隨著高爐大型化和噴吹煤粉比例不斷提高，高爐操作者對焦炭與CO2的反應(yīng)性要求越來越低，對焦炭與CO2的反應(yīng)后強度要求越來越高。煉焦煤中焦煤因其焦炭與CO2反應(yīng)后強度高，銷售價格不斷提高。日前有消息稱，國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)后強度作為定價參數(shù)。然而，“焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法”國標(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越大。因此，筆者對現(xiàn)行國標(biāo)方法提出了商榷。

　　新日鐵試驗方法強調(diào)規(guī)范性

　　焦炭的反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗，主要表達焦炭在高爐內(nèi)進入風(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。目前主要國家和組織（中國、美國和ISO）的試驗標(biāo)準(zhǔn)，都是參考新日鐵1982年在燃料協(xié)會志上發(fā)表的“高爐用焦炭的CO2反應(yīng)后強度試驗方法”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，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），進行篩分，計算10mm篩上占入鼓量的百分比即為反應(yīng)后強度CSR。

　　這一方法有幾方面因素決定它是一種規(guī)范性試驗：一是試驗溫度固定為1100℃，高爐內(nèi)焦炭進入風(fēng)口回旋區(qū)前實際反應(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)焦炭進入風(fēng)口回旋區(qū)前實際反應(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)時間2小時與高爐內(nèi)焦炭進入風(fēng)口回旋區(qū)前實際反應(yīng)時間不符合。因此，新日鐵的試驗方法是一規(guī)范性試驗方法，樣品制備方法、樣品的粒度、試驗爐的溫度控制、反應(yīng)器的材料、氣體流量、反應(yīng)時間等影響試驗結(jié)果的條件，都必須嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，否則試驗結(jié)果就不可比。

　　國標(biāo)試驗方法存在較大差異

　　中國國家標(biāo)準(zhǔn)，第一版GB4000-83是1983年由當(dāng)時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3次破碎，所用篩子為方孔19mm~21mm。國標(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結(jié)果，國標(biāo)將反應(yīng)性縮寫為Cr，反應(yīng)后強度縮寫為Sar。

　　1996年，首鋼鋼鐵研究所對國標(biāo)進行了修訂，形成了第二版GB/T4000-1996。其主要對1983年的第一版的制樣方法進行了重大修改，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)后強度為CSR。

　　2008年，武漢鋼鐵（集團）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械儀器制造有限公司對國標(biāo)進行了修訂，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個方面內(nèi)容，一是制樣方法，機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。

　　目前國標(biāo)試驗方法與新日鐵試驗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)后強度。新日鐵方法采用3段獨立控制加熱，試驗樣溫度均勻；國標(biāo)采用一段控溫加熱，試驗樣的溫度均勻略差。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)器時供熱速度低于耐高溫合金鋼，也會降低焦炭反應(yīng)性，且反應(yīng)性越高吸熱量越大，差異越大。綜上所述，國標(biāo)法的試驗結(jié)果與新日鐵方法的試驗結(jié)果有較大的差異。因此，國標(biāo)法試驗結(jié)果不應(yīng)該再用新日鐵的CRI和CSR的縮寫表達反應(yīng)性和反應(yīng)后強度，因為全世界都已經(jīng)公認(rèn)，CRI和CSR就是采用新日鐵的試驗方法所得數(shù)據(jù)。

　　試驗條件對反應(yīng)性及反應(yīng)后強度的影響

　　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)、無機礦物的化學(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。通過試驗，本文分析焦炭的一些試驗條件對反應(yīng)性及反應(yīng)后強度的影響。

　　反應(yīng)時間的影響。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)試驗方法的反應(yīng)性及反應(yīng)后強度見表2。反應(yīng)性從25.6%到53.7%，差異超過1倍；反應(yīng)后強度從15.5%到65.7%，差異超過了3倍。通過改變反應(yīng)時間，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)后強度之間都呈現(xiàn)很好的負線性關(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，縮分成多份試驗樣品，分別在3個不同試驗室進行對比試驗，反應(yīng)性及反應(yīng)后強度見表3。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3個試驗室的條件差異是造成試驗結(jié)果差異的主要原因，特別是反應(yīng)爐的溫度控制方法對結(jié)果影響最大。焦炭與CO2反應(yīng)是一吸熱反應(yīng)，三段獨立控溫的試驗爐供熱能力和恒溫區(qū)的溫度均勻性優(yōu)于一段控溫試驗爐，因此反應(yīng)性高，反應(yīng)后強度低。

　　試樣粒度的影響。筆者針對兩種不同性能的焦炭，進行了改變試樣粒度的反應(yīng)性與反應(yīng)后強度試驗。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)負相關(guān)性，兩個樣品的相關(guān)線近乎平行；粒度與反應(yīng)后強度都呈現(xiàn)正相關(guān)性，兩個樣品的相關(guān)線也近乎平行。國標(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)致試驗結(jié)果有較大差異。

　　綜上所述，我國國標(biāo)“焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法”與新日鐵試驗方法已經(jīng)差異很大，試驗結(jié)果必然不同。因此，國標(biāo)法試驗的結(jié)果不應(yīng)再用CRI和CSR縮寫表達焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強度。而越來越多的研究表明，現(xiàn)行的“焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法”，已經(jīng)不能正確評價現(xiàn)代噴吹煤粉高爐內(nèi)焦炭的真實性能，建議開發(fā)新的評價方法替代之。