焦炭反应性及反应后强度试验方法

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1 范围

本标准规定了测定焦炭反应性及反应后强度试验方法的原理、试验仪器、设备和材料、试样的采取

和制备、试验步骤、结果的计算及精密度。

本标准适用于高炉炼铁用焦炭的反应性及反应后强度的测定，其他用途焦炭可参照执行。

2 规范性引用文件

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GB/T 1997 焦炭试样的采取和制备

YB/T 4494 焦炭反应性及反应后强度机械制样技术规范

3 原理

称取一定质量的焦炭试样，置于反应器中，在1100℃时与二氧化碳反应2 h
后，以焦炭质量损失的

百分数表示焦炭反应性(Coke Reactivity Index,简写为CRI)。

反应后焦炭，经I 型转鼓试验后，以大于10 mm
粒级的焦炭质量占反应后焦炭质量的百分数表示

焦炭反应后强度(Coke Strength After Reaction,简写为 CSR)。

4 试验仪器、设备和材料

4.1 电炉

电炉用电炉丝、碳化硅或其他能满足试验要求的加热元件加热均可。在炉膛内(1100±3)℃恒温
区长度不小于150 mm,
最好采用三段式加热炉(示意图见图1),保证二氧化碳与焦炭试样反应时，进入

试样层的气体温度、整个试样层温度稳定在(1100±3)℃。也可采用单点测温加热炉，参照附录
A。

GB/T 4000—2017

单位为毫米

说明：

1——上段电炉；

2——上段测温电偶；

3—— 中段电炉；

4—— 中段测温电偶；

5— 下段电炉；

6——下段测温电偶。

图 1 三段式加热炉示意图

4.2 温度控制装置

4.2.1 温度控制要求

温度控制装置能够在试验状态下实时显示试样层上、中、下温度，保证二氧化碳与焦炭试样反应时，

进入试样层的气体温度、整个试样层温度稳定在(1100±3)℃范围之内。

4.2.2 控温仪

4.2.2.1 控制精度：(1100±3
4.2.2.2 精度等级：不低于0.2级。

4.2.3 三点式热电偶( 示意图见图 2 )

S
型，不低于工业级Ⅱ级，热电偶测量端分别位于试样中心的上部、中部和下部。

GB/T 4000—2017

单位为毫米

说明：

1——上段测温电偶；

2—— 中段测温电偶；

3——下段测温电偶。

图 2 三点式热电偶示意图

4.3 反应器(示意图见图3)

4.3.1 反应管材质：GH3044。

4.3.2 反应管壁厚：≥1.5 mm。

4.3.3 反应管内径：80 mm±1mm。

4.3.4 托料筛片：φ78 mm±1mm,

其上均匀钻φ3 mm 的圆孔，孔间距5 mm, 筛片厚度1.5 mm。

单位为毫米

说明：

1——反应器出气管；

2——反应器管壁；

3——热电偶护管；

4——焦炭试样；

5——托料筛片；

6——反应器进气管。

图 3 反应器示意图

GB/T 4000—2017

4.4 I 型转鼓(示意图见图4)

4.4.1 恒定转速：20 r/min。

4.4.2 鼓体：用内径130 mm, 厚 5 mm～6mm
的无缝钢管加工而成，鼓内净长度700 mm±1 mm,鼓盖厚度5 mm～6 mm。

4.4.3 定期检查I 型转鼓转数及转鼓磨损情况，如果600 r 超过30 min±1

4.4.2 要求，应及时修补或更换。

min 或鼓体尺寸不符合

单位为毫米

说明：

1——转鼓；

2——联轴器；

3——减速电机；

4——支架；

5——计数器；

6——转鼓盖。

图 4 I 型转鼓结构示意图

4.5 二氧化碳供给系统

4.5.1 二氧化碳：纯度≥99.5%,干燥，其中 O₂ 的浓度应<0 . 01%。

4.5.2 二氧化碳质量流量控制器：量程5 L/min, 精度不低于±1.5%F.S。

4.5.3 设备进气口装配二氧化碳加热减压阀。

注：气体纯度不能满足要求时，可采用附录 B
中的仪器进行净化和干燥。本标准所用的气体体积和流量采用标准

状态(0℃和一个大气压)下的体积和流量。

4.6 氮气供给系统

4.6.1 纯氮：纯度≥99.99%,干燥。

4.6.2 氮气质量流量控制器：量程5 L/min, 精度不低于士1.5%F.S。

4.6.3 设备进气口装配氮气减压阀。

注：气体纯度不能满足要求时，可采用附录 B
中的仪器进行净化和干燥。本标准所用的气体体积和流量采用标准

状态(0℃和一个大气压)下的体积和流量。

GB/T 4000—2017

4.7 圆孔筛

φ10 mm,筛框有效直径200 mm。
φ23 mm,筛框有效直径300 mm。
φ23 mm 和φ25 mm, 筛面400 mm×500	mm,参见GB/T	2006 圆孔筛规定制作。

4.8 干燥箱

工作室容积不小于0.07 m³ 的鼓风干燥箱。

4.9 天平

最大称量不超过1000 g,感量为0. 1 g。

4.10 铑-铂热电偶

S
型，不低于工业级Ⅱ级，装在耐热保护管中，用来测定和控制试验条件所要求的样品温度。

4.11 标准样品

焦炭反应性及反应后强度标准样品，用来定期检测设备的稳定性。

4.12 三段式加热炉法-焦炭反应性检测系统

示意图见图5。

说明：
1 双炉基座；	8 - 反应器；
2——升降机构；	9 — 排气罩；
3 — 升降立柱；	10— 配气装置；
4——三段控温电偶；	11— 流量计；
5——气体入口；	12— 电磁阀；
6——升降托板；	13—— 电控柜。
7——三段炉膛；

图 5 三段式加热炉法-焦炭反应性检测系统示意图

GB/T 4000—2017

5 试样的采取和制备

5.1 按 GB/T1997 规定的取样方法，按比例取不小于25 mm 焦炭60
kg,完全弃去气孔大、成蜂窝状的泡焦和带有黑头、不完全是灰色的炉头焦。

5.2 将焦炭制成23 mm～25mm 的近似球形颗粒。机械制样按照 YB/T4494
的要求执行。

5.3 试验焦炉的焦炭可用大于40 mm 粒级的焦炭直接制样。

5.4 将制好的试样用缩分器缩分出900 g,在170℃~180℃温度下干燥2
h,放入干燥器中冷却至室温，再用φ23 mm 和φ25 mm
的筛子进行筛分，去除粘着在焦块上的焦粉，用四分法将试样分成四份，
每份不少于220 g,装入密封的容器中备用。焦炭水分可参照附录 C
测定，若焦炭水分小于1%可不干燥。

6 试验步骤

6.1 试验次数

最少进行两次试验。记录每一次试验的焦粒数量，保证重复性试验或再现性试验使用的焦炭粒数

相差不超过1粒。如果不能保证焦炭粒数满足要求时，在报告中注明并说明原因。

6.2 试样准备

称取试样(200±2)g,精确到0.1 g,记录其质量为m,
最终的质量校正可通过替换一块较轻或较重

的焦炭来完成。

6.3 试样装入反应器

将焦炭试样装入反应器中铺平，确保反应器内的焦炭层处于电炉恒温区中部，将热电偶插入套管内

并处于料层中心位置，固定好反应器。将反应器进气口与供气系统连接，检查气路，保证系统的气密性。

6.4 升温

电炉升温，升温速度为8℃/min～16℃/min。当料层温度达到400℃时，以0.8 L/min
的流量通
入氮气，防止焦炭烧损。当料层温度达到1050℃时，预热二氧化碳气瓶出口处，以保证二氧化碳稳定
流出。当料层温度达到1100℃时，稳定10 min,切断氮气，改通二氧化碳，流量为5
L/min, 记录开始反应时间。通二氧化碳后料层温度应在5 min～10 min
内恢复到1100℃±3℃。反应2 h,停止加热，

切断二氧化碳，改通氮气，流量为2 L/min。

警示——试验过程中有少量的 CO
排出，为保证安全，应将尾气燃烧或直接排出室外。试验过程

中，要保持室内空气流通。