3 结果与讨论
3.1 影响焦炭光学组织的因素
影响焦炭光学组织的因素主要有煤的变质程度、岩相组成以及加工条件等。
3.1.1 煤变质程度的影响 对焦炭光学组织影响最大的是煤变质程度。煤变质程度升高，其焦炭中的各向同性结构逐渐减少，各向异性结构逐渐增多，微晶的大颗粒结构也逐渐增多 ( 见图 1 ～ 4) 。
图 1 各向同性组织 ( × 500)
图 2 中粒镶嵌状组织 ( × 500)
图 3 粗粒镶嵌状组织 ( × 500)
图 4 完全纤维状组织 ( × 500)
变质程度较低的烟煤 ( 镜质组反射率 R max 小于 0.80) ，形成各向同性组织较多的焦炭。 随煤变质程度增加 , 焦炭中各向同性组织减少 , 粒状镶嵌组织增多。当煤的镜质组反射率达 1.6 时焦炭中的纤维组织最多 , 且片状组织也明显增多。气煤形成以各向同性结构为主的焦炭 ; 肥焦煤形成的焦炭各向异性明显 , 其中以粒状镶嵌结构、纤维状结构较多。
3.1.2 煤岩相组成的影响 焦炭光学组织中的丝质与破片状，主要由丝质组转化而来。煤中的丝碳基本上以原来的形状保存在焦炭中。丝碳化基质基本上转变为破片状结构。稳定组由于大部分析出，仅少量保存在焦炭中，成焦后以原来的形状形成气孔。镜质组是形成焦炭光学组织的主要成分。它的性质对焦炭光学组织起着决定性的影响，决定着焦炭光学组织的类型及各向同性与各向异性的比例。
3.1.3 加工条件的影响 热解温度升高，焦炭光学组织中各向异性组织增加，当达到 3000 ℃ 时，则完全转化为石墨型的晶体结构 [2] 。
3.1.4 中间相历程的影响 煤中不同显微煤岩组分所经历的中间相历程不同，形成了不同的焦炭光学组织。煤中的活性组分 ( 镜质组与稳定组 ) ，在 350 ℃ 左右时分解为气相与一部分液相 ( 为各向同性 ) ，而惰性组分保持原来的形态。随着热分解与热缩合的进行，从液相中形成一部分中间相 ( 各向异性 ) ，其余部分仍为各向同性的液相，到 500 ℃ 左右时形成半焦。中间相固化后形成各向异性结构。各向同性的液相部分及惰性组分构成了焦炭中的各向同性结构。这两种结构一起构成了焦炭物质。由此可见：焦炭中的各向异性结构都经历过中间相过程，焦炭中的各向同性结构由未形成中间相的液相及惰性物质所形成。焦炭中各向异性的比例主要取决于中间相的数量。各向异性的强弱则与中间相的片状稠环的聚合程度有关。中间相只能由活性组分形成。因此，镜质组的性质在很大程度上决定着能否形成中间相、中间相的数量及小球体的聚合程度。煤镜质组的性质又取决于变质程度。
低变质程度煤芳构化程度低，热解时易形成较多的小分子气体产物，其层片的直径小，杂原子多，化学缩聚活性大，易形成交连键而随机取向，不易形成中间相。所以即使熔融，也只能形成光学各向同性的焦炭。
高变质程度煤加热时不熔融，不存在形成中间相的条件。高变质程度煤中的某些活性组分本身就含有一定尺寸、一定形状和在一定程度上呈三维排列的分子。这些分子在炭化时只要使其分子结构发生微妙的变化即可转化为光学各向异性焦炭，这就是焦炭光学组织中的基础各向异性组织、较强各向异性结构的片状组织。
中等煤化度的烟煤其镜质组结构趋于二维有序排列，交连键少。热解产物的化学活性适中，液相的流动性和温度区间都较大，有利于中间相的形成和发展、加热时软化熔融，形成胶质体，固化后形成各种镶嵌结构和流动型结构。
3.2 焦炭光学组织对焦炭性质的影响
3.2.1 对宏观性质的影响 焦炭光学组织中镶嵌组织以及不完全纤维有一定的连续性，但在中间相长大过程中稍有融并，是相互形成分子层扭曲而锲合的交界面。这种结构具有一定层状方位但又不太规则，因此可以给予微裂纹的延伸以最大的阻力，所以具有运动光学组织的焦炭强度比较高。纤维和片状组织由于层片排列比较整齐，微裂纹很容易在层片间延伸，因此这种组织的焦炭强度相对比较低。
3.2.2 对焦炭反应性的影响 焦炭与 CO 2 反应过程中，当没有催化剂时，不同组织有不同的反应活性。各光学组织的反应活性以下列次序依次减弱：
各向同性组织 - 惰性组织 - 细粒镶嵌组织 - 粗粒镶嵌组织 - 纤维组织 - 片状组织。因此，具有纤维和片状组织的焦炭反应性最低。
3.2.3 对抗碱金属侵蚀能力的影响 当焦炭吸附碱金属后，碱金属对焦炭与 CO 2 的反应有催化作用，使焦炭的反应性急剧增加。焦炭与 KOH 反应的程度，随光学组织中各向异性组织增多而增加，而具有各向同性组织的焦炭抗碱金属侵蚀的能力最强。
4 结 语
随着高炉喷煤量的增大，焦炭在高炉内不仅起着热源、还原剂、渗碳剂的作用，更重要的是作为料柱的骨架。这就要求焦炭既要有较高的强度和抗碱金属侵蚀的能力，又要具有较低的反应性。因此，以粒状镶嵌组织为主的焦炭更符合高炉对焦炭的要求。在炼焦生产中，首先要保证进厂炼焦煤的质量，杜绝混煤特别是搭配成的所谓的焦煤进厂，因为这样的煤在实际生产工艺过程中的行为与其牌号所标称的性质相去甚远；其次，要保证各项工艺操作制度的落实。 |
