本發(fā)明涉及基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法及評價方法，具體是一種基于不同噴煤比的焦炭的反應(yīng)失重率ri和鼓后強度i10600的測定方法和熱強度評價方法，本發(fā)明涉及焦炭熱強度測定領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代高爐的大型化發(fā)展及高噴煤技術(shù)的應(yīng)用，對于大型高爐來說骨架支撐作用尤為重要。然而在高爐中風(fēng)口區(qū)以上始終保持塊狀的物料只有焦炭，滴落帶的鐵礦石和熔劑都已熔化，此時焦炭不只起支撐作用，還要承受著液鐵、液渣的沖刷，因此，為了保證在冶煉過程中高爐的順行，就要求焦炭料柱必須有足夠的反應(yīng)后強度。
評定焦炭質(zhì)量的指標(biāo)主要有六個：兩個熱態(tài)強度性能指標(biāo)(焦炭反應(yīng)性cri和焦炭反應(yīng)后強度csr)、兩個冷態(tài)強度性能指標(biāo)(耐磨強度m10和抗碎強度m40)以及兩個成分指標(biāo)(灰分ad和硫分sd)。焦炭熱強度性能中的cri指的是焦炭的化學(xué)穩(wěn)定性，csr指的是焦炭在爐內(nèi)的高溫穩(wěn)定性。當(dāng)焦炭的熱強度性能變差時，會造成高爐順行變差或失常，直接影響產(chǎn)量和綜合焦比。因此降低cri、提高csr改善焦炭的高溫性能已成為煉焦煉鐵界的共識。
目前我國采取的試驗標(biāo)準(zhǔn)是gb/t4000-2008《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法》，它是參考1982年新日鐵的《高爐用焦炭的co2反應(yīng)后強度試驗方法》制定的，這個方法便于操作、簡化了試驗條件，但與實際上高爐內(nèi)的反應(yīng)條件相差很大，隨著高爐大型化的發(fā)展及高噴煤技術(shù)的應(yīng)用，差異更加明顯。已有人發(fā)現(xiàn)，高爐焦炭實際熱強度與標(biāo)準(zhǔn)cri/csr測試結(jié)果沒有關(guān)聯(lián)性，甚至?xí)谀M高爐內(nèi)發(fā)生cri/csr測試結(jié)果序列逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，主要原因在于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)作為規(guī)范性試驗，有以下幾個方面與高爐里的實際情況不符：(1)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的試驗溫度固定為1100℃，而高爐內(nèi)焦炭進入風(fēng)口回旋區(qū)前實際反應(yīng)溫度在800～1400℃間；(2)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)使用純的co2，與高爐內(nèi)焦炭進入風(fēng)口回旋區(qū)前實際的反應(yīng)氣氛不符，焦炭在不同濃度的co2氣氛中的反應(yīng)模式與在純co2氣體中的反應(yīng)模式不同；(3)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)時長為2h，與高爐內(nèi)焦炭進入風(fēng)口回旋區(qū)前實際反應(yīng)時長不符合。隨著高爐實際生產(chǎn)條件的變化，焦炭在高爐內(nèi)經(jīng)歷的反應(yīng)條件也在變化，對于高爐操作，越高的噴煤比，單位焦炭的負(fù)荷時間越長，co2負(fù)荷越大，焦炭參與溶損反應(yīng)的量更大，所以有必要根據(jù)新變化對試驗條件做出新的調(diào)整。
基于以上原因，一直有人從溫度、氣氛等條件對焦炭碳溶反應(yīng)及熱強度的影響做更接近高爐實際情況的研究。日本的西徹和我國的周師庸等學(xué)者都做了大量模擬高爐的高溫配氣試驗，西徹法及周師庸法在800℃以上反應(yīng)時長相差不大，但西徹法測試溫度達到1500℃，高溫區(qū)時間更長，co2負(fù)荷更大，即西徹法中焦炭在co2溶損反應(yīng)中的消耗量更大。胡德生等學(xué)者在專利201510012231.9《冶金焦炭反應(yīng)后強度的評價方法》中通過調(diào)節(jié)焦炭反應(yīng)時溫度、反應(yīng)配氣比例貼合反應(yīng)以及控制焦炭的最終失重率，來模擬焦炭在高爐中的反應(yīng)過程，得到焦炭反應(yīng)后強度用以表征焦炭在高爐內(nèi)的使用狀態(tài)。胡德生等學(xué)者還在專利201210209740.7《焦炭高溫性能的測試方法》中對焦炭進行高溫處理，加熱至終溫后保持恒溫2h，測得反應(yīng)后焦炭的失重率及反應(yīng)后強度，進一步深入評價焦炭的熱性能。孫維周等學(xué)者在專利201010251139.5《高溫環(huán)境下測試焦炭強度和反應(yīng)后強度的方法》中提到，在高溫環(huán)境下使用施壓篩板對焦樣恒速向下施壓，來模擬高爐內(nèi)焦炭在高溫環(huán)境下所受到的溶損及機械破壞作用。郭瑞等學(xué)者提出將焦炭的失重率保持在20％，來評價高反應(yīng)性焦炭的熱態(tài)強度更為合理。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為了解決上述標(biāo)準(zhǔn)cri/csr測試結(jié)果與實際情況不吻合的問題，目的在于提供一種基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法及評價方法。
本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法，用于對不同噴煤比條件下焦炭的熱強度指標(biāo)進行測試，得到焦炭的熱態(tài)強度性能指標(biāo)反應(yīng)失重率ri和鼓后強度i10600，基于熱強度性能指標(biāo)對焦炭的熱強度進行評價，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，按照gb/t4000-2008的規(guī)定制備焦炭樣品；步驟二，調(diào)節(jié)單位質(zhì)量焦炭的反應(yīng)溫度段、升溫速度以及反應(yīng)氣配氣比來模擬不同噴煤比，然后在不同的噴煤比條件下對焦炭樣品進行高溫處理；步驟三，測量經(jīng)步驟二中高溫處理后的焦炭樣品的反應(yīng)失重率ri；步驟四，將經(jīng)步驟二中高溫處理后的焦炭樣品進行轉(zhuǎn)鼓試驗，得到鼓后強度i10600；
其中，步驟二包括以下小步驟：
步驟2-1，將焦炭樣品放入剛玉反應(yīng)器中，升溫，當(dāng)料柱溫度達到400℃時，向剛玉反應(yīng)器里通入n2；
步驟2-2，繼續(xù)升溫，當(dāng)料柱溫度達到預(yù)設(shè)溫度一時，向剛玉反應(yīng)器里通入一定量的反應(yīng)氣，且隨著溫度的升高調(diào)節(jié)反應(yīng)氣的配氣比；
步驟2-3，當(dāng)料柱溫度升溫至設(shè)定溫度二時，切斷反應(yīng)氣，且向剛玉反應(yīng)器里通入n2；
步驟2-4，當(dāng)料柱溫度降至100℃時，切斷n2，繼續(xù)降至室溫。
本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法及評價方法，還可以具有這樣的特征：其中，焦炭樣品在高溫過程中取樣質(zhì)量為200g±0.5g，焦炭樣品粒數(shù)為定值。
本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法，還可以具有這樣的特征：其中，反應(yīng)氣為co2和n2的混合氣。
本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法，還可以具有這樣的特征：其中，反應(yīng)氣的流量配氣比co2:n2為1:7～3:1，在步驟二的高溫處理過程中，co2的通量為125～197l，反應(yīng)氣總量為900～996l。
本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法，還可以具有這樣的特征：其中，反應(yīng)溫度段為800～1350℃，預(yù)設(shè)溫度一為800℃，預(yù)設(shè)溫度二為1350℃。
本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法，還可以具有這樣的特征：其中，升溫速率為2℃/min～5℃/min。
本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法，還可以具有這樣的特征：其中，反應(yīng)失重率ri是按照gb/t4000-2008中關(guān)于反應(yīng)失重率的部分進行測定的。
本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法，還可以具有這樣的特征：其中，鼓后強度i10600是按照gb/t4000-2008中關(guān)于鼓后強度的部分進行測定的。
本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法，具有這樣的特征：其中，使用上述測定方法來測定不同噴煤比條件下焦炭樣品的所應(yīng)失重率ri和鼓后強度i10600，
利用反應(yīng)失重率ri和鼓后強度i10600對不同煤種制得的焦炭樣品在高爐內(nèi)經(jīng)碳溶損反應(yīng)后的熱強度進行評價。
發(fā)明的作用與效果
根據(jù)本發(fā)明所涉及的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法及評價方法，得到不同煤種制得的焦炭樣品反應(yīng)失重率ri和鼓后強度i10600，該指標(biāo)反映了不同煤種制得的焦炭樣品在高爐內(nèi)經(jīng)碳溶損反應(yīng)后的熱強度，該評價方法模擬不同噴煤比條件下熱強度變化規(guī)律，尤其關(guān)注不同煤種焦炭可能出現(xiàn)的規(guī)律差異。本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，針對性強，通過評價焦炭在高爐內(nèi)的劣化程度，達到優(yōu)化配煤方案、指導(dǎo)煉焦配煤、降低配煤成本的目的。
附圖說明
圖1為四種典型焦樣的標(biāo)準(zhǔn)熱強度指標(biāo)和不同噴煤比條件下熱強度指標(biāo)的趨勢圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法及評價方法的組成、工作原理以及有益效果作具體闡述。
按gb/t4000-2008規(guī)定的方法，制備焦炭樣品，根據(jù)寶鋼大高爐容積、生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)及試驗爐的實際情況并通過物料衡算確定不同的噴煤比反應(yīng)條件，對焦炭進行模擬不同噴煤比條件下的碳溶損反應(yīng)。先稱取200g±0.5g焦炭樣品放入剛玉反應(yīng)器中，當(dāng)料柱溫度升到400℃時，按0.8l/min的流速通入n2。當(dāng)溫度升到800℃時，保溫10分鐘，待料柱實際溫度在800℃平衡后通入co2/n2氣體，按2℃/min～5℃/min的速度繼續(xù)升溫，且隨著溫度的升高調(diào)節(jié)反應(yīng)氣的配氣比，當(dāng)溫度升到反1350℃時，切斷co2/n2氣體，按0.8l/min的流速通入n2對焦炭樣品樣進行降溫保護。當(dāng)料柱溫度降到100℃時，切斷n2。
稱重，計算降到室溫的焦炭樣品的反應(yīng)失重率ri。用高溫反應(yīng)后的焦炭進行轉(zhuǎn)鼓試驗，稱取一定質(zhì)量高溫處理后的焦炭樣品放入i型轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，以20r/min的速度轉(zhuǎn)動30分鐘，共600轉(zhuǎn)，取出，用φ10mm圓孔篩篩分焦炭樣品的轉(zhuǎn)后樣，稱量圓孔篩上的剩余的轉(zhuǎn)后樣；計算得到鼓后強度i10600。
根據(jù)以上步驟對焦炭樣品進行模擬低噴煤比反應(yīng)和模擬高噴煤比反應(yīng)，得出相應(yīng)的ri和i10600，進一步得出焦炭在模擬低、高噴煤比操作下熱強度的變化規(guī)律。
下結(jié)合實施例1-4來詳細說明本實施例中的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法及評價方法的使用方法和工作原理。
實施例1
按gb/t4000-2008的試驗標(biāo)準(zhǔn)進行制樣，稱量某氣煤焦樣200g，按照國標(biāo)法進行反應(yīng)，測得cri/csr為57.8/27.4。按照發(fā)明內(nèi)容步驟對該氣煤焦進行模擬低噴煤比反應(yīng)操作，以2.44℃/min的升溫速率從800℃升到1350℃，反應(yīng)時間為225分鐘，反應(yīng)氣體中的co2占總氣量的14％，混合氣總量為900l，測量出焦炭的反應(yīng)失重率為28.6％，反應(yīng)鼓后強度為61.2％。按照發(fā)明內(nèi)容步驟對該氣煤焦進行模擬高噴煤比反應(yīng)操作,以2.08℃/min的升溫速率從800℃升到1350℃，反應(yīng)時間為249分鐘，反應(yīng)氣體中的co2占總氣量的20％，混合氣總量為996l，測量出焦炭的反應(yīng)失重率為38.2％，反應(yīng)鼓后強度為52.4％。
實施例2
按gb/t4000-2008的試驗標(biāo)準(zhǔn)進行制樣，稱量某1/3焦煤焦樣200g，按照國標(biāo)法進行反應(yīng)，測得cri/csr為24.1/55.2。按照發(fā)明內(nèi)容步驟對該1/3焦煤焦進行模擬低噴煤比反應(yīng)操作，以2.44℃/min的升溫速率從800℃升到1350℃，反應(yīng)時間為225分鐘，反應(yīng)氣體中的co2占總氣量的14％，混合氣總量為900l，測量出焦炭的反應(yīng)失重率為15.0％，反應(yīng)鼓后強度為66.9％。按照發(fā)明內(nèi)容步驟對該1/3焦煤焦進行模擬高噴煤比反應(yīng)操作,以2.08℃/min的升溫速率從800℃升到1350℃，反應(yīng)時間為249分鐘，反應(yīng)氣體中的co2占總氣量的20％，混合氣總量為996l，測量出焦炭的反應(yīng)失重率為24.0％，反應(yīng)鼓后強度為60.0％。
實施例3
按gb/t4000-2008的試驗標(biāo)準(zhǔn)進行制樣，稱量某肥煤焦樣200g，按照國標(biāo)法進行反應(yīng)，測得cri/csr為22.0/58.5。按照發(fā)明內(nèi)容步驟對該肥煤焦進行模擬低噴煤比反應(yīng)操作，以2.44℃/min的升溫速率從800℃升到1350℃，反應(yīng)時間為225分鐘，反反應(yīng)氣體中的co2占總氣量的14％，混合氣總量為900l，測量出焦炭的反應(yīng)失重率為12.2％，反應(yīng)鼓后強度為70.5％。按照發(fā)明內(nèi)容步驟對該肥煤焦進行模擬高噴煤比反應(yīng)操作，以2.08℃/min的升溫速率從800℃升到1350℃，反應(yīng)時間為249分鐘，反應(yīng)氣體中的co2占總氣量的20％，混合氣總量為996l，測量出焦炭的反應(yīng)失重率為20.6％，反應(yīng)鼓后強度為61.7％。
實施例4
按gb/t4000-2008的試驗標(biāo)準(zhǔn)進行制樣，稱量某焦煤焦樣200g，按照國標(biāo)法進行反應(yīng)，測得cri/csr為18.2/67.4。按照發(fā)明內(nèi)容步驟對該焦煤焦進行模擬低噴煤比反應(yīng)操作，以2.44℃/min的升溫速率從800℃升到1350℃，反應(yīng)時間為225分鐘，反應(yīng)氣體中的co2占總氣量的14％，混合氣總量為900l，測量出焦炭的反應(yīng)失重率為14.4％，反應(yīng)鼓后強度為68.5％。按照發(fā)明內(nèi)容步驟對該焦煤焦進行模擬高噴煤比反應(yīng)操作，以2.08℃/min的升溫速率從800℃升到1350℃，反應(yīng)時間為249分鐘，反應(yīng)氣體中的co2占總氣量的20％，混合氣總量為996l，測量出焦炭的反應(yīng)失重率為18.4％，反應(yīng)鼓后強度為63.8％。
以上實施例1-4測得實驗數(shù)據(jù)如下表1所示。
表1四種典型焦樣在不同反應(yīng)條件下的反應(yīng)失重率及反應(yīng)鼓后強度
由表1可知，由于現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)方法存在反應(yīng)氣量多、反應(yīng)時間短、反應(yīng)溫度低等方面的不合理性，測試出的不同焦樣強度差距較大，當(dāng)采用接近高爐實際的模擬高溫配氣反應(yīng)方法時，這種差距變小。
圖1是四種典型焦樣的標(biāo)準(zhǔn)熱強度指標(biāo)和不同噴煤比條件下熱強度指標(biāo)的趨勢圖。
如圖1所示，在標(biāo)準(zhǔn)方法下，氣煤焦的csr最差，而在模擬低、高噴煤比反應(yīng)條件時相對質(zhì)量提高，與其他三種煤焦相比強度差距明顯縮小，可見氣煤焦這種csr很差的焦炭在經(jīng)過高爐高溫碳溶反應(yīng)后，其真實的熱態(tài)強度并沒有很差。因此在生產(chǎn)配煤中建議可以多用相對低價的氣煤，達到降低配煤成本的目的。
實施例的作用與效果
根據(jù)本發(fā)明所涉及的基于不同噴煤比的焦炭熱強度指標(biāo)的測定方法及評價方法，得到不同煤種制得的焦炭樣品反應(yīng)失重率ri和鼓后強度i10600，該指標(biāo)反映了不同煤種制得的焦炭樣品在高爐內(nèi)經(jīng)碳溶損反應(yīng)后的熱強度，該評價方法模擬不同噴煤比條件下熱強度變化規(guī)律，尤其關(guān)注不同煤種焦炭可能出現(xiàn)的規(guī)律差異。本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，針對性強，通過評價焦炭在高爐內(nèi)的劣化程度，達到優(yōu)化配煤方案、指導(dǎo)煉焦配煤、降低配煤成本的目的。
進一步的本發(fā)明是一種評價焦炭在高爐內(nèi)劣化程度的新方法，是一個體系完整的系列條件試驗，模擬了焦炭在高爐內(nèi)不同噴煤比反應(yīng)條件下的熱行為過程，與以往單一試驗條件不同，可以更系統(tǒng)而全面地反映焦炭在高爐內(nèi)的溶損劣化程度，更真實地評價焦炭的熱態(tài)強度。本發(fā)明適用于評價所有煤種焦炭在高爐內(nèi)劣化的程度，尤其對高揮發(fā)分焦炭在高爐內(nèi)經(jīng)溶損劣化反應(yīng)后的熱態(tài)強度評價更為真實，可避免相關(guān)企業(yè)盲目追求高csr指標(biāo)，進而在保證焦炭具有高強度的前提下優(yōu)化配煤方案。
上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護范圍。