[發明專利]焦炭反應性和反應后熱處理性的檢測方法及其裝置

有效

• 申請號: 201010157449.0
• 申請日: 2010-04-28
• 公開（公告）號: CN101825548A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 汪琦;趙雪飛;孫家富;郭瑞
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04;G01K7/02
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及高爐用焦炭質量的評價方法及其裝置，特別是高爐用焦炭反應性和反應后熱處理性的檢測方法及其裝置。?

技術背景

高爐解剖證明焦炭在高爐內的劣化主要發生在在高爐的爐腰、爐腹處，即溫度為900～1300℃左右的軟融帶部位。由于這一區域碳氣化反應劇烈，焦炭中碳溶損失導致焦炭結構受到破壞，焦炭塊度、強度急劇下降，耐磨性顯著降低。煉鐵工作者多年來一直認為經過此部位的焦炭被破壞的程度決定高爐是否順行。為了評價碳溶損率對焦炭破損的影響程度、提高焦炭質量、改善配煤技術并為高爐操作提供技術參數，日本首先研發了焦炭反應性和反應后強度的檢測技術。此后，一些國家相繼效仿，先后制定了焦炭反應性和反應后強度的檢測方法和標準。?

焦炭反應性的定量概念是：單位質量的試樣在單位時間內經CO₂反應后碳的質量損失，它也是一個速度的量度，其量綱為(時間)^-1。反應性的試驗方法很多，因研究的目的不同而規定了不同的實驗條件，常用的有塊焦反應性測定法、粒焦反應性測定法、熱天平法。鋼鐵企業為盡量模擬高爐內爐況，一般采用塊焦反應性。?

塊焦反應性試驗方法按試樣選取的粒度和試驗裝置的大小可分為兩類：一類是小型反應性試驗裝置，將高爐用大塊焦炭機械破碎，選取其中具有一定粒度(20mm～30mm)的焦炭作為試樣，如國際標準(ISO)、中華人民共和國國家標準(GB/T4000-2008)、新日鐵(小型)和法國鋼鐵研究院；另一類是大型反應試驗裝置，采用高爐使用的大塊度焦炭，如新日鐵(大型)、美國伯利恒鋼鐵公司、英國煤炭研究公司、德國礦山研究所、遼寧科技大學等單位。還有公開的中國專利“入爐冶金焦大型高溫反應爐及實驗方法”專利公開(公告)號CN1363817。?

大塊度焦炭的反應性測得結果與小型反應器測得的反應性指數相關良好，大塊度焦炭的反應性試驗很難保持均勻的溫度分布和均勻的二氧化碳氣流，因此相對來說小型試驗的準確性更好。?

小型反應器的反應性試驗中的國際標準(ISO)、中華人民共和國國家標準(GB/T4000-2008)和新日鐵(小型)用焦炭試樣量為200g，采用恒溫試驗，反應溫度為1100℃，反應時間為2h；法國鋼鐵研究院用焦炭試樣量為400g，采用升溫試驗，升溫速率為200℃/hr，反應溫度為650℃→1200℃。大型反應器的反應性試驗，除了遼寧科技大學法和“入爐冶金焦大型高溫反應爐及實驗方法”專利采用的是升溫試驗，最高試驗溫度分別為1300℃和1400℃外，其余采用的都是恒溫試驗，只是反應溫度不同，新日鐵(大型)和美國伯利恒鋼鐵公司的為1000℃，英國煤炭的為1000℃、1100℃、1200℃、1300℃，德國礦山研究所的為1050℃。?

上述試驗方法都是在固定焦炭試樣質量和反應條件下，以規定反應時間內焦炭質量損失的百分數作為反應性指標，稱為焦炭反應性指數[CRI(％)]。?CRI在意義上與焦炭反應性的定量概念相同，是焦炭溶損速度的量度，但在實際使用中，更多地是作為一個在規定反應時間條件下的相對比較值，用于焦炭熱性質的評價。將經過CO₂反應后的焦炭在特定的轉鼓中旋轉一定的轉數，經磨損后測定殘余大顆粒重量占反應后試樣重量的百分數，作為焦炭的反應后強度(CSR)。這些方法存在如下問題。?

(1)反應后強度試驗結果(CSR)具有不確定性?

CSR的大小由焦炭物理性質(基質強度、氣孔結構))和溶損率兩個因素決定。不同的焦炭，不僅物理性質不同，而且焦炭反應性指數CRI不同，因此，很難說清楚反應后強度的高低是由焦炭物理性質還是溶損率的差異引起的。?

(2)反應性概念不完整?

高爐內鐵氧化物的還原分為下部的直接還原和上部的間接還原，它們的分界溫度為碳氣化反應開始溫度，該溫度決定了高爐熱儲備區溫度，影響上下部的溫度分布和區域熱平衡。因此，一個完整的焦炭反應性概念除了指焦炭反應性外，還應該包括焦炭的氣化反應開始溫度。?

(3)缺少爐腹(風口前)和爐缸焦炭熱性質表征?