焦炭抗拉強(qiáng)度

顯微強(qiáng)度是反映焦炭基質(zhì)的強(qiáng)度，排除了氣孔的影響，而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是反映了包括氣孔在內(nèi)的強(qiáng)度。故抗拉強(qiáng)度不但與基質(zhì)強(qiáng)度有關(guān)，并且與焦炭的氣孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此抗拉強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的相關(guān)性比與顯微強(qiáng)度的相關(guān)性好 。

抗拉強(qiáng)度與焦樣的氣化量呈現(xiàn)很好的線性相關(guān)性。隨氣化量的增加，焦樣的抗拉強(qiáng)度明顯下降。將未反應(yīng)的焦樣與部分氣化后的焦樣進(jìn)行觀察比較，發(fā)現(xiàn)焦樣在未反應(yīng)前，其氣孔較小，分布較好，形狀較規(guī)則，接近圓形，基體的均勻性和連續(xù)性好，基質(zhì)致密，裂紋少。經(jīng)部分氣化后的焦樣，在電鏡下可看到：氣孔擴(kuò)大，其氣孔率增加，基質(zhì)的均勻性與連續(xù)性被破壞，原有的裂紋向縱深方向擴(kuò)展，并形成了新的裂紋，焦基質(zhì)變得松散，多孔穴，多裂紋。氣化量為12. 94 % 的焦樣，在電鏡下可看出，焦樣的氣孔擴(kuò)大，并且產(chǎn)生了許多小氣孔，氣孔的形狀稍有變化，基體連續(xù)性減弱，且孔壁產(chǎn)生微裂紋。隨氣化量的增加，焦樣氣孔不斷擴(kuò)大，并向里層延伸，孔壁也產(chǎn)生了孔穴，并逐漸加深加大。但氣化量達(dá)到38. 48 % 后，電鏡下觀察到，焦樣連續(xù)的基體幾乎全解體，氣孔大而不規(guī)則，已成為孔洞，孔壁的裂紋已發(fā)展成為裂隙，基質(zhì)顯得很疏松、脆弱，因此焦樣的抗拉強(qiáng)度下降顯著 。

焦炭抗拉強(qiáng)度(tensile strength of coke)是指膠炭在拉力作用下斷裂時(shí)，其單位面積巨承受的力，即焦炭斷裂時(shí)所能承受的最大拉應(yīng)力，是從炭力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)之一 。

焦炭是高爐操作重要的原料，隨著高爐的大型化，高效化，對(duì)焦炭提出了更高的要求。工業(yè)生產(chǎn)中一直沿用轉(zhuǎn)鼓來評(píng)定焦炭的強(qiáng)度，它是模擬焦炭由焦臺(tái)至高爐運(yùn)輸過程中的破壞狀況(幾何破壞，變形破壞，撞擊破壞和磨損破壞)。但由于破壞機(jī)理復(fù)雜，難以建立相應(yīng)理論，使不同試驗(yàn)方法有較好的相關(guān)性。因而人們就從不同層次來研究焦炭的強(qiáng)度，如表征焦質(zhì)強(qiáng)度的顯微強(qiáng)度; 表征氣孔結(jié)構(gòu)與焦質(zhì)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以及表征焦質(zhì)、氣孔及微裂紋的抗拉強(qiáng)度等。

中等變質(zhì)程度的煤所得的焦炭強(qiáng)度高，低變質(zhì)程度與高變質(zhì)程度的煤所得焦炭強(qiáng)度低。這是由于中等變質(zhì)程度的煤中，惰性物組分與活性組分的比例適當(dāng)。在煤炭化初期生成的液相產(chǎn)物較多，且液相產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性好，粘度較小，流動(dòng)性好，透氣性差。故焦質(zhì)層內(nèi)固體粒子完全浸潤，粒間空隙被充填滿。因焦質(zhì)體透氣性差，塑性體內(nèi)部膨脹壓力大，有利于變型粒子間的粘結(jié)，固化時(shí)收縮較少。因此，由中等變質(zhì)程度的煤煉得的焦炭，裂紋少，連續(xù)性好，質(zhì)地較均一，所得焦炭的光學(xué)組織以鑲嵌型和不完全纖維為主，故抗拉強(qiáng)度高。而氣煤，在熱分解過程中生成的流動(dòng)相熱穩(wěn)定性差，很快分解成氣體而析出，且產(chǎn)生的自由基化學(xué)縮聚活性太強(qiáng)，縮聚產(chǎn)物分子量迅速增長，層片間生成大量的交聯(lián)鍵，使中間相無法生長和長大，生成各向同性炭，另外氣煤的活性組分過多，膠質(zhì)體透氣性好，所得的焦炭氣孔較多，焦炭粒子間界面結(jié)合差，所以焦炭抗拉強(qiáng)度低 。

對(duì)于高煤化度的瘦煤來說，其惰性物含量過多，作為粘結(jié)劑的活性組分不足。在炭化初期，生成的液相產(chǎn)物量少，流動(dòng)性差，軟固化溫度間隔小，不能將固體粒子間的空隙填滿。焦炭的各相異性組織以流動(dòng)型和區(qū)域型為主，因而瘦煤焦炭的強(qiáng)度也低。所以，從以上的分析表明，焦炭的抗拉強(qiáng)度與煤的變質(zhì)程度間呈拋物線關(guān)系。

根據(jù)配煤煉焦理論，可將煤分成粘結(jié)組分和纖維組分，獲得優(yōu)質(zhì)焦炭的基本條件是: 提高纖維組分的強(qiáng)度，以及使纖維組分和粘結(jié)組分維持合適的比例范圍。粘結(jié)性差的煤，無論其纖維組分強(qiáng)度如何，由該煤煉得的焦炭強(qiáng)度低，強(qiáng)粘結(jié)的焦煤，其纖維組分和粘結(jié)組分的比例合適，纖維組分強(qiáng)度較大，所得焦炭的強(qiáng)度高。過高的肥煤、氣肥煤其活性組分過多，且纖維組分強(qiáng)度較低，因此所得焦炭強(qiáng)度又下降。而煤中活性組分主要是鏡質(zhì)組，根據(jù)不同的煤反射率不同，將鏡質(zhì)組分為不同的組型，不同的組型其容惰能力不同，通過配煤使其中活性物與惰性物達(dá)到最佳比例，可預(yù)測焦炭的強(qiáng)度，指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。

1.冶金焦和7kg試驗(yàn)小焦?fàn)t配煤焦炭的抗拉強(qiáng)度與顯微強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相關(guān)性差。7kg試驗(yàn)小焦?fàn)t的單種煤焦炭的抗拉強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相關(guān)性好，與顯微強(qiáng)度相關(guān)性也較差 。

2.焦炭在1100 ℃下，與CO₂反應(yīng)屬于深層均一反應(yīng)，焦樣隨其氣化量增加，抗拉強(qiáng)度明顯下降，兩者之間線性關(guān)系較好。

3.抗拉強(qiáng)度的平均值表示法，不能反映焦炭質(zhì)量的均勻性，而焦炭的均勻性是很重要的，因此尋求更恰當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度表征乘數(shù)有待進(jìn)一步研究。2100433B

焦炭力學(xué)性質(zhì)是指是用材料力學(xué)方法測量和研究焦炭所得的焦炭性質(zhì)。有焦炭抗壓強(qiáng)度、焦炭抗拉強(qiáng)度、風(fēng)炭顯微強(qiáng)度和焦炭楊氏模量等。這些性質(zhì)與焦炭氣孔壁強(qiáng)度、焦炭氣孔結(jié)構(gòu)、焦塊中的裂紋直接相關(guān)。以材料力學(xué)方法研究焦炭是20世紀(jì)70年代以來才開始的，尚不成熟，但它可以更深入地評(píng)定焦炭材料和焦炭多孔體的強(qiáng)度，揭示焦炭性質(zhì)與結(jié)構(gòu)間的內(nèi)在關(guān)系 。

焦炭灰是多種氧化物的混合物，焦炭灰熔點(diǎn)就是多種氧化物在受熱時(shí)形成共熔物的熔融溫度，它與灰成分中酸性氧化物同堿性氧化物的比值(SiO₂ Al₂O₃)/( Fe₂O₃ CaO MgO)有密切關(guān)系，該比值愈大，則灰熔點(diǎn)愈高通常焦炭灰熔點(diǎn)和煤的灰熔點(diǎn)均以三個(gè)特性溫度，即變形溫度、軟化溫度和流動(dòng)溫度表示 。

焦炭物理性質(zhì)

焦炭物理性質(zhì)包括焦炭篩分組成、焦炭散密度、焦炭真相對(duì)密度、焦炭視相對(duì)密度、焦炭氣孔率、焦炭比熱容、焦炭熱導(dǎo)率、焦炭熱應(yīng)力、焦炭著火溫度、焦炭熱膨脹系數(shù)、焦炭收縮率、焦炭電阻率和焦炭透氣性等。

焦炭的物理性質(zhì)與其常溫機(jī)械強(qiáng)度和熱強(qiáng)度及化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。焦炭的主要物理性質(zhì)如下：

平均比熱容為 0.808kj/（kgk）（100℃），1.465kj/（kgk）（1000℃）

熱導(dǎo)率為 2.64kj/（mhk）（常溫），6.91kj/（mhk）（900℃）；

著火溫度（空氣中）為 450-650℃；

干燥無灰基低熱值為 30-32KJ/g；

焦炭化學(xué)成分

焦炭反應(yīng)性與二氧化碳、氧和水蒸氣等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的能力，CRI =(G0—G1）/G0×100%（注：G0----試驗(yàn)焦炭樣重量，g；G1----反應(yīng)后焦炭樣重量，g；）。焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度是指反應(yīng)后的焦炭再機(jī)械力和 熱應(yīng)力作用下抵抗碎裂和磨損的能力。焦炭在高爐煉鐵、鑄造化鐵和固定床氣化過程中，都要與二氧化碳、氧和水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于焦與氧和水蒸氣的反應(yīng)有與二氧化碳的反應(yīng)類似的規(guī)律，因此大多數(shù)國家都用焦炭與 二氧化碳間的反應(yīng)特性評(píng)定焦炭反應(yīng)性。

焦炭反應(yīng)性CRI及反應(yīng)后強(qiáng)度CSR的重復(fù)性r不得超過下列數(shù)值：

CRIr≤2.4%

CSR：≤3.2%

焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果均取平行試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值。