱性能的影響因素進(jìn)行了解，同時通過調(diào)整原料煤的選擇標(biāo)準(zhǔn)和煉焦工藝等方式，提高焦炭的熱性能指標(biāo)。

[1]劉尚超，陳鵬，項茹，薛改鳳.焦炭熱性能影響因素分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，05：104-108.

[2]王巖，王利斌，裴賢豐，齊煒.焦炭熱性能影響因素研究[J].潔凈煤技術(shù)，2011，05：40-43.