[发明专利]焦炭反应性和反应后热处理性的检测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及高炉用焦炭质量的评价方法及其装置，特别是高炉用焦炭反应性和反应后热处理性的检测方法及其装置。 

技术背景

高炉解剖证明焦炭在高炉内的劣化主要发生在在高炉的炉腰、炉腹处，即温度为900～1300℃左右的软融带部位。由于这一区域碳气化反应剧烈，焦炭中碳溶损失导致焦炭结构受到破坏，焦炭块度、强度急剧下降，耐磨性显著降低。炼铁工作者多年来一直认为经过此部位的焦炭被破坏的程度决定高炉是否顺行。为了评价碳溶损率对焦炭破损的影响程度、提高焦炭质量、改善配煤技术并为高炉操作提供技术参数，日本首先研发了焦炭反应性和反应后强度的检测技术。此后，一些国家相继效仿，先后制定了焦炭反应性和反应后强度的检测方法和标准。 

焦炭反应性的定量概念是：单位质量的试样在单位时间内经CO₂反应后碳的质量损失，它也是一个速度的量度，其量纲为(时间)^-1。反应性的试验方法很多，因研究的目的不同而规定了不同的实验条件，常用的有块焦反应性测定法、粒焦反应性测定法、热天平法。钢铁企业为尽量模拟高炉内炉况，一般采用块焦反应性。 

块焦反应性试验方法按试样选取的粒度和试验装置的大小可分为两类：一类是小型反应性试验装置，将高炉用大块焦炭机械破碎，选取其中具有一定粒度(20mm～30mm)的焦炭作为试样，如国际标准(ISO)、中华人民共和国国家标准(GB/T4000-2008)、新日铁(小型)和法国钢铁研究院；另一类是大型反应试验装置，采用高炉使用的大块度焦炭，如新日铁(大型)、美国伯利恒钢铁公司、英国煤炭研究公司、德国矿山研究所、辽宁科技大学等单位。还有公开的中国专利“入炉冶金焦大型高温反应炉及实验方法”专利公开(公告)号CN1363817。 

大块度焦炭的反应性测得结果与小型反应器测得的反应性指数相关良好，大块度焦炭的反应性试验很难保持均匀的温度分布和均匀的二氧化碳气流，因此相对来说小型试验的准确性更好。 

小型反应器的反应性试验中的国际标准(ISO)、中华人民共和国国家标准(GB/T4000-2008)和新日铁(小型)用焦炭试样量为200g，采用恒温试验，反应温度为1100℃，反应时间为2h；法国钢铁研究院用焦炭试样量为400g，采用升温试验，升温速率为200℃/hr，反应温度为650℃→1200℃。大型反应器的反应性试验，除了辽宁科技大学法和“入炉冶金焦大型高温反应炉及实验方法”专利采用的是升温试验，最高试验温度分别为1300℃和1400℃外，其余采用的都是恒温试验，只是反应温度不同，新日铁(大型)和美国伯利恒钢铁公司的为1000℃，英国煤炭的为1000℃、1100℃、1200℃、1300℃，德国矿山研究所的为1050℃。 

上述试验方法都是在固定焦炭试样质量和反应条件下，以规定反应时间内焦炭质量损失的百分数作为反应性指标，称为焦炭反应性指数[CRI(％)]。 CRI在意义上与焦炭反应性的定量概念相同，是焦炭溶损速度的量度，但在实际使用中，更多地是作为一个在规定反应时间条件下的相对比较值，用于焦炭热性质的评价。将经过CO₂反应后的焦炭在特定的转鼓中旋转一定的转数，经磨损后测定残余大颗粒重量占反应后试样重量的百分数，作为焦炭的反应后强度(CSR)。这些方法存在如下问题。 

(1)反应后强度试验结果(CSR)具有不确定性 

CSR的大小由焦炭物理性质(基质强度、气孔结构))和溶损率两个因素决定。不同的焦炭，不仅物理性质不同，而且焦炭反应性指数CRI不同，因此，很难说清楚反应后强度的高低是由焦炭物理性质还是溶损率的差异引起的。 

(2)反应性概念不完整 

高炉内铁氧化物的还原分为下部的直接还原和上部的间接还原，它们的分界温度为碳气化反应开始温度，该温度决定了高炉热储备区温度，影响上下部的温度分布和区域热平衡。因此，一个完整的焦炭反应性概念除了指焦炭反应性外，还应该包括焦炭的气化反应开始温度。 

(3)缺少炉腹(风口前)和炉缸焦炭热性质表征