焦炭抗拉強度

焦炭抗拉強度(tensile strength of coke)是指膠炭在拉力作用下斷裂時，其單位面積巨承受的力，即焦炭斷裂時所能承受的最大拉應力，是從炭力學性質的指標之一。

基本介紹

• 中文名：焦炭抗拉強度
• 外文名：tensile strength of coke
• 領域：工程技術
• 學科：冶金工程

簡介

焦炭抗拉強度(tensile strength of coke)是指膠炭在拉力作用下斷裂時，其單位面積巨承受的力，即焦炭斷裂時所能承受的最大拉應力，是從炭力學性質的指標之一。

焦炭是高爐操作重要的原料，隨著高爐的大型化，高效化，對焦炭提出了更高的要求。工業生產中一直沿用轉鼓來評定焦炭的強度，它是模擬焦炭由焦台至高爐運輸過程中的破壞狀況(幾何破壞，變形破壞，撞擊破壞和磨損破壞)。但由於破壞機理複雜，難以建立相應理論，使不同試驗方法有較好的相關性。因而人們就從不同層次來研究焦炭的強度，如表征焦質強度的顯微強度; 表征氣孔結構與焦質的結構強度，以及表征焦質、氣孔及微裂紋的抗拉強度等。

抗拉強度與煤質的關係

中等變質程度的煤所得的焦炭強度高，低變質程度與高變質程度的煤所得焦炭強度低。這是由於中等變質程度的煤中，惰性物組分與活性組分的比例適當。在煤炭化初期生成的液相產物較多，且液相產物的熱穩定性好，粘度較小，流動性好，透氣性差。故焦質層內固體粒子完全浸潤，粒間空隙被充填滿。因焦質體透氣性差，塑性體內部膨脹壓力大，有利於變型粒子間的粘結，固化時收縮較少。因此，由中等變質程度的煤煉得的焦炭，裂紋少，連續性好，質地較均一，所得焦炭的光學組織以鑲嵌型和不完全纖維為主，故抗拉強度高。而氣煤，在熱分解過程中生成的流動相熱穩定性差，很快分解成氣體而析出，且產生的自由基化學縮聚活性太強，縮聚產物分子量迅速增長，層片間生成大量的交聯鍵，使中間相無法生長和長大，生成各向同性炭，另外氣煤的活性組分過多，膠質體透氣性好，所得的焦炭氣孔較多，焦炭粒子間界面結合差，所以焦炭抗拉強度低。

對於高煤化度的瘦煤來說，其惰性物含量過多，作為粘結劑的活性組分不足。在炭化初期，生成的液相產物量少，流動性差，軟固化溫度間隔小，不能將固體粒子間的空隙填滿。焦炭的各相異性組織以流動型和區域型為主，因而瘦煤焦炭的強度也低。所以，從以上的分析表明，焦炭的抗拉強度與煤的變質程度間呈拋物線關係。

根據配煤煉焦理論，可將煤分成粘結組分和纖維組分，獲得優質焦炭的基本條件是: 提高纖維組分的強度，以及使纖維組分和粘結組分維持合適的比例範圍。粘結性差的煤，無論其纖維組分強度如何，由該煤煉得的焦炭強度低，強粘結的焦煤，其纖維組分和粘結組分的比例合適，纖維組分強度較大，所得焦炭的強度高。過高的肥煤、氣肥煤其活性組分過多，且纖維組分強度較低，因此所得焦炭強度又下降。而煤中活性組分主要是鏡質組，根據不同的煤反射率不同，將鏡質組分為不同的組型，不同的組型其容惰能力不同，通過配煤使其中活性物與惰性物達到最佳比例，可預測焦炭的強度，指導工業生產。

抗拉強度與結構強度及顯微強度間的關係

顯微強度是反映焦炭基質的強度，排除了氣孔的影響，而結構強度是反映了包括氣孔在內的強度。故抗拉強度不但與基質強度有關，並且與焦炭的氣孔結構有關，因此抗拉強度與結構強度的相關性比與顯微強度的相關性好。

抗拉強度與氣化反應的關係

抗拉強度與焦樣的氣化量呈現很好的線性相關性。隨氣化量的增加，焦樣的抗拉強度明顯下降。將未反應的焦樣與部分氣化後的焦樣進行觀察比較，發現焦樣在未反應前，其氣孔較小，分布較好，形狀較規則，接近圓形，基體的均勻性和連續性好，基質緻密，裂紋少。經部分氣化後的焦樣，在電鏡下可看到：氣孔擴大，其氣孔率增加，基質的均勻性與連續性被破壞，原有的裂紋向縱深方向擴展，並形成了新的裂紋，焦基質變得鬆散，多孔穴，多裂紋。氣化量為12. 94 % 的焦樣，在電鏡下可看出，焦樣的氣孔擴大，並且產生了許多小氣孔，氣孔的形狀稍有變化，基體連續性減弱，且孔壁產生微裂紋。隨氣化量的增加，焦樣氣孔不斷擴大，並向裡層延伸，孔壁也產生了孔穴，並逐漸加深加大。但氣化量達到38. 48 % 後，電鏡下觀察到，焦樣連續的基體幾乎全解體，氣孔大而不規則，已成為孔洞，孔壁的裂紋已發展成為裂隙，基質顯得很疏鬆、脆弱，因此焦樣的抗拉強度下降顯著。

總結

1.冶金焦和7kg試驗小焦爐配煤焦炭的抗拉強度與顯微強度，結構強度相關性差。7kg試驗小焦爐的單種煤焦炭的抗拉強度與結構強度相關性好，與顯微強度相關性也較差。

2.焦炭在1100 ℃下，與CO₂反應屬於深層均一反應，焦樣隨其氣化量增加，抗拉強度明顯下降，兩者之間線性關係較好。

3.抗拉強度的平均值表示法，不能反映焦炭質量的均勻性，而焦炭的均勻性是很重要的，因此尋求更恰當的抗拉強度表征乘數有待進一步研究。