焦炭气孔结构简介

焦炭气孔结构(pare structure of coke)是指炭中气孔和孔壁的分布状态 。焦炭是一种多孔体，气孔的形状、大小、数量、分布和壁厚等气孔结构参数与焦炭机械强度和焦炭反应性有关。在同一块焦炭中，气孔的大小和壁厚各不相同，分布也极不均匀。气孔结构取决于煤料性质以及炼焦煤准备和炼焦工艺。由于焦炉炭化室中不同部位的加热速度、煤料散密度、煤气析出途径等多种因素的差异，所生成的焦炭也具有不同的气孔结构。因此，测定焦炭的气孔结构参数，并用次评定焦炭的性能，是研究焦炭的重要内容。

焦炭气孔主要在炭化过程的胶质体阶段形成，当煤在炭化过程中热解析出挥发气体的速度大于气体扩散逸出的速度时，部分未逸出气体在新产生的胶质体内部形成了气孔。同时，胶质体充满颗粒间的空隙，导致胶质体膨胀。随着炭化温度仁升，胶质体流动度增大，体系表面张力变小，气孔开始长大。在气泡密集的部位也会出现气孔合并，形成大气孔。在最大膨胀温度时，气孔达到最大尺寸。然后，在接近固化温度时，伴随着半焦收缩，气孔变小。半焦生成后，温度在600-1000℃之间时，由于H₂、CH₄等小分子物质逸出，也形成一部分气孔。焦炭气孔结构的形成取决于原料煤的性质(如挥发分、粘结性、流动性和活性组分含量等)装炉煤散密度、装炉方式、加热速度、炭化终温和结焦时间等工艺因素。到的大气孔(尺寸为几毫米)外，肉眼不能辩认的气孔可分为宏观气孔、过渡气孔和微气孔。由于研究的目的不同，气孔的尺寸的划分也各不相同。一般将小于10nm的气孔称作微气孔。大于这个尺寸的气孔称作过渡气孔和宏观气孔 。

测定气孔的方法很多。微气孔可以用气体吸附法测定；过渡气孔和宏观气孔可用压汞法，或用光学显微镜和电子显微镜测定。20纪70年代以来，采用自动图象分析仪测定气孔结构，省时，误差少，可以得到气孔直径、气孔壁厚、气孔周边长、气孔数、气孔形状系数和气孔分布曲线等多种参数，用以综合评价气孔结构 。

焦炭力学性质是指是用材料力学方法测量和研究焦炭所得的焦炭性质。有焦炭抗压强度、焦炭抗拉强度、风炭显微强度和焦炭杨氏模量等。这些性质与焦炭气孔壁强度、焦炭气孔结构、焦块中的裂纹直接相关。以材料力学方法研究焦炭是20世纪70年代以来才开始的，尚不成熟，但它可以更深入地评定焦炭材料和焦炭多孔体的强度，揭示焦炭性质与结构间的内在关系 。

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 。

焦炭是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体（或孔孢多孔体）。裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少）来衡量。衡量孔孢结构的指标主要用气孔率（只焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦炭的反应性和强度。不同用途的焦炭，对气孔率指标要求不同，一般冶金焦气孔率要求在40～45%，铸造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。焦炭裂纹度与气孔率的高低，与炼焦所用煤种有直接关系，如以气煤为主炼得的焦炭，裂纹多，气孔率高，强度低；而以焦煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，用M40值表示；焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。焦炭的裂纹度影响其抗碎强度M40值，焦炭的孔孢结构影响耐磨强度M10值。M40和M10值的测定方法很多，我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。