[发明专利]一种高炉焦炭反应性测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试高炉焦炭反应性的新方法，同时也可测定其他炼铁原料中含碳物质反应性，属于高炉炼铁领域。

背景技术

焦炭在高炉中起着热源、还原剂、骨架和铁水渗碳四个作用。近年来，为降低焦炭消耗，增加高炉产量，改善生铁质量，采用了在风口喷吹煤粉，富氧鼓风等强化技术，焦炭作为热源、还原剂和渗碳的作用，可在一定程度上被部分取代，但作为高炉料柱的疏松骨架作用不能被取代，而且随高炉大型化和强化冶炼，该作用更加突出。

焦炭的反应性（CRI）指的是焦炭在高温下与CO₂反应形成CO（）的能力。焦炭在与CO₂发生碳素溶解损失反应过程中会使焦炭内部的气孔壁变薄，从而降低焦炭的强度，加快焦炭破损，对高炉冶炼过程产生如下不利影响：铁的直接还原发展，煤气利用变坏，焦比升高；同时焦炭破损产生的焦粉恶化了高炉料柱的透气性，影响高炉顺行。当焦炭进入850℃以上的区域时，其中的碳就开始与煤气中的CO₂反应形成CO；而进入温度1000℃以上区域时，溶损反应急剧进行；到1200℃时，煤气中的CO₂就会瞬间全部与焦炭中C反应转变为CO。

根据研究和生成实践的结果，可以说焦炭质量已经成为建设高炉容积大小的决定性因素、高炉喷吹煤粉量多少的决定性因素及炉缸状态的决定性因素。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的检测方法和标准。

当前国内检测焦炭反应性的方法有国家标准（GB/T4000-2008）、专利CN101825548A、专利CN102928455A等，所采用的原理都是高温管式炉通CO₂气体加热，试验所用焦炭量大，实验设备操作复杂，尤其是专利CN101825548A和专利CN102928455A都改进了实验设备，如果普遍应用，设备投资或改装成本大，所以现在国内炼铁工作者普遍采用的还是GB/T4000-2008国标（焦炭反应性及反应后强度试验方法）。该国标规定焦炭在1100℃下与CO₂气体反应的能力，即反应性和反应后强度作为表征焦炭高温冶金性能的重要质量指标。但是随着研究的深入，这两项指标本身也并尽善尽美，也存在一些缺陷。第一，有资料表明焦炭溶损反应在800℃时候就已经开始，溶损反应是在一定的温度区间内发生，而标准规定以1100℃作为试验进行温度存在一定的局限性；第二，即使在相同反应条件下，不同的焦炭与CO₂反应时候的反应速率也不相同，标准统一的反应时间与实际也存在偏差，本发明可以避免反应速率不同引起的偏差；第三，传统的检测方法焦炭试样用量多为200g，本发明一次实验用焦炭量仅为17~18mg，实验试样使用量减少了99%以上，在一定范围内大大节约了能源。

发明内容

本发明提供了一种检测高炉焦炭等含碳物质反应性的新方法，在传统测试焦炭反应性原理的指导下，利用现有的设备，通过得到不同温度下焦炭的失重率变化以及焦炭的碳溶反应起始温度，进而表征焦炭的反应性。

本发明提供的检测焦炭反应性的方法包括以下内容：

（1） 将选定测试的焦炭试样研磨成细粉备用；

（2） 将制好的试样放入烘箱中，在105~120℃下烘干2小时，取出焦炭试样冷却至室温密封备用；

（3） 试验装置要求能在特定的气氛下升温至1200℃，并且在升温过程中连续测定样品在不同温度下的失重量；

（4） 称取备用的焦炭试样17~18mg，置于试验装置中，以20℃/min的升温速率进行连续升温，同时通入反应气体CO₂，气体流量控制在60ml/min；

（5） 设定的升温区间从室温至1200℃；

（6） 到达升温终点后，计算机数据采集完成，保存采集数据；

（7） 待试验装置炉膛冷却至室温时，可取出试样，进行下一组实验；

（8） 碳素溶解损失反应在升温过程中进行，最后处理计算机所采集的数据可以得到焦炭在连续升温环境下反应的TG-DTA曲线；

（9） 通过对TG曲线趋势和失重率的比较，可以得到不同温度下焦炭的失重率变化以及焦炭的碳溶反应起始温度，进而表征焦炭的反应性。

进一步的，所述步骤（1）中所述研磨后的焦炭试样粉末过200目筛，取筛下物备用。