本發(fā)明屬于焦化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高爐用焦炭反應(yīng)性的檢測(cè)

技術(shù)背景

高爐冶煉需要焦炭有穩(wěn)定而適宜反應(yīng)性。目前最常用的檢測(cè)焦炭反應(yīng)性的方法是國(guó)標(biāo)GB/T 4000-2008，該方法采用的是200g粒度為23～25mm的塊狀焦炭在1100℃與流量為5L/min的二氧化碳反應(yīng)120min后，用焦炭質(zhì)量損失的百分率表示焦炭反應(yīng)性指數(shù)CRI(％)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求該方法需要在20kg焦炭中破碎、篩選出200g符合要求的試樣，所需的試樣量較多，適用于工業(yè)焦炭的檢測(cè)和規(guī)模較大的試驗(yàn)。而對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室中研究配煤煉焦效果的公斤級(jí)小規(guī)模煉焦試驗(yàn)并不適用。因此需要一種檢測(cè)少重量、小粒度焦炭試樣反應(yīng)性的方法，檢測(cè)的的指標(biāo)要與CRI有很高的相關(guān)性。

CN101710054A提供了一種焦炭反應(yīng)性的測(cè)定方法，首先將焦炭破碎至74～386μm，然后放入特制坩堝中，采用熱天平連續(xù)測(cè)焦炭試樣在氣化反應(yīng)中的重量變化并繪制重量-溫度圖。以焦炭的開(kāi)始反應(yīng)溫度做為表征焦炭反應(yīng)性的指標(biāo)，但該發(fā)明使用內(nèi)徑1-4mm、高1-6mm的坩堝，只能測(cè)量粉末狀(微米級(jí))焦炭試樣。微米級(jí)的粉末狀焦炭基本排除了二氧化碳在焦炭孔結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散的影響，而塊狀焦炭在與二氧化碳的反應(yīng)過(guò)程中存在明顯的內(nèi)擴(kuò)散作用，其反應(yīng)性在一定程度上受自身孔結(jié)構(gòu)的影響。因此微米級(jí)焦炭的氣化反應(yīng)性與塊狀焦炭反應(yīng)性的相關(guān)性不明顯。

綜上所述，特別需要一種檢測(cè)少重量、小粒度焦炭試樣反應(yīng)性的方法作某些情況下國(guó)標(biāo)CRI指標(biāo)的補(bǔ)充。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明在1100℃測(cè)試條件下，粒度為20mm左右的塊狀焦炭的氣化反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)與內(nèi)擴(kuò)散混合控制的，粒度為3-6mm的顆粒狀焦炭的氣化反應(yīng)過(guò)程是由混合控制逐漸轉(zhuǎn)入內(nèi)擴(kuò)散控制。本發(fā)明依據(jù)顆粒狀焦炭氣化反應(yīng)過(guò)程控制轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)，檢測(cè)得到顆粒狀焦炭與塊狀焦炭反應(yīng)性CRI高度相關(guān)的反應(yīng)速率指標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，提出一種檢測(cè)少重量、小粒度焦炭試樣反應(yīng)性的檢測(cè)方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種冶金焦炭與二氧化碳?xì)饣磻?yīng)性的測(cè)定方法：

(1)將500g焦炭進(jìn)行破碎、篩分，稱(chēng)量，得到3-6mm的試樣20g，將試樣裝入內(nèi)徑20mm的反應(yīng)管中；

(2)將反應(yīng)管在加熱爐內(nèi)從室溫升至1100℃，400℃以后通入氮?dú)獗Ｗo(hù)試樣不被氧化，到達(dá)1100℃以后切斷氮?dú)?，改通入二氧化碳與試樣進(jìn)行氣化反應(yīng)；

(3)60min后停止加熱，并切斷二氧化碳，改通入氮?dú)獗Ｗo(hù)試樣直至試樣冷卻；

(4)計(jì)算試樣轉(zhuǎn)化率為3％～10％之間的平均轉(zhuǎn)化速率v_3-10(％/min)。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：

(1)避免使用大量試樣，適于公斤級(jí)的煉焦配煤實(shí)驗(yàn)對(duì)檢測(cè)焦炭反應(yīng)性的要求；

(2)減少了測(cè)試過(guò)程的粉塵污染和有害氣體的排放；

(3)由于該粒度級(jí)別焦炭轉(zhuǎn)化率為3％～10％之間的反應(yīng)模式為化學(xué)反應(yīng)與內(nèi)擴(kuò)散混合控制，控制模式與塊狀焦炭氣化反應(yīng)的控制模式相同，因此檢測(cè)得到的指標(biāo)與國(guó)標(biāo)CRI高度相關(guān)。

附圖說(shuō)明

圖1是通過(guò)本發(fā)明檢測(cè)的某種焦炭試樣的轉(zhuǎn)化速率-轉(zhuǎn)化率曲線。

圖2是本發(fā)明檢測(cè)的轉(zhuǎn)化率為3％～10％之間的平均反應(yīng)速率(v_3-10)與國(guó)標(biāo)CRI指標(biāo)的相關(guān)性。

具體實(shí)施方式

(1)將某焦炭試樣稱(chēng)出500g并進(jìn)行破碎、篩分，稱(chēng)量，得到3-6mm的試樣20g，將試樣裝入內(nèi)徑20mm的反應(yīng)管中；

(2)將反應(yīng)管在加熱爐內(nèi)從室溫升至1100℃，400℃以后通入500mL/min的氮?dú)獗Ｗo(hù)試樣不被氧化，到達(dá)1100℃以后切斷氮?dú)飧耐ㄈ?00mL/min的高純二氧化碳與試樣進(jìn)行氣化反應(yīng)，通過(guò)氣體在線分析裝置檢測(cè)反應(yīng)后尾氣中一氧化碳的濃度和二氧化碳的濃度并計(jì)算焦炭氣化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化速率，也可以通過(guò)天平實(shí)時(shí)測(cè)量焦炭試樣的減重量并計(jì)算焦炭氣化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化速率，焦炭試樣的轉(zhuǎn)化速率-轉(zhuǎn)化率曲線見(jiàn)圖1，可見(jiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)化率為3％之前反應(yīng)不穩(wěn)定，控制模式是由外擴(kuò)散控制逐漸轉(zhuǎn)入化學(xué)反應(yīng)控制。3％之后轉(zhuǎn)入化學(xué)反應(yīng)與內(nèi)擴(kuò)散混合控制，達(dá)到10％以后由于灰分層加厚，反應(yīng)氣體和氣體產(chǎn)物穿過(guò)灰分層變得困難，氣化反應(yīng)控制模式由混合控制轉(zhuǎn)入了內(nèi)擴(kuò)散控制；

(3)60min后停止加熱并切斷二氧化碳改通入氮?dú)獗Ｗo(hù)試樣直至試樣冷卻。

(4)計(jì)算轉(zhuǎn)化率為3％～10％過(guò)程的平均轉(zhuǎn)化速率(v_3-10)，計(jì)算得到焦炭試樣1的v_3-10為0.586％/min，以此來(lái)作為評(píng)價(jià)焦炭反應(yīng)性的指標(biāo)。

按以上步驟測(cè)試10種焦炭試樣的v_3-10，見(jiàn)表1。為了驗(yàn)證v_3-10與國(guó)標(biāo)反應(yīng)性指標(biāo)CRI的相關(guān)性，將v_3-10與CRI的作圖并統(tǒng)計(jì)線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R²達(dá)到了0.9763?？梢?jiàn)測(cè)量得到的指標(biāo)v_3-10與CRI具有很高的相關(guān)性。由于沒(méi)有過(guò)細(xì)的破碎，粒徑3-6mm粒焦與粒徑20mm左右的塊焦同樣具有幾十微米以上的中孔和大孔，而文獻(xiàn)研究(崔平，燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，第36卷，280-284頁(yè))表明粒徑20mm的塊焦炭在1100℃左右與CO₂反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為50％之前均為化學(xué)反應(yīng)與擴(kuò)散的混合控制。申請(qǐng)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)3-6mm焦炭在轉(zhuǎn)化率為3-10％之間為化學(xué)反應(yīng)與擴(kuò)散的混合控制，因此v_3-10與CRI的相關(guān)性很高。

表1 焦炭氣化轉(zhuǎn)化率為3％～10％的平均轉(zhuǎn)化速率v_3-10(％/min)和國(guó)標(biāo)CRI(％)