焦炭反应性及反应后强度测定中应注意的问题

张荣江

【摘要】焦炭反应性和反应后强度是指导高炉生产的重要指标，但焦炭反应性及反应后强度测定中测定结果受试样加工、反应温度及保护气体流量等因素的影响都很大。所以，如何控制好这些因素，使测定结果能正确指导生产，是人们一直关心的问题。本文通过大量实验数据，总结出焦炭反应性及反应后强度测定中应注意的事项。

【关键词】反应性和反应后强度；样品形状；升温速度；反应温度；气体流量

焦炭反应性和反应后强度是指导高炉生产的重要指标，近年来，高炉炼铁越来越大型化，此项指标可较好的反映焦炭的热性能情况以及在高炉中的骨架作用，指导焦炭的生产和高炉使用焦炭[1]。在钢铁产量快速发展的今天，焦炭反应性及反应后强度测定已成为钢铁企业分析检验部门的日常工作。随着钢铁企业之间竞争的日益加强，GB/T4000-2008[2]已被许多企业采用，但由于不同的操作人员对实验条件的掌握不尽相同，影响了对焦炭质量的评价。本文通过丰富的实验数据，总结出焦炭反应性和反应后强度测试中需要注意的问题。

1.在制样过程中，应尽量选取接近球形的样品来试验

GB/T4000-2008修定了GB/T4000-1996中的制样方法，焦样粒度由φ21 25改为φ23 25，焦炭样品的粒度范围缩小了，使所取焦炭样品粒度更接近，使试验结果更准确。但对试样的具体形状，没做严格要求，这样一来，不同的试验者选取试样的标准不一样，导致试验结果相差较大。通过大量实验发现，如果在筛子上的样品试验者不认真挑选，所取的片状焦过多，就会使测得的反应性偏高，反应后强度偏低。片状焦越多，焦炭反应性偏高越多，焦炭反应后强度偏低得越多。而所选的焦炭越接近球形，所测得的反应性及反应后强度值越接近真实值。

2.升温速度要按要求进行，反应温度要严格控制

通过试验发现，升温速度太快或太慢都会影响反应结果，一般升温时间在100min附近最好，升温速度过快，就会在保护气对焦炭没保护好之前，焦炭由于温度过高而与氧气发生反应，使测得的反应性严重偏高，反应后强度结果严重偏低。升温速度太慢，一方面延误分析测定的速度，另一方面会使测得的结果与真实值之间有轻微的偏差（与升温过快所得值偏差方向相反）。下表是焦炭样品1的反应性及反应后强度受升温时间的影响情况：

表1 升温速度对测试结果的影响

从上表可以看出，升温时间短和长对反应性和反应后强度的影响不一样，升温时间短的影响要大一些，相反，升温时间长的影响要小一些。所以，在做实验的过程中，要避免升温过快，使反应结果带来较大的误差，升温速度按标准规定的8 16℃/min，尽量保持11℃/min的升温速度，把总升温时间控制在100min左右得到的结果最理想。

反应温度对测试结果的影响也很大，下面是利用焦炭样品2测得的一组数据：

表2 反应温度对测试结果的影响

从上表可看出，反应温度对测试结果的影响很大，反应温度偏低，反应性偏低，反应后强度偏高；反应温度偏高，则反应性偏高，反应后强度偏低。所以反应温度应严格控制在标准规定的1100℃±5℃。

然而，下面情况也会引起测量温度与实际反应温度不符，导致反应结果与真实值之间产生较大误差：

（1）测温系统检测的温度不准确；

（2）热电偶测温区与焦炭反应区不一至。

为避免测温系统检测的温度不准确带来的误差，应定期对热电偶进行鉴定，对不符合要求的热电偶进行更换；对测温系统进行测温准确度校正，每次做实验时要对温度用校正值进行修正。

引起热电偶测温区与焦炭反应区不一至的原因有：

（1）热电偶的长度。热电偶长度不够，会使测得的温度比焦炭实际的反应温度低，从而使焦炭的反应性结果偏高，反应后强度结果偏低。

（2）热电偶的摆放。热电偶放置位置不到位、不垂直等问题都可能影响反应温度的测定。

3.气体流量要严格控制

（1）保护气流量大小对测试结果的影响

根据标准要求，当温度上升到400℃时，以0.8L/min的流量通入氮气对焦炭进行保护，防止烧损（有的单位使用氩气代替氮气，实验结果表明，使用氩气和氮气测得的结果完全一样）。保护气的流量对测试结果有明显影响，下面是利用焦炭样品3测得的一组数据：

表3 保护气流量对测试结果的影响

从上表可以看出，当保护气流量低于0.8L/min时，测试结果的影响较大，流量越低，焦炭烧损的可能性越大，这时反应性数值比实际结果偏高，而反应后强度测试结果比实际值偏低。而保护气流量大于0.8L/min时，测试结果的变化并不大。在实际操作中，一些转子流量计稳定性较差，经常上下跳动，所以要注意观察，认真调节气体流量，使保护气流速稳定在0.8L/min。

（2）二氧化碳气体流量大小对测试结果的影响

根据标准要求，当料层温度稳定在1100℃达10min时，以5L/min的流量通入二氧化碳气体，使之与焦炭反应2h。二氧化碳气体的流量对测试结果也有很大的影响，下面请看利用焦炭样品4测得的一组数据：

从上表数据可以看出，当二氧化碳气体流量偏低时，测得的反应性结果也偏低，而反应后强度结果偏高；反之，当二氧化碳气体流量偏高时，测得的反应性结果偏高，而反应后强度结果偏低。所以，在反应过程中要严格控制二氧化碳气体流量，测量过程中要随时观察，随时调节，使流量控制在5L/min。

总之，在焦炭反应性及反应后强度试验中，影响因素很多，要使分析结果更接近真实值，就要做好焦炭的取制样工作，使所取样品不但粒度大小满足标准要标，还要使其形状尽量接近球形；在反应过程中严格控制升温速度及反应温度；对保护气体氮气（或氩气）和反应气体二氧化碳的流量进行严格控制，满足标准的要求，才能得到准确可靠的结果，更好地指导高炉炼铁的生产。

参考文献：

[1]张群等.宝钢控制焦炭热性质的研究.钢铁.2002.37（7）：1-7.

[2]GB/T4000-2008《焦炭反应性及反应后强度试验方法》.