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焦炭热强度

反映焦炭热态性能的指标

焦炭是传统高炉炼铁工艺不可缺少的燃料。 近年来，随着高炉喷吹燃料技术的发展，焦比不断下降，焦炭质量对高炉冶炼的影响愈来愈明显，成 为限制高炉生产发展的因素之一。 用于高炉冶炼的焦炭通常需要满足成分、粒度和强度等三个方面的质量要求，如固定C含量 高、灰分低、有害元素含量低，粒度为40~60 mm 且均匀，冷强度高等。 为了保证焦炭在炉内温度和气氛条件下抗破碎和磨损的能力，还要求焦炭具 有一定的热强度（反应后强度 CSR：Coke Strength After Reaction）和较弱的反应性（CRI: Coke Reactivity Index） 。

指标介绍
焦炭热强度是反映焦炭热态性能的一项机械强度指标。它表征焦炭在使用环境的温度和气氛下，同时经受热应力和机械力时，抵抗破碎和磨损的能力。焦炭的热强度有多种测量方法，其中一种是热转鼓强度测定。测量焦炭的热转鼓强度，一般是将焦炭放在有惰性气氛的高温转鼓中，以一定转速旋转一定转数后，测定大于或小于某一筛级的焦炭所占的百分率，以此表示焦炭热强度。几种主要热转鼓见图1：
质量要求
通常，高炉冶炼对焦炭质量有以下几方面的要求：
1、化学成分
要求固定碳含量高、灰分低 。固定碳含量高，焦炭提供的热量和还原剂多，焦炭灰分高，高炉渣量将增加；灰分与焦质的胀性不同，在高炉内加热后，灰分颗粒周围产生裂纹，使焦炭强度降低；灰分中的碱金属等对焦炭碳溶反应起催化作用，使焦炭反应性增高，影响反应后强度。此外，还要求焦炭挥发份含量低，焦炭水分稳定在较低水平，硫、磷和碱金属等有害元素含量低。
2、冷态机械强度
包括焦炭抗碎强度M40和抗磨强度M10 指标，冷态强度与风口焦炭的粒度组成、平均粒度有较强的相关关系，整体反映了焦炭在高炉内保持粒度的能力，因而被用作日常生产检验指标。
3、粒度
焦炭粒度要求均匀，平均粒度保持在40~50 mm水平。具体要求根据高炉容积、操作水平和指标水平略有不同。
4 高温性能
焦炭高温性能包括反应性CRI 和反应后强度CSR，反应性是衡量焦炭在高温状 态下与 CO2 碳溶反应能力的稳定性指标；反应后强度是衡量焦炭在经受CO2 和碱金属侵蚀状态下，保持高温强度的能力。通常认为焦炭反应后强度CSR 比冷强度指标更能反映焦炭的质量。
影响因素
焦炭是高炉冶炼的重要原料之一，随着高炉容积的不断增大，焦炭在高炉内的燃烧发热和间接还原功能一部分由喷吹煤粉替代，同时低焦比导致焦炭在高炉内停留时间延长，使得焦炭的溶损反应增高，焦炭作为高炉料柱的骨架作用进一步被强化。广大炼铁工作者不仅仅关注焦炭中的灰、硫和冷强度，而且越来越关注焦炭的热强度。
原料煤性质的影响
煤质对焦炭热强度的影响起主导作用，主要表现在以下方面。
1、胶质体流动性好的煤使焦炭具有较厚的气孔壁，与CO2反应后仍可保持较好的气孔结构，见图2：
2、有机惰性组分含量的高低。
3、 煤中灰成分的碱性氧化物含量对焦炭与CO2反应有明显的催化作用。以新疆艾维尔沟煤为例，煤的黏结性较好，单独炼焦的焦炭冷强度尚可，但热强度与相同煤种的平顶山镇城底煤所炼出的焦炭差别却很大，见图3：
炼焦工艺技术
1、成型煤技术
配入成型煤可以提高入炉煤堆密度，增加弱黏煤配比，改善焦炭质量。根据宝钢多年来使用实际， 焦炭热强度与型煤配比、 压溃强度的关系见图4。
从图4可以看出，成型煤比例、压溃强度和焦 炭热强度存在一定相关性，通过回归分析得出焦炭热强度与压溃强度、型煤配比的一元关系如下：
CSR =60.9+0.073 4×压溃强度+ 0.151×型煤配比
煤调湿技术
煤调湿的效果主要体现在因水分降低带来的节能、增产和提高焦炭质量等方面。宝钢一期焦炉煤调湿2008 年底投产，替代了原有成型煤的使用，在作业控制上有以下特点。
1、入炉煤水分控制在（6.5±0.5）%。煤调湿 投运初期水分控制在 7%左右，后来通过蒸汽量等调整，控制水分在6.5%以内。
2、维持结焦时间不变。 入炉煤水分降低后，干馏初期升温速度加快，结焦时间会相应缩短，为此通过加热控制调整供热量，维持结焦时间不变。在结焦时间和配煤结构相同的情况下，采用煤调湿工艺和配入15%成型煤工艺所得焦炭的热强度对比见图5：
由图5可知， 在相同配比和生产条件下，煤调湿工艺较15%成型煤工艺的焦炭热强度略好。煤调湿对焦炭热强度的改善主要体现在两方面：由于 配合煤水分降低，在炉内煤水分蒸发所需时间缩短，干馏初期炭化室内煤升温速度加快，有利于焦炭质量提高；同时水分降低后煤堆密度提高，入炉煤的黏结性改善，起到和成型煤近似的效果。
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