浅析焦炭强度的影响因素.pdf

焦炭热态强度与影响因素分析随着我国整体经济的增长，钢铁工业也在逐步稳固发展，而焦炭作为钢铁工业中的重要组成部分，它起着骨架、还原剂和热源的作用，随着高炉的大型化，焦炭热态性能对高炉的运转，效率等方面的作用也越来越重要。

近年来，炼焦行业中对焦炭热态性能也是越来越重视，而焦炭的质量相对来说就尤为重要。

本文对焦炭热态强度与影响因素进行全面的分析，希望可以为整个行业乃至社会提供借鉴和帮助。

标签：焦炭；热态性能；影响因素；分析与探讨在整个炼焦行业当中，将焦炭的冷态强度作为衡量焦炭质量非常重要的标准这是长久以来的习惯。

但是，近年来随着高炉的大型化我们发现，焦炭热态强度性能对于高炉的高效率的运行和其他的一些方面更为重要，对于其影响也更为明显，由此本文通过对焦炭热态性能强度与影响的角度来分析问题并提出措施，为行业生产提供理论上的支撑和依据。

1 焦炭热态性能焦炭作为高炉炼铁工艺不可或缺的一个重要燃料，近年来随着高炉的喷吹燃料技术发展和进步，行业中焦炭的质量显的越来越重要，但是我们发现焦比却不断下降，我们会发现焦炭的质量对高炉冶炼的影响越来越明显，也可以这样说焦炭的质量在高炉炼铁工艺中起到的作用越来越重要，同时焦炭也成为限制阻碍高炉生产发展的重要影响因素之一。

用于高炉冶炼的焦炭通常都需要去满足成分、粒度和强度等三个方面的质量要求，比如固定C含量高、灰分低、有害元素的含量低，粒度为40～60mm并且需要均匀，冷强度高等一些质量上的要求。

为了可以保证焦炭在炉内的温度和气氛条件下的抗破碎和磨损的能力，还必须要求焦炭具有一定的热强度和较弱的反应性。

而焦炭的热强度是可以看出其焦炭热态性能的一个机械强度的指标。

它表现焦炭在使用环境的温度和气氛下，同时经受热应力和机械力时，抵抗破碎和磨损的能力。

2 焦炭热态强度与影响因素我们了解到影响焦炭热态强度的影响因素有很多，通过我们的一些试验，再经过分析焦炭反应性以及反应后强度之间的关系，在这个角度去研究焦炭热态强度的影响因素，我们发现焦炭反应性和反应后强度它们之间存在着负相关性，并且焦炭的气孔结构、显微组分和碱金属对焦炭热态强度均会有不同程度的影响。

研究影响焦炭热反应强度数据的因素摘要：近年来，钢铁行业随着炼铁高炉大型化以及喷煤技术的应用，普遍认为焦炭在焦炉中的骨架作用尤为重要，越发重视焦炭热态指标数据的优劣，本文重点通过标准执行制样方法、设备差异、标准研究等因素进行探索研究，弄清楚数据结果重现性差的原因，从而使焦炭热性能数据能够真实反应焦炭质量。

关键词：钢铁行业；热反应；焦炭质量；真实；重现性差1 制样方法对焦炭热反应数据的影响2021年12月龙钢公司正式投用全自动焦炭颗粒制球机，以制球机代替手工制样作为结算报出数据，结束了长达5年的手工制样模式。

全自动焦炭颗粒制球机投用前，龙钢化验室实施了5种方案，经过100组机制手制比对数据，最终将两种制样方式的热反应数据平均偏差控制在1%以内，远低于国标要求，完成了业界认为不可能实现的目标，也彻底打破了传统上对全自动焦炭颗粒制球机的偏见，认为制球机制备的样品比手工样品数据要向好。

在制球机投用前本化验室结算数据主要以手工制样方式为主，以4台冲压式焦炭制球设备（HXZY-B）为主，工作原理为机械模拟人工敲制样品，其成品与手工方式敲制的样品形状一致。

为验证该冲压制样设备与手工制样一致，本实验室通过手工制样及冲压制样方法进行数据比对工作。

冲压式制球机全国范围内使用的化验室较少，虽然属于机械制样，但是其原理又是模拟传统人工制样方式，制球成型样貌与手工制样几乎没有区别，主要目的是降低员工劳动强度，目前龙钢化验室运行4台，已全面启用该设备代替人工敲制样品，投用前，经过大量数据比对工作，大样各留20公斤，一份用于传统手工制样，一份用冲压式制球机进行制备，数据汇总如表1所示：表1 手工制样与冲压制球机数据比对共计分析7组数据，涉及4家焦炭，为龙钢公司进购三种质量特征的焦炭，具有代表性。

总体数据与原分析数据相比较平均偏差反应性为0.3%，反应后强度0.2%，符合率达到100%，证明该制样方法较传统手工制样方法一致，可以代替手工制样方式。

焦炭热强度指标检验及影响因素分析牛志斌（河钢集团邯钢公司技术中心，河北邯郸056000）【摘要】焦炭作为高炉炼铁反应中的热源和碳源，其各项性能指标都与高炉冶炼状态密切相关。

因此，钢铁冶金企业对于焦炭热强度等质量指标的检验与把关，也是实现高炉高效生产的前提。

本文对焦炭热强度指标检验及检验中影响其准确性的相关因素进行了分析。

关键词：焦炭；热强度；检验；影响因素中图分类号：TQ520文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.088Inspection of Coke Thermal Strength Indicatorsand Analysis of Influencing FactorsNiu Zhibin（Technology Center of Handan Steel Company of Hegang Group,Handan,Hebei056000,CHN）【Abstract】As a heat source and carbon source in blast furnace iron-making reaction,coke's per⁃formance indexes are closely related to the smelting state of blast furnace.Therefore,the inspec⁃tion and control of coke thermal strength and other quality indexes in iron and steel metallurgy en⁃terprises is also the premise of realizing efficient production of blast furnaces.In this paper,the test of coke thermal strength index and the related factors affecting its accuracy are analyzed. Key words:coke；thermal strength；inspection；influence factor焦炭热强度是指焦炭在高温热态环境下，抵抗破碎和磨损的能力，是反映焦炭质量的重要指标之一。

燃料与化工Fuel &Chemical Processes2012年3月第43卷第2期随着高炉生产大型化和喷煤技术的应用，焦炭在高炉中的骨架作用更为重要，焦炭反应性（CRI ）及反应后强度（CSR ）已经成为评价焦炭质量优劣的重要指标[1-2]。

本文对影响CRI 及CSR 检测方法的各种因素进行分析，以找到测试结果重现性较差的原因，从而使焦炭热性能实验能够真实反应焦炭质量。

1实验部分1.1实验设备电子天平：MP2100型；干燥箱：101型；标准筛：23mm 、25mm 、10mm ；I 型转鼓机：转速20±1.5r/min ；反应器：高温合金钢制成；S 分度热电偶：规格700mm ；氮气：氮含量大于99.99％；CO 2气体：CO 2含量大于99.99％；焦炭反应性装置：KF —100型，鞍山热能研究院制造。

1.2实验方法按GB 1997取样，并按GB/T 4000—2008制取准23～25mm 的样品900g ，缩分出220g 左右，烘干后待用。

称取200g 样品置于反应器中，在1100℃通CO 2气体反应2h ，以焦炭质量损失的百分数表示CRI 。

反应后的焦炭再以20r/min 的转速在I 型转鼓机转30min 后，用大于10mm 粒级的焦炭占反应后焦炭的质量百分数表示CSR 。

2影响因素与结果讨论2.1试样的影响样品的均匀性影响实验结果的重复性。

样品的粒度变化造成焦粒表面积的差异，使实验过程中反应界面不同，从而造成实验结果的差异。

GB/T4000—2008中已经将样品的粒度范围由准21～25mm 修订为准23～25mm ，实验过程中样品的粒度和粒数趋于一致。

取制样的人为因素也影响实验结果的重复性。

保留泡焦和焦头的热性能实验结果表明，CRI 极差为6.1%，CSR 极差为9.0%，大大超出实验重复性要求[3]。

虽然GB/T 4000—2008中明确要求弃去泡焦，但泡焦的区分和判断上的人为差异仍会造成样品的差异。

影响焦炭质量因素随着高炉工艺的发展，对焦炭质量的要求逐渐升高，对焦炭质量预测准确度的要求也有很大提高。

因此，我们需要把煤质指标与炼焦工艺条件密切结合起来，再加上大量的炼焦实验研究，提出更好的焦炭质量预测方法。

关键词：焦炭质量；影响因素；讨论焦炭质量的主要指标为高温下焦炭的热态性能指标，而焦炭反应性指标和反应后强度受矿物质影响较大，焦炭的矿物质来源于配合煤，因此焦化企业必须做好来煤质量检测尤其要重视灰分及矿物质组成检测，加强煤场管理，优化炼焦条件，合理遵循焦炉温度制度和压力制度，以确保焦炭质量处于较高和稳定的水平。

1影响焦炭质量的煤质因素1.1灰分和硫分焦炭中灰分来自于配合煤，灰分主要为金属氧化物，而这些金属氧化物与碳的热膨胀系数不同，前者是后者的6—10倍，高温下两者的界面处产生热应力而形成裂纹，使得CO2和碱金属渗透到焦炭内部，加快了气化反应的反应速率，导致焦炭的反应性上升，反应后强度下降。

焦炭中的硫分来自于配合煤，而且配合煤中2/3以上的硫分带入到焦炭中，焦炭中的硫是有害成分，不仅影响铁水的硫分，而且还影响高炉操作等，当焦炭的硫分发生波动时，影响更为严重。

硫含量过高，会造成生铁硫含量过高，降低生铁质量。

因此，要求焦炭硫分尽可能低以及含量稳定，在配煤时要分析各配合煤的灰分和硫含量，各配合煤种的灰分和硫含量的加和值要小于焦炭中灰分和硫分的指标要求。

1.2挥发分低变质煤和气煤的挥发分相当，在配煤时，一般是用低变质煤替代气煤。

如果用低变质替代其它挥发分较低的炼焦煤，使得配合煤的挥发分过高，在炼焦时，过多的气体逸出，一是使成焦率降低，二是在焦炭内部形成较多的裂纹和气孔，降低焦炭的强度。

当然，并不是说挥发分越低越好，挥发分过低，炼焦时其收缩度较小，容易增大高炉炉壁的压力，对高炉造成一定程度的损坏。

因此，配合煤的挥发分是较为重要的质量指标，一般将挥发分控制在25%—30%较为适宜。

1.3粘结性和结焦性配合煤的粘结性指标主要有胶质层厚度和粘结指数。

焦炭反应性和反应后强度关系及影响因素论文【摘要】为了预测焦炭在高炉中的反应行为，本文对某公司大量的焦炭进行了检测及数据分析，说明焦炭反应性与反应后强度之间有良好的负相关性。

对焦炭冷态强度与热态性能之间进行了对比，建议企业在保证焦炭的冷态强度合格的同时更要关注焦炭的热态性能指标。

在高炉内焦炭起到骨架支撑、还原剂和燃料的作用。

高炉内下降的液态炉渣及铁水都需要通过焦炭料柱的孔隙落入炉缸，而上升的气流也需要通过焦炭料柱的孔隙到达炉顶，因此，焦炭料柱必须要有良好强度才能保证高炉冶炼过程能顺利进行。

焦炭质量指标确定为6个：M40和M10两个冷态性能指标，CRI和CSR两个热态性能指标，还有灰分（Ad）和硫分（Sd）两个成分指标。

CRI是指焦炭的化学稳定性，CSR是指焦炭在炉内的高温稳定性。

焦炭的热态性能变差时，往往会造成高炉顺行变差或失常，直接影响产量和综合焦比。

因此降低CRI、提高CSR、改善高温性能已成为炼焦炼铁界共识。

一、试验方法1、焦炭反应性试验方法。

按照GB/T4000-2008，称取一定质量的焦炭试样，置于反应器中，在（1100±5）℃时与二氧化碳反应2h 后，以焦炭质量损失的百分数表示焦炭的反应性（CRI%）。

2、焦炭反应后强度实验方法.按照GB/T4000-2008，反应后的焦炭经过Ι型转鼓以20r/Min的转速共转30Min，总转数600转后，取出焦炭筛分、称量、记录各筛级质量，大于10MM粒级的焦炭占反应后焦炭的质量百分数表示焦炭的反应后强度（CSR%）。

3、焦炭取制样方法.按照GB/T1997规定的取样方法，按照GB/T4000-2008规定的试验操作方法，注意严格控制好设备的气密性、不同阶段气体的流速、各阶段的升温速度以及试验用气体的纯度。

二、焦炭的反应性和反应后强度的关系按上述试验方法对某公司的焦炭进行大量的测定并对数据进行分析，发现二者之间具有负相关性。

即反应性CRI每降低1%，反应后强度CSR就增加1.13%，反之亦然。

焦炭热强度影响因素1、捣固的堆比重：堆比重的提高，生产的焦炭结构越致密，大气孔减少，所以焦炭的热反应性较低，热反应后强度提高，焦炭的热性能得到改善。

2、熄焦方式的影响：在配比相同且炼焦条件不变的情况下，干焦的热性能要比湿焦的热性能明显改善。

干焦在干熄焦炉内缓慢冷却，相当于在焦炉中延长了闷炉时间，提高其热缩聚作用，并且没有湿法熄焦过程中存在的急剧冷却现象，微裂纹相对较少，同时，在长达3～4 h的干熄过程中，焦炭之间相互磨损，使其块度均匀，相当于起到了整粒作用，使其强度进一步提高。

3、配合煤的细度：随着配煤细度的增加，焦炭的反应后强度CSR随之改善，反应性CRI也随之下降；但当配煤细度达到85%左右后，随着细度的继续增加，焦炭的热态强度呈劣化趋势，反应性CRI 有所增大。

配煤细度过低时，煤颗粒较大，特别是黏结性差的煤粒度较大，运输及装炉过程中易偏析，且煤中粒度不均衡，导致配煤质量不均匀，引起焦炭内部结构不均一，焦炭强度降低。

细度过高时，煤中的活性成分被细粉碎，不仅降低了黏结煤的活性粒子作用，而且增加了非活性粒子的比表面，使煤料的黏结性下降。

并且过细煤料的堆比重下降，导致炼焦过程中煤粒间的熔融程度不充分，所炼焦炭结构不致密，孔隙增多，从而导致焦炭强度下降。

4、结焦时间的影响：随着结焦时间的延长，焦炭的热态性能随之改善，但当结焦时间超过一定后，随着结焦时间的继续延长，焦炭的热态性能仍继续改善，但效果已不明显。

这是因为随着结焦时间的延长，焦炭更加成熟，结构更加致密，强度有所提高，在这一点上与干法熄焦的作用有类似之处。

5、配煤比例：纯焦煤炼焦所得焦炭的热性能最好，其次是肥煤。

配入气煤的焦炭热性能稍差。

所以为了保证焦炭的热性能，应在经济合理的基础上尽量多配焦煤或肥煤。

6、碱金属（钾、钠）影响：钾、钠虽然对焦炭与CO2反应其催化作用，但在同一反应程度下，强度并不因钾、钠的存在而下降更多，这是因为催化作用虽然增加了焦炭的表层反应，却减轻了焦炭的内部反应。

浅析影响焦炭质量的因素发布时间：2023-02-06T03:30:59.634Z 来源：《中国科技信息》2022年第9月第18期作者：赵煦楠[导读] 焦炭在高炉冶炼中主要起还原剂、发热剂和料柱骨架的作用为满足高炉冶炼的要求。

赵煦楠陕西黄陵煤化工有限责任公司陕西延安 727307摘要：焦炭在高炉冶炼中主要起还原剂、发热剂和料柱骨架的作用为满足高炉冶炼的要求。

焦炭作为高炉冶炼的重要原燃料之一，其粒度及粒度分布是保证高炉料柱透气性和高炉风口回旋区稳定的重要参数。

关键词：焦炭质量；影响因素；对应措施前言焦炭在高炉冶炼中主要起还原剂、发热剂和料柱骨架的作用。

炼焦煤在隔绝空气的条件下升温至1000℃左右，经过热解、熔融、固化、收缩等过程，得到1种质地坚硬、含有较多裂纹和孔隙的碳质固体材料被称为焦炭。

焦炭大多用于高炉炼铁，在高炉中发挥着供热、渗碳、还原剂和骨架支撑作用。

高炉炼铁能否顺利进行，很大程度取决于焦炭的性能，而焦炭的性能由其结构决定，即焦炭微观结构是影响焦炭质量的主要因素。

1焦炭在高炉冶炼中的重要性焦炭是由炼焦煤在焦炉中经过高温干馏转化而来，自从1709年Darby首次用焦炭来进行高炉炼铁以来，冶金焦炭已经成为现代高炉炼铁技术所需的必备原料之一，被喻为钢铁工业的“基本食粮”，具有重要的战略价值和经济意义。

焦炭在高炉中一直发挥着4大作用：渗碳剂、还原剂、热源以及最重要的作为料柱骨架的作用。

随着低碳时代的来临和大喷煤技术的运用，焦炭的前3大功能逐渐被替代。

为了保证炉内的透气性以及透液性，作为高炉软熔带的“百叶窗”，其作为料柱骨架和通道的作用更为突出，因此高炉对焦炭质量的要求也越来越高。

同时，在钢铁冶金生产工序中，炼铁工序的能耗所占比例最大，在低碳冶金的大环境下，降低焦炭消耗是炼铁节能的主要方向之一。

国家主席习近平曾多次强调，要构建起碳达峰、碳中和“1+N”政策体系，持续推进能源、产业结构转型升级，推动绿色低碳技术研发应用，为全球应对气候变化、推动能源转型的努力作出积极贡献。

一、焦炭的质量指标及要求焦炭是固体燃料的一种。

由煤在约1000℃的高温条件下经干馏而获得。

主要成分为固定碳，其次为灰分，所含挥发分和硫分均甚少。

呈银灰色，具金属光泽。

质硬而多孔。

基于焦炭在高炉内的行为与作用，在生产中一般对焦炭有如下几项质量指标的要求:1.粒度高炉操作顺利与否的一个重要指标是其炉内料层的透气性大小，而它与高炉炉料的均匀性有关，因此，一般要求焦炭粒度不应比矿石粒度大得过多，二者应尽量接近，保持均匀。

一般冶金焦的平均粒度以50mm左右为宜，可控制在25~70mm范围内，特别是要提高40~60mm粒级的含量，目前中国出口冶金焦粒度一般以30~80mm，40~90mm两个粒级居多。

2.灰分焦炭中含有矿物质，其燃烧时矿物质会残留形成灰分，灰分高会对焦炭产生不利影响。

当焦炭在焦炉的高温环境中，燃烧产生灰分，灰分的增加破坏焦炭内部结构会使焦炭的裂纹增多，不仅使焦炭的强度降低，也会使焦炭的表面积增大，由于裂纹的增多，使C O2更容易从缝隙扩散到焦炭的内部，加剧热性能变差。

灰分是焦炭中的杂质和惰性物，其主要成分是SiO2、Al2O3等酸性氧化物，由于其熔点高，故在炼铁时只能用CaO等熔剂与它们共生成低熔点化合物才能以熔渣形式排出高炉。

因此要求冶金焦的灰分尽量低些。

3.硫分硫分是焦炭中的有害成分，高炉内由炉料带入的硫分中仅5%~20%随高炉煤气逸出，其余的参加炉内硫循环，只能靠炉渣排出。

焦炭含硫高会使生铁含硫提高，降低生铁质量，或增加炉渣碱度使高炉操作指标下降。

因此，要求在生产焦炭时尽最大可能选择低硫煤，以降低焦炭的硫分。

4.机械强度、热强度焦炭强度指标分为机械强度（抗碎强度及耐磨强度）和热强度（反应性及反应后强度）。

焦炭的机械强度是衡量焦炭能否起到支撑骨架的作用，确保高炉操作正常的重要指标。

焦炭热强度是反映焦炭在高炉中抵抗化学侵蚀和保护炉料骨架作用能力，是综合衡量与评价焦炭热态稳定性的主要指标，较之机械强度更为重要。

影响焦炭质量的主要因素有炼焦煤的性质以及炼焦工艺。

炼焦煤的性质直接决定了焦炭质量好坏，它不只是对焦炭的灰分、硫分等化学组份含量产生一定的影响，更关键的是它影响了焦炭的冷态强度和热态强度。

当然，炼焦工艺在一定程度上也会影响焦炭的质量。

一、炼焦煤的性质对焦炭质量的影响对焦炭质量产生影响不仅仅是炼焦煤的黏结性和结焦性，还与炼焦煤的变质程度以及灰分相关。

炼焦煤变质程度干燥无灰基挥发分(V d a f)和镜质组平均最大反射率(R m a x)是评价煤变质程度的重要参数，其高低都会对生产出来的焦炭产生一些影响。

如配合煤的V da f 过高，在热解过程中生成的胶质体膨胀度大，所炼焦炭的裂纹比较多，气孔率大，会使焦炭的冷态强度和热态强度降低，但配合煤的V d a f过低，会导致所炼焦炭不易推出，且产品附加值不高。

此外，有研究表明，单一炼焦煤镜质组平均最大反射率R m a x与所炼焦炭的反应性具有一定相关性，当R m a x处于1.3%~1.5%之间，所炼焦炭质量较好，实验还表明配合煤的挥发分、黏结性、R max等在一定范围内，且镜质组反射率有一个良好的正态分布，方差较小，则生产出来的焦炭冷态强度比较好，反之亦然。

炼焦煤的灰分煤的灰分是指煤在高温环境下，经过一系列复杂的化学反应，煤中矿物质转化为金属化合物。

灰分作为炼焦煤中的杂质，并不会在炼焦过程中消失，会几乎全部被所炼焦炭继承。

一般来说，焦炭灰分的提高直接使高炉工业生产的焦比升高，从而降低了钢铁生产产量。

有研究学者发现不同变质程度煤灰分的降低对自身黏结性和所炼焦炭质量的改善程度不同，黏结性好的煤灰分降低，自身黏结性变化不大，所炼焦炭的冷态强度和热态强度也未发生什么明显变化。

但当黏结性较差的煤灰分降低时，自身的黏结性得到大幅度提高，所炼焦炭的冷态强度(M40、M10)和热态强度(CRI、CSR)在不同程度上得到了提升。

二、炼焦工艺对焦炭质量的影响目前比较先进的炼焦工艺有干法熄焦、捣固炼焦、配型煤工艺技术以及煤调湿（CMC）技术，每种炼焦工艺都有着各自的长处和短处。