[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)精品] 焦炭冶金性能在冶煉中分析研究

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué) 院 冶金與材料工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </

2、p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 教授 </p><p>　　題目：焦炭冶金性能在冶煉中分析研究</p><p>　?。ㄈ蝿?wù)起止日期 2011 年 5 月 15日至 2011 年 6 月 1日）</p><p>　　系 主 任 年

3、月 日</p><p>　　注：該任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，在畢業(yè)設(shè)計(jì)開始前一周下達(dá)給學(xué)生，一式二份，系、每個(gè)學(xué)生各一份。其中系的一份待學(xué)生做完畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）后作為附件裝入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料中。</p><p>　　學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃表</p><p>　　說明：1.此表由指導(dǎo)教師填寫。</p><p>　　2.

4、此表每個(gè)畢業(yè)學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)。</p><p>　　學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人以信譽(yù)聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的設(shè)計(jì)（研究）工作及取得的成果，設(shè)計(jì)（論文）中引用他（她）人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及為獲得或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用其材料。

5、與我一同工作的同志對本設(shè)計(jì)（研究）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）： </p><p>　　2011年 6月 1 日</p><p>　　專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　焦炭冶金性能在冶煉中分析研究</p><p&g

6、t;　　院（系） 冶金與材料工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 信冶金2008 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2011年6月 1 日</p><p><b>　　摘 要</b>&l

7、t;/p><p>　　隨著高爐焦炭負(fù)荷的日益加重，焦比的降低，富氧大噴煤的實(shí)現(xiàn)，焦炭在高爐內(nèi)的骨架作用愈發(fā)顯得重要，因此，高爐工作者對焦炭的強(qiáng)度指標(biāo)，特別是熱性能指標(biāo)，愈來愈重視。本課題主要介紹了《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法》(GB/T 4000)修訂情況，對主要修改內(nèi)客:試驗(yàn)設(shè)備、泡焦與爐頭焦的取舍、焦塊破碎后手工調(diào)整、焦球的粒度范圍、試驗(yàn)方法的精密度等作了簡要說明。</p><p>　

8、　研究結(jié)果表明：GB/T4000-2008中對棄去泡焦和爐頭焦的試樣CRI及CSR數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，平行試驗(yàn)重復(fù)性更好；而未棄去泡焦、爐頭焦的試樣CRI及CSR數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)果波動大，平行試驗(yàn)重復(fù)性差，無法準(zhǔn)確判定焦炭熱性能的優(yōu)劣。焦炭試樣粒度修訂為φ25-23mm是可行的，利用此數(shù)據(jù)能更準(zhǔn)確地對高爐生產(chǎn)操作和煉焦配煤提供參考依據(jù)，符合我國焦?fàn)t和高爐生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)狀。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：CRI CSR 焦炭

9、 高爐</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the aggravating day by day of coke load of the blast furnace，the reducing of the coke ratio，the rich oxygen gushing out the realization of

10、the coal greatly，the skeleton function in the blast furnace of coke seems more and more important ．so，the intensity index of coke，especially hot performance index，was paid more attention to by the blast furnace workers，l

11、eave no stone unturned，take the technological measure to improve the intensity and the hot performance of coke．This paper introduced rev</p><p>　　The results show that: forget about bubble coke and coke stov

12、e CRI and CSR data sample is more stable, better parallel test repeatability; without discard foam coke, coke stove CRI and CSR data sample instability tests Results and volatile parallel test reproducibility is poor, ca

13、n not accurately determine the thermal performance of the merits of Coke. Coke samples amended to φ25-23mm grain size is feasible to use this data to more accurately blast furnace coking coal blending operations and pro&

14、lt;/p><p>　　Key words: CRI CSR blast furnace coke</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　中文摘要Ⅰ</b></p><p><b>　　英文摘要Ⅱ</b></p><p>

15、<b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1冶金焦炭的性能與用途1</p><p>　　1.1.1冶金焦炭的性能1</p><p>　　1.1.2冶金焦炭在高爐中的作用2</p><p>　　1.1.3高爐煉鐵對冶金焦炭性能的要求3</p><p>　　1.2冶金焦炭在高爐

16、中的劣化過程和劣化因素3</p><p>　　1.2.1焦炭在高爐中的劣化過程3</p><p>　　1.2.2焦炭在高爐中的劣化因素3</p><p>　　1.3冶金焦炭熱態(tài)性能的研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.1焦炭的顯微結(jié)構(gòu)及灰中礦物質(zhì)對其熱態(tài)性能的影響研究4</p><p>　　1.3.2原料

17、煤的煤質(zhì)及配煤添加物對焦炭熱態(tài)性能的影響研究6</p><p>　　1.3.3焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系研究8</p><p>　　1.4課題研究的目的和意義8</p><p>　　2 標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況10</p><p>　　2.1 GB/T4000-1996使用情況調(diào)研10</p><p>　　2.2

18、 國內(nèi)外關(guān)于焦炭國標(biāo)的研究現(xiàn)狀分析錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　2.3 修訂標(biāo)準(zhǔn)的理由錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　2.4 修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則12</p><p>　　2.5 修訂標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容13</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)研究過程14</p><p>　　3.1 焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試

19、驗(yàn)檢驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)及制作14</p><p>　　3.1.1 試驗(yàn)電爐的改進(jìn)14</p><p>　　3.1.2 新型反應(yīng)器的研制16</p><p>　　3.1.3 電爐與反應(yīng)器的組裝18</p><p>　　3.1.4 溫度控制裝置的改進(jìn)19</p><p>　　3.2 焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法技術(shù)要

20、求及參數(shù)的確定20</p><p>　　3.2.1 關(guān)于泡焦與爐頭焦的取舍20</p><p>　　3.2.1.1 試樣的制備過程21</p><p>　　3.2.1.2 取舍泡焦和爐頭焦的焦炭熱性能分析21</p><p>　　3.2.2 機(jī)械制樣與手工制樣22</p><p>　　3.2.2.1 制樣過程

21、對比22</p><p>　　3.2.2.2 兩種制樣方式焦炭熱性能對比24</p><p>　　3.2.2.3 小結(jié)25</p><p>　　3.2.3 試樣粒度的確定25</p><p>　　3.2.3.1 φ25-23mm 、φ23-21mm 、φ21-19mm焦炭熱性能對比分析25</p><p>　

22、　3.2.3.2 φ25-21 mm與φ25-23 mm焦炭熱性能對比27</p><p>　　3.2.3.3 小結(jié)27</p><p>　　3.2.4 新舊國標(biāo)及通入CO2反應(yīng)氣體量變化焦炭和落地焦熱性能對比28</p><p>　　3.3 關(guān)于征集及修訂內(nèi)容的處理情況匯總表28</p><p>　　3.4 本標(biāo)準(zhǔn)與ISO18894

23、:2006主要不同點(diǎn)對比30</p><p><b>　　4 結(jié)論32</b></p><p><b>　　致謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p>&l

24、t;p>　　1.1冶金焦炭的性能與用途</p><p>　　1.1.1冶金焦炭的性能</p><p>　　焦炭是經(jīng)煉焦過程即煤料在隔絕空氣的條件下，從室溫加熱到1000±50℃經(jīng)干燥、熱解、熔融、粘結(jié)、固化、收縮等階段而形成的。焦炭按其用途可分為冶金用焦、氣化用焦、碳素材料用焦等。一般來說，如無特別指明，焦炭均指冶金焦炭。焦炭的主要性能指標(biāo)如下:</p>&l

25、t;p>　　(1)焦炭平均粒度與粒度分布</p><p>　　焦炭平均粒度和粒度分布指標(biāo)是通過對焦炭的篩分得到的。該指標(biāo)對高爐穩(wěn)定操作和高產(chǎn)很重要。根據(jù)高爐容積、所用原料情況及高爐操作制度，對焦炭平均粒度有不同的要求。一般來講，爐容大、噴吹煤時(shí)，希望粒度大些，粒度分布盡可能窄。</p><p>　　(2)焦炭的機(jī)械強(qiáng)度</p><p>　　焦炭的機(jī)械強(qiáng)度是冷態(tài)

26、性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。它的測試方法是取50kg、粒度>40mm的試樣經(jīng)米庫姆轉(zhuǎn)鼓100轉(zhuǎn)后，分析焦炭的篩分組成。轉(zhuǎn)鼓后>40mm的焦炭占試樣總重的百分?jǐn)?shù)稱為M40，轉(zhuǎn)鼓后<10mm的焦炭占試樣總重的百分?jǐn)?shù)稱為M10 。M40標(biāo)志冷態(tài)抗裂強(qiáng)度，它對焦塊從料鐘落下到料柱上面和落下后再承受下披原料落下時(shí)的沖擊，以及焦塊在塊狀帶階段承受的壓力具有一定的模擬性。但經(jīng)塊狀帶以后，焦塊要經(jīng)歷碳溶反應(yīng)和越來越高溫度的熱作用。按M40的檢

27、測過程，該指標(biāo)不再有模擬性。M10標(biāo)志冷態(tài)耐磨強(qiáng)度，它對焦塊處于高爐塊狀帶階段，焦塊與焦塊、焦塊與礦石、焦塊與爐壁之間，在自上而下移動中的磨損有良好的模擬性。但當(dāng)焦塊行至塊狀帶底部，溫度超過850℃時(shí)，由于開始發(fā)生微弱的碳溶反應(yīng)，M10就逐漸失去了模擬性。</p><p>　　鞍山熱能研究院與鞍山鋼鐵公司通過長期對入爐焦、風(fēng)口焦及其它高爐冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的研究，提出不同容積高爐對焦炭質(zhì)量指標(biāo)的要求[1]，見表1.

28、1。 表1.1不同容積高爐對焦炭質(zhì)量指標(biāo)的要求</p><p>　　這一指標(biāo)的提出對指導(dǎo)煉鐵及煉焦生產(chǎn)起到了積極作用。應(yīng)當(dāng)指出，為了追求更高的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步改善焦炭強(qiáng)度是一項(xiàng)重要手段。</p><p>　　(3)焦炭的CO2反應(yīng)性CRI與反應(yīng)后強(qiáng)度CSR</p><p>　　焦炭的CO2反應(yīng)性CRI與反應(yīng)后強(qiáng)度CSR是反映其熱態(tài)性能

29、的重要指標(biāo)，其測定是取一定質(zhì)量一定粒度的焦塊從常溫升溫至一定溫度，通CO2氣體反應(yīng)一定時(shí)間，再經(jīng)I型轉(zhuǎn)鼓后，分析其失重比率和篩分組成。反應(yīng)性CRI是焦炭反應(yīng)前后的失重比率，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR是反應(yīng)后焦炭經(jīng)I型轉(zhuǎn)鼓一定轉(zhuǎn)數(shù)后，大于某一粒度焦塊的比率。這兩個(gè)指標(biāo)的測試，在一定程度上模擬了焦炭在高爐中的碳溶反應(yīng)條件。</p><p>　　生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)表明每提高CSR 1個(gè)單位，焦比下降0.4～1.5kg，產(chǎn)量增加0.6 %左

30、右。這是由于CO2反應(yīng)后強(qiáng)度好，使得爐腹部分焦炭空隙度高，既有利于氣流分布也使鐵水易于滲透進(jìn)入爐缸。至于焦比的降低，是由于高CSR值往往低反應(yīng)性，使得爐身上部CO2反應(yīng)減弱，CO利用率高所致。</p><p>　　(4)焦炭的抗堿性與光學(xué)組織</p><p>　　焦炭的光學(xué)組織是借助于偏光顯微鏡，根據(jù)焦炭微觀結(jié)構(gòu)的尺寸、光學(xué)特性的不同而人為劃分的。一般分為各向同性、細(xì)粒鑲嵌、粗粒鑲嵌、流動

31、狀、片狀、基礎(chǔ)各向異性、類絲+破片等。對這幾種結(jié)構(gòu)進(jìn)行賦值并求和得到焦炭的光學(xué)組織指數(shù)，用以表征焦炭的各向異性程度。焦炭光學(xué)組織指數(shù)可以作為焦炭抗堿性評價(jià)的參考性指標(biāo)。</p><p>　　焦炭光學(xué)組織主要取決于煤質(zhì)特性，還與煉焦條件有關(guān)。一般來說，焦炭光學(xué)各向異性組織含量高，冷態(tài)強(qiáng)度好，CSR值也高，高爐冶煉指標(biāo)也較好，國外大高爐用焦就屬這種情況。寶鋼采用型塊配煤、干熄焦、大容積焦?fàn)t等技術(shù)生產(chǎn)的焦炭各向同性組分

32、較高，CSR較國外焦炭低，但冷態(tài)強(qiáng)度很好，高爐冶煉指標(biāo)也達(dá)到世界先進(jìn)水平。</p><p>　　(5)焦炭的其它指標(biāo)</p><p>　　焦炭熱性能還有高溫?zé)徂D(zhuǎn)鼓、高溫?zé)釓?qiáng)度等，這些指標(biāo)從不同角度來說明焦炭對高爐冶煉的影響。</p><p>　　1.1.2冶金焦炭在高爐中的作用</p><p>　　冶金焦作為高爐煉鐵爐料的一個(gè)重要組成部分，其

33、作用主要有三：提供熱能；作為還原劑；作為支撐料柱的疏松骨架，保持良好的透氣性。</p><p>　　(1)提供熱能。高爐冶煉過程需消耗大量的熱量，這些熱量主要來自于焦炭的燃燒。</p><p>　　(2)作為還原劑。高爐中鐵礦石的還原，主要是通過間接還原和直接還原實(shí)現(xiàn)的，不論間接還原還是直接還原都是通過CO來實(shí)現(xiàn)的，還原劑的作用就是不斷地為還原反應(yīng)提供必須的CO，因此作為還原劑應(yīng)具有良好的

34、氣化反應(yīng)能力。</p><p>　　(3)作為料柱骨架。高爐生產(chǎn)要求料柱有良好的透氣性、透液性，使?fàn)t料正常下降，礦石充分還原，否則極易引起爐況不順、爐缸堆積、風(fēng)口燒壞。作為高爐骨架材料的冶金焦在風(fēng)口區(qū)以上應(yīng)能始終保持塊狀，從而使塊間保留有一定的空隙度，因此焦炭必須具有較高的強(qiáng)度，特別是要具有良好的熱態(tài)強(qiáng)度。</p><p>　　現(xiàn)代高爐工藝最突出的特征是從風(fēng)口噴吹燃料，近年來以噴吹煤粉為主

35、，且噴吹量日益增大。在這種大量噴煤、低焦比的高爐操作時(shí)，焦炭的工作條件嚴(yán)重惡化，這就對焦炭質(zhì)量提出更苛刻的要求，尤其是滿足高爐的第三個(gè)作用顯得至為重要。</p><p>　　1.1.3高爐煉鐵對冶金焦炭性能的要求</p><p>　　冶金焦炭在高爐中要承受強(qiáng)烈的機(jī)械破壞作用和高溫?zé)釕?yīng)力，要求焦炭有足夠的冷態(tài)強(qiáng)度。不同容積的高爐對冷態(tài)性能的要求也不同。國家標(biāo)準(zhǔn)中焦炭的等級是根據(jù)焦炭的冷態(tài)性能

36、來劃分的。國內(nèi)外大型高爐一般要求焦炭的冷態(tài)性能指標(biāo)M40＞76%，M１0＜9%。</p><p>　　由于焦炭在高爐中要經(jīng)受強(qiáng)烈的碳溶反應(yīng)，要求焦炭具有較好的熱態(tài)性能。該指標(biāo)己越來越被煉鐵技術(shù)人員所重視。目前，國內(nèi)外大、中型高爐所用焦炭的熱態(tài)性能指標(biāo)要求:反應(yīng)性CRI＜35%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR＞48%。對于300m3左右的高爐，一般認(rèn)為CRI＜40%，CSR＞40%即可滿足要求[2]。</p>&l

37、t;p>　　1.2冶金焦炭在高爐中的劣化過程和劣化因素</p><p>　　1.2.1焦炭在高爐中的劣化過程</p><p>　　塊狀帶:在高爐內(nèi)1000℃以下，焦炭處于塊狀帶時(shí)，由于受到一定的機(jī)械作用，塊度略有降低。在 關(guān)于河南信陽鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告</p><p>　　以上溫度區(qū)，碳溶反應(yīng)開始發(fā)生，但反應(yīng)程度低，對焦炭質(zhì)量影響不大。</p&g

38、t;<p>　　軟融帶：溫度在1000～1300℃左右。碳溶反應(yīng)劇烈，溶損可達(dá)30～40%焦炭結(jié)構(gòu)受到破壞，塊度急劇下降，耐磨性顯著降低。</p><p>　　滴落帶：焦炭處于1350℃以上的高溫，此處碳溶反應(yīng)己經(jīng)減弱，對焦炭的破壞主要來自不斷滴落的液渣和液鐵的沖刷。</p><p>　　風(fēng)口回旋區(qū)：焦炭承受2000℃以上高溫和快速旋風(fēng)的撞擊作用，并發(fā)生劇烈燃燒，焦炭迅速粉化

39、。</p><p>　　1.2.2焦炭在高爐中的劣化因素</p><p>　　焦炭在高爐中的劣化受以下因素的影響：</p><p><b>　　(1)機(jī)械破壞作用</b></p><p>　　機(jī)械破壞作用主要集中在塊狀帶，焦炭受到相互撞擊、磨損及承受上載爐料的壓力。焦炭因在入爐前經(jīng)輾轉(zhuǎn)運(yùn)送和從料鐘落下，在塊狀帶受到相互撞

40、擊、磨損，很容易開裂變成較小塊焦，同時(shí)也增加焦炭的穩(wěn)定性，但開裂只使塊度減小，不會影響焦炭結(jié)構(gòu):如焦塊不存在裂紋或己經(jīng)過整粒，則該過程對焦炭質(zhì)量的影響不大。</p><p>　　對于焦炭在塊狀帶承受的壓力，原北京鋼鐵學(xué)院楊永宜曾對日本一高爐( 4185m3)進(jìn)行計(jì)算，得出焦炭在高爐承受最大靜壓力約為0.0735Mpa。即使在開爐前，焦炭承受的最大壓力也只有0.13Mpa，而現(xiàn)代冶金焦耐壓強(qiáng)度一般都在 5～6Mpa

41、，遠(yuǎn)超過計(jì)算值。這說明，單純的機(jī)械力不是焦炭劣化的主要因素。至于焦炭在高爐塊狀帶以下，焦炭除承受機(jī)械力外還遇到疊加的其它劣化因素時(shí)，機(jī)械力對焦炭劣化才起推波助瀾的作用。</p><p><b>　　(2)碳溶反應(yīng)</b></p><p>　　碳溶反應(yīng)包括焦炭與CO2反應(yīng)、焦炭與H2O反應(yīng)兩部分。</p><p>　　焦炭與CO2反應(yīng)(C十CO2

42、=2CO )。該反應(yīng)使焦炭結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度下降。</p><p>　　焦炭與H20反應(yīng)(C+H2O=CO十H2)。隨著富氧噴煤技術(shù)的發(fā)展，煤氣中的H2含量顯著增加。在1300℃時(shí)H2參與還原反應(yīng)生成H2O，相當(dāng)一部分H20與焦炭反應(yīng)，焦炭結(jié)構(gòu)受到破壞。</p><p>　　(3)焦炭的氣孔結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　焦炭是多孔體脆性材料。其氣孔參數(shù)與其機(jī)械

43、強(qiáng)度和CO2反應(yīng)性均有一定關(guān)系。焦炭在高爐內(nèi)的氣孔變化，與CO2反應(yīng)密切相關(guān)。但大量研究發(fā)現(xiàn)，不同焦炭的氣孔參數(shù)差別并不十分顯著，且缺少嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)律性。焦炭不同顯微結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性不同，對焦炭劣化的影響程度不同。</p><p><b>　　(4)灰分和堿金屬</b></p><p>　　焦炭中灰份高不僅影響高爐產(chǎn)量，增加造渣原料的成本和提高焦比，還促使焦炭在高爐中劣化。灰

44、分高，焦炭的反應(yīng)性上升，反應(yīng)后強(qiáng)度下降。</p><p>　　堿對焦炭的劣化作用由三種原因?qū)е拢篕、Na與焦炭層片形成層間化合物，導(dǎo)致氣孔壁疏松，裂紋增多，機(jī)械強(qiáng)度下降；堿金屬對碳溶反應(yīng)有催化作用，使焦炭反應(yīng)性大幅度增高；堿金屬還能降低碳溶反應(yīng)的開始反應(yīng)溫度和激烈反應(yīng)溫度。</p><p><b>　?。?)高溫?zé)釕?yīng)力</b></p><p>

45、　　國內(nèi)外高爐解剖結(jié)果表明，焦炭質(zhì)量劣化始于爐身下部，爐腹以下焦炭質(zhì)量迅速降低，至回旋區(qū)則又一次明顯劣化。在高爐內(nèi)1300℃以上區(qū)域，除塔式結(jié)構(gòu)外圍區(qū)域，其他部位CO2濃度己很低，碳溶反應(yīng)已不顯著，熱劣化可能是焦炭劣化的又一個(gè)重要因素。</p><p>　　1.3冶金焦炭熱態(tài)性能的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1焦炭的顯微結(jié)構(gòu)及灰中礦物質(zhì)對其熱態(tài)性能的影響研究</p>

46、<p>　　焦炭的熱態(tài)性體的孔抱結(jié)構(gòu)兩部分。焦炭中的能與其顯微結(jié)構(gòu)及其所含的礦物質(zhì)密切相關(guān)。焦炭的顯微結(jié)構(gòu)包括焦質(zhì)的顯微組分和焦礦物質(zhì)主要包括SiO2, A12O3, CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, P2O5等。</p><p>　　日本阿不幸弘研究認(rèn)為，當(dāng)焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度一定時(shí)，改善焦炭熱態(tài)性能的煉焦技術(shù)應(yīng)著眼于焦炭光學(xué)組織的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度[4]。周師庸曾在無堿的條件下(

47、即可忽略堿的影響)測定CO2反應(yīng)前后各種焦炭顯微組分的變化。結(jié)果表明，焦炭中各向異性效應(yīng)愈強(qiáng)，其反應(yīng)性愈低；各向異型效應(yīng)愈弱，則反應(yīng)性愈高。焦炭中各顯微組分反應(yīng)性大小順序：各向同性、類絲+破片〉細(xì)粒鑲嵌>粗粒鑲嵌>流動狀>片狀結(jié)構(gòu)[5]，其他研究者[6]也得到了相同的結(jié)論。但是，當(dāng)焦炭中的堿含量達(dá)到一定程度時(shí)，其顯微結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性順序會出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)[7]。武鋼的研究[8]認(rèn)為，在武鋼高爐入爐原燃料含堿金屬7Kg/t左右的條件

48、下，焦炭在高爐的熱穩(wěn)定性與焦炭的顯微結(jié)構(gòu)有明顯的相關(guān)關(guān)系。在有堿害的高爐中，焦炭的CRI, CSR與焦炭組分中的同性組分、惰性組分密切相關(guān)，焦炭中的同性、惰性組分提高，則CRI下降，CSR提高。一般認(rèn)為，焦炭的各向異性程度愈高其抗堿能力愈弱，各向同性的抗堿能力最強(qiáng)。堿金屬與焦炭發(fā)生“插入”反應(yīng)，產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力而破壞焦炭的強(qiáng)度。各向異性程度愈高的光學(xué)組織抵抗堿催化反應(yīng)能力愈弱[9]。通過加堿后焦炭的反應(yīng)性試驗(yàn)表明，各向異性含量高的焦炭<

49、;/p><p>　　焦炭的熱態(tài)性能與其孔壁厚度密切相關(guān)。氣孔徑較小且均勻的焦炭，雖然孔壁厚度較薄，其冷態(tài)強(qiáng)度可能較高，但其CSR可能較低。而對于反應(yīng)性較高的焦炭，因孔壁受到較劇烈的碳溶反應(yīng)使孔壁過薄導(dǎo)致CSR明顯下降，解決的方法就是通過配煤或搗固等提高裝爐堆密度的煉焦工藝，生產(chǎn)孔壁較厚且均勻的焦炭，來彌補(bǔ)反應(yīng)性高帶來的對反應(yīng)后強(qiáng)度的不利影響[10]。</p><p>　　1983年，鞍山熱能研

50、究院在進(jìn)行八鋼配煤煉焦試驗(yàn)中就注意到，八鋼煉焦用基礎(chǔ)煤一艾維爾溝煤煉制的焦炭，其熱態(tài)性能與一般中等變質(zhì)程度煉焦煤煉制的焦炭相比極差，與低變質(zhì)程度弱粘結(jié)性的充州氣煤焦相仿[11]。其主要原因是：(1)八鋼焦炭的顯微結(jié)構(gòu)組成中主要以粗粒鑲嵌和流動狀結(jié)構(gòu)為主，高達(dá)60%以上，各向同性及類絲+破片的含量較少。焦炭中某些金屬氧化物(K2O、Na2O、CaO、 MgO、A12O3、Fe2O3等)的存在，對焦炭的氣化反應(yīng)產(chǎn)生催化作用。盡管八鋼焦炭中K

51、2O+Na2O%的含量較少，但CaO、MgO、A12O3、Fe2O3的含量還是很多的，不可忽視。英國學(xué)者H.Marsh認(rèn)為:組成焦炭的各向同性組織比異性組織的抗堿性好。各向異性組織的有序碳結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境里，有利于K, Na等的滲透，形成層間化合物，易產(chǎn)生裂紋。各向同性的無定形碳結(jié)構(gòu)有吸收裂紋的作用[12]。(2)八鋼焦炭的氣孔率較高，且孔大壁薄，導(dǎo)致焦炭的比表面積很大，從而使其反應(yīng)性提高。</p><p>　　王

52、五喜、謝克昌等曾作過礦物質(zhì)對焦炭C02反應(yīng)的影響研究，均認(rèn)為礦物質(zhì)對焦炭的反應(yīng)性有著重要的影響。這種影響主要表現(xiàn)在礦物質(zhì)對焦炭氣化反應(yīng)的催化和抑制作用[13][14]。竇慶增認(rèn)為，堿對組成焦炭孔壁材料各結(jié)構(gòu)的氣化反應(yīng)的催化作用是不同的。各向同性結(jié)構(gòu)有良好的抗堿性，它的存在可以起到緩解堿的作用[15]。而Michiharu Hatano研究認(rèn)為：堿的存在對焦炭顯微結(jié)構(gòu)的溶損反應(yīng)未有明顯的選擇性[16]。</p><p&

53、gt;　　綜上所述，在礦物質(zhì)對反應(yīng)性的影響不顯著時(shí)，焦炭的各顯微組分的反應(yīng)性順序應(yīng)為各向同性、類絲+破片>細(xì)粒鑲嵌>粗粒鑲嵌>流動狀>片狀結(jié)構(gòu)。而當(dāng)?shù)V物質(zhì)對反應(yīng)性的影響不可忽略時(shí)，則焦炭的各顯微組分的CO2反應(yīng)難易，研究者們的觀點(diǎn)傾向于各向同性、類絲+破片結(jié)構(gòu)的抗堿性優(yōu)于各向異性結(jié)構(gòu)。無論什么情況，焦體孔抱結(jié)構(gòu)(氣孔率、孔壁厚度、孔徑大小及孔徑分布等)對焦炭熱態(tài)性能的影響是肯定的。因此，改善八鋼焦炭的熱態(tài)性能，應(yīng)

54、該主要研究在礦物質(zhì)的不同影響下，尋找合理的焦炭顯微結(jié)構(gòu)組成。</p><p>　　1.3.2原料煤的煤質(zhì)及配煤添加物對焦炭熱態(tài)性能的影響研究</p><p>　　影響焦炭熱性質(zhì)的因素有煤的變質(zhì)程度、流動度、惰性組分含量和灰分中的堿性物含量等。</p><p>　　國外有研究[17]認(rèn)為，焦炭的反應(yīng)性隨煤階(即變質(zhì)程度)和有機(jī)惰性物的增加而降低，達(dá)到最小值后，又隨煤階

55、和有機(jī)惰性物的增加而升高:焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度則隨煤階和惰性物的增加而升高，達(dá)到最大值后，又隨煤階和惰性物的增加而降低。</p><p>　　煤的流動度也是影響焦炭熱性質(zhì)的重要因素。最大流動度增加使焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度增加，反應(yīng)性降低[18,19,20]。</p><p>　　煤中含有一定數(shù)量的惰性物可能對焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度有利。Hara[21]發(fā)現(xiàn)焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度隨煤化程度和惰性組分的增加有一最佳值，

56、有研究[22]認(rèn)為，煤中惰性組分含量在20%左右時(shí)，其焦炭的反應(yīng)性最低。其它研究[14,23,24]也注意到煤中含有一定數(shù)量的惰性組分對焦炭的熱性質(zhì)有利。</p><p>　　此外，煤中的灰分和灰成分也影響焦炭的熱態(tài)性能。各國在預(yù)測焦炭反應(yīng)性時(shí)都意識到必須考慮煤中礦物質(zhì)的催化作用，但因研究工作的深淺程度不同，所采用的指標(biāo)各異[18,23,24,25]。一般以灰中堿性氧化物與酸性氧化物的比值為參數(shù)，稱為堿性指數(shù)。其

57、中比較完善的是加拿大Price提出的堿度指數(shù)MBI[26]，不過該指數(shù)僅將煤中礦物質(zhì)分為正催化和負(fù)催化兩大類，而在每類中并未考慮不同礦物質(zhì)的催化作用程度不同。</p><p>　　配煤添加物主要包括：（1)活性物:煤焦油、煤焦油瀝青、石油瀝青、塑料、橡膠等有很好粘結(jié)性的熱塑性物質(zhì)。（2)惰性物:無煙煤、貧煤、半焦、焦粉、延遲焦、鐵粉、礦粉等無粘結(jié)性物質(zhì)。</p><p>　　近年來，八鋼曾

58、經(jīng)進(jìn)行過配用石油延遲焦改善焦炭質(zhì)量的研究，發(fā)現(xiàn)配入石油延遲焦后，焦炭的反應(yīng)性CRI、反應(yīng)后強(qiáng)度CSR值均提高。寶鋼煉鐵廠曾用軟瀝青作為型煤粘結(jié)劑進(jìn)行過型煤煉焦試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著型煤中軟瀝青添加率的增加，焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度有較大提高[27]。</p><p>　　鞍山熱能研究院1987年完成的鞍鋼多用高揮發(fā)份煤的搗固煉焦試驗(yàn)證實(shí)，東北地區(qū)氣煤的搗固效果顯著。焦炭冷強(qiáng)度可提高2.4～2.9個(gè)百分點(diǎn)，其反應(yīng)性基本不變，而反應(yīng)

59、后強(qiáng)度卻有大幅度提高[28]。由于焦炭在高爐內(nèi)的氣化溶損反應(yīng)主要在1100℃以上進(jìn)行，該反應(yīng)以擴(kuò)散控制為主，即與爐內(nèi)CO2氣體的濃度、壓力等有關(guān)。因此，日本研究者們認(rèn)為，煉焦時(shí)多配入高揮發(fā)份弱粘結(jié)性煤，以提高焦炭的反應(yīng)性，使焦炭與CO2的反應(yīng)控制在焦炭外表面進(jìn)行，可減少擴(kuò)散進(jìn)入焦體內(nèi)層的CO2量，從而降低焦炭強(qiáng)度劣化的速度。試驗(yàn)證明，高揮發(fā)份弱粘結(jié)性煤的配入量在20%左右，效果良好。</p><p>　　濟(jì)鋼做過

60、配用添加物的煉焦試驗(yàn)研究表明[29]：將一定量的瀝青作為添加劑煉焦，不僅能起粘結(jié)作用，而且可以使煤料中的煤不同程度地改質(zhì)，促進(jìn)各向異性碳發(fā)展，從而增加了它們?nèi)菁{惰性組分的能力，同時(shí)對氣孔分布及加固氣孔壁起一定的作用;在粘結(jié)性較充裕的煤料中，添加較大量的瘦化劑如焦粉，可使氣孔率降低。對于平均氣孔壁厚度增大，氣孔平均直徑減小有一定的作用。但焦粉加入后的交界面容易存在裂隙，這些裂隙不僅影響強(qiáng)度，而且往往是反應(yīng)時(shí)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，焦粉加入量以不

61、大于3%，粒度小于0.2mm為宜。</p><p>　　1.3.3 國內(nèi)外關(guān)于焦炭國標(biāo)的研究現(xiàn)狀分析</p><p>　　GB/T4000-1996《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法》是分析塊焦反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)方法。見諸報(bào)道的一些國家或企業(yè)（新日鐵、法國鋼鐵研究院、美國伯利恒、英國煤炭研究公司、德國礦山研究所鋼鐵公司）曾采用過的塊焦反應(yīng)性試驗(yàn)方法有7種。 </p>&l

62、t;p>　　焦炭質(zhì)量指標(biāo)M40、M10在高爐塊狀帶具有一定的模擬性，經(jīng)過塊狀帶后焦炭要經(jīng)歷碳溶反應(yīng)和高溫作用，按M40、M10的檢測過程已不具有模擬性。日本提出的焦炭反應(yīng)性（CRI）及反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）目前已經(jīng)被各國接受，其中使用最廣泛的是起源于日本新日鐵的1100℃塊焦反應(yīng)性試驗(yàn)， 1983年我國曾做適當(dāng)修改后列為國家標(biāo)準(zhǔn)，1996年經(jīng)過再修訂成為現(xiàn)在的1996年版本的國標(biāo)即GB/T4000-1996《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試

63、驗(yàn)方法》。 </p><p>　　高爐中有一定量的堿金屬存在，堿金屬的存在可使焦炭的反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度有所改變。所以目前已經(jīng)有比GB/T4000-1996模擬性相對較好的熱性能測試裝置在對高爐焦炭熱行為的深入研究中使用，但一般實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長。目前各鋼廠基本上已經(jīng)將CRI及CSR的測試作為焦炭一個(gè)常規(guī)的質(zhì)量檢測指標(biāo)每天在做，所以模擬性更好的焦炭CRI及CSR測試方法在日常生產(chǎn)中用以快速反應(yīng)冶金焦熱性能指標(biāo)變化，及時(shí)為

64、高爐提供參考依據(jù)相對較困難。 </p><p>　　GB/T4000-1996《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法》的焦炭反應(yīng)性（CRI）及反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）對焦炭在高爐中的模擬性不理想，它的不完善之處不是在對反應(yīng)溫度及二氧化碳缺乏模擬性，而是在于它是在無堿條件下測定的。但焦炭未加堿條件下的CRI比加堿條件下的CRI低，未加堿條件下的 CSR比加堿條件下的CSR高這是不會改變的，所以作為衡量焦炭在高爐內(nèi)的高溫冶金性

65、能，GB/T4000-1996對于生產(chǎn)還是具有很重要的指導(dǎo)作用。</p><p>　　1.3.4焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系研究</p><p>　　研究[34]表明，焦炭溶損反應(yīng)在950℃以下反應(yīng)緩慢，隨溫度升高焦炭反應(yīng)性迅速提高，尤其以1050-1150℃增長最快。在1100℃時(shí)，塊焦的反應(yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度之間相關(guān)很好，即:</p><p>　　CSR = 93.

66、438-1.396CRI (公式1.1)</p><p><b>　　γ=一0.9918</b></p><p>　　CSR為1100℃反應(yīng)后強(qiáng)度，% </p><p>　　CRI為11000C的反應(yīng)性，%</p><p><b>　　γ為

67、相關(guān)系數(shù)</b></p><p>　　溫度升高至1500℃后，較分散，變化緩和。反應(yīng)后強(qiáng)度隨反應(yīng)性增加而下降，規(guī)律性稍差。</p><p>　　1.4課題研究的目的和意義</p><p>　　對鋼鐵企業(yè)而言，煉焦的主要目的是為了得到滿足高爐冶煉需要的焦炭。焦炭產(chǎn)業(yè)在我國的發(fā)展起著越來越重要的作用，但同時(shí)也出現(xiàn)了一些問題。一是焦炭的質(zhì)量問題，焦炭的質(zhì)量、性

68、能對高爐的冶煉效果及其各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有著至關(guān)重要的影響，為了鋼鐵的順利生產(chǎn)，穩(wěn)定焦炭質(zhì)量成為當(dāng)前的核心問題，研究焦炭冶金性能國家標(biāo)準(zhǔn)的意義也極其重要；二是環(huán)保問題，焦炭生產(chǎn)所遵循的基本操作原理已經(jīng)保持了數(shù)十年不變。隨著環(huán)境保護(hù)對減少焦?fàn)t排出廢氣的要求不斷嚴(yán)格，在歐洲和北美，多家焦化廠已關(guān)閉，中國是最大的焦炭出口國，由于全球環(huán)保立法越來越嚴(yán)格，因此，目前，我國焦炭生產(chǎn)要以如何采取措施、控制污染為重點(diǎn)。</p><p&

69、gt;　　根據(jù)國家2010年4月6日公布的《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)淘汰落后產(chǎn)能工作的通知》，我國近期將進(jìn)一步發(fā)揮市場配置資源的基礎(chǔ)性作用，充分發(fā)揮法律法規(guī)的約束作用和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的門檻作用，淘汰焦炭行業(yè)炭化室高度4.3米以下的小機(jī)焦（3.2米及以上搗固焦?fàn)t除外）。作為“兩高一資”(高消耗、高排放、資源性)行業(yè)，我國焦化行業(yè)面臨的資源和環(huán)境壓力越來越突出，焦炭一時(shí)成了高耗能、高污染的代名詞和節(jié)能減排的重中之重。</p><p

70、>　　焦炭行業(yè)對冶金生產(chǎn)起著非常重要作用，由于高爐大型化和噴煤技術(shù)的運(yùn)用以及焦炭行業(yè)面臨的環(huán)境問題，GB/T4000-1996已不能適應(yīng)高爐生產(chǎn)，GB/T4000-2008針對國標(biāo)中大家公認(rèn)的、反映比較集中的、比較突出的問題進(jìn)行了改進(jìn)和完善，但是仍然不能適應(yīng)不同容積高爐對焦炭標(biāo)準(zhǔn)的要求。</p><p>　　本課題將通過實(shí)驗(yàn)的方法研究焦炭冶金性能新舊國標(biāo)的對比分析，找到新舊國標(biāo)對泡頭焦和爐頭焦的取舍、顎式破

71、碎機(jī)破碎后焦塊形狀、焦球的粒度范圍、試驗(yàn)方法的精密度的要求以及高爐大型化和高爐噴煤技術(shù)的推廣運(yùn)用對焦炭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的變化規(guī)律，掌握不同國標(biāo)對高爐冶煉的影響，達(dá)到對焦炭冶金性能新舊國標(biāo)的熟練掌握，為企業(yè)提出一個(gè)針對性很強(qiáng)的內(nèi)部焦炭冶金性能控制指標(biāo)。</p><p>　　2標(biāo)準(zhǔn)化對象（GB/T4000-1996）簡要情況</p><p>　　2.1 GB/T4000-1996使用情況調(diào)研 <

72、/p><p>　　GB/T4000-1996《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法》頒布10年來，對煉鐵和焦化生產(chǎn)發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用。隨著高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)的推廣應(yīng)用，高爐對焦炭質(zhì)量提出了更高的要求，關(guān)于焦炭反應(yīng)性（CRI）及反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）指標(biāo)越來越受到煉鐵與煉焦工作者的共同關(guān)注。此次修標(biāo)征求意見得到相關(guān)單位的大力支持，提出了寶貴意見及建議，表2.1為GB/T4000-1996調(diào)研情況匯總表。 </p>

73、;<p>　　表2.1 GB/T4000-1996調(diào)研情況匯總表</p><p>　　2.2 GB/T4000-1996修訂成GB/T4000-2008標(biāo)準(zhǔn)的理由 </p><p>　　GB/T4000-1996《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法》標(biāo)齡已有11年，使用單位已經(jīng)有許多的體會，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)其存在的問題及不足之處，認(rèn)為GB/T4000-1996中

74、規(guī)定的試樣的制備方法效果不理想、試樣粒度控制范圍大、試驗(yàn)設(shè)備上存在一定的維修困難及使用壽命短的問題及缺陷。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及對焦炭熱性能認(rèn)識的深入，有必要對GB/T4000-1996中的一些技術(shù)條件、要求及參數(shù)，試驗(yàn)設(shè)備等進(jìn)行修訂、改進(jìn)及完善。 </p><p>　　2.3 GB/T4000-1996修訂成GB/T4000-2008標(biāo)準(zhǔn)的原則</p><p>　　采用國際和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)是

75、我國標(biāo)準(zhǔn)化工作的一項(xiàng)基本政策，要盡量與國際接軌，但又要符合我國生產(chǎn)、貿(mào)易、使用實(shí)際情況等國情。 </p><p>　　十年來各單位對《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（GB/T4000-1996）的應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)上都掌握了一定的操作技巧，焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)用于煉鐵和焦化生產(chǎn)中都積累了一定生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。調(diào)研中大家希望修訂后的試驗(yàn)方法所測試數(shù)據(jù)能使原來積累的有關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)具有一定的可比性，這樣新標(biāo)準(zhǔn)（GB/T400

76、0-2008）可能容易接受和理解，并使之能針對我國煤資源狀況、高爐生產(chǎn)需求，符合國情，這樣有利于我國煉鐵技術(shù)發(fā)展，才可能促進(jìn)新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施和推廣。 </p><p>　　本次（GB/T4000-2008）標(biāo)準(zhǔn)修訂在經(jīng)過調(diào)研后，課題組確定在時(shí)間緊，任務(wù)重的情況下，以GB/T4000-1996為基礎(chǔ)，參考ISO18894:2006，根據(jù)大多數(shù)單位提出的修訂意見來進(jìn)行工作比較切合實(shí)際。針對國標(biāo)中大家公認(rèn)的、反映比較集中的

77、、比較突出的問題，無論是對GB/T4000-1996認(rèn)識上的不統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)中存在的不足、設(shè)備上存在的缺陷都用試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)行修訂、改進(jìn)和完善。 </p><p>　　2.4 GB/T4000-1996修訂成GB/T4000-2008標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容</p><p>　　反映焦炭高溫冶金性能的反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度質(zhì)量指標(biāo)，對焦化優(yōu)化配煤，生產(chǎn)能滿足高爐需求的焦炭，降低配煤成本有一定的指導(dǎo)作用；

78、同時(shí)對提出符合高爐需要的切實(shí)可行的焦炭熱性能指標(biāo)，保障高爐長期穩(wěn)定順行是非常必要的。分析調(diào)研情況，目前存在的主要問題及意見：對泡焦與爐頭焦的取舍仍有爭議、顎式破碎機(jī)破碎后焦塊形狀不理想、焦球的粒度范圍太寬、試驗(yàn)方法的精密度、試驗(yàn)設(shè)備易出現(xiàn)故障等。表2.2為GB/T4000-1996調(diào)研意見及建議分類處理表。</p><p>　　表2.2 GB/T4000-1996調(diào)研意見及建議分類處理表</p>&

79、lt;p>　　GB/T4000-1996《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法》需修訂、改進(jìn)及完善的主要內(nèi)容是： </p><p>　　1 延長試驗(yàn)設(shè)備使用壽命，降低故障率，對試驗(yàn)檢驗(yàn)裝置進(jìn)行完善。 </p><p>　　2 再驗(yàn)泡焦和爐頭焦對焦炭CRI及CSR的影響。 </p><p>　　3 焦炭試樣制備方法的改進(jìn)，顎破制樣與手工制樣比較。 </p>

80、<p>　　4 焦炭試樣粒度的修訂，不同粒度熱性能對比試驗(yàn)。 </p><p><b>　　3 實(shí)驗(yàn)研究過程</b></p><p>　　3.1 焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)檢驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)及制作 </p><p>　　3.1.1 GB/T4000-1996試驗(yàn)電爐的改進(jìn) </p><p>　　GB/T4000

81、-1996中的試驗(yàn)電爐是采用的高溫鐵鉻鋁合金電阻絲加熱，使用時(shí)電阻絲容易燒斷，更換電阻絲有的要拆開整個(gè)爐體才能纏繞加熱絲，纏繞時(shí)非常麻煩、耗時(shí)。許多單位在電阻絲燒斷后都是委托給電爐制造廠家或?qū)I(yè)維修電爐的人員進(jìn)行修理。爐體結(jié)構(gòu)如圖3.1。 </p><p>　　爐膛內(nèi)徑140mm，外徑160mm，高度640mm（高鋁質(zhì)外絲管）。 </p><p>　　電爐絲：高溫鐵鉻鋁合金電阻絲，最高使用

82、溫度1400℃，直徑2.8mm。</p><p>　　圖3.1 電爐絲加熱電爐 </p><p>　　1 高鋁外絲管 2 鐵鉻鋁爐絲 3、4 輕質(zhì)高鋁磚 </p><p>　　5 爐殼 6 腳輪 7 爐蓋 8絕緣子 </p><p>　　電爐安裝要點(diǎn)：爐殼底部封死，上口敞開，預(yù)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

83、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(yù)制件（由標(biāo)準(zhǔn)尺寸的輕質(zhì)高鋁磚切制）或者保溫棉，爐絲由上下兩端引出，與固定在爐殼上的絕緣子相聯(lián)接。爐絲引出部分用單孔絕緣管 保護(hù)好，切忌相互搭接，以免造成短路。在外絲管外側(cè)的保溫磚上緊貼爐絲外預(yù)先鉆一個(gè)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，插入熱電偶，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?fàn)t膛內(nèi)1100±5℃溫度區(qū)長度不小于1

84、50mm。 </p><p>　　調(diào)研中目前基本上所有的試驗(yàn)電爐都沒有埋設(shè)熱電偶，而是直接用一只熱電偶插入反應(yīng)器中進(jìn)行測溫與控溫，故此次修訂取消GB/T4000-1996試驗(yàn)電爐埋設(shè)熱電偶，采用插入反應(yīng)器中的熱電偶測溫與控溫，其它結(jié)構(gòu)不變。</p><p>　　為了降低試驗(yàn)電爐的故障率，減少維修的麻煩，對電爐加熱方式進(jìn)行了更新，將加熱元件改進(jìn)為碳化硅，研究中使用的是硅碳棒。 </p&

85、gt;<p>　　根據(jù)爐子結(jié)構(gòu)，氣氛和溫度正確地選擇加熱元件的表面負(fù)荷是達(dá)到最佳使用條件的關(guān)鍵。試驗(yàn)用反應(yīng)器外徑最大只有90mm，加熱爐爐膛較小，因此設(shè)計(jì)用4支硅碳棒加熱，若采用4支直型硅碳棒，則爐膛周圍只有4支發(fā)熱體，加熱會不均勻，同時(shí)對連接電線路會造成麻煩，導(dǎo)線需在爐子底部和上部同時(shí)連接，在爐子底部連接時(shí)不方便，不安全。由此設(shè)計(jì)出采用4支U型硅碳棒加熱，這樣有8根發(fā)熱棒圍成一圈，均勻分布在爐膛周圍，加熱會更均勻，同時(shí)電

86、線路全部在爐子上部連接，清楚明了，安全可靠。 </p><p>　　加熱元件的連接方式，實(shí)踐證明采用4個(gè)加熱元件串聯(lián)比采用4個(gè)加熱元件分為兩組，每組串聯(lián)，再將兩組并聯(lián)的使用壽命短，故選擇4個(gè)加熱元件分為兩組串聯(lián)后再并聯(lián)的方式，如圖3.2。 </p><p>　　圖3.2 U型硅碳棒連接示意圖 </p><p>　　1 U型硅碳棒 2 連接帶 3 電源線 </p

87、><p>　　爐體結(jié)構(gòu)如圖3.3。 </p><p>　　爐膛： 180×180mm ，高600mm(爐殼)。 </p><p>　　硅碳棒：U型硅碳棒，四支，爐膛四面各一支。 </p><p>　　電爐安裝要點(diǎn)：爐殼底部開孔，上口敞開，底部下反應(yīng)器支架中間開小孔，底板用腳支撐。在底部鋪一層耐火磚，用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的輕質(zhì)高鋁磚砌制爐膛,周圍填

88、充保溫材料。爐膛頂部開四個(gè)孔，放置硅碳棒。硅碳棒連接線與固定在爐殼上的絕緣子相聯(lián)接，蓋好上蓋?？販仉娕疾迦敕磻?yīng)器中央，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?fàn)t膛內(nèi)1100±5℃溫度區(qū)長度大于150mm。 </p><p>　　圖3.3 碳化硅加熱電爐 </p><p>　　1 爐殼 2、3、4 輕質(zhì)高鋁磚 5絕緣子</p><p>　

89、　6 爐蓋7 硅碳棒 8爐腳 9 反應(yīng)器支架 </p><p>　　3.1.2 GB/T4000-2008新型反應(yīng)器的研制 </p><p>　　GB/T4000-1996中的反應(yīng)器為耐高溫合金鋼反應(yīng)器，由耐高溫合金鋼制成（GH23或GH44），結(jié)構(gòu)為在反應(yīng)管外平行連接一支進(jìn)氣管，氣體再從底部通入，結(jié)構(gòu)如圖3.4。 </p><p>　　圖3.4 耐高溫合金鋼反應(yīng)器

90、 </p><p>　　1 中心熱電偶 2 進(jìn)氣管 3 排氣管 </p><p>　　該反應(yīng)器不少使用單位反映其使用壽命不一，長的可達(dá)三十多爐，短的只能用一兩爐就燒壞，故有單位建議改進(jìn)反應(yīng)器。GB/T4000-1996中規(guī)定試驗(yàn)用反應(yīng)器采用耐高溫合金鋼GH23或GH44制作，其選擇的材質(zhì)是合理的。 </p><p>　　隨著對焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度研究的深入，不少單

91、位已經(jīng)開始探討焦炭在有堿金屬侵蝕條件下的焦炭熱性能研究， GB/T4000-1996中的耐高溫合金鋼反應(yīng)器，其耐堿金屬侵蝕能力較差，一般不能在此設(shè)備上進(jìn)行焦炭在有堿金屬侵蝕條件下的熱性能測試，所以修訂中又選擇了一種能耐堿金屬侵蝕的材質(zhì)做反應(yīng)器。 </p><p>　　GB/T4000-2008的新型反應(yīng)器，材質(zhì)為耐高溫高鋁質(zhì)材料和耐高溫合金鋼材料。反應(yīng)管選擇能耐高溫又抗堿金屬侵蝕的耐高溫剛玉管制作。下部底座和上部

92、蓋子用耐高溫合金鋼GH23或GH44制作。進(jìn)氣管直接由底部通入，氣體在反應(yīng)器底部空間可預(yù)熱，結(jié)構(gòu)如圖3.5。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)后，加工制作簡易，反應(yīng)器蓋子可不用螺絲固定，簡化了試驗(yàn)操作步驟。 </p><p>　　圖3.5 高鋁質(zhì)反應(yīng)器 </p><p>　　1中心熱電偶插孔 2 進(jìn)氣管 3 排氣管 4 蓋子 5底座</p><p>　　GB/T4000-2008

93、的新型高鋁質(zhì)反應(yīng)器可降低反應(yīng)器的成本，一個(gè)耐高溫合金鋼（GH23或GH44）反應(yīng)器價(jià)值4000多元，一個(gè)剛玉質(zhì)反應(yīng)器價(jià)值2000元不到，即使反應(yīng)筒（剛玉管）斷裂，其上部蓋子及下部底座還可利用。試驗(yàn)人員只用將內(nèi)徑為80 mm、壁厚4-5mm、長度500mm的剛玉管套在底座上，用耐火泥和水玻璃加以固定即可。 </p><p>　　剛玉質(zhì)反應(yīng)器需要注意輕取輕放，不使反應(yīng)器急冷以防斷裂，其使用壽命是耐高溫合金鋼反應(yīng)器的幾

94、倍。高鋁質(zhì)反應(yīng)器可用于焦炭在未加堿和加堿條件下的熱性能測試。 </p><p>　　為滿足日常生產(chǎn)中能當(dāng)天及時(shí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，新型反應(yīng)器也可全部采用耐高溫合金鋼（GH23或GH44）制作，其上蓋就需改用螺絲固定。熱反應(yīng)試驗(yàn)后可以同GB/T4000-1996中的耐高溫合金鋼反應(yīng)器一樣，在較高溫度下將反應(yīng)器提出爐外，加快試樣的冷卻，當(dāng)天就能報(bào)告試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以隨即開展下一個(gè)樣品的測試工作。 </p>

95、<p>　　3.1.3 電爐與反應(yīng)器的組裝 </p><p>　　電爐與反應(yīng)器組裝，如圖3.6、圖3.7、圖3.8。 </p><p>　　圖3.6 電阻絲加熱電爐與耐高溫合金鋼反應(yīng)器組裝圖 </p><p>　　1 反應(yīng)器 2 控溫?zé)犭娕?3 電爐 4 進(jìn)氣孔 5 排氣孔 </p><p>　　圖3.7 碳化硅加熱電爐與高鋁質(zhì)反應(yīng)

96、器組裝圖</p><p>　　1 反應(yīng)器 2 控溫?zé)犭娕?3 電爐 4 進(jìn)氣孔 5 排氣孔</p><p>　　圖3.8 碳化硅加熱電爐與耐高溫合金鋼反應(yīng)器組裝圖 </p><p>　　1 反應(yīng)器 2 控溫?zé)犭娕?3 電爐 4 進(jìn)氣孔 5 排氣孔 </p><p>　　3.1.4 GB/T4000-1996溫度控制裝置的改進(jìn) </p&g

97、t;<p>　　GB/T4000-1996中的溫度控制儀是動圈式702型溫度控制儀，見圖3.9。 </p><p>　　圖3.9 GB/T4000-1996溫度控制儀 </p><p>　　研制GB/T4000-2008的新型溫度控制儀是利用PID調(diào)節(jié)，可自動控溫，溫度顯示儀表是數(shù)顯儀表，控溫準(zhǔn)確，測量精度達(dá)0.5%FS±1℃，見圖3.10。溫度控制儀組成為：溫度控

98、制表、調(diào)功器、電流表、電壓表、定時(shí)報(bào)警器、操作按鈕。工作原理如圖3.11。 </p><p>　　圖3.10 改進(jìn)后的GB/T4000-200溫度控制儀</p><p>　　圖3.11 改進(jìn)后的溫度控制儀工作原理圖 </p><p>　　3.2 焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法技術(shù)要求及參數(shù)的確定 </p><p>　　3.2.1 GB/T40

99、00-1996與GB/T4000-2008中關(guān)于泡焦與爐頭焦的取舍 </p><p>　　GB/T4000-1996中試樣的采取與制備規(guī)定：“按GB/T4000-1996規(guī)定的取樣方法采取，按比例取大于25mm焦炭20Kg，棄去泡焦與爐頭焦?！?</p><p>　　征集意見中對GB/T4000-1996中的此規(guī)定存在認(rèn)識上的不統(tǒng)一。有個(gè)別單位提出生產(chǎn)焦炭中存在泡焦與爐頭焦，雖然泡焦與爐頭

100、焦量少，還是進(jìn)入了高爐，應(yīng)該對泡焦與爐頭焦有所考慮，但是泡焦與爐頭焦如何判定與定量不好確定。多數(shù)單位認(rèn)為還是應(yīng)該棄去泡焦和爐頭焦，因?yàn)榱可?，不會對高爐產(chǎn)生很大影響。 </p><p>　　生產(chǎn)中泡焦和爐頭焦確實(shí)存在，根據(jù)焦?fàn)t結(jié)構(gòu)分析，約占5%左右，最終進(jìn)入了高爐。質(zhì)量好的焦炭與質(zhì)量差的焦炭都要經(jīng)受高爐內(nèi)氣氛和環(huán)境等冶煉過程，并在爐內(nèi)發(fā)生變化，但它們在高爐內(nèi)發(fā)揮作用大小不一樣，因此分析焦炭CRI及CSR時(shí)棄去它們是

101、不合理的。但GB/T4000-1996規(guī)定棄去泡焦和爐頭焦，基于泡焦和爐頭焦在生產(chǎn)中所占比例小，對之棄去的目的是減小它們對CRI及CSR平行測定結(jié)果重復(fù)性的影響。任何一個(gè)試驗(yàn)方法，都要考慮到分析數(shù)據(jù)的重復(fù)性和穩(wěn)定性，否則就失去了對其進(jìn)行分析檢驗(yàn)的意義，不能準(zhǔn)確判定產(chǎn)品質(zhì)量的高低。那么對焦炭進(jìn)行CRI及CSR測試時(shí)，泡焦和爐頭焦對實(shí)驗(yàn)影響如何，修訂過程中再次進(jìn)行了驗(yàn)證。 </p><p>　　3.2.1.1 試樣的

102、制備過程 </p><p>　　按GB/T4000-1996規(guī)定的方法采取焦炭試樣。將同一批次焦炭試樣分為φ25-21mm、φ25-23mm、φ23-21mm、φ21-19mm四個(gè)粒度范圍制取焦塊，每個(gè)粒度范圍又分為棄去泡焦和爐頭焦，與保留泡焦和爐頭焦進(jìn)行制樣。 </p><p>　　制樣中使用的顎式破碎機(jī)是國內(nèi)生產(chǎn)。試樣用顎式破碎機(jī)破碎，按照不同粒度范圍選擇相應(yīng)的兩個(gè)圓孔篩進(jìn)行篩分，大于

103、粒度范圍的焦塊再破碎、篩分。然后將粒度范圍內(nèi)的焦塊，每次取1kg置于I型轉(zhuǎn)鼓中，以20r／min的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)50r，取出后再用相應(yīng)的小孔圓孔篩篩分，篩上物作為試樣。將制好的試樣放入干燥箱，在170～180℃溫度下烘干，取出焦炭冷卻至室溫，縮分，稱取200g±0.5g焦塊并記錄其顆粒數(shù)目，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3.1。</p><p>　　表3.1 200g焦炭試樣顆粒數(shù)目對比</p><p>

104、;　　由試樣的制備過程，粒度控制范圍相同的200克試樣，棄去泡焦和爐頭焦，與保留泡焦和爐頭焦在顆粒數(shù)目上波動范圍基本一樣。棄去泡焦和爐頭焦的試樣外觀泡焦和爐頭焦少，但保留泡焦與爐頭焦的試樣外觀還是可見泡焦和爐頭焦，每個(gè)試樣多少不一樣。按分析CRI及CSR時(shí)稱取焦塊200±0.5g，泡焦和爐頭焦以5%計(jì)算，泡焦和爐頭焦的質(zhì)量應(yīng)為10g，即不同粒度最多只能有1-3粒泡焦和爐頭焦，但從保留泡焦和爐頭焦的試樣外觀來看，這種選擇是不容易

105、有相同的判定的，制樣中讓熟悉焦炭的10多人進(jìn)行挑選，每人判定的眼光是不一樣的，很難有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　3.2.1.2 GB/T4000-1996與GB/T4000-2008取舍泡焦和爐頭焦的焦炭熱性能分析 </p><p>　　按GB/T4000-1996操作步驟，將同一批次的焦炭試樣進(jìn)行未棄去泡焦和爐頭焦、棄去泡焦和爐頭焦在1100℃與CO2反應(yīng)的CRI及CSR分析，結(jié)

106、果見表3.2、表3.3。 </p><p>　　表3.2 未棄去泡焦和爐頭焦熱性能分析 </p><p>　　從以上分析測試數(shù)據(jù)可見：當(dāng)泡焦和爐頭焦存在時(shí)，焦炭CRI及CSR的重復(fù)性很差，保留泡焦和爐頭焦不易真實(shí)反映焦炭的熱性能。表3.4所示為棄去泡焦、爐頭焦的焦炭CRI及CSR波動情況。 </p><p>　　表3.3 未棄去泡焦、爐頭焦CRI及CSR波動 <

107、;/p><p>　　表3.4 棄去泡焦和爐頭焦熱性能分析</p><p>　　從以上分析測試數(shù)據(jù)可見：棄去泡焦和爐頭焦的試樣CRI及CSR數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，平行試驗(yàn)重復(fù)性更好，有利于焦炭熱性能的準(zhǔn)確評定。 </p><p>　　由試驗(yàn)對比可見未棄去泡焦、爐頭焦的試樣CRI及CSR數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)果波動大，平行試驗(yàn)重復(fù)性差，無法準(zhǔn)確判定焦炭熱性能的優(yōu)劣。 </p>

108、<p>　　3.2.2 機(jī)械制樣與手工制樣 </p><p>　　3.2.2.1 GB/T4000-1996與GB/T4000-2008制樣過程對比 </p><p>　　GB/T4000-1996中試樣的采取與制備規(guī)定：焦炭用顎式破碎機(jī)破碎，大于粒度范圍的焦塊再破碎、篩分，去掉片狀焦和條狀焦，混勻、縮分后作為試樣。 </p><p>　　調(diào)研中各單位