高温环境下测试焦炭强度和反应后强度的方法

摘要

本发明属于焦炭性能测试领域，特别是涉及一种焦炭强度和反应后强度的测试方法。一种高温环境下测试焦炭强度的方法，包括选取实验焦样，配置好试验设备，开启电炉对焦样加热，通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，筛分剩余焦样，计算得到高温环境下的焦炭强度。一种高温环境下测试焦炭反应后强度的方法，包括选取实验焦样，配置好试验设备，开启电炉对焦样加热并通入CO

说明书

技术领域

本发明属于焦炭性能测试领域，特别是涉及一种焦炭强度和反应后强度的测试方法。

 

背景技术

目前国内及国际对于冶金焦炭的强度评价主要包括机械强度（冷强度）和热强度两方面。块焦的机械强度指焦炭的落下强度与转鼓强度，不同的国家制定了不同的标准，但是原理相同，都是通过测试焦炭与铁箱或转鼓之间、焦炭与焦炭之间的碰撞、摩擦，然后筛分出某些粒级的百分比来考察焦炭的机械强度。关于落下强度国际上都采用的1830mm高度4次落下；转鼓主要有米库姆、JIS(日本标准）、ASTM（美国标准）转鼓。热强度是指焦炭在高温下测量的强度或经过高温处理后在室温下测得的强度。工业上常用的是高温转鼓强度，按热源分为电热和煤气加热两类，并分为内热式和外热式，目前多采用以碳化硅为鼓材，用电加热温度可达1500℃的内热式，热转鼓试验可以反映出焦炭的热破坏，与常温转鼓试验相比更接近高炉内情况。当热转鼓中同时通入CO₂时，则可同时测得热强度和CO₂反应后强度。焦炭的反应性测试方法分为块焦反应性和粒焦反应性两种，块状焦炭在一定尺寸的反应器中模拟高炉条件下进行，根据研究目的的不同在试样粒度大小，试样数量、反应温度、反应气组成和指标方式等方面各有不同。

现有技术中测量块焦的反应性和强度的方法如国标（GB/T4000-1996)，首先将焦炭制成19-21mm的块，缩取200g；然后在1100℃下，与5L/min的100%CO₂，反应2小时后检测反应失重率即为反应性CRI；最后再将反应后的焦炭冷却后在I型转鼓（φ130mm×L700mm）转600转（20rpm×30min），进行筛分；最后计算10mm筛上占入鼓量的百分比即为反应后强度CSR。

由于块焦反应性所用焦样量较多，装置尺寸较大，反应时间较长，为便于实验研究，现有技术中还常选用小于6mm的粒焦评价反应性和强度，我国制定了国标（GB220-77），首先取粒度4-6mm焦样量15g；然后在1100℃下通入5L/min的100%CO₂，反应60min后检测反应失重率即为反应性CRI；最后再将反应后焦炭用φ200标准振动筛振5min，测量得到的大于3mm焦炭占入筛试样的百分率即为反应后强度指标CSR。

焦炭在高炉中的骨架作用非常重要，如果焦炭质量差则在高炉内粉化严重影响高炉通气性。在高炉内块状带上温度达到900℃后焦炭开始与煤气中的CO₂发生溶损反应，并且在下降的过程中同时受到焦炭之间的挤压，加料的冲击作用，这些是导致其粉化的重要因素。目前能模拟焦炭在高炉内这个过程强度变化的方式有焦炭反应性及反应后强度试验方法，但这些方法是在焦炭与二氧化碳反应后先冷却，然后通过I型转鼓测试其机械强度，该方法没有实现在高温状态下测试焦炭强度，无法真实模拟反应后焦炭在高炉内的强度变化。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在高温环境下测试焦炭强度的方法，该方法能真实模拟高炉内焦炭在高温环境下所受到的溶损以及机械破坏作用，为焦炭的质量评价提供一种更合理的评价方式。

本发明是这样实现的：一种高温环境下测试焦炭强度的方法，包括以下步骤，

步骤一、选取实验焦样，焦样根据粒级分为10-25mm的块焦和小于10mm的粒焦，选取焦样的质量为m；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度8-16℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为0.5-1L/min，使焦样升温至1000-1250℃后保持恒温30-120min； 

步骤四、通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为1-5cm；

步骤五、筛分剩余焦样，当焦样为块焦时筛分选取9.5mm以上焦样测量其质量m₁，当焦样为粒焦时筛分选取3mm以上焦样测量其质量m₁；

计算得到高温环境下的焦炭强度CHS为：

          CHS（%）=m₁/m×100        (1)。

所述选取焦样时块焦的选取方法如下，首先按比例取大于25mm焦炭,弃去泡焦和护头焦用颗式破碎机破碎、混匀、缩分，再用25mm与21mm圆孔筛筛分，大于25mm的焦块再破碎、筛分取21mm筛上物，去掉片状焦和条状焦缩分，再分两次置于转鼓中，以20r/min的转速，转50r,取出后再用21mm圆孔筛筛分，每次选取200g筛上物作为焦样。

所述选取焦样时粒焦的选取方法如下，首先按比例取大于10mm焦炭,弃去泡焦和护头焦用颗式破碎机破碎、混匀、缩分，再用10mm与6mm圆孔筛筛分，大于10mm的焦块再破碎、筛分取6mm筛上物，去掉片状焦和条状焦缩分，再分两次置于转鼓中，以20r/min的转速，转50r,取出后再用6mm圆孔筛筛分，每次选取200g筛上物作为焦样。

一种高温环境下测试焦炭反应后强度的方法，包括以下步骤，

步骤一、选取实验焦样，焦样根据粒级分为10-25mm的块焦和小于10mm的粒焦，选取焦样的质量为m；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度8-16℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为0.5-1L/min，使焦样升温至1000-1250℃后保持恒温并通入CO₂反应30-120min，CO₂通入量为5L/min，反应完毕后关闭CO₂； 

步骤四、测量反应后剩余焦样质量m₀，然后通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为1-5cm；

步骤五、筛分剩余焦样，当焦样为块焦时筛分选取9.5mm以上焦样测量其质量m₁，当焦样为粒焦时筛分选取3mm以上焦样测量其质量m₁；

计算得到高温环境下的焦炭反应后强度CHSR为：

CHSR(%)=m₁/m₀ ×100        (2)

所述选取焦样时块焦的选取方法如下，首先按比例取大于25mm焦炭,弃去泡焦和护头焦用颗式破碎机破碎、混匀、缩分，再用25mm与21mm圆孔筛筛分，大于25mm的焦块再破碎、筛分取21mm筛上物，去掉片状焦和条状焦缩分，再分两次置于转鼓中，以20r/min的转速，转50r,取出后再用21mm圆孔筛筛分，每次选取200g筛上物作为焦样。

所述选取焦样时粒焦的选取方法如下，首先按比例取大于10mm焦炭,弃去泡焦和护头焦用颗式破碎机破碎、混匀、缩分，再用10mm与6mm圆孔筛筛分，大于10mm的焦块再破碎、筛分取6mm筛上物，去掉片状焦和条状焦缩分，再分两次置于转鼓中，以20r/min的转速，转50r,取出后再用6mm圆孔筛筛分，每次选取200g筛上物作为焦样。

本发明高温环境下测试焦炭强度和反应后强度的方法是在高温环境下直接测试焦炭的机械强度，所以可以更加真实的模拟高炉内块状带与软融带上焦炭的具体受破坏程度和耐粉化性能，为焦炭的质量提供一种新的检测方法，并且提出了一种全新的测试焦炭热强度的概念，为焦炭的质量评价提供一种更合理的评价方式，不但能提高焦炭的利用率避免浪费原料，而且能为配煤炼焦工作提供一种新的指导参数。

   

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

在本发明中的试验焦样包括粒级为10-25mm的块焦和小于10mm的粒焦两种。所述选取焦样时块焦的选取方法如下，首先按比例取大于25mm焦炭,弃去泡焦和护头焦用颗式破碎机破碎、混匀、缩分，再用25mm与21mm圆孔筛筛分，大于25mm的焦块再破碎、筛分取21mm筛上物，去掉片状焦和条状焦缩分，再分两次置于转鼓中，以20r/min的转速，转50r,取出后再用21mm圆孔筛筛分，每次选取200g筛上物作为焦样。所述选取焦样时粒焦的选取方法如下，首先按比例取大于10mm焦炭,弃去泡焦和护头焦用颗式破碎机破碎、混匀、缩分，再用10mm与6mm圆孔筛筛分，大于10mm的焦块再破碎、筛分取6mm筛上物，去掉片状焦和条状焦缩分，再分两次置于转鼓中，以20r/min的转速，转50r,取出后再用6mm圆孔筛筛分，每次选取200g筛上物作为焦样。

一种高温环境下测试焦炭反应后强度的方法，

步骤一、选取200g粒度为10-25mm形状规则的块焦焦样200g；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板，反应器上盖与施压筛板和热电偶为一体，热电偶套管插入焦样中心位置，调整施压筛板位置使其正好覆盖于焦样之上；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度10℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为0.8L/min，使焦样升温至1000℃后保持恒温，

通入流量为5L/minCO₂反应2h，然后关掉CO₂气体，再继续通入0.8L/min氮气保护焦炭；

步骤四、测量反应后剩余焦样质量为142g,通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为1cm；

在该步骤中，施压距离根据焦炭应用的场所决定，对于应用于1000立方米高炉的焦炭，施压距离为1cm，2500立方米高炉的焦炭施压距离为3cm，4000立方米以上大高炉的焦炭施压距离为5cm。

步骤五、筛分剩余焦样，测得9.5mm粒级以上焦炭质量为108g，计算得到占反应后剩余焦样质量的百分比即焦炭在高温下的反应后强度CHSR为76。

实施例2

一种高温环境下测试焦炭反应后强度的方法，

步骤一、选取200g粒度为10-25mm形状规则的块焦焦样200g；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板，反应器上盖与施压筛板和热电偶为一体，热电偶套管插入焦样中心位置，调整施压筛板位置使其正好覆盖于焦样之上；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度8℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为0.5L/min，使焦样升温至1100℃后保持恒温，

通入流量为5L/minCO₂反应90min，然后关掉CO₂气体，再继续通入0.5L/min氮气保护焦炭；

步骤四、测量反应后剩余焦样质量为138g,通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为3cm；

步骤五、筛分剩余焦样，测得9.5mm粒级以上焦炭质量为87g，计算得到占反应后剩余焦样质量的百分比即焦炭在高温下的反应后强度CHSR为63。

实施例3

一种高温环境下测试焦炭反应后强度的方法，

步骤一、选取200g粒度为10-25mm形状规则的块焦焦样200g；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板，反应器上盖与施压筛板和热电偶为一体，热电偶套管插入焦样中心位置，调整施压筛板位置使其正好覆盖于焦样之上；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度16℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为1L/min，使焦样升温至1250℃后保持恒温，

通入流量为5L/minCO₂反应2h，然后关掉CO₂气体，再继续通入1L/min氮气保护焦炭；

步骤四、测量反应后剩余焦样质量为126g,通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为5cm；

步骤五、筛分剩余焦样，测得9.5mm粒级以上焦炭质量为55g，计算得到占反应后剩余焦样质量的百分比即焦炭在高温下的反应后强度CHSR为44。

在本实施例中，该焦样利用传统焦炭热性质评价方法检测到的反应性为29，反应后强度为53，为不合格焦炭，但是应用本方法实施例的结果表明该焦炭可以应用于2500立方米及以下焦炉，是合格焦炭，生产应用表明该方法结果是合理的，避免了不必要的浪费。

实施例4

一种高温环境下测试焦炭反应后强度的方法，

步骤一、选取200g粒度为10-25mm形状规则的块焦焦样200g；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板，反应器上盖与施压筛板和热电偶为一体，热电偶套管插入焦样中心位置，调整施压筛板位置使其正好覆盖于焦样之上；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度10℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为1L/min，使焦样升温至1250℃后保持恒温，

通入流量为5L/minCO₂反应30min，然后关掉CO₂气体，再继续通入1L/min氮气保护焦炭；

步骤四、测量反应后剩余焦样质量为176g,通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为1cm；

步骤五、筛分剩余焦样，测得9.5mm粒级以上焦炭质量为155g，计算得到占反应后剩余焦样质量的百分比即焦炭在高温下的反应后强度CHSR为88。

实施例5

一种高温环境下测试焦炭强度的方法，

步骤一、选取200g粒度为10-25mm形状规则的块焦焦样200g；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板，反应器上盖与施压筛板和热电偶为一体，热电偶套管插入焦样中心位置，调整施压筛板位置使其正好覆盖于焦样之上；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度16℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为0.8L/min，使焦样升温至1250℃后保持恒温1h；

步骤四、通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为3cm；

步骤五、筛分剩余焦样，测得9.5mm粒级以上焦炭质量为161g，计算得到占反应后剩余焦样质量的百分比即焦炭在高温下的强度CHS为88。

实施例6

一种高温环境下测试焦炭强度的方法，

步骤一、选取200g粒度为10-25mm形状规则的块焦焦样200g；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板，反应器上盖与施压筛板和热电偶为一体，热电偶套管插入焦样中心位置，调整施压筛板位置使其正好覆盖于焦样之上；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度10℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为1L/min，使焦样升温至1000℃后保持恒温2h；

步骤四、通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为5cm；

步骤五、筛分剩余焦样，测得9.5mm粒级以上焦炭质量为127g，计算得到占反应后剩余焦样质量的百分比即焦炭在高温下的强度CHS为63.5。

实施例7

一种高温环境下测试焦炭强度的方法，

步骤一、选取200g粒度为4-8mm形状规则的粒焦焦样95g；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板，反应器上盖与施压筛板和热电偶为一体，热电偶套管插入焦样中心位置，调整施压筛板位置使其正好覆盖于焦样之上；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度8℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为0.5L/min，使焦样升温至1100℃后保持恒温30min；

步骤四、通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为3cm；

步骤五、筛分剩余焦样，测得3粒级以上焦炭质量为47g，计算得到占反应后剩余焦样质量的百分比即焦炭在高温下的强度CHS为49.5。

实施例8

一种高温环境下测试焦炭强度的方法，

步骤一、选取200g粒度为4-8mm形状规则的粒焦焦样200g；

步骤二、配置好电炉和反应炉，在反应炉底部铺一层高铝球，高度铺到电炉恒温区内，在高炉球层上设置固定筛板，焦样放置在固定筛板上，在焦样上方设置施压筛板，反应器上盖与施压筛板和热电偶为一体，热电偶套管插入焦样中心位置，调整施压筛板位置使其正好覆盖于焦样之上；

步骤三、开启电炉对焦样加热，电炉升温速度15℃/min，当焦样温度达到400℃后通氮气保护，氮气通入量为0.8L/min，使焦样升温至1250℃后保持恒温1h；

步骤四、通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，施压速度为1cm/min，施压距离为5cm；

步骤五、筛分剩余焦样，测得3mm粒级以上焦炭质量为87g，计算得到占反应后剩余焦样质量的百分比即焦炭在高温下的强度CHS为43.5。