38燃料与化工Fuel &Chemical Processes Nov. 2017Yol. 48 No.6焦炭热性质检测技术的发展与应用周博强韩洋（中钢集团鞍山热能研究陵有限公司，鞍山114000)摘要：从影响焦炭热性质的主要因素分析入手，对焦炭热性质检测技术的发展及应用进行了分析和阐述，以提供 ■定的参考和借鉴。
关键词：焦炭；热性质；检测技术中图分类号：TQ520.6 文献标识码：A文章编号：1001-3709 (2017) 06-0038-03Development and application of testing technology forcoke thermal propertiesZhou Boqiang Han Yang(Sinosteel Anshan Research Institute of Thermo-Energy Co., Ltd., Anshan 114000, China)A bstract:Based on the main factors impacting the coke thermal properties,this paper analyzes and describes the development and application of a testing technology for coke thermal properties for sharing experiences and reference in cokemaking industry.Key w ords:Coke；Thermal properties；Testing technology随着经济技术的不断发展，高炉生产规模也在 不断扩大，焦炭在高炉炼铁中发挥着日益重要的作 用[1]。
然而在实际应用过程中,以往焦炭冷态强度 等指标已经无法适应高炉焦炭性能指标的相关评 价，特别是对焦炭热性能的评价本文对近年来国 内外学者对焦炭热性能影响因素的相关研究成果进 行了分析和综述，旨在为选择合理的焦炭热性能检 测技术提供相应的参考P1影响焦炭热性质的主要因素1.1原料煤性质对焦炭反应性产生的影响原料煤的变质程度、杂质含量以及结焦性能等 会对焦炭反应性起到重要影响。
原料煤变质程度不 同，其炼制焦炭的反应性也不尽相同。
在烟煤中，一 般来说，低变质程度煤炼制的焦炭具有较高的反应 性，煤的变质程度越高，所得焦炭的反应性越低旦煤的变质程度与贫煤接近时，其焦炭的反应性则 会呈现上升情况，见图1和图2。
实践表明，在 1 000°C的条件下，对变质程度不同的煤炭进行焦炭 反应性试验，无论是哪种反应气体，其反应性均与煤变质程度有着密切的联系，旦呈现大致相同的规律，只有氢反应具有较大的离散程度。
而在炼焦煤的范 围内，其镜质组的最大平均反射率与焦炭反应性关 系极为紧密，相关系数超出0.95 Qv p/%收稿日期：2017-06-20作者简介：周博强（1982-)，男，工程师2017年11月第48卷第6期燃料与化工Fuel &Chemical Processes39图2单种煤镜质组反射率对焦炭热性能的影响1.2反应温度对焦炭热性质产生的影响反应温度对焦炭反应性造成的影响可以分为：①温度升高，其扩散系数与反应速度呈现增大趋势，而反应后强度则呈现逐步降低的趋势。
②温度升高，碱在焦炭上的吸附力度和吸附速度也呈现增大趋势，导致碱对焦炭的破坏作用呈现加剧趋势，而反应后强度则呈现降低趋势。
在具体试验过程中，当焦炭与C02反应时，温度呈现较低状态时，其反应速度也较低，导致c o2和CO排出的阻力逐步减小，c o2在焦炭内部及气相中的浓度梯度也不明显，导致焦炭表面与其内部反应呈现几乎一致的情况，此时焦炭与c o2的反应速度主要受到化学反应的控制。
当温度上升到900〜1 200°C时，反应速度较快，并且C02已经在气孔入口处被大量消耗，导致其内部反应呈现减缓状态。
此时，(：02的流速和浓度则显得尤为重要，如果对c o2向焦炭内部扩散起到有利的作用，则极易导致焦炭内部反应增强，所以c o2的反应速度不仅受到化学反应的控制，还受到扩散情况的影响。
相关人员对某钢铁厂不同的配煤比生产的焦炭热性质进行试验，结果发现，焦炭内碱的含量对其反应率有着重要影响[2]。
具体来说，主要表现为：①在900°C条件下，当K20的含量增加1%时，2种焦炭的反应率呈现不同上升状态，分别为1.94%和1.75%。
②在1000°C条件下，K20的含量增加1%，2种焦炭的反应率则相应的增加2. 35%和2.65%。
③在1 200°C条件下，当K20的含量增加1%，其2种焦炭的反应率则相应的增加1.76%和2.56%。
不难得出结论，在1 000°C条件下，碱金属对焦炭反应性的影响最为明显。
1.3碱金属等其他氧化物对焦炭反应的影响大量研究表明，碱土金属、碱金属以及铁、猛、镍等氧化物对焦炭反应性也具有一定影响，其中以钾、钠的影响最为明显。
众所周知，焦炭自身钾、钠含量非常低，对焦炭冶炼无法产生阻碍影响。
但是在高炉中，因钾、钠等一系列碱金属呈现富集和循环状态，使得循环碱量要比矿石及焦炭中碱含量高出5 倍左右，对焦炭的反应性产生严重影响。
主要表现为以下几个方面：①当钾、钠的含量增加1%时，焦炭的反应性增加5%〜8%。
②当焦炭中钾、钠的含量过高时，还会导致焦炭与C02提前产生反应。
大量研究证明，焦炭中的钾、钠含量与焦炭的溶损反应呈现正相关，而焦炭反应性则与其反应后强度呈现负相关，即随着焦炭中含碱量的不断增加，其溶损反应的反应性也呈现上升趋势，其反应后强度则呈现下降趋势2焦炭热性质检测技术的应用及发展2.1块焦测定法一般来说，块焦测定可以采用一定形状及大小的焦块在1 〇〇〇〜1 300°c的温度条件下，对焦炭与C02的反应性进行测定，并将结果使用〇(块焦反应性指数)及反应后强度）对焦炭的反应性进行评价。
相关专家已经研发了“焦炭高温连续热失重测定仪”，主要是对高炉条件进行模拟，旨在为焦炭反应性研究创造有利条件。
在实际应用过程中，该种设备主要是针对不同气氛或者不同温度条件对各个温度点的失重速率进行考察。
2.2粒焦测定法在实际操作过程中，因块焦反应性具有块度大、试样量多等特点，被普遍认定为其检测结果具有较高的可信度，但实践表明，块焦检测法具有投资大、仪器易损坏、反应介质消耗量大、试验周期较长等缺陷，很难满足试验需求。
所以，当前很多专家采用焦炭的粒焦反应性来加强对焦炭热性质的研究。
在试验过程中，对单种煤焦炭与工业配煤焦炭之间的粒焦反应性以及反应后强度与块焦检测法的反应性及反应后强度之间的关系进行比较。
从结果中不难看出，二者之间具有密切关联，相关系数高达0.65。
40燃料与化工Fuel & Chemical ProcessesNov. 2017Vol.48 No.6此外，通过对单种煤焦炭的粒焦反应性与焦炭光学组织、煤质以及焦炭气孔结构参数等相关指标之间的关系进行研究，表明粒焦反应性能够对煤种进行良好区分。
2.3 X射线衍射法在实际操作过程中，从X射线衍射线宽度便能够得出石墨化程度和碳的微晶尺寸。
实际上，表征碳结构的重要参数主要是沿着C轴的4(微晶堆积高度）和a轴的乙（平均直径)来决定的，其中，前者是对微晶层数的数量予以反映，后者则代表着微晶平面直径。
而在当前的研究中，W.W.G ill和J.V. Dubrawshi对焦炭晶格参数、焦炭强度及其反应性之间的关系研究得最为深入,通过对40多种高炉焦及风口焦的研究得出了下面的回归式，不难看出，^、乙与焦炭热性质之间的关系更为密切。
Cr=61. 2 -0. 512La R=-0. 220Sar= -10. 2 +1. l6La R =0.263Cr= 117-5.0i e R= -0.762Sar= -105 +9. 0La=0.8062.4热分析法所谓热分析法指的是在运用程序实现对温度进行控制的条件下，对焦炭物理性质与温度关系进行测量的技术。
依据测试的物理性质,可以将热分析法分为TG(热重分析法）、DTA(差热分析法）、DSC (差示扫描量热法）、TMA(热机械分析法）等相关技术，其中TG是应用最广泛的检测方法。
上述4种对焦炭热性质的检测技术各有优缺点，主要表现为以下方面：①块焦测定法需要运用粒度较大的焦炭，对反应温度要求也较高，并且十分接近高炉内实际情况,所以得到很多国内外钢铁企业的认可；②粒焦检测技术因试样量少、制样容易等优点,并且其与块焦测定法得到的〇和之间具有密切关系，则经常在实验室得以广泛研究，但是因其使用焦炭粒度太小，所以无法实现对高炉内实际情况的仿真模拟；③运用X射线衍射法对焦炭反应性进行研究的情况较少,仅仅在一些统计方面得以应用;④热重法主要应用于对物质质量及温度关系之间的研究，运用该种方式能够有效实现对物质质量变化及变化速度的精准测量,然而其对同种样品的热重数据无法得以有效重现。
3结语对于当前的冶金及焦化行业，焦炭热性质检测成为亟待解决的重要问题。
目前，块焦检测技术仍占据焦炭热性质检测的主导地位，同时粒焦及粉焦测试法则作为一种辅助的检测技术而存在，旨在全面提升焦炭热性质检测成果的精准率，为行业发展提供精准的数据参考。
参考文献[1 ]徐辉，李培亮.浅谈提高冲天炉冶金质量的控制措施[J].铸造技术，2013，35(4):98-99.[2]严铁军，王光辉，舒大凡，等.配合煤中添加硼系化合物对焦炭性质的影响[J].燃料与化工，2013，44(4):112-113.[3 ]汪琦.焦炭溶损对高炉冶炼的影响和焦炭高温性能讨论[J].鞍钢技术，2013,50(6):45-46.张晓林编辑一种分体组合式焦炉基础结构本实用新型涉及焦炉构筑物结构领域，特别涉及一种分体组合式焦炉基础结构，其特征在于，该基础结构由N组结构单元组合而成，这N组结构单元又分为1个端部结构单元和（N-2)个中部结构单元及1个尾部结构单元;所述端部结构单元的最后一排框架梁和与之相连的中部结构单元的外伸板端部对应搭接相连;所述中部结构单元的最后一排框架梁和与之相邻的下一个中部结构单元的外伸板端部对应搭接相连，直至与尾部结构单元搭接相连，构成一个完整的焦炉基础。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:①采用分体组合思路，有效地减小了温度应力作用,节省了建筑材料和工程投资，尤其在超大容积焦炉的应用领域,解决了焦炉基础顶板超长带来的问题。
②在分体组合方法中，框架柱可以全部采用刚性连接方案,避免了整体方案需要考虑端部铰接区和刚度过度区的复杂要求，使得设计与施工简化统一。