焦炭氣孔結(jié)構(gòu)簡介

焦炭氣孔結(jié)構(gòu)(pare structure of coke)是指炭中氣孔和孔壁的分布狀態(tài) 。焦炭是一種多孔體，氣孔的形狀、大小、數(shù)量、分布和壁厚等氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與焦炭機(jī)械強(qiáng)度和焦炭反應(yīng)性有關(guān)。在同一塊焦炭中，氣孔的大小和壁厚各不相同，分布也極不均勻。氣孔結(jié)構(gòu)取決于煤料性質(zhì)以及煉焦煤準(zhǔn)備和煉焦工藝。由于焦?fàn)t炭化室中不同部位的加熱速度、煤料散密度、煤氣析出途徑等多種因素的差異，所生成的焦炭也具有不同的氣孔結(jié)構(gòu)。因此，測定焦炭的氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，并用次評定焦炭的性能，是研究焦炭的重要內(nèi)容。

焦炭氣孔主要在炭化過程的膠質(zhì)體階段形成，當(dāng)煤在炭化過程中熱解析出揮發(fā)氣體的速度大于氣體擴(kuò)散逸出的速度時(shí)，部分未逸出氣體在新產(chǎn)生的膠質(zhì)體內(nèi)部形成了氣孔。同時(shí)，膠質(zhì)體充滿顆粒間的空隙，導(dǎo)致膠質(zhì)體膨脹。隨著炭化溫度仁升，膠質(zhì)體流動度增大，體系表面張力變小，氣孔開始長大。在氣泡密集的部位也會出現(xiàn)氣孔合并，形成大氣孔。在最大膨脹溫度時(shí)，氣孔達(dá)到最大尺寸。然后，在接近固化溫度時(shí)，伴隨著半焦收縮，氣孔變小。半焦生成后，溫度在600-1000℃之間時(shí)，由于H₂、CH₄等小分子物質(zhì)逸出，也形成一部分氣孔。焦炭氣孔結(jié)構(gòu)的形成取決于原料煤的性質(zhì)(如揮發(fā)分、粘結(jié)性、流動性和活性組分含量等)裝爐煤散密度、裝爐方式、加熱速度、炭化終溫和結(jié)焦時(shí)間等工藝因素。到的大氣孔(尺寸為幾毫米)外，肉眼不能辯認(rèn)的氣孔可分為宏觀氣孔、過渡氣孔和微氣孔。由于研究的目的不同，氣孔的尺寸的劃分也各不相同。一般將小于10nm的氣孔稱作微氣孔。大于這個(gè)尺寸的氣孔稱作過渡氣孔和宏觀氣孔 。

測定氣孔的方法很多。微氣孔可以用氣體吸附法測定；過渡氣孔和宏觀氣孔可用壓汞法，或用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡測定。20紀(jì)70年代以來，采用自動圖象分析儀測定氣孔結(jié)構(gòu)，省時(shí)，誤差少，可以得到氣孔直徑、氣孔壁厚、氣孔周邊長、氣孔數(shù)、氣孔形狀系數(shù)和氣孔分布曲線等多種參數(shù)，用以綜合評價(jià)氣孔結(jié)構(gòu) 。

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 。

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 。

焦炭是高溫干餾的固體產(chǎn)物，主要成分是碳，是具有裂紋和不規(guī)則的孔孢結(jié)構(gòu)體（或孔孢多孔體）。裂紋的多少直接影響到焦炭的力度和抗碎強(qiáng)度，其指標(biāo)一般以裂紋度（指單位體積焦炭內(nèi)的裂紋長度的多少）來衡量。衡量孔孢結(jié)構(gòu)的指標(biāo)主要用氣孔率（只焦炭氣孔體積占總體積的百分?jǐn)?shù)）來表示，它影響到焦炭的反應(yīng)性和強(qiáng)度。不同用途的焦炭，對氣孔率指標(biāo)要求不同，一般冶金焦氣孔率要求在40～45%，鑄造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。焦炭裂紋度與氣孔率的高低，與煉焦所用煤種有直接關(guān)系，如以氣煤為主煉得的焦炭，裂紋多，氣孔率高，強(qiáng)度低；而以焦煤作為基礎(chǔ)煤煉得的焦炭裂紋少、氣孔率低、強(qiáng)度高。焦炭強(qiáng)度通常用抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)來表示。焦炭的抗碎強(qiáng)度是指焦炭能抵抗受外來沖擊力而不沿結(jié)構(gòu)的裂紋或缺陷處破碎的能力，用M40值表示；焦炭的耐磨強(qiáng)度是指焦炭能抵抗外來摩檫力而不產(chǎn)生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。焦炭的裂紋度影響其抗碎強(qiáng)度M40值，焦炭的孔孢結(jié)構(gòu)影響耐磨強(qiáng)度M10值。M40和M10值的測定方法很多，我國多采用德國米貢轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)的方法。