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作者：赵兵建辽宁科技大学

学位级别：硕士

在当前国家“双碳”战略发展要求下,钢铁冶金领域低碳化发展已成为行业重要方向,特别是面对优质炼焦煤资源短缺、环保要求管控严格等新形势,从工艺源头开发低碳化原料资源尤为重要。高炉原料的低碳化利用,对焦化行业提出了新的挑战,其... 详细信息

在当前国家“双碳”战略发展要求下,钢铁冶金领域低碳化发展已成为行业重要方向,特别是面对优质炼焦煤资源短缺、环保要求管控严格等新形势,从工艺源头开发低碳化原料资源尤为重要。高炉原料的低碳化利用,对焦化行业提出了新的挑战,其中高反应性焦炭由于具有在高炉冶炼过程中降低热储备区温度,控制Fe O-Fe还原平衡点的移动,从而实现降低焦比、减少CO排放等功能,得到诸多研究者广泛关注。本论文基于典型炼焦煤煤质特性研究,以及在不同变质程度炼焦煤中添加Ca、Mg金属氧化物研究了焦炭的热态性能和微观强度;为模拟焦炭在高炉中的反应行为,探讨了升温速率、反应温度以及焦炭中Ca含量变化对焦炭等温及非等温溶损反应行为的影响,并对不同反应温度下焦炭的微晶结构进行分析;同时,探讨了中温煤沥青添加量和改变装炉煤堆积密度对焦炭热态性能及微观强度的影响,以期对高反应性焦炭制备及其微观性能进行深入掌握。结果表明:炼焦煤添加金属氧化物对于改善焦炭反应性具有重要影响,随着焦炭中Ca、Mg氧化物含量的增加,焦炭的反应性增大,反应后强度降低,但其变化幅度逐渐减小,Ca O对焦炭热态性能的影响程度强于Mg O。非等温溶损反应过程中,随着升温速率的增大,焦炭溶损反应速率明显增大,反应表观活化能及指前因子均明显减小;随着焦炭中Ca含量的增大,焦炭的初始反应温度和剧烈反应温度均降低,反应表观活化能和指前因子均减小。等温溶损反应过程中,随着反应温度的升高,最大反应速率增大,反应半周期提前;当反应温度大于1300℃时,Ca含量变化对焦炭等温溶损反应基本无影响。实验探究了反应温度对焦炭微观结构的影响。通过对不同反应温度下焦炭微晶结构变化研究发现,随着热处理温度升高,焦炭002峰的峰型越来越尖锐,堆垛高度Lc明显增大,层间距d逐渐减小,焦炭晶体结构随着温度升高趋向有序;随着焦炭中Ca含量的增加,反应后焦炭样品的002峰区间变窄且强度减弱。实验通过在炼焦煤中添加煤沥青及改变装炉煤堆积密度的方法提高焦炭强度,随着煤沥青添加量的增加,焦炭冷、热态强度均增大,反应后中心部位微观强度也随之增大,煤沥青添加量为4%左右时对焦炭性能的影响最优;随着装炉煤堆积密度的增大,焦炭反应后强度明显提高,反应后中心部位微观强度也明显提高,装炉煤堆积密度在0.95 t/m左右焦炭性能最优。

关键词：焦炭反应性碱土金属氧化物溶损反应动力学中温煤沥青焦炭微观结构

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对焦炭微观结构的认识及研究进展

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煤质技术 2022年第3期37卷 1-8页

作者：刘圆谢全安程欢王杰平梁英华赵昊达华北理工大学化学工程学院河北唐山063009 河北省煤化工工程技术研究中心河北唐山063009

焦炭主要用于高炉冶炼且在高炉中具有不可或缺的重要作用,而冶炼技术的发展导致对焦炭质量的要求日益提升。基质结构和孔隙结构等焦炭微观结构是影响焦炭质量的主要因素,从光学显微组织、X射线衍射、高分辨率透射电镜、拉曼光谱等研究... 详细信息

焦炭主要用于高炉冶炼且在高炉中具有不可或缺的重要作用,而冶炼技术的发展导致对焦炭质量的要求日益提升。基质结构和孔隙结构等焦炭微观结构是影响焦炭质量的主要因素,从光学显微组织、X射线衍射、高分辨率透射电镜、拉曼光谱等研究手段剖析对焦炭基质结构的认识,并从显微图像分析法、压汞法、气体吸附法等孔隙结构研究方法阐述对焦炭孔隙结构的认识。从焦炭基质结构、焦炭孔隙结构对宏观性能的影响解析焦炭微观结构与宏观性能的关系,并分析微观结构随溶损反应的演变,论述了焦炭结构与焦炭质量的关系,并就目前研究的不足之处提出未来的研究发展方向。通过对焦炭微观结构的认识及研究进展现状进行综述可知:高分辨率透射电镜和拉曼光谱等新技术的补充可从晶体结构和分子结构角度加深对焦炭基质结构的认识;压汞法和气体吸附法的补充可进一步分析过渡孔和纳米孔等更小的孔径,但由于焦炭的气孔结构异常复杂,靠现有手段全面认识焦炭的孔隙结构仍有一段距离;焦炭光学组织中的光学各向异性程度、微晶尺寸、孔隙率等参数与焦炭冷热态性质紧密相关,但建立焦炭微观结构与宏观性质之间的定量关系仍有较大困难;碳微晶单元尺寸越大,气孔率越低,冷热态强度越好;研究焦炭微观结构随溶损反应的演变,可更好地认识焦炭的宏观热性能,而溶损反应后焦炭的孔隙率上升,相邻小孔合并,平均孔径增大,强度降低。精密检测仪器和计算机的发展有利于提高对焦炭微观结构的认识,未来需从炼焦煤成焦机理入手以探寻焦炭微观结构形成规律、建立新型煤-焦质量对应关系,从而更加精细化地指导配煤炼焦生产。

关键词：焦炭微观结构基质结构孔隙结构溶损反应结构演变宏观性能焦炭质量高分辨率透射电镜气体吸附法

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少肥煤配比的配煤炼焦实验室研究与优化

少肥煤配比的配煤炼焦实验室研究与优化

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作者：孙西巍华东理工大学

学位级别：硕士

本文在缺少肥煤为基础煤的条件下,进行实验室配煤炼焦方案的研究与优化。通过添加瘦化剂和黏结剂以及调配其他炼焦煤种的措施改善焦炭的冷态强度(抗碎强度M13和耐磨强度M3)和热性质(C02反应性CRI和反应后强度CSR)。利用煤质分析、成焦... 详细信息

本文在缺少肥煤为基础煤的条件下,进行实验室配煤炼焦方案的研究与优化。通过添加瘦化剂和黏结剂以及调配其他炼焦煤种的措施改善焦炭的冷态强度(抗碎强度M13和耐磨强度M3)和热性质(C02反应性CRI和反应后强度CSR)。利用煤质分析、成焦特性分析等手段研究了焦炭的宏观性质;利用X射线衍射方法研究了焦炭的微观结构。结果表明,适量焦粉作瘦化剂,可改善焦炭的抗碎强度;中温沥青作粘结剂对配合煤有改质作用,但配比应不高于5%;在其他配比固定的条件下,气煤含量存在一个最佳值使焦炭质量达到最佳;煤中矿物质对焦炭CO2反应性具有催化作用,其中以M02YL煤最为明显。微晶结构是影响焦炭宏观性能最本质的因素,焦炭微晶结构受煤化度、活惰比以及煤中矿物质影响显著。实验室坩埚焦实验结果和小焦炉实验结果的对比表明,实验室坩埚配煤炼焦方法的可行性得到了小焦炉实验的验证,可快速而有效确定适宜配煤方案。运用BP神经网络,建立从单煤性质到配合煤焦炭性质的映射关系。选用三层网络预测焦炭质量,结果表明,各项指标的偏差均在1%以内,神经网络的预测精度高,适应性强。

关键词：配煤炼焦矿物质催化指数焦炭微观结构 BP神经网络

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