2024年4月4日发(作者：朱涵菡)
浅谈焦炭反应性试验影响因素
发布时间：2021-11-05T03:38:38.737Z 来源：《中国科技人才》2021年第21期 作者： 陈鸿升 曹祯一 厉成鹏
[导读] 焦炭反应性数值与焦炭反应后强度数值是百分比关系，焦炭反应性数值的高低将直接决定焦炭反应后强度的数值。
日照检验认证有限公司
焦炭作为冶金燃料，其高温性能的优劣对高炉炼铁的焦炭消耗有较大影响，随着高炉生产大型化和喷煤技术的应用，焦炭在高炉中的
骨架作用也尤为重要。高炉炼铁作为当前炼铁主流方式，对于焦炭的要求和需求量逐渐递增。在交易市场中，焦炭的各项结算指标的变化
牵动着卖方和买方，同时也影响到下游的产品的质量。在焦炭结算指标中焦炭反应性与反应后强度是两个重要的关注点，不仅仅是衡量焦
炭质量的两个重要指标，还关系到炼钢的稳定以及钢材的品质优劣，对此焦炭反应性及反应后强度在市场中有着很高的关注度。一般来
说，焦炭反应性数值与焦炭反应后强度数值是百分比关系，焦炭反应性数值的高低将直接决定焦炭反应后强度的数值。
这里，简单的讲解一下焦炭反应性的原理及意义。什么是焦炭反应性？焦炭反应性的本质是什么？焦炭反应性的意义是什么？这三个
问题是焦炭反应性试验的理论基础。焦炭与氧化性气体在高温下反应的性质称为焦炭的高温反应性，简称焦炭反应性。焦炭反应性主要包
括三种反应：C+O2→CO2；C+H2O→CO+H2；C+CO2→2CO（碳溶损主要反应）。焦炭反应性本质是气固相反应，在试验中是一个简单的
化合反应，反应的正速率与反应物有关。在实验室中，焦炭反应性的意义在于焦炭试样模拟在高炉中的反应状态，以反映出焦炭的品质。
焦炭与二氧化碳的反应是在高炉内900—1300℃的软融带和滴落带内发生的碳素溶损反应，碳素溶损反应对焦炭在冶炼过程中具有重要意
义，通常作为焦炭反应性的代表反应。以此推测，影响焦炭反应性试验的主要因素有温度、压力、气体浓度。
简单的总结了焦炭反应性的原理，我们以此为切入点，讨论影响焦炭反应性检验结果的主要因素：
1.取制样影响因素
“七分取制样，三分看化验“，这句俗语讲明了取制样在试验中的重要地位。在取样时，取样的地点、时间和频率都会影响到试验结果
的准确性，对样品混合的均匀程度以及对焦样中炉头焦、泡焦、细长条、片状等去除的判断都会影响试验样品的最终结果。在制样时，对
制样方式的选择、所选取样品的代表性以及代表性样品的状态决定了实验室出具报告的准确性。在整个试验环节中，取制样的影响因素
多，且受外界条件因素干扰大，这就要求对于取制样的操作人员素质要高，协调能力强。在取制样过程中，操作人员应当按照GB/T1997-
2008焦炭试样的采取和制备、YB/T4494-2015焦炭反应性及反应后强度机械制样技术规范，结合现场实际情况，对样品进行初步的评估并及
时反馈到实验室。实验室按照GB/T4000-2017焦炭反应性及反应后强度试验方法进行样品测试，出具代表试样的报告。而GB/T4000-2017标
准中所提及泡头焦和炉头焦描述相对有些笼统，仅说明了样品的表面状态，并没有一个深层次的讲解，由于操作人员的理解不同，试验数
据的偏差也会在所难免，对于试验操作人员有一定的考验。
2.温度影响因素
在焦炭反应性试验中，温度控制的准确性和稳定性尤为重要。炉温升温速度应当保持在8℃/min—16℃/min之间，确保在炉温达到
1100℃之前，试样不因升温速度的原因导致不必要的损耗，影响最终结果的准确性。在试验过程中，热电偶是主要探温配件，由此对于热
电偶的选购应当符合试验要求，热电偶的选型应匹配、偶丝长度应合适、热电偶插至套管底部且处于样品中心，确保处于正确的探温点
位。热电偶应当定期检定，防止探温偏离影响试验准确。与热电偶相配套的补偿导线也应当正确选取，不可随意替代，其根据数控反馈影
响热电偶的探温结果，也是关键的一点，实验室中，补偿导线是最容易忽略的控制点。炉膛中的恒温区长度应当不小于150mm，保证足够
的温度以支持试验的稳定进行，电炉丝应当定期检验，防止因老化而导致通二氧化碳后炉温恢复时间长，反应性数值偏低。
3.气体影响因素
氮气应使用氮气质量流量控制器，量程5L/min。在焦炭反应性试验中氮气主要用于提供惰性保护气氛，在升温与降温的过程中，隔绝
外部空气，减少试样的损耗。氮气纯度应当大于等于99.99%且干燥，纯度低会导致反应性数值的变化，纯度达不到要求应脱除氧气和水分
进行净化。
二氧化碳是作为反应气体，其在GB/T4000-2017中要求纯度≥99.5%、干燥且氧气的浓度低于0.01%，如果二氧化碳的纯度达不到要求则
需要净化。在试验过程中，通气前应用电加热减压阀提前预热气瓶口，以保证气体流量稳定，流量计应为二氧化碳专用，非二氧化碳流量
计应进行校正换算。要时刻保证二氧化碳流量稳定、准确，流量不足可能导致焦炭反应性数值偏低。由于二氧化碳气体的特殊性，二氧化
碳的充装以重量为标志单位，瓶装的重量虽相同，可因为天气温度的变化导致气压阀显示的气压不相同。试验操作人员应当对钢瓶中的剩
余二氧化碳有了解，防止因进气不足而导致试验反应不充分。
设备上洗气瓶中浓硫酸和干燥剂要定期检查更新，以确保使用气体的净化能力。备用的浓硫酸和干燥剂应正确保存，防止失效。
4.其他影响因素
焦炭试样的选择应具有代表性，且大小均匀，大约在23mm—25mm之间。对于水分高于1.0%的试样应当在170℃—180℃的温度下干燥2
小时。选取出的试样应去除黏着在表面的焦粉。试样装入反应器应均匀分布，避免高低不平，否则将会导致温度及气体分布不均匀，进而
影响实验结果。
实验结束后将全部焦炭颗粒取出，避免遗留或混入高铝球，进而影响实验结果。
以上就是我与同事们在焦炭反应性试验中总结的相关影响因素。在试验过程中，应当严格按照实验室规章制度和操作规程进行操作，
涉及到浓硫酸这样的易制毒试剂应当由专人双锁专管，设备周围醒目位置贴示高温高压注意警示牌，加强人身安全与设备安全意识。由于
试验总结仓促大条，有错误之处烦请各位老师批评斧正，总结不足之处还请专家略点一二。
2024年4月4日发(作者：朱涵菡)
浅谈焦炭反应性试验影响因素
发布时间：2021-11-05T03:38:38.737Z 来源：《中国科技人才》2021年第21期 作者： 陈鸿升 曹祯一 厉成鹏
[导读] 焦炭反应性数值与焦炭反应后强度数值是百分比关系，焦炭反应性数值的高低将直接决定焦炭反应后强度的数值。
日照检验认证有限公司
焦炭作为冶金燃料，其高温性能的优劣对高炉炼铁的焦炭消耗有较大影响，随着高炉生产大型化和喷煤技术的应用，焦炭在高炉中的
骨架作用也尤为重要。高炉炼铁作为当前炼铁主流方式，对于焦炭的要求和需求量逐渐递增。在交易市场中，焦炭的各项结算指标的变化
牵动着卖方和买方，同时也影响到下游的产品的质量。在焦炭结算指标中焦炭反应性与反应后强度是两个重要的关注点，不仅仅是衡量焦
炭质量的两个重要指标，还关系到炼钢的稳定以及钢材的品质优劣，对此焦炭反应性及反应后强度在市场中有着很高的关注度。一般来
说，焦炭反应性数值与焦炭反应后强度数值是百分比关系，焦炭反应性数值的高低将直接决定焦炭反应后强度的数值。
这里，简单的讲解一下焦炭反应性的原理及意义。什么是焦炭反应性？焦炭反应性的本质是什么？焦炭反应性的意义是什么？这三个
问题是焦炭反应性试验的理论基础。焦炭与氧化性气体在高温下反应的性质称为焦炭的高温反应性，简称焦炭反应性。焦炭反应性主要包
括三种反应：C+O2→CO2；C+H2O→CO+H2；C+CO2→2CO（碳溶损主要反应）。焦炭反应性本质是气固相反应，在试验中是一个简单的
化合反应，反应的正速率与反应物有关。在实验室中，焦炭反应性的意义在于焦炭试样模拟在高炉中的反应状态，以反映出焦炭的品质。
焦炭与二氧化碳的反应是在高炉内900—1300℃的软融带和滴落带内发生的碳素溶损反应，碳素溶损反应对焦炭在冶炼过程中具有重要意
义，通常作为焦炭反应性的代表反应。以此推测，影响焦炭反应性试验的主要因素有温度、压力、气体浓度。
简单的总结了焦炭反应性的原理，我们以此为切入点，讨论影响焦炭反应性检验结果的主要因素：
1.取制样影响因素
“七分取制样，三分看化验“，这句俗语讲明了取制样在试验中的重要地位。在取样时，取样的地点、时间和频率都会影响到试验结果
的准确性，对样品混合的均匀程度以及对焦样中炉头焦、泡焦、细长条、片状等去除的判断都会影响试验样品的最终结果。在制样时，对
制样方式的选择、所选取样品的代表性以及代表性样品的状态决定了实验室出具报告的准确性。在整个试验环节中，取制样的影响因素
多，且受外界条件因素干扰大，这就要求对于取制样的操作人员素质要高，协调能力强。在取制样过程中，操作人员应当按照GB/T1997-
2008焦炭试样的采取和制备、YB/T4494-2015焦炭反应性及反应后强度机械制样技术规范，结合现场实际情况，对样品进行初步的评估并及
时反馈到实验室。实验室按照GB/T4000-2017焦炭反应性及反应后强度试验方法进行样品测试，出具代表试样的报告。而GB/T4000-2017标
准中所提及泡头焦和炉头焦描述相对有些笼统，仅说明了样品的表面状态，并没有一个深层次的讲解，由于操作人员的理解不同，试验数
据的偏差也会在所难免，对于试验操作人员有一定的考验。
2.温度影响因素
在焦炭反应性试验中，温度控制的准确性和稳定性尤为重要。炉温升温速度应当保持在8℃/min—16℃/min之间，确保在炉温达到
1100℃之前，试样不因升温速度的原因导致不必要的损耗，影响最终结果的准确性。在试验过程中，热电偶是主要探温配件，由此对于热
电偶的选购应当符合试验要求，热电偶的选型应匹配、偶丝长度应合适、热电偶插至套管底部且处于样品中心，确保处于正确的探温点
位。热电偶应当定期检定，防止探温偏离影响试验准确。与热电偶相配套的补偿导线也应当正确选取，不可随意替代，其根据数控反馈影
响热电偶的探温结果，也是关键的一点，实验室中，补偿导线是最容易忽略的控制点。炉膛中的恒温区长度应当不小于150mm，保证足够
的温度以支持试验的稳定进行，电炉丝应当定期检验，防止因老化而导致通二氧化碳后炉温恢复时间长，反应性数值偏低。
3.气体影响因素
氮气应使用氮气质量流量控制器，量程5L/min。在焦炭反应性试验中氮气主要用于提供惰性保护气氛，在升温与降温的过程中，隔绝
外部空气，减少试样的损耗。氮气纯度应当大于等于99.99%且干燥，纯度低会导致反应性数值的变化，纯度达不到要求应脱除氧气和水分
进行净化。
二氧化碳是作为反应气体，其在GB/T4000-2017中要求纯度≥99.5%、干燥且氧气的浓度低于0.01%，如果二氧化碳的纯度达不到要求则
需要净化。在试验过程中，通气前应用电加热减压阀提前预热气瓶口，以保证气体流量稳定，流量计应为二氧化碳专用，非二氧化碳流量
计应进行校正换算。要时刻保证二氧化碳流量稳定、准确，流量不足可能导致焦炭反应性数值偏低。由于二氧化碳气体的特殊性，二氧化
碳的充装以重量为标志单位，瓶装的重量虽相同，可因为天气温度的变化导致气压阀显示的气压不相同。试验操作人员应当对钢瓶中的剩
余二氧化碳有了解，防止因进气不足而导致试验反应不充分。
设备上洗气瓶中浓硫酸和干燥剂要定期检查更新，以确保使用气体的净化能力。备用的浓硫酸和干燥剂应正确保存，防止失效。
4.其他影响因素
焦炭试样的选择应具有代表性，且大小均匀，大约在23mm—25mm之间。对于水分高于1.0%的试样应当在170℃—180℃的温度下干燥2
小时。选取出的试样应去除黏着在表面的焦粉。试样装入反应器应均匀分布，避免高低不平，否则将会导致温度及气体分布不均匀，进而
影响实验结果。
实验结束后将全部焦炭颗粒取出，避免遗留或混入高铝球，进而影响实验结果。
以上就是我与同事们在焦炭反应性试验中总结的相关影响因素。在试验过程中，应当严格按照实验室规章制度和操作规程进行操作，
涉及到浓硫酸这样的易制毒试剂应当由专人双锁专管，设备周围醒目位置贴示高温高压注意警示牌，加强人身安全与设备安全意识。由于
试验总结仓促大条，有错误之处烦请各位老师批评斧正，总结不足之处还请专家略点一二。