一种高炉焦炭反应性测试方法
【专利摘要】本发明提供了一种高炉焦炭反应性测试方法，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。方法包括将选定测试的焦炭试样研磨成细后烘干取出焦炭试样冷却至室温密封备用；称取备用的焦炭试样置于试验装置中进行连续升温并通入反应气体CO2，到达升温终点后，计算机数据采集完成，保存采集数据；最后处理计算机所采集的数据；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。通过本发明所述方法，使用热重天平等试验设备，可以全面地分析焦炭在不同温度下与CO2反应情况，对不同质量焦炭的反应性做出真实客观的评价。
【专利说明】一种高炉焦炭反应性测试方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]焦炭的反应性(CRI)指的是焦炭在高温下与CO2反应形成COO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°c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°C以上区域时，溶损反应急剧进行；到1200°C时，煤气中的CO2就会瞬间全部与焦炭中C反应转变为CO。
[0004]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。
[0005]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°C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°C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°C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】
[0006]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。
[0007]本发明提供的检测焦炭反应性的方法包括以下内容:
(O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°C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°C，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°C/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°C；
(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。
[0008]进一步的，所述步骤(I)中所述研磨后的焦炭试样粉末过200目筛，取筛下物备用。
[0009]进一步的，所述的试验装置为微机差热天平，选择综合热分析仪、同步热分析仪、热重分析仪或热天平。
[0010]进一步的，所述方法可用于测试焦炭反应性，或测试其他含碳物质的反应性；所述其他含碳物质为煤、兰炭、含碳球团或生物质焦等。
[0011]本发明的优点在于可以避免反应速率不同引起的偏差，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。可以全面地分析焦炭在不同温度下与CO2反应情况，对不同质量焦炭的反应性做出真实客观的评价。此外，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 99.9以上，在一定范围内大大节约了能源。
[0012]【专利附图】
【附图说明】
图1 (a)为第1，2和3种焦炭的失重曲线示意图；
图1 (b)为第4，5和6种焦炭的失重曲线示意图；
图2为各焦炭600°C碳溶反应失重量示意图；
图3为各焦炭800°C碳溶反应失重量示意图；
图4为各焦炭900°C碳溶反应失重量示意图；
图5为各焦炭开始反应温度示意图；
图6为各焦炭1000°C碳溶反应失重量示意图；
图7为各焦炭1100°C碳溶反应失重量示意图；
图8为各焦炭1200°C碳溶反应失重量示意图。
[0013]【具体实施方式】 下面通过具体实例对本发明作进一步表述。
[0014]选择某钢铁公司使用的6种焦炭作为试验样品，将其研磨后过200目筛，取筛下粉末备用；
将备用粉末放入烘箱中，在105?120°C下烘干2小时，取出后冷却至室温密封备用； 试验装置选择北京某公司制造的微机差热天平；
称取备用的6种焦炭试样各17mg，依次置于差热天平中，以20°C /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 ；
设定的升温区间从室温至1200°C ；
到达升温终点后，计算机数据采集完成，保存采集数据；
待差热天平炉膛冷却至室温时，可取出试样，进行下一试样的实验；
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，通过数据处理，可以得到6种焦炭的失重曲线，如图1
(a)和(b)所示。由图1 (a)和(b)可知，6种焦炭在反应初期(< 900°C)，其失重曲线可以分为三类:
①基本没有失重:1#和4#；
②少量失重-.2#和5#；
③显著失重:3#和6#。
[0015]图2?4为600°C、800°C和900°C时各焦炭的失重率，在600°C时，1#、4#焦炭的失重率都小于0.5%，2#、5#焦炭的失重率介于2%至3%之间，而3#、6#焦炭的失重率均已大于
4% ο
[0016]而900°C时，1#和4#焦炭的失重率还不足2%，2#和5#的失重率在4?6%之间，3#
和6#焦炭的失重率均已超过7%，其中3#焦炭的失重率已经超过10%。
[0017]由此可见，焦炭在中低温区就会发生溶损反应，各焦炭的溶损反应率不尽相同，其中3#、6#焦炭在中低温区的反应性较高。
[0018]将低温反应速率线和高温反应速率线的切线的交点定义为焦炭剧烈反应的开始温度，即称为焦炭开始反应温度，图5为6种焦炭的开始反应温度对比图，由图可知，上述焦炭的剧烈开始反应温度均高于1010°C，其中2#焦炭的开始反应温度最低为1018°C，6#焦炭的开始反应温度最高为1066°C，比2#焦炭推迟了 48°C，焦炭开始反应温度的不同影响着高炉恒温区的位置，开始反应温度差距较大的焦炭配合入炉会增加恒温区的高度。6种焦炭开始反应温度从低到高的顺序为:2# < 3# < 4# < 1# < 5# < 6#。
[0019]图6?8分别为1000°C、110(TC和1200°C下的失重率曲线图，1000°C时，所有焦炭的失重率均低于20%，其中1#和4#焦炭的失重率不到8% ;到1100°C时，所有焦炭的失重率均超过20%，其中3#焦炭已经超过40%，1#和4#焦炭的失重率增加很快，已超过20% ;到达1200°C时，所有焦炭的失重率均达到40%以上，其中3#已经达到85.58%，即将反应完全，而4#只有49.22%，反应还未过半。
[0020]如上实例所述，通过本发明提供的一种新的高炉焦炭反应性测试方法能够全面细致地表征焦炭反应性，同时也能测定不同焦炭熔损反应发生的起始温度以及不同温度下焦炭失重率变化。在有效地表征了焦炭反应性的同时，也很大程度上节约了试验消耗焦炭量。
【权利要求】
1.一种高炉焦炭反应性测试方法，其特征在于:该方法包括以下内容: (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°C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°C，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°C/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°C； (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。
2.根据权利要求1所述的高炉焦炭反应性测试方法，其特征在于:所述步骤(I)中所述研磨后的焦炭试样粉末过200目筛，取筛下物备用。
3.根据权利要求1所述的高炉焦炭反应性测试方法，其特征在于:所述的试验装置为微机差热天平，选择综合热分析仪、同步热分析仪、热重分析仪或热天平。
4.根据权利要求1所述的高炉焦炭反应性测试方法，其特征在于:所述方法可用于测试焦炭反应性，或测试其他含碳物质的反应性。
5.根据权利要求4所述的高炉焦炭反应性测试方法，其特征在于:所述其他含碳物质为煤、兰炭、含碳球团或生物质焦等。
【文档编号】G01N5/04GK103940697SQ201410116042
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】张建良, 柴轶凡, 宁晓钧, 祁成林, 高冰, 李峰光, 郑常乐, 于文涛, 卫广运 申请人:北京科技大学