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燃料与化工 Fuel & Chemical Processes
炼焦条件对焦炭质量的影响
炼焦过程是影响焦炭质量的主要因系。为了解不同炼焦操作对焦炭质量产生的影响，澳大利亚煤碳工业基金项目选取3种煤测试炼焦条件对焦炭质量的影响。这些煤代表了典型的硬煤、半硬煤和软焦煤。试验中3种煤标记为高挥发分软焦煤（HVCC）、优质硬焦煤（HCC）和低挥发分半硬质焦煤（LVCC）。选用ALSCoal公司的小型焦炉进行炼焦试验，采用ALSCoal公司标准炼焦条件，该条件升温速率较快，0.5h即可达到900℃。并采用2个较低升温速率炼焦，焖炉时间分别保持Oh和1h。所得焦样用转鼓试验筛分后测定焦炭的孔隙率、反应性（CRI）和反应后强度（CSR）。
炼焦前先把3种煤破碎至<6.3mm，把煤样转移至均质混合器中，加水使煤水分增至8%。手动将煤填充到纸箱内，使其密度为815kg/m（干燥基），然后将填充煤装人宽度为102mm的小型焦炉中。炉墙升温速率由炉墙上加热元件控制。
焦炭冷态强度由改进的米库姆转鼓试验测定改进的试验装置为滚筒式转鼓，与标准米库姆转鼓直径相同.但深度只有标准转鼓的1/4。选用4kg焦样旋转100转，测定<10mm的Ml指数和>30mm的 M指数。同时转鼓可用于筛分焦炭，通过米库姆员筒筛可选出各个粒径，在此过程中可确定破损率和焦炭裂纹大小。通过转鼓试验，得到19~21mm的焦样，用于后续测试。
1）试验方法
（1）孔隙率试验。按照ASTMD167修改后版本测量表观比重（ASG），通过测量<212μm焦炭的相对密度确定焦炭基质的真比重（TSG）。块状焦炭的孔隙率由标准公式得出：孔隙率=100－100 ASG/TSG)。
(2）CRI和CSR试验。CRI和CSR依据ISO 18894测定。取200g19~21mm的焦炭颗粒放入试验炉内，炉内注满氮气后放人工业炉中，使试验炉内温度达到1100℃。温度稳定后向焦炭颗粒通人纯 CO,气体。2h后取出试验炉并在氮气流中冷却，冷
却后的焦炭放人I型转鼓中转600转。 2）结整摄
Nov.2016 Vol. 47 No.6
（1）焦炭强度。在小焦炉试验中，不同煤和炼焦条件对焦炭强度均有不同影响。焦炭在转鼓60 转时可达到破损率稳定。炼焦条件对HCC和 HVCC焦样的破损率影响较弱，对LVCC焦样影响较强。升温速率快，所产焦炭的强度高。此结果也被其他研究证实，升温速率快会增加流动性，从而增加LVCC煤颗粒的黏结性。而当塑性阶段升温速率较慢时，生产出的焦炭强度较低。
焦炭强度也可通过M和Isoo指数表征，试验结果显示，HCC和HVCC焦样的破损率与M3关联较大，LVCC焦样的破损率与M关联小。
（2）CRI。焦炭的孔隙率不仅与惰性衍生物小孔隙有关，也与因结构融合形成的大孔径有关。目前已经证明，焦炭微观孔隙与炼焦条件无关，宏观孔隙和炼焦条件有关。焦炭孔隙增加会增大与CO反应的比表面积，炼焦条件会引起孔隙改变，进而影响反应性。
试验结果显示，HCC和HVCC焦样的孔隙率影响反应性，由于胶质层中较高的升温速率，焦化速度对HCC和HVCC样品的孔隙率影响较大。升温速率快会弓起胶质层流动性增大，导致大孔径合并从而降低孔隙率。HCC焦样孔隙率适中，CRI最小 HVCC焦样孔隙率最高，CRI较高；LVCC焦样孔隙率最低，反应性适中。由此可知焦炭孔隙率只是影响气化机理的部分原因，熔融的LVCC焦样因其煤阶较高，因此反应性较低，
（3）CSR。利用I型转鼓试验测定焦样CSR，因 HCC和LVCC焦样强度较高，与CO,反应后强度也较大，LVCC焦样的CSR完全依赖焦样原有强度，而不是与CO,反应后的强度。对于HVCC焦样，这种关系并不明显。气孔结构也是决定焦炭强度的重要因素，炼焦条件会影响焦炭孔隙率，继而影响CSR，同时煤阶和煤型也会影响其所炼焦炭的CSR。
对于HCC和LVCC焦样，应用ALS标准方法可获得较高焦炭强度。ALS标准方法拥有最佳升温速率，升温速率增大时，可观察到煤颗粒间结块，焦炭强度增加。另外，升温速率增大会增加膨胀性，焦炭颗粒间熔融性增加。