[科普中国]-焦炭裂纹

焦炭裂纹1(fissure of coke)是指在焦炉炭化室内结焦过程中，由半焦的不均匀收缩产生的应力超过焦炭多孔体强度时，焦炭出现的裂纹。垂直于炭化室内热流方向的热炭裂续称横裂纹。平行于热流方向的称纵裂纹。这两种裂纹均严重影响焦炭的块度和焦炭转鼓强度。

简介焦炭裂纹(fissure of coke)1是指在焦炉炭化室内结焦过程中，由半焦的不均匀收缩产生的应力超过焦炭多孔体强度时，焦炭出现的裂纹。垂直于炭化室内热流方向的热炭裂续称横裂纹。平行于热流方向的称纵裂纹。这两种裂纹均严重影响焦炭的块度和焦炭转鼓强度。

形成原因迄今对焦炭裂纹的形成机理还没有完整的认识综合各国的研究结果，裂纹形成的主要原因有下述四个方面1：

(1)煤在焦炉炭化室内是层状结焦，各层的温度不同，从炉墙侧到尖炭化室中心之间，是各层温度逐渐降低的焦炭层、半焦层和胶质层，由于焦炭和半焦层两侧的温差使其出现弯曲的趋势，高温侧的凸曲面上呈现拉应力。

(2)在煤结焦过程的胶质体阶段，由于胶质体内不断热解出气休，加之胶质体的透气性差。胶质层内全发生膨胀。

3)焦块内的宏观裂纹有纵裂纹与横裂纹之分。当炭化室内和邻层间由于膨胀、收缩的差异产生的平行于层面的剪切应力，超过相邻层半焦多孔体间的结合强度时，会产生横裂纹。

(4)装炉煤中不同组分的收缩系数不同，结焦过程中。在不同组分的接触界面上会出现应力，并发展成裂纹。因此，装炉煤中的矿物质、焦粉、低挥发分煤等不熔融组分，是形成焦炭中网状裂纹的中心。

焦炭裂纹率焦炭单位面积上纵、横裂纹的总长度，是表示焦炭裂纹多少的指标。常用的测量方法是将方格(1×1cm)框架依次平放在焦块的各个面上，量出纵、横裂纹的投影长度。由于焦炭裂纹受各种因素影响，焦饼各部位的焦块裂纹率差别很大，因此应从焦饼上取能代表炭化室不同部位的、足够数星的焦块加以测定，以统计平均值作为测量值1。

防止措施(1)降低半焦层的温度梯度。方法有适当降低炉墙的加热温度，采用煤干燥工艺或煤预热工艺等1。

(2)合理配煤。高挥发分煤在结焦过程中形成大里裂纹，因此焦炭块度减小。添加适当比例(30%以上)的中等挥发分煤，可降低第一收缩峰。提高胶质体的固化温度(称再固化温度)，使配合煤的收缩曲线接近中等挥发分煤单独的收缩曲线，焦炭裂纹率也接近中等挥发煤单独炼成的焦炭的裂纹率。

(3)添加适当的惰性物料。常用的惰性添加物有半焦和高温焦粉。不同温度下得到的半焦在重新受热时呈现不同的收缩曲线，配入500℃的半焦可降低煤的第一收缩峰，但600℃后烟煤的收缩曲线和500℃半焦的收缩曲线基本一致，因此500℃半焦对600℃后煤的收缩没有影响。配入600℃半焦对烟煤在500℃左右产生的第一收缩峰不起作用，但使烟煤在600℃左右的收缩曲线上的低谷(最低值)降低较多，而使烟煤在700℃附近的第二收缩峰值降低不多，从而增大了收缩曲线上600℃处的低谷值和700℃处峰值之间的收缩系数差，反而不利于裂纹的减少。配入700℃以上的半焦或高混焦粉，可同时降低第一收缩峰和第一收缩峰。因此在挥发分较高的煤料中，添加适当数量粉碎至粒度小于0.1-0.5mm的500℃半焦或700℃以上的半焦和高温焦粉，可减少收缩裂纹，增大焦炭块度。但添加物粒度大，会使焦炭产生网状裂纹。惰性添加物过多还会降低煤料粘结性，使焦炭耐磨强度变差。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学