[发明专利]一种块煤裂解后生成半焦的热性能测试方法及测试装置

说明书

技术领域

本发明属于非焦煤性能测试领域，特别是涉及一种块煤裂解后生成半焦的热性能测试方法以及测试装置。

  

背景技术

非高炉炼铁工艺如COREX（已实现工业化的熔融还原炼铁技术）和FINEX（直接用粉矿和非炼焦煤冶炼铁水的新工艺）的熔融气化炉可使用非炼焦块煤，块煤自气化炉顶部加入，在拱顶1000℃以上的高温区域发生快速裂解，脱除水分及挥发物，裂解后的煤粒沉积形成半焦床，风口前半焦在纯氧喷吹下产生大量还原性气体供竖炉进行铁矿石的预还原。下降的半焦与CO₂发生碳素溶解损失反应，以及半焦与炉料、炉壁之间的相对运动等行为引起半焦强度下降，导致大量焦粉产生，造成炉料透气性降低，严重影响工艺稳定顺行。因此，合理的块煤裂解后生成半焦的热性能测试方法对判断半焦热性能优劣至关重要。

国标GB220-1989规定了煤与CO₂反应性的测定方法，先将煤样干馏，去除挥发物，选取一定粒度的焦渣装入反应管中加热到一定温度，以一定流速通入CO₂与之反应，测定反应后气体中CO₂的含量，以被还原成CO的CO₂量占通入的CO₂量的百分数作为煤对CO₂的反应性指标。

国标GB/T 4000-2008规定焦炭反应后强度的检测，其方法是取23~25mm焦炭试样200g，在1100±5℃温度下与CO₂反应2h，以反应后焦炭损失的质量百分比作为反应性，反应后的焦炭经I型转鼓试验后，大于l0mm粒级焦炭占反应后焦炭的质量百分数，表示反应后强度。

中国专利号为201010251139.5公开的“一种高温环境下测试焦炭强度的方法”，包括选取实验焦样，配置好试验设备，开启电炉对焦样加热并通入CO₂反应，通过施压筛板对焦样恒速向下施压一定距离后停止加热冷却焦样，筛分剩余焦样，将粒径大于9.5mm焦样的质量与反应后半焦总质量的百分数作为反应后强度。

以上方法主要适用于炼焦煤经长时间炼制形成的焦炭，其强度高，承受炉料间撞击或摩擦后，主要沿裂纹产生大块焦和摩擦形成细焦粉。而对于非焦煤，将其瞬间放入气化炉后，块煤成焦时间短，生成的半焦强度差，气化反应后的半焦在与炉料相对运动或撞击过程中将产生各种粒度的焦块，若仅使用大于某粒级的测定值来衡量强度性能，则忽略了破碎后不同比例粒级的焦块表征不同的焦样强度。同时，现有焦炭反应性测定方法是在纯CO₂气氛下进行的，没有考虑反应环境中还原性气氛较强的因素，且仅测定了最终反应质量减少率表示反应性，没有体现反应过程中的变化情况，导致现有方法不能准确、全面评价半焦的热性能。

  

发明内容

本发明的目的是提供一种块煤裂解后生成半焦的热性能测试方法，能够解决传统方法测试反应后强度低、粒度分布宽的半焦热性能时评价不准确及反应过程不详等问题，实现非焦块煤制取的半焦在还原性气氛条件下发生气化反应的热性能评价，为非炼焦煤选煤过程提供更合理、全面的理论依据。

本发明还提供一种实现所述方法的块煤裂解后半焦热性能测试装置。

实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种块煤裂解后生成半焦的热性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）筛选粒径为25~30mm的干燥块煤2~3kg，将其封装于炼焦罐后快速置于温度为1000~1100℃的炼焦炉0.5~2h，取出后冷却至室温得到初始半焦试样；

2）对初始半焦试样进行整粒，筛选出粒径为23~25mm的块焦，取质量m=200±1g；

3）将质量为m的半焦试样放置于反应罐中的支架的透气片上，半焦试样中心埋放热电偶；

4）将反应罐密封放入电炉，开启电炉对半焦试样加热，升温速率为15~25℃/min，当半焦试样中心温度达到400±10℃时，对反应罐通入N₂保护，当炉温升至1000~1100℃时换通CO₂与还原性气体的混合气体，CO₂与还原性气体分别同时通入5~10L/min；当气流稳定后，开启与反应罐连通的烟气分析系统，记录烟气成分；

5）反应1~2h后，改通N₂保护，将反应罐从电炉中取出，冷却至室温；称量反应后半焦试样的质量为m₁，将m-m₁与m的百分比作为半焦气化反应失碳率；