添加剂对焦炭热性质影响的研究
作者：佚名发布时间：1970-01-01
梁鸿飞（安阳钢铁集团有限责任公司，安阳455004)
焦炭热性质是反映焦炭在高炉中行为特性的重要指标，它在高炉冶炼过程中不仅起着提供热源和还原剂的作用，还对高炉料柱起着支撑作用。为保证料柱的透气性，不仅要求焦炭有高的冷强度，更要求有高的热强度和抗溶蚀能力等良好的热态性能。焦炭矿物组成是影响焦炭热性质的重要因素，矿物质对焦炭热性质的影响是通过破坏焦炭微观结构及影响其热反应速度发生的。在对焦炭反应性起负催化作用的几种添加剂中，由于添加剂价格和改质效果的不同，存在改质效果与成本效益最大化的问题。本研究意在通过实验不同的添加剂配比，取得较大的经济效益，研究添加剂对焦炭微观结构的影响，探索焦炭改质的机理。
1 经济适用添加剂配比的确定
1.1 两种添加剂对焦炭热强度改质效果及成本的差异
在对焦炭热强度有影响的不同添加剂中，我们选用效果较为明显的添加剂A和B，对冷态焦炭进行改质处理，研究两种添加剂对焦炭的反应性（CRI)和反应后强度（CSR）的影响。表1列出了两种添加剂对焦炭热性能的不同改质效果，实验所用的添加剂质量分数为5%。
表1两种添加剂的改质效果（％）
|
焦炭试样 |
CSR |
改质效果 |
CRI |
改质效果 |
|
空白 |
61.61 |
- |
27.38 |
- |
|
添加剂A |
71.42 |
+9.81 |
18.88 |
-8.50 |
|
添加剂B |
65.90 |
+4.29 |
25.40 |
-1.98 |
表2 不同配比的添加剂溶液对焦炭热强度的改质效果
|
焦炭试样 |
添加剂A，％ |
添加剂B，％ |
CRS |
改质效果 |
CRI |
改质效果 |
|
1 |
0 |
|
61.61 |
－ |
27.38 |
－ |
|
3 |
60 |
40 |
68.10 |
6.49 |
22.90 |
-4.48 |
|
4 |
70 |
30 |
68.10 |
6.49 |
23.10 |
-4.28 |
|
5 |
80 |
20 |
68.10 |
6.49 |
22.32 |
-5.06 |
|
6 |
90 |
10 |
70.40 |
8.79 |
20.90 |
-6.48 |
|
7 |
100 |
0 |
71.42 |
9.81 |
18.88 |
-8.50 |
由表1可见，在添加剂质量分数5％时，添加剂A的改质效果比较明显，相对于空白试样, CSR增加了9. 81% , CRI降低了8. 50%。添加剂B的改质效果较差，CSR增加了4. 29%, CRI降低了1.98%。两种添加剂的改质效果存在较大差异。而在市场上采购的添加剂，其价格也存在较大差异，添加剂A的价格大约为添加剂B价格的3～4倍。
1.2 两种添加剂混合使用时对焦炭热强度的改质效果
我们将两种添加剂按不同比例混合，进行焦炭的改质试验，得到的结果见表2。从图1和图2可看出，随着添加剂A的增加，改质效果的变化趋势。由图1可看出，CSR随着添加剂A的增加，总体呈上升趋势，但在60%～80％区间的焦炭强度变化不明显，发生较大变化的是在60％和90%的点。因此，在添加剂的配比中，应避开60%～80％的配比，在生产中应根据对焦炭质量的需要，采用60%或90％的配比。而从图2的焦炭反应性变化图中也可得出相同的结论。
图2 CRI随添加剂A的变化情况
2 焦炭改质前后显微结构变化
为观察微观结构，利用扫描电镜对热态焦炭喷洒改性剂溶液前后、与二氧化碳反应前后的焦样进行了微观检测。
2.1 焦炭与二氧化碳反应前微观结构的对比
图3为焦炭与二氧化碳反应前空白样的扫描电镜照片与喷洒添加剂后的焦炭扫描电镜照片。从图3照片的对比可看出，相同放大倍数的空白样的孔隙大、密、深，呈现浑圆状，较规则。而喷洒改性剂溶液后焦炭的孔隙小、少，并且不规则。改性剂或充填于其中（照片孔洞中的颗粒体）或形成雪花状、网络状碳化物（照片中亮白色物质），既对反应气体形成了屏蔽，又加强了自身强度。
反应前（空白样放大200倍） 反应前（处理样放大200倍）
图3 焦炭与二氧化碳反应前的微观结构图
反应后（空白样放大200倍） 反应后（2％处理样放大200倍）
图4 焦炭与二氧化碳反应后的微观结构图
2.2 焦炭反应后微观结构对比
图4为焦炭与二氧化碳反应后空白样的扫描电镜照片与经添加剂改质后的焦炭扫描电镜照片。从图4的对比可看出，对于气化反应后的焦样来说，空白样的孔大、壁薄，而溶液处理后的焦样在反应后孔隙小、少，而且在空隙的周围形成了白色的筋带（照片中较宽的亮白色条带），有利于反应后强度提高。
3 结论
由电镜扫描的结果可知，通过对冶金焦炭喷洒改性剂，改性剂中的部分物质能吸附和渗透到焦炭表层，并在焦炭表面形成屏蔽保护膜，阻止二氧化碳向焦炭内层扩散，抑制焦炭与二氧化碳的溶损反应进行；另有部分物质可填充焦炭气孔，控制二氧化碳向焦炭内层的扩散速率，降低焦炭与二氧化碳的溶损反应，从而改善焦炭热态性能，即降低CRI，提高CSR。
