冶金焦炭微晶结构对其热性能影响因素的分析(4)
C 研究焦炭性质的目的[9]
焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。其中料柱骨架作用日益明显，焦炭是高炉炼铁的主要燃料． 高炉炼铁要想顺行进行，透气性必须要足够好。高炉的工作温度很高，在1500度以上，在此温度下，其他炉料都会融化形成致密的软熔带透气性变差，此时只有焦炭还是粒状，不会软熔，他在软熔带中起骨架的作用，炉内产生的气体在焦炭周围穿过，这样高炉才能顺行。如果料柱的透气性不好，会导致高炉操作困难，严重时会引起悬料等高炉事故。由此可以看出焦炭在高炉中作用重大。故为了节约成本和安全起见，降低其热反应性和增加其热强度意义重大。近年来，各铁厂喷煤的水平不断提高，入炉焦比不断降低。喷煤量的提高对焦炭性质提出了更高的要求，特别是焦炭的热性质。根据高炉生产实践，焦炭的热性质对高炉炉缸状况影响尤为重要。焦炭反应性(CRI)和反应后强度(CSR)需保持一定的水准[10]。
1．1．3焦炭结构对于其冶金性能的影响
A 焦炭微晶结构
高倍透射电镜分析微晶结构:高倍透射电镜(HRTEM)是透射电镜的一种，能够将晶面间距通过明暗条纹更加直观、形象地表示出来[11]。利用HRTEM可以获得焦炭的晶格条纹像，使用图像处理提取代表石墨层片的条纹图像，计算获得条纹的特征参数，包括长度、曲度、倾角及分布。用计算机软件可直接计算石墨微晶大小和层片间距等微晶参数。
焦炭主要以石墨晶体的形式存在，这种石墨晶体的尺寸非常小，仅仅为数个纳米，无数个微小的且大小不等的石墨晶体杂乱无章的堆叠在一起构成饿焦炭的主要成分。使用高分辨透射电镜(HRTEM)可以直接获得焦炭中石墨微晶的图像，经过适当处理后得到石墨微晶图像。[12]从图中可以看到，代表石墨微晶的条纹呈现不规则性和排列无序性。从规则石墨晶体的特征看，只有那些相互平行且间距一定(理论值为0．335nm)的条纹组才能看作是一个石墨晶体，因此，焦炭中含有大量相互平行的石墨层片单元(即条纹组，亦即石墨微晶)，而这些单元又是杂乱无章的排列在一起。
主要分析步骤为：1．图像过滤，对原始的焦炭HRTEM图像进行二文快速傅立叶变换，以一定的频率范围对频域图过滤，再进行逆快速傅立叶变换为实域图;2．图像分割:在0一255中确定阀值，将过滤后的实域图分割为黑白二值图;3．条纹骨架化:把黑白二值图中的条纹转换为单像素条纹。
完成之后可以得到清晰的石墨微晶条纹图，大致如图1．1(a)。
(a) 石墨微晶条纹图
然后进行：
(1)对图中的每个条纹进行识别编号，并测量计算其各项参数，包括条纹长度、条纹中心坐标和条纹倾角;
(2)对所有条纹比较后进行归并，比较包括平行度判定、相对位置判定和间距判定，将符合上述判定条件的条纹作为一个条纹组，并将具有相同层数的条纹组归类为1条纹组、2条纹组、3条纹组……;
(3)计算每个条纹组的大小、高度、层间距，即:该条纹组所有条纹的平均长度、所有条纹层间距之和、所有条纹的平均层间距;
(4)计算上述1条纹组、2条纹组、3条纹组……各自占到该图所有条纹的比率，从而得到条纹织的分布状，
如此可以得出石墨微晶单元的大小、堆积层数、层间距以及单元的分布等重要结构参数