焦炭反应性及反应后强度试验方法国标商榷0抽象石雕

“焦炭反应性及反应后强度试验方法”国标商榷

随着高炉大型化和喷吹煤粉比例不断提高，高炉操作者对焦炭与CO2的反应性要求越来越低，对焦炭与CO2的反应后强度要求越来越高。炼焦煤中焦煤因其焦炭与CO2反应后强度高，销售价格不断提高。日前有消息称，国际炼焦煤销售商想要将炼焦煤的单种煤的焦炭与CO2反应后强度作为定价参数。然而，焦炭反应性及反应后强度试验方法国标，从1983年的第一版变革到2008年的第三版，与世界公认的新日铁方法的差异越来越大。因此，笔者对现行国标方法提出了商榷。

新日铁试验方法强调规范性

焦炭的反应性及反应后强度试验，主要表达焦炭在高炉内进入风口回旋区前抗CO2气化能力以及反应后的抗粉化能力。目前主要国家和组织（中国、美国和ISO）的试验标准，都是参考新日铁1982年在燃料协会志上发表的高炉用焦炭的CO2反应后强度试验方法所制定的。

将焦炭调制成直径19mm~21mm的块，缩取200克，在1100℃下，与5Nl/min的100%CO2反应2小时，反应失重率为反应性CRI，反应后的焦炭在Ⅰ型转鼓（ф130mm×L700mm）转600转（20rpm×30min），进行筛分，计算10mm筛上占入鼓量的百分比即为反应后强度CSR。

这一方法有几方面因素决定它是一种规范性试验：一是试验温度固定为1100℃，高炉内焦炭进入风口回旋区前实际反应温度在800℃~1400℃，不同的焦炭起始反应温度不同，不同的温度下反应的模式和速度不同；二是用100%的CO2与高炉内焦炭进入风口回旋区前实际反应气氛不符合，不同的焦炭在不同浓度CO和CO2的气氛中反应模式也不相同；三是反应时间2小时与高炉内焦炭进入风口回旋区前实际反应时间不符合。因此，新日铁的试验方法是一规范性试验方法，样品制备方法、样品的粒度、试验炉的温度控制、反应器的材料、气体流量、反应时间等影响试验结果的条件，都必须严格执行规范，否则试验结果就不可比。

国标试验方法存在较大差异

中国国家标准，第一版GB4000-83是1983年由当时的冶金部鞍山热能研究所起草。基本参考新日铁的方法，主要差异是制样方法和所用的筛子。新日铁的方法是缩取10kg25mm以上代表性焦炭，用颚式破碎机3次破碎，所用筛子为方孔19mm~21mm。国标制样方法是先将20kg大于25mm去掉泡焦和炉头焦的焦炭样，机械破碎到小于25mm，再以人工在一块厚度8mm~10mm钻有ф21mm孔的钢板上，用小铁锤将焦炭样调制成19mm~21mm，所用的筛子是圆孔ф19mm和ф21mm。为区分与新日铁的方法试验结果，国标将反应性缩写为Cr，反应后强度缩写为Sar。

1996年，首钢钢铁研究所对国标进行了修订，形成了第二版GB/T4000-1996。其主要对1983年的第一版的制样方法进行了重大修改，将20kg大于25mm去除泡焦炉头焦的焦炭样，破碎、混匀、缩分10kg，用ф21mm和ф25mm筛分，大于25mm再破碎、筛分，取ф21mm的筛上物，去掉片状和条状焦，缩分得焦块2kg，分两次置于I型转鼓中，转50转，取出后再用ф21mm圆孔筛筛分，将筛上物缩分出900g作为试样，用四分法将试样分成4份。试验结果的缩写完全与新日铁的相同，即反应性为CRI，反应后强度为CSR。

2008年，武汉钢铁（集团）公司、首钢总公司、冶金工业信息标准研究院和上虞市宏兴机械仪器制造有限公司对国标进行了修订，形成了第三版，GB/T4000-2008。在1996年版的基础上，该版主要修订了3个方面内容，一是制样方法，机械破碎与人工修整相结合，保留较厚片状焦和较粗条状焦，将较厚片状焦和较粗条状焦用手工修整成颗粒状焦块；二是缩小焦炭试验的粒度控制范围，从ф21mm~ф25mm变为ф23mm~ф25mm；三是增加钢玉管反应器和相应的底部开口式电加热炉。

目前国标试验方法与新日铁试验方法的差异归纳见表1。焦炭粒度差异已经较前两版缩小，但是，在I转鼓中转50转，使得焦炭试样的表面光滑，一方面降低焦炭反应性，另一方面提高了反应后强度。新日铁方法采用3段独立控制加热，试验样温度均匀；国标采用一段控温加热，试验样的温度均匀略差。而且焦炭与CO2的反应是吸热反应，用钢玉管作为反应器时供热速度低于耐高温合金钢，也会降低焦炭反应性，且反应性越高吸热量越大，差异越大。综上所述，国标法的试验结果与新日铁方法的试验结果有较大的差异。因此，国标法试验结果不应该再用新日铁的CRI和CSR的缩写表达反应性和反应后强度，因为全世界都已经公认，CRI和CSR就是采用新日铁的试验方法所得数据。

试验条件对反应性及反应后强度的影响

焦炭与CO2反应是一气固相反应，多孔质固体的一些特性必然影响反应性和反应后强度。另外，不同配煤和不同炼焦工艺所生产的焦炭，其炭质结构、无机矿物的化学成分、气孔率及气孔分布不同，导致焦炭与CO2的反应模式不同。通过试验，本文分析焦炭的一些试验条件对反应性及反应后强度的影响。

反应时间的影响。3种不同炼焦工艺和不同配煤所生产的3种焦炭，传统试验方法的反应性及反应后强度见表2。反应性从25.6%到53.7%，差异超过1倍；反应后强度从15.5%到65.7%，差异超过了3倍。通过改变反应时间，使这3种焦炭的反应失重率都在20~60变化，反应后强度与失重率之间的关系见图1。3种不同焦炭反应失重率与反应后强度之间都呈现很好的负线性关系，但不同工艺相关线的斜率不同，A和B两种焦炭反应性和反应后强度差异最大，但相关线近似平行线；C焦炭是卧式捣固热回收焦炉生产，配煤中配有一定比例的无烟煤，焦炭气孔率较低，炭相结构的各向异性程度高，反应模式趋向于均相反应，反应后强度与反应失重率相关线斜率大于传统6米顶装焦炉的焦炭，大高炉不能大量使用这种焦炭的原因就在于此。

试验炉的影响。取宝钢本部一生产焦炭样品，统一制备好19mm~21mm的样品，缩分成多份试验样品，分别在3个不同试验室进行对比试验，反应性及反应后强度见表3。结果发现，3个试验室的条件差异是造成试验结果差异的主要原因，特别是反应炉的温度控制方法对结果影响最大。焦炭与CO2反应是一吸热反应，三段独立控温的试验炉供热能力和恒温区的温度均匀性优于一段控温试验炉，因此反应性高，反应后强度低。

试样粒度的影响。笔者针对两种不同性能的焦炭，进行了改变试样粒度的反应性与反应后强度试验。结果表明，虽然两种焦炭性能差异很大，但是粒度与反应失重率关系都呈现负相关性，两个样品的相关线近乎平行；粒度与反应后强度都呈现正相关性，两个样品的相关线也近乎平行。国标方法的试样在I转鼓中转50转且粒度不同，与新日铁方法有很大差异，必然导致试验结果有较大差异。

综上所述，我国国标焦炭反应性及反应后强度试验方法与新日铁试验方法已经差异很大，试验结果必然不同。因此，国标法试验的结果不应再用CRI和CSR缩写表达焦炭反应性和反应后强度。而越来越多的研究表明，现行的焦炭反应性及反应后强度试验方法，已经不能正确评价现代喷吹煤粉高炉内焦炭的真实性能，建议开发新的评价方法替代之。

东正兴业模具北京有限公司

成都华伟建筑劳务有限公司

.双峰县南岸采石场

博兴县兴福镇兴强厨房设备厂

西彬纺机加工厂

深圳市大同图文经营部

汕头市龙湖区金泰实业有限公司

桐乡市星辉绢纺有限公司

梅城镇山旁窑厂

泉林浮雕制图