隨著高爐大型化和噴吹煤粉比例不斷提高，高爐操作者對(duì)焦炭與CO2的反應(yīng)性要求越來(lái)越低，對(duì)焦炭與CO2的反應(yīng)后強(qiáng)度要求越來(lái)越高。煉焦煤中焦煤因其焦炭與CO2反應(yīng)后強(qiáng)度高，銷售價(jià)格不斷提高。日前有消息稱，國(guó)際煉焦煤銷售商想要將煉焦煤的單種煤的焦炭與CO2反應(yīng)后強(qiáng)度作為定價(jià)參數(shù)。然而，“焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法”國(guó)標(biāo)，從1983年的第一版變革到2008年的第三版，與世界公認(rèn)的新日鐵方法的差異越來(lái)越大。因此，筆者對(duì)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)方法提出了商榷。

　　新日鐵試驗(yàn)方法強(qiáng)調(diào)規(guī)范性

　　焦炭的反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)，主要表達(dá)焦炭在高爐內(nèi)進(jìn)入風(fēng)口回旋區(qū)前抗CO2氣化能力以及反應(yīng)后的抗粉化能力。目前主要國(guó)家和組織（中國(guó)、美國(guó)和ISO）的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，都是參考新日鐵1982年在燃料協(xié)會(huì)志上發(fā)表的“高爐用焦炭的CO2反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法”所制定的。

　　將焦炭調(diào)制成直徑19mm~21mm的塊，縮取200克，在1100℃下，與5Nl/min的100%CO2反應(yīng)2小時(shí)，反應(yīng)失重率為反應(yīng)性CRI，反應(yīng)后的焦炭在Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓（ф130mm×L700mm）轉(zhuǎn)600轉(zhuǎn)（20rpm×30min），進(jìn)行篩分，計(jì)算10mm篩上占入鼓量的百分比即為反應(yīng)后強(qiáng)度CSR。

　　這一方法有幾方面因素決定它是一種規(guī)范性試驗(yàn)：一是試驗(yàn)溫度固定為1100℃，高爐內(nèi)焦炭進(jìn)入風(fēng)口回旋區(qū)前實(shí)際反應(yīng)溫度在800℃~1400℃，不同的焦炭起始反應(yīng)溫度不同，不同的溫度下反應(yīng)的模式和速度不同；二是用100%的CO2與高爐內(nèi)焦炭進(jìn)入風(fēng)口回旋區(qū)前實(shí)際反應(yīng)氣氛不符合，不同的焦炭在不同濃度CO和CO2的氣氛中反應(yīng)模式也不相同；三是反應(yīng)時(shí)間2小時(shí)與高爐內(nèi)焦炭進(jìn)入風(fēng)口回旋區(qū)前實(shí)際反應(yīng)時(shí)間不符合。因此，新日鐵的試驗(yàn)方法是一規(guī)范性試驗(yàn)方法，樣品制備方法、樣品的粒度、試驗(yàn)爐的溫度控制、反應(yīng)器的材料、氣體流量、反應(yīng)時(shí)間等影響試驗(yàn)結(jié)果的條件，都必須嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，否則試驗(yàn)結(jié)果就不可比。

　　國(guó)標(biāo)試驗(yàn)方法存在較大差異

　　中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，第一版GB4000-83是1983年由當(dāng)時(shí)的冶金部鞍山熱能研究所起草?；緟⒖夹氯砧F的方法，主要差異是制樣方法和所用的篩子。新日鐵的方法是縮取10kg25mm以上代表性焦炭，用顎式破碎機(jī)3次破碎，所用篩子為方孔19mm~21mm。國(guó)標(biāo)制樣方法是先將20kg大于25mm去掉泡焦和爐頭焦的焦炭樣，機(jī)械破碎到小于25mm，再以人工在一塊厚度8mm~10mm鉆有ф21mm孔的鋼板上，用小鐵錘將焦炭樣調(diào)制成19mm~21mm，所用的篩子是圓孔ф19mm和ф21mm。為區(qū)分與新日鐵的方法試驗(yàn)結(jié)果，國(guó)標(biāo)將反應(yīng)性縮寫為Cr，反應(yīng)后強(qiáng)度縮寫為Sar。

　　1996年，首鋼鋼鐵研究所對(duì)國(guó)標(biāo)進(jìn)行了修訂，形成了第二版GB/T4000-1996。其主要對(duì)1983年的第一版的制樣方法進(jìn)行了重大修改，將20kg大于25mm去除泡焦?fàn)t頭焦的焦炭樣，破碎、混勻、縮分10kg，用ф21mm和ф25mm篩分，大于25mm再破碎、篩分，取ф21mm的篩上物，去掉片狀和條狀焦，縮分得焦塊2kg，分兩次置于I型轉(zhuǎn)鼓中，轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)，取出后再用ф21mm圓孔篩篩分，將篩上物縮分出900g作為試樣，用四分法將試樣分成4份。試驗(yàn)結(jié)果的縮寫完全與新日鐵的相同，即反應(yīng)性為CRI，反應(yīng)后強(qiáng)度為CSR。

　　2008年，武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司、首鋼總公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院和上虞市宏興機(jī)械儀器制造有限公司對(duì)國(guó)標(biāo)進(jìn)行了修訂，形成了第三版，GB/T4000-2008。在1996年版的基礎(chǔ)上，該版主要修訂了3個(gè)方面內(nèi)容，一是制樣方法，機(jī)械破碎與人工修整相結(jié)合，保留較厚片狀焦和較粗條狀焦，將較厚片狀焦和較粗條狀焦用手工修整成顆粒狀焦塊；二是縮小焦炭試驗(yàn)的粒度控制范圍，從ф21mm~ф25mm變?yōu)椐?3mm~ф25mm；三是增加鋼玉管反應(yīng)器和相應(yīng)的底部開口式電加熱爐。

　　目前國(guó)標(biāo)試驗(yàn)方法與新日鐵試驗(yàn)方法的差異歸納見表1。焦炭粒度差異已經(jīng)較前兩版縮小，但是，在I轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)，使得焦炭試樣的表面光滑，一方面降低焦炭反應(yīng)性，另一方面提高了反應(yīng)后強(qiáng)度。新日鐵方法采用3段獨(dú)立控制加熱，試驗(yàn)樣溫度均勻；國(guó)標(biāo)采用一段控溫加熱，試驗(yàn)樣的溫度均勻略差。而且焦炭與CO2的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，用鋼玉管作為反應(yīng)器時(shí)供熱速度低于耐高溫合金鋼，也會(huì)降低焦炭反應(yīng)性，且反應(yīng)性越高吸熱量越大，差異越大。綜上所述，國(guó)標(biāo)法的試驗(yàn)結(jié)果與新日鐵方法的試驗(yàn)結(jié)果有較大的差異。因此，國(guó)標(biāo)法試驗(yàn)結(jié)果不應(yīng)該再用新日鐵的CRI和CSR的縮寫表達(dá)反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度，因?yàn)槿澜缍家呀?jīng)公認(rèn)，CRI和CSR就是采用新日鐵的試驗(yàn)方法所得數(shù)據(jù)。

　　試驗(yàn)條件對(duì)反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的影響

　　焦炭與CO2反應(yīng)是一氣固相反應(yīng)，多孔質(zhì)固體的一些特性必然影響反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度。另外，不同配煤和不同煉焦工藝所生產(chǎn)的焦炭，其炭質(zhì)結(jié)構(gòu)、無(wú)機(jī)礦物的化學(xué)成分、氣孔率及氣孔分布不同，導(dǎo)致焦炭與CO2的反應(yīng)模式不同。通過(guò)試驗(yàn)，本文分析焦炭的一些試驗(yàn)條件對(duì)反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的影響。

　　反應(yīng)時(shí)間的影響。3種不同煉焦工藝和不同配煤所生產(chǎn)的3種焦炭，傳統(tǒng)試驗(yàn)方法的反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度見表2。反應(yīng)性從25.6%到53.7%，差異超過(guò)1倍；反應(yīng)后強(qiáng)度從15.5%到65.7%，差異超過(guò)了3倍。通過(guò)改變反應(yīng)時(shí)間，使這3種焦炭的反應(yīng)失重率都在20~60變化，反應(yīng)后強(qiáng)度與失重率之間的關(guān)系見圖1。3種不同焦炭反應(yīng)失重率與反應(yīng)后強(qiáng)度之間都呈現(xiàn)很好的負(fù)線性關(guān)系，但不同工藝相關(guān)線的斜率不同，A和B兩種焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度差異最大，但相關(guān)線近似平行線；C焦炭是臥式搗固熱回收焦?fàn)t生產(chǎn)，配煤中配有一定比例的無(wú)煙煤，焦炭氣孔率較低，炭相結(jié)構(gòu)的各向異性程度高，反應(yīng)模式趨向于均相反應(yīng)，反應(yīng)后強(qiáng)度與反應(yīng)失重率相關(guān)線斜率大于傳統(tǒng)6米頂裝焦?fàn)t的焦炭，大高爐不能大量使用這種焦炭的原因就在于此。

　　試驗(yàn)爐的影響。取寶鋼本部一生產(chǎn)焦炭樣品，統(tǒng)一制備好19mm~21mm的樣品，縮分成多份試驗(yàn)樣品，分別在3個(gè)不同試驗(yàn)室進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度見表3。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3個(gè)試驗(yàn)室的條件差異是造成試驗(yàn)結(jié)果差異的主要原因，特別是反應(yīng)爐的溫度控制方法對(duì)結(jié)果影響最大。焦炭與CO2反應(yīng)是一吸熱反應(yīng)，三段獨(dú)立控溫的試驗(yàn)爐供熱能力和恒溫區(qū)的溫度均勻性優(yōu)于一段控溫試驗(yàn)爐，因此反應(yīng)性高，反應(yīng)后強(qiáng)度低。

　　試樣粒度的影響。筆者針對(duì)兩種不同性能的焦炭，進(jìn)行了改變?cè)嚇恿６鹊姆磻?yīng)性與反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)。結(jié)果表明，雖然兩種焦炭性能差異很大，但是粒度與反應(yīng)失重率關(guān)系都呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，兩個(gè)樣品的相關(guān)線近乎平行；粒度與反應(yīng)后強(qiáng)度都呈現(xiàn)正相關(guān)性，兩個(gè)樣品的相關(guān)線也近乎平行。國(guó)標(biāo)方法的試樣在I轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)且粒度不同，與新日鐵方法有很大差異，必然導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果有較大差異。

　　綜上所述，我國(guó)國(guó)標(biāo)“焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法”與新日鐵試驗(yàn)方法已經(jīng)差異很大，試驗(yàn)結(jié)果必然不同。因此，國(guó)標(biāo)法試驗(yàn)的結(jié)果不應(yīng)再用CRI和CSR縮寫表達(dá)焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度。而越來(lái)越多的研究表明，現(xiàn)行的“焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法”，已經(jīng)不能正確評(píng)價(jià)現(xiàn)代噴吹煤粉高爐內(nèi)焦炭的真實(shí)性能，建議開發(fā)新的評(píng)價(jià)方法替代之。