高爐焦炭的理化性質一、焦炭的化學性質1焦炭反應性焦炭與二氧化碳、氧和水蒸汽等進行化學反應的能力。焦炭在高爐冶煉過程中，與CO2、O2和水蒸汽發(fā)生下列化學反應：C+O2XO2+393.3(kJ?mol-1)C+1/2O2TO+110.4(kJ?mol-1)C+CO2…2CO-172.5(kJ?mol-1)C+H2O…CO+H2-131.3(kJ?mol-1)由于焦炭與O2和H2O的反應有與CO2反應相類似的規(guī)律，大多數國家都用焦炭與CO2間的反應特性評定焦炭反應性。焦炭反應性與焦炭塊度、氣孔結構、光學組織、比表面積、灰分的成分和含量等有關;還因測定是所采用的條件，如反應溫度、反應氣組成、反應氣流量和壓力等因素而成改變。所以，評定炭的反應性必須在規(guī)定的條件下(GB4000-83)進行試驗，以反應后失重百分數作為反應指數(Cr)。反應后的焦炭在直徑130mm，長700mm的I型轉鼓中以20r/min速度轉動600轉，然后用10mm篩子篩分，測量篩上物占裝入轉鼓的反應后焦炭量的百分數作為反應后強度Sar，多數國家要求Cr<30%?35%，Sar>48%?50%。在反應條件一定的情況下，焦炭反應性主要受煉焦煤料的性質、煉焦工藝、所得焦炭的結

構以及焦炭灰成分的影響。降低焦炭反應性的措施。一般認為，在煉焦配煤中適當多用低揮發(fā)分煤和中等揮分煤，少用高揮發(fā)煤；

提高煉焦終溫；悶爐操作；增加裝爐煤散密度，調整裝爐煤的粒度組成；干法熄焦；提高焦炭光學各向異

性組織含量；降低氣孔比表面積；降低焦炭灰分(金屬氧化物具有正催化作用，B2O3具有負催化作用)。

有的學者認為，配用低變質程度、弱黏結性的氣煤類煤煉成的焦炭含有大量的各向同性結構，有著良好的

抗高溫堿侵蝕性能。2焦炭的燃燒性作為燃料是焦炭的主要用途，發(fā)熱量、著火溫度等是焦炭的重要參數。焦炭的發(fā)熱量。焦炭的發(fā)熱量是用氧彈量熱計測定的，按GB-213標準進行，操作精細，誤差可在125J/g以內。焦炭中的碳、氫、硫、氮都能與氧化合，由其反應熱可以計算出焦炭的發(fā)熱量，其值在33400?33650J/g。對焦炭CO2反應性有影響的各因素對焦炭的燃燒性也具有相同的影響。焦炭的著火點。焦炭的著火點是指焦炭在干燥的空氣中產生燃燒現象的最低溫度。測定焦炭著火點的方法，習慣上采用1943年布萊登和賴利等人設計的方法，高爐焦著火溫度為550?650°C。3焦炭抗堿性它是焦炭在高爐冶煉過程中抵抗堿金屬及其鹽類作用的能力。雖然焦炭本身的鉀、鈉堿金屬含量很低(約0.1%?0.3%)，但在高爐冶煉過程中，由礦石帶入大量的鉀、鈉，并富集在焦炭中(可高達3%以上)，對焦炭反應性、焦炭機械強度和焦炭結構均會產生有害的影響，危及高爐操作。提高焦炭抗堿能力的措施有：采取各種措施降低焦炭與CO2的反應性，提高反應后強度。從高爐操作采取措施，降低高爐爐身上部溫度，減少堿金屬在高爐的循環(huán)，從而降低焦炭中的鉀、鈉富集量。煉焦煤料適當配用低變質程度弱黏結性氣煤類煤。二、焦炭的物理性質1焦炭比熱容焦炭比熱容即為單位質量的焦炭溫度升高1度所需的熱量數值，以kJ/(kg?K)表示。焦炭比熱容與溫度、原料煤的煤化度、焦炭的揮發(fā)分和灰分等因素有關。焦炭在0?1000°C范圍內瞬時比熱容的變化關系為：CC=0.836+1.53X10-3(T—273)—5.4X10-7(T—273)2隨著原料煤的煤化度提高，焦炭比熱容隨之下降。焦炭比熱容隨焦炭揮發(fā)份的升高而增加：CC(20C)=0.795+0.05Vdaf式中：Vda—焦炭干燥無灰基揮發(fā)分，％。焦炭中灰分提高，焦炭比熱容降低，焦炭中灰分的瞬時比熱容為：CA=0.795+5.06X10-4(T—273)+1.338X10-7(T—273)2含有灰分(干基)的焦炭，其比熱容可由灰分的碳的比熱容加和計算：式中：Ad——焦炭干基灰分，%一般工業(yè)焦炭的灰分范圍為5%?15%，比熱容總變化量不大于1%。2焦炭熱導率熱量從焦炭的高溫部位向低溫部位傳遞時，單位距離上溫差為1開氏溫度的傳熱速率以W?(m?K)-1表示。焦炭熱導率為：式中：6——高溫點與低溫點間的距離，mdt——高溫點與低溫點間的溫度，KdQ——傳熱速率，J?s-1。與此有關的熱擴散率a(m2?s-1)，可根據熱導率入和比熱容c[kJ?(kg?K)-1]確定，即式中：p 密度，kg?m-3.室溫下焦塊的熱導率大致為0.58?0.81W?(m?K)-1,并隨溫度的升高呈近似直線地增加。焦炭的熱導

率和熱擴散率隨視密度和灰分的增加、氣孔率的降低以及裂紋的減少而增大。原料煤的煤化度提高時，因

含碳量增加，所制得的焦炭熱導率和熱擴散率也隨之增高。3焦炭熱膨脹系數棒狀焦炭試樣在受熱過程中，溫度每升高1K的伸長量與試樣原長的比值。焦炭線膨脹系數為：式中：L 試樣原長，mdt——溫度增加量，KdL 試樣伸長量，m在20?1000C范圍內，焦炭隨溫度的升高而膨脹，加熱溫度超過煉焦終溫時，焦炭將呈現出某些收縮。焦炭的熱膨脹系數與生產焦炭和原料煤種類、加熱速度和與焦樣在炭化室內經歷的熱流方向有關。焦炭加熱時所產生的破壞，主要取決于焦炭本身結構的不均一性加熱速度。由各單種煤煉得的焦炭在100?1000C范圍內的平均線脹系數為：(4.8?6.7)X10-6(K-1)。4焦炭收縮率焦炭試樣重新加熱到高于煉焦終溫后，產生的收縮量占原來長度的百分率。焦炭受熱時先發(fā)生膨脹，繼續(xù)加熱到煉焦終溫后，焦炭開始收縮。焦炭加熱到1400°C以上時，收縮率極小，這時焦炭呈現出熱穩(wěn)定性。焦炭試樣加熱到1400C時的平均收縮率為0.3%?1.4%，焦炭的收縮率與原料煤的組成有關。5焦炭熱應力焦炭受熱時，因內部結構和性質不均一，以及各部位的溫度梯度而產生的應力。焦炭熱應力為：式中：a——焦炭線脹系數，K-1E——焦炭楊氏模量，MPa△t——焦塊表面與中心之間的溫度差，C，在高爐中因焦塊大小和所在部位而異，一般可達100?300C。前蘇聯(lián)曾測得工業(yè)焦炭在不同加熱溫度下的焦炭熱膨脹系數和焦炭楊氏模量，見表1。表1焦炭在不同溫度下的熱膨脹系數和楊氏模量焦炭溫度，C500750100012501500線膨脹系數，K-16.0X10-66.0X10-66.0X10-64.5X10-62.3X10-6楊氏模量，MPa36503650372037303840高爐內焦炭熱應力因所處位置和塊度大小不同，在0.3?2.9MPa范圍內波動。焦炭內的熱應力是粒度>60mm焦炭在高爐內破碎的原因之一。6焦炭電阻率電阻率又稱比電阻：式中：R——材料的電阻，0S——測量電阻率試樣的斷面積，m2L 試樣的長度，m其值取決于制備焦炭所用原料煤的煤化度、焦炭灰分含量、炭化溫度以及焦炭結構，焦炭電阻率是焦炭的重要特性之一，可用于評價焦炭的成熟度，也可用于評定焦炭的微觀結構。7焦炭的篩分組成中國國家標準(GB2005-80)規(guī)定，用25、40、60和80mm的一組標準方孔篩對塊焦進行篩分后，

稱量各個篩級的焦炭，以所得各篩級焦炭質量占試樣總量的百分率表示焦炭的篩分組成。用10mm和40mm

直徑的圓孔篩測定焦炭轉鼓試驗后焦炭粒級的組成。根據篩分組成，可以確定焦炭的平均粒度和焦塊均勻

系數，估算焦炭比表面和焦炭堆積體的空隙體積等焦炭的物理特性。(1)計算平均粒度。算術平均粒度為:

式中：ai——各粒級的質量百分數，%di——各粒級的平均尺寸，mm，用相應粒級的上、下限的平均值計算。調和平均粒度為：式中：dh——根據焦塊的表面積與相應球體表面積相等為條件得出的平均直徑，與焦炭表面積有關，常用

以計算焦炭層的阻力和透氣性。(2)計算焦炭粒度均勻性系數K均。大型高爐用焦炭的K均為：式中：a25-40、a40-80和a>80——各相應粒級焦炭的質量百分含量，%中、小型高爐用焦炭的K均為：估算焦炭的比表面。如焦炭篩分組成用80、60、40、25和10mm五級篩測得，則焦炭的比表面為：式中：S——焦炭的比表面，cm2?kg-1a——各相應粒級的質量百分率，%估算焦炭堆積體的空隙體積。若焦炭篩分組成用80、60、40、25和10mm五級篩測定，則空隙體積為：式中：V—焦炭的空隙體積，cm3?kg-1。8焦炭堆積密度它是單位體積內塊焦堆積體的質量，kg?m-3。測量焦炭堆積密度是用一定容積的箱子，將焦炭自由地放入，頂面持平，然后稱量焦炭凈重并除以容積，即為堆積密度pb。焦炭堆積密度(pb)取決于焦炭視密度(pa)和焦塊之間的空隙體積V，三者之間存在以下關系：pb值在400?520(kg?m-3)范圍之內。焦炭堆積密度對焦炭透氣性影響很大。隨著焦炭平均塊度

的增加，焦炭堆積密度成比例地減少。大塊焦摻入小塊焦，則焦炭的空隙降低。焦炭的平均塊度下降，堆

積密度pb增加。9焦炭透氣性焦炭透氣性表示氣流通過焦炭料柱的難易程度。它與焦炭篩分組成和焦炭堆積密度有關，通常以一定

流速的氣體通過焦炭料柱時的阻力系數來衡量。這個阻力系數隨焦塊之間空隙體積的增加和焦塊堆積體總

表面的減小而降低。焦炭透氣性的測量通常在實驗室中以特定的條件進行，測定焦炭料柱的阻力，計算阻

力系數Kr(m-1)。式中：△p——焦炭料柱的阻力,Pah——焦炭料柱的高度,m，一般在1.5m以上pai 試驗條件下的空氣密度，kg?m-3；3 空氣的流速,m?s-1。阻力系數Kr與焦炭的調和平均粒度有關，當焦炭的調和平均粒度dh小于40?50mm時，Kr急劇增加。因此，在高爐內當焦炭粒度低于此范圍時，即使粒度有很小的變化，也會對高爐透氣性產生很大影響。此外，當不同粒度的焦炭混合時，使焦炭間的空隙體積減小，Kr將增大。焦炭在運輸和使用過程中，由于受到機械力、熱應力和化學作用而碎裂，使焦炭表面積增加，篩分組成變化，導致焦炭透氣性變差。Kr一般在100?1200范圍內。10焦炭真密度焦炭真密度即焦炭去除孔隙后單位體積的質量。焦炭的真密度一般為1.80?1.95(g?cm-3)焦炭真密度主要受炭化溫度、結焦時間和元素組成的影響。11焦炭視密度焦炭視密度即為干燥塊焦單位體積的質量。焦炭的視密度為0.88?1.08(g?cm-3)。焦炭的視密度隨原料煤的煤化度、裝爐煤散密度、炭化溫度和結焦時間的不同而變化。12焦炭著火溫度焦炭在空氣或氧氣中加熱時