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焦炭的显微结构如何影响其性能

  焦炭的显微结构对其性能有着至关重要的影响。以下是从不同方面详细分析焦炭显微结构如何影响其性能的:

  一、对焦炭反应性的影响

  焦炭的显微结构不同,其反应性也存在差异。具体来说:

  各向同性与各向异性:当碱金属不存在时,各向同性(如类丝炭及碎片)的焦炭与CO2反应速度较快,因为其碳层片分布杂乱,层间距大,活性碳原子多,易于吸附CO2进行反应。而各向异性结构的焦炭反应速度较慢,因为其碳层片排列规则,层间距小,活性碳原子少。然而,在碱金属存在且高温条件下,各显微结构的反应性趋向于相近。

  镶嵌结构:具有镶嵌结构的焦炭,其反应活性也受显微结构的影响。镶嵌结构中的光学结构单元随机定向,使得裂纹在扩展时需要消耗更多能量,从而减缓了反应速度。

  二、对焦炭强度的影响

  焦炭的显微结构与其强度密切相关:

  镶嵌结构:镶嵌结构多的焦炭强度较高,因为其光学结构单元之间的化学键连接较强,且裂纹扩展需要消耗更多能量。

  纤维状与片状结构:少量纤维状和片状结构的焦炭在热处理时易于产生微观裂纹并释放能量,但不易形成大裂纹。然而,过多片状结构可能会导致焦炭的耐磨强度降低。

  各向异性成分:含量高的焦炭强度较好,能保证焦炭具有较高的冷态强度(如M40值高)。这主要是因为各向异性结构的焦炭在受力时能够更有效地分散应力,减少裂纹的产生和扩展。

  三、对焦炭劣化的影响

  焦炭的显微结构也是其劣化的主要内在因素:

  各向异性结构:其高温抗碱性较差,因为碳层片间排列规则,易与碱金属形成层间化合物,导致层间距增大,有利于CO2进入发生反应。

  各向同性结构:虽然抗高温碱侵蚀能力优于各向异性,但往往有较多的宏观裂纹和较高的气孔率,冷强度也较差。

  四、对焦炭热态性能的影响

  焦炭的显微结构还与焦炭的热态性能有关。例如,焦炭中的矿物质可能会通过改变其显微结构来影响焦炭的质量。不同的显微组分具有不同的抗碱性,从而对焦炭在高温下的性能产生不同影响。

  综上所述,焦炭的显微结构对其反应性、强度、劣化以及热态性能等方面均有重要影响。因此,在配煤炼焦时,应根据高炉的具体情况确定适宜的配煤方案,以获得合理的显微结构组成,从而满足焦炭在高炉中的使用要求。

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