一种无烟块煤热反应强度的检测方法

摘要

一种无烟块煤热反应强度的检测方法，属于冶金技术领域，目的在于提供一种用于无烟块煤替代部分焦炭进行高温冶炼时，检测无烟块煤热反应强度的方法，本发明通过将焦炭和无烟块煤在高温反应器中加热，冷却至室温的样品取出，将样品放入I型转鼓中，以20 r/min的转速共转30 min，随后用φ10 mm的圆孔筛筛分，圆孔筛上的焦炭和无烟煤块分别占反应后样品总量的百分数为焦炭和无烟煤块的反应强度。通过该方法在用无烟块煤铁替代部分焦炭进行高温冶炼时，增加了无烟块煤的质量检测参数，进一步保证炉况的稳定顺行。

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种无烟块煤替代部分焦炭进行高温冶炼时（如高炉冶炼、铁合金冶炼），检测无烟块煤热反应强度的方法。

背景技术

碳质还原剂在高炉或铁合金生产成本中占比过半，若可以使用其他产品代替部分或全部焦炭，将会为钢铁企业大幅度降低成本。长期以来，国内外一直在积极寻找更便宜的焦炭替代品。无烟煤固定碳含量高，低硫，产量大，价格经济，在高炉或铁合金冶炼中代替焦炭的潜力巨大。

目前无烟块煤用于煤化工的研究较多，煤质指标大多适用于指导煤化工企业生产，无烟块煤作为还原剂进入高炉或铁合金行业未做大量研究；除了常用的煤质指标外，需要提出并检测适用于无烟块煤替代部分焦炭用于高炉或铁合金冶炼的参数指标。

焦炭对于高炉冶炼起着重大的作用，是高炉中的热源，还原剂和料柱骨架。焦炭作为骨架作用保证炉内透气、透液性。因此对高炉用焦炭的反应性和反应后强度十分重视。铁合金生产对碳质还原剂检测的性能有化学成分、比电阻、石墨化、反应性、粒度和强度。在矿热炉中进行着一系列物理化学反应，碳质还原剂不仅影响炉料还原反应的进行，而且影响炉内电流分布和电极位置，进而影响炉膛温度分布和炉料透气性，严重时可能发生塌料爆炸等事故。

无烟煤的强度一般指机械强度，用得比较多的是转鼓试验法，另一种是测量在一定高度自由掉落时的“击碎指数”。但是无烟块煤替代部分焦炭用于高炉或矿热炉内时，不仅需要检测机械强度，还需关注热反应强度。

查阅文献发现有铁合金企业进行了以煤代焦的工业试验，其中包括兰炭、烟煤、无烟煤以及复合碳质，详细地叙述了工业试验的过程及结果，并未对碳质还原剂进行质量检测并提出指标要求。高炉配加块煤实验中对比了成分、发热值和转鼓强度等指标。CN101392348A公开了一种小颗粒无烟煤部分焦炭生产高碳铬铁的方法，提出了无烟煤和焦炭的质量比例，无烟煤的成分要求和粒度要求。

上述文献和专利没有提出适应于高炉或铁合金的冶炼特点的无烟块煤强度检测方法。本文根据炉内碳热反应和原料构成，设计了一种无烟块煤热反应强度的检测方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，根据炉内碳热反应和原料构成，提供一种无烟块煤热反应强度的检测方法，用于无烟块煤替代部分焦炭进行高温冶炼时（如高炉冶炼、铁合金冶炼），检测无烟块煤热反应强度。

本发明采用如下技术方案：

一种无烟块煤热反应强度的检测方法，包括如下步骤：

第一步，将焦炭和无烟块煤装入底部带有若干孔的刚玉坩埚中；

第二步，将刚玉坩埚置于高温反应器中，连接好气路管道，检查无误后开始升温，升温速率为10℃/min，加热至400℃后，通入氮气保护，加热至1100℃后，保持恒温，吹入二氧化碳气体或二氧化碳气体和一氧化碳气体的混合气体，持续2h，2h后气体改为氮气，并停止加热；

第三步，将冷却至室温的样品取出，对焦炭和无烟煤块进行分离称量，称量后，将样品放入I型转鼓中，以20 r/min的转速共转30 min，随后用φ10 mm的圆孔筛筛分，圆孔筛上的焦炭和无烟煤块分别占反应后样品总量的百分数为焦炭和无烟煤块的反应强度。

第一步中所述焦炭和无烟煤块的质量比为1:1。

第一步中所述焦炭和无烟煤块的粒度为20-25mm。

第二步中所述氮气保护的氮气通入速率为0.8L/min，二氧化碳气体的通入速率为5L/min或0.5L/min的二氧化碳气体和3.5L/min的一氧化碳气体的混合气体，2h后的氮气通入速率为0.8L/min。

本发明的有益效果如下：

1. 通过该方法在用无烟块煤铁替代部分焦炭进行高温冶炼时，增加了无烟块煤的质量检测参数，进一步保证炉况的稳定顺行。

2. 使用焦炭与无烟块煤混合样品进行检测，更加符合实际生产情况。不仅可以得知无烟块煤的热反应强度，也使得不同质量比例焦炭和无烟块煤之间的互相影响可以清晰地展现。

具体实施方式

一种无烟块煤热反应强度的检测方法，包括如下步骤：

第一步，将共200 g粒度为20-25 mm的焦炭和无烟块煤装入底部带有若干孔的刚玉坩埚中（焦炭和无烟块煤的质量比例随工业试验中以煤代焦的比例而定，并非定值。若并未进行工业试验，可先使用100 g焦炭和100 g无烟块煤的比例进行测量）；

第二步，将刚玉坩埚置于高温反应器中，连接好气路管道，检查无误后开始升温，升温速率为10℃/min，加热至400℃后，通入氮气保护，加热至1100℃后，保持恒温，吹入二氧化碳气体或二氧化碳气体和一氧化碳气体的混合气体，持续2h，2h后气体改为氮气，并停止加热（若专于冶炼某种特定合金，可依照炉气成分调整二氧化碳气体比例）；

第三步，将冷却至室温的样品取出，对焦炭和无烟煤块进行分离称量，称量后，将样品放入I型转鼓中，以20 r/min的转速共转30 min，随后用φ10 mm的圆孔筛筛分，圆孔筛上的焦炭和无烟煤块分别占反应后样品总量的百分数为焦炭和无烟煤块的反应强度。

实施例1

待测样品为200g无烟块煤，1100℃下的气体成分为5 L/min的二氧化碳，无烟块煤的热反应强度为15.6%。具体检测方案如下表所示。

实施例2

待测样品为100g无烟块煤A和100g焦炭，参考高碳铬铁的炉气成分，1100 ℃下的气体成分为3.5 L/min的一氧化碳，0.5 L/min的二氧化碳和0.8 L/min的氮气。无烟块煤的热反应强度为46.2%，焦炭的热反应强度为78.8%。具体检测方案如下表所示。

实施例3

待测样品为100g无烟块煤B和100g焦炭，参考高碳铬铁的炉气成分，1100 ℃下的气体成分为3.5 L/min的一氧化碳，0.5 L/min的二氧化碳和0.8 L/min的氮气。无烟块煤的热反应强度为39.5%，焦炭的热反应强度为77.8%。具体检测方案如下表所示。

组实例为该检测方法的灵活使用，实例1的检测结果可与国标下焦炭的反应后强度参数做对比，比较两者做还原剂的优劣。而实例2和实例3为该方法的一般情况，即使用焦炭与无烟块煤混合样品进行检测，适用于各种工业实验场景，进行不同种类无烟煤之间的对比，同时可观察焦炭和无烟块煤之间的互相影响。