[科普中国]-焦炭抗拉强度

焦炭抗拉强度1(tensile strength of coke)是指胶炭在拉力作用下断裂时，其单位面积巨承受的力，即焦炭断裂时所能承受的最大拉应力，是从炭力学性质的指标之一。

简介焦炭抗拉强度(tensile strength of coke)是指胶炭在拉力作用下断裂时，其单位面积巨承受的力，即焦炭断裂时所能承受的最大拉应力，是从炭力学性质的指标之一1。

焦炭是高炉操作重要的原料，随着高炉的大型化，高效化，对焦炭提出了更高的要求。工业生产中一直沿用转鼓来评定焦炭的强度，它是模拟焦炭由焦台至高炉运输过程中的破坏状况(几何破坏，变形破坏，撞击破坏和磨损破坏)。但由于破坏机理复杂，难以建立相应理论，使不同试验方法有较好的相关性。因而人们就从不同层次来研究焦炭的强度，如表征焦质强度的显微强度; 表征气孔结构与焦质的结构强度，以及表征焦质、气孔及微裂纹的抗拉强度等。

抗拉强度与煤质的关系中等变质程度的煤所得的焦炭强度高，低变质程度与高变质程度的煤所得焦炭强度低。这是由于中等变质程度的煤中，惰性物组分与活性组分的比例适当。在煤炭化初期生成的液相产物较多，且液相产物的热稳定性好，粘度较小，流动性好，透气性差。故焦质层内固体粒子完全浸润，粒间空隙被充填满。因焦质体透气性差，塑性体内部膨胀压力大，有利于变型粒子间的粘结，固化时收缩较少。因此，由中等变质程度的煤炼得的焦炭，裂纹少，连续性好，质地较均一，所得焦炭的光学组织以镶嵌型和不完全纤维为主，故抗拉强度高。而气煤，在热分解过程中生成的流动相热稳定性差，很快分解成气体而析出，且产生的自由基化学缩聚活性太强，缩聚产物分子量迅速增长，层片间生成大量的交联键，使中间相无法生长和长大，生成各向同性炭，另外气煤的活性组分过多，胶质体透气性好，所得的焦炭气孔较多，焦炭粒子间界面结合差，所以焦炭抗拉强度低1。

对于高煤化度的瘦煤来说，其惰性物含量过多，作为粘结剂的活性组分不足。在炭化初期，生成的液相产物量少，流动性差，软固化温度间隔小，不能将固体粒子间的空隙填满。焦炭的各相异性组织以流动型和区域型为主，因而瘦煤焦炭的强度也低。所以，从以上的分析表明，焦炭的抗拉强度与煤的变质程度间呈抛物线关系。

根据配煤炼焦理论，可将煤分成粘结组分和纤维组分，获得优质焦炭的基本条件是: 提高纤维组分的强度，以及使纤维组分和粘结组分维持合适的比例范围。粘结性差的煤，无论其纤维组分强度如何，由该煤炼得的焦炭强度低，强粘结的焦煤，其纤维组分和粘结组分的比例合适，纤维组分强度较大，所得焦炭的强度高。过高的肥煤、气肥煤其活性组分过多，且纤维组分强度较低，因此所得焦炭强度又下降。而煤中活性组分主要是镜质组，根据不同的煤反射率不同，将镜质组分为不同的组型，不同的组型其容惰能力不同，通过配煤使其中活性物与惰性物达到最佳比例，可预测焦炭的强度，指导工业生产。

抗拉强度与结构强度及显微强度间的关系显微强度是反映焦炭基质的强度，排除了气孔的影响，而结构强度是反映了包括气孔在内的强度。故抗拉强度不但与基质强度有关，并且与焦炭的气孔结构有关，因此抗拉强度与结构强度的相关性比与显微强度的相关性好1。

抗拉强度与气化反应的关系抗拉强度与焦样的气化量呈现很好的线性相关性。随气化量的增加，焦样的抗拉强度明显下降。将未反应的焦样与部分气化后的焦样进行观察比较，发现焦样在未反应前，其气孔较小，分布较好，形状较规则，接近圆形，基体的均匀性和连续性好，基质致密，裂纹少。经部分气化后的焦样，在电镜下可看到：气孔扩大，其气孔率增加，基质的均匀性与连续性被破坏，原有的裂纹向纵深方向扩展，并形成了新的裂纹，焦基质变得松散，多孔穴，多裂纹。气化量为12. 94 % 的焦样，在电镜下可看出，焦样的气孔扩大，并且产生了许多小气孔，气孔的形状稍有变化，基体连续性减弱，且孔壁产生微裂纹。随气化量的增加，焦样气孔不断扩大，并向里层延伸，孔壁也产生了孔穴，并逐渐加深加大。但气化量达到38. 48 % 后，电镜下观察到，焦样连续的基体几乎全解体，气孔大而不规则，已成为孔洞，孔壁的裂纹已发展成为裂隙，基质显得很疏松、脆弱，因此焦样的抗拉强度下降显著1。

总结1.冶金焦和7kg试验小焦炉配煤焦炭的抗拉强度与显微强度，结构强度相关性差。7kg试验小焦炉的单种煤焦炭的抗拉强度与结构强度相关性好，与显微强度相关性也较差1。

2.焦炭在1100 ℃下，与CO2反应属于深层均一反应，焦样随其气化量增加，抗拉强度明显下降，两者之间线性关系较好。

3.抗拉强度的平均值表示法，不能反映焦炭质量的均匀性，而焦炭的均匀性是很重要的，因此寻求更恰当的抗拉强度表征乘数有待进一步研究。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学