捣固焦高温碳素溶损反应行为研究.pdf

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1、第38卷第1期煤炭转化V01．38NO．12015年1月C0ALC0NVERS10NJan．2015捣固焦高温碳素溶损反应行为研究张小勇D吴光有郑明东。徐陆佳摘要选择有代表性的捣固焦炭，在连续热反应装置内，考察不同温度下焦炭与C02反应行为，揭示捣固焦炭在高炉内的劣化机理．结果表明，等温条件下，不同焦炭与CO反应至30的水平时，转化率随时间总体呈线性规律变化，反应动力学符合零级反应特征，表观活化能为89kJ／mol~151kJ／mol，碳溶反应后粉化程度与焦炭显气孔率及表观活化能有关，且粉化主要以扩孔和开孔为主．关键词捣固焦炭，碳溶反应，动力学，气孔结构中图分类号

2、TQ520率，通过改变反应温度调整反应速率的方法来评价0引言高反应性焦炭的溶损后强度．郭瑞等n¨]也采用等反应量(失重25)研究焦炭的溶损后强度，结果发高温下焦炭与cO的反应通常称为碳素溶损现存在“最严重劣化的梯度反应”现象．但是，对于捣反应或碳溶反应，它是影响焦炭在高炉内降解的主固焦而言，焦炭宏观气孔或总气孑L率显著降低，焦炭要因素之一．E]23众所周知，焦炭与COz的反应属于的CRI和CSR测定值可能接近或超过优质顶装焦非均相气固反应，反应过程包括气相传质、内部扩散的指标，前者将影响与CO的气固反应，后者与大和化学反应三个步骤，高温下主要受化学反应和气高炉应用

3、直接相关，相关研究也鲜见报道．为此，本孔(内裂隙)内扩散控制，两者的主次关系又随反应实验利用连续热失重装置l_1。引，研究捣固焦高温碳条件和焦炭内在质量而变化．研究认为，焦炭与CO。素溶损反应行为，从焦炭与CO反应前后气孑L的变反应首先在焦炭表面活性点进行，随后扩散到焦炭化人手，揭示捣固和顶装焦内在质量的差异性．内部并在扩散过程中与之反应．_3]Nishietal_6。]认1实验部分为，从反应深度的角度来说，焦炭的碳溶反应存在两种极限情况：一种是仅在焦炭表面进行、焦块内部几乎不反应的未反应核模型；一种是CO。分子能均匀1．1试样地扩散到焦炭内部，使焦炭内部能够均匀

4、反应的均实验所用焦炭均取自典型企业生产焦，包括焦匀反应模型．实际上焦炭的碳溶反应并不存在明显炭A，B，C，D四种，分别来自上海、山东、江苏、内蒙的反应界面，仅是在具有一定深度的反应区域内进等企业，其中焦炭A为顶装焦炉冶金焦，其余为捣行．这个区域的大小除受反应条件影响外，主要还与固焦炉冶金焦．焦炭试样的基本性质见表1．焦炭气孔结构和气孔壁炭质材料的内在质量有关．表1焦炭试样的性质(％)为此，2O世纪7O年代，新日铁提出焦炭反应性Table1Propertiesofcokesamples(％)(CRI)和焦炭反应后强度(CSR)测定方法，以衡量焦炭抵抗溶损侵蚀的能力．

5、焦炭的CSR指标为高炉冶炼技术发展起到积极的作用，但对其测试条件以及与大容积高炉的模拟性等问题也受到诸多质疑．[8-i0]NomuraetalEu曾提出采用20固定失重*国家自然科学基金煤炭联合基金资助项目(U1361128)和安徽高校省级自然科学研究项目(KJ2011Zo34)．1)博士、副教授；2)硕士生；3)教授、博士生导师(通讯作者)，安徽工业大学化学与化工学院煤的洁净转化与综合利用省重点实验室，243002安徽马鞍山收稿日期：2014—05—23；修回日期：2014—09—0454煤炭转化1．2实验装置与方法焦炭高温碳素溶损反应在自制的连续热反应装置中进

6、行，装置包括固定床反应器、自动测重、载气或介质以及温度控制系统等组成．装置可在等温和非等温的条件下进行，最高反应温度达1300。C，并可进行温度和重量的连续测量．瞬时反应量和反应速率由计算机自动采集和计算．焦炭反应前后的真密度、显气孑L率等采用GB，／T4511．1—2008方法进行，闭气孔率由计算得出．焦炭冷态强度(M，M。)和热性质(CRI，CSR)分别采用GB／T2006—1994和GB／T4000—2008所述方法进行．1．3实验过程试样用量200g，焦球的颗粒直径为20mm～25mm，设定反应温度前采用1L／min的N。保护，到达反应温度后切换为5L／m

7、in的CO气体，反应结束后再改为N冷却．方案针对焦炭A，B，C，D四种焦样，分别考察1000℃，1050℃，1100℃和1150。C等温条件下，焦炭与CO。反应过程中碳的损失以及焦炭气孑L结构的变化，其中最终反应时间控制为失重率达到30的水平．为了考察焦炭与CO反应后气孔壁的劣化程度，测定反应冷却后焦样粒径小于0．2mm的粉焦量．引入粉化率厂参数，表征碳溶反应后基质碳的脱落程度，定义表达式：厂一×100图1不同焦炭的失重平曲线式中：／T／为反应后粒径小于0．2mm剩余焦样的质Fig．1Weightlossratiocurveofdifferentcokes量；为反

8、应后剩余焦