郭文涛等：孔隙结构特征对焦炭高温抗拉强度的影响 *935· 该方法在铁焦等高反应性焦炭制备中被应用，保证了 25 焦炭使用过程中的强度要求 2.0 3结论 1.5 1.5 (1)多孔焦炭气化反应后，其孔隙率和平均孔径 .2 随反应率升高而增加.F一焦炭平均孔径较低，比表面 1.0 积随反应率升高先增后减，反应率20%时出现峰值. 0.5 I-焦炭比表面积随反应率升高而减小.与C0,反应相 比，H,0能够促进小孔生成，反应后焦炭平均孔径减 F焦炭 F焦炭 1焦炭 焦炭 小，比表面积增加，有利于保护气孔壁结构 图7反应率20%焦炭的气孔壁强度指数 (2)随反应率增加，多孔焦炭孔隙率和平均孔径 Fig.7 Pore wall strength index of coke with a reduction degree of 增加，焦炭高温抗拉强度降低.温度对多孔焦炭抗拉 20% 强度影响不大，随温度升高略微降低.相同反应率下， 内小于1、1~10、10~100和100~500um范围的气孔 平均孔径越小，孔径分布越均匀，多孔焦炭高温抗拉强 量与抗拉强度关系，有助于揭示孔径分布与焦炭抗拉 度越高 强度间的关系0-0.反应率20%焦炭的气孔量与抗 (3)相同反应率下，小孔(（≤100m)数量增加导 拉强度关系见图8.对于F-焦炭和I-焦炭随100μm 致焦炭抗拉强度高，大孔(>100um)数量增加焦炭抗 以下气孔数量增加抗拉强度升高，随100~500um气 拉强度低.相比CO,反应后，H,O能够促进多孔焦炭 孔数量增加抗拉强度低，可见100um以下气孔数量增 中小孔的生成，使气孔壁强度指数降低，抗变形能力 加能够抑制焦炭高温抗拉强度的降低.F-焦炭中I00 增强. ~500m孔的体积为0.0435mL·g和0.0406mL· 参考文献 g,相对I-焦炭气孔量较少，导致F一焦炭的抗拉强度 [1]Shen FL,Gupta SS,Liu Y,et al.Effect of reaction conditions 高于【一焦炭 on coke tumbling strength,carbon structure and mineralogy.Fu- 9.6 ▲F-焦炭-CO el,2013,111:223 9.2 ■ ◆ ■F-焦炭-H,0 ■ 2]Bertling H.Coal and coke for blast furnaces.IS/J Int,1999,39 (7):617 88 100-500μm1-10μm<1um 10-100μm Iwanaga Y.Degradation behavior of coke at high temperatures in 8.4 blast-fumace.Ironmaking Steelmaking,1989,16(2):101 ▲1-焦炭-C0, 3.6 ·1-焦炭-H0。 [4]Fu Z X,Guo Z C.Variation of pore structure of semi-coke with different temperature and spatial location during pyrolysis-fractal 3.2 dimension of pore structure.J Fuel Chem Technol,2007,35(4): 2.8 1-104m<1μm 100-5004m10-100μn 385 0.1 0203 0.4 (付志新，郭占成.焦化过程半焦孔隙结构时空变化规律的实 孔体积mL·名) 验研究一孔结构的分形特征及其变化.燃料化学学报，2007， 图8反应率20%焦炭的气孔量与抗拉强度关系 35(4):385) Fig.8 Relationship between the pore quantity and the tensile Shang Y J,Lu T J,Chen C Q.The mechanical behaviors of strength of coke with a reaction rate of 20% closed-cell aluminum-alloy foams with spherical pores.Chin Sol- id Mech,2009,30(4):325 从孔隙结构角度而言，气化反应过程孔隙率增加 (尚艳军，卢天健，陈常青.球形闭孔泡袜金属材料力学行为 是多孔焦炭强度降低的主要因素.相同反应率下，小 研究.周体力学学报，2009,30(4)：325) [6]Kubota Y,Nomura S,Arima T,et al.Quantitative evaluation of 孔数量增加有利于使多孔焦炭中孔径分布和气孔壁厚 relationship between coke strength and pore structure.IS//Int, 度更均匀，具有较高的能量吸收特性，能够抑制强度降 2011,51(11):1800 低.因为H,0气化反应能够促进小孔的生成，在多孔 7]Pan Z B,Guo Z C,Rong Z.High temperature compressive 焦炭的制备和气化反应过程中，控制孔壁的均匀性是 strength of ore pellets in different atmospheres.J Unie Sci Technol 保证多孔材料具有较高的能量吸收特性的重要途径之 Beijing,2011,33(10):1209 一网.由于压力成型后焦煤致密度高于实际焦炉内 (潘钊彬，郭占成，荣哲.球团矿不同气氛下的高温抗压强 度.北京科技大学学报，2011,33(10)：1209) 焦煤的堆积密度，在压力成型条件下制备焦炭的孔隙 8]Iwanaga Y.Disintegration of coke by mechanical impact under 率和孔径均低于生产现场焦炭，导致其抗拉强度较高 gasification reaction.ISIJ Int,1991,31(1):32郭文涛等: 孔隙结构特征对焦炭高温抗拉强度的影响 图 7 反应率 20% 焦炭的气孔壁强度指数 Fig． 7 Pore wall strength index of coke with a reduction degree of 20% 内小于 1、1 ～ 10、10 ～ 100 和 100 ～ 500 μm 范围的气孔 量与抗拉强度关系，有助于揭示孔径分布与焦炭抗拉 强度间的关系［10--11］． 反应率 20% 焦炭的气孔量与抗 拉强度关系见图 8． 对于 F--焦炭和 I--焦炭随 100 μm 以下气孔数量增加抗拉强度升高，随 100 ～ 500 μm 气 孔数量增加抗拉强度低，可见 100 μm 以下气孔数量增 加能够抑制焦炭高温抗拉强度的降低． F--焦炭中 100 ～ 500 μm 孔的 体 积 为 0. 0435 mL·g － 1 和 0. 0406 mL· g － 1，相对 I--焦炭气孔量较少，导致 F--焦炭的抗拉强度 高于 I--焦炭． 图 8 反应率 20% 焦炭的气孔量与抗拉强度关系 Fig． 8 Ｒelationship between the pore quantity and the tensile strength of coke with a reaction rate of 20% 从孔隙结构角度而言，气化反应过程孔隙率增加 是多孔焦炭强度降低的主要因素． 相同反应率下，小 孔数量增加有利于使多孔焦炭中孔径分布和气孔壁厚 度更均匀，具有较高的能量吸收特性，能够抑制强度降 低． 因为 H2O 气化反应能够促进小孔的生成，在多孔 焦炭的制备和气化反应过程中，控制孔壁的均匀性是 保证多孔材料具有较高的能量吸收特性的重要途径之 一［18］． 由于压力成型后焦煤致密度高于实际焦炉内 焦煤的堆积密度，在压力成型条件下制备焦炭的孔隙 率和孔径均低于生产现场焦炭，导致其抗拉强度较高． 该方法在铁焦等高反应性焦炭制备中被应用，保证了 焦炭使用过程中的强度要求． 3 结论 ( 1) 多孔焦炭气化反应后，其孔隙率和平均孔径 随反应率升高而增加． F--焦炭平均孔径较低，比表面 积随反应率升高先增后减，反应率 20% 时出现峰值． I--焦炭比表面积随反应率升高而减小． 与 CO2 反应相 比，H2O 能够促进小孔生成，反应后焦炭平均孔径减 小，比表面积增加，有利于保护气孔壁结构． ( 2) 随反应率增加，多孔焦炭孔隙率和平均孔径 增加，焦炭高温抗拉强度降低． 温度对多孔焦炭抗拉 强度影响不大，随温度升高略微降低． 相同反应率下， 平均孔径越小，孔径分布越均匀，多孔焦炭高温抗拉强 度越高． ( 3) 相同反应率下，小孔( ≤100 μm) 数量增加导 致焦炭抗拉强度高，大孔( ＞ 100 μm) 数量增加焦炭抗 拉强度低． 相比 CO2 反应后，H2O 能够促进多孔焦炭 中小孔的生成，使气孔壁强度指数降低，抗变形能力 增强． 参 考 文 献 ［1］ Shen F L，Gupta S S，Liu Y，et al． Effect of reaction conditions on coke tumbling strength，carbon structure and mineralogy． Fu￾el，2013，111: 223 ［2］ Bertling H． Coal 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