【摘要】：Corex工藝采用非焦煤代替焦炭進行鐵水冶煉,是21世紀十分具有潛力的煉鐵新技術(shù)。Corex工藝的預(yù)還原和終還原分別在上部的還原豎爐和下部的熔融氣化爐中進行,因此料柱骨架需承受的負荷相比傳統(tǒng)高爐減少了近一半,對焦炭強度的要求不及高爐苛刻。然而,塊煤進入高溫氣化爐后發(fā)生熱爆裂現(xiàn)象,爆裂后的煤焦粒度分布將影響半焦床的透氣性,此外,煤焦熱處理時間短,活性高,且半焦床床層高度低、溫度高,煤焦的氣化速率較焦炭快,因而煤焦在半焦床下降過程中將經(jīng)歷更復(fù)雜的物理化學(xué)作用,其性能將直接影響工藝的順行及能耗。因此,塊煤的熱爆裂作用和煤焦性能研究顯得至關(guān)重要。本文以興隆莊和大同煤為研究對象,采用高溫硅鉬爐和煉焦爐對塊煤進行了不同條件的裂解實驗,綜合分析了塊煤熱爆裂行為、煤焦的冶金性能、孔隙形貌、碳微晶結(jié)構(gòu)、官能團結(jié)構(gòu)和煤焦反應(yīng)性變化規(guī)律,主要包括:①對塊煤進行了高溫快速裂解實驗,研究表明:塊煤爆裂程度隨著處理溫度升高和塊煤粒徑增加而增大,而長時間的熱處理將增加塑性煤焦的平均粒徑;高溫爆裂行為的發(fā)生主要是由于巨大的溫度梯度產(chǎn)生的應(yīng)力對塊煤形成破壞,一旦塊煤粒徑超過20 mm,爆裂作用將明顯發(fā)生,相比粘接性煤,溫度對非粘接性煤的爆裂性影響更強烈;隨著處理溫度升高,煤焦的總孔體積升高,孔徑增大;碳微晶結(jié)構(gòu)隨著處理時間和溫度的增加變得更加有序,且溫度對碳微晶結(jié)構(gòu)的影響更明顯;研究進一步表明,物理結(jié)構(gòu)的變化是影響興隆莊煤焦反應(yīng)性的主要因素,而煤焦失活是影響大同煤焦反應(yīng)性的主要因素。②對1 kg塊煤進行了低速率熱解實驗,研究表明:煤焦機械強度隨熱解時間和溫度的增加而加強,而大同煤焦的抗碎強度由于裂紋的產(chǎn)生而逐漸下降,耐磨強度則不受裂紋的影響;煤焦比表面積隨熱解時間延長而下降,隨溫度的升高先降低后升高,當熱解溫度高于1000℃時,興隆莊煤焦由于二次裂解反應(yīng)產(chǎn)生更多微孔,而裂紋的產(chǎn)生不利于微孔的形成;大同煤焦隨溫度和處理時間增加反應(yīng)性均降低,而興隆莊煤焦反應(yīng)性與比表面積變化規(guī)律一致;煤焦反應(yīng)性和反應(yīng)后強度存在線性關(guān)系,較高的反應(yīng)性將導(dǎo)致較低的反應(yīng)后強度。③對興隆莊粉煤壓制成型,并進行了型煤熱解實驗,研究表明:型煤的爆裂程度隨熱解溫度的升高而增強,隨成型壓力的提高先增加后降低,溫度對爆裂性的影響明顯強于成型壓力,型煤添加瀝青后爆裂程度明顯下降;型煤低速率熱解后的煤焦抗碎強度和耐磨強度均不能達到塊煤熱解煤焦的強度,瀝青的添加能明顯改善其機械強度;型煤成型壓力越高,煤焦成焦效果越好,瀝青的添加同樣有利于型煤成焦,但壓力和瀝青對型煤的晶體結(jié)構(gòu)影響較小,晶體結(jié)構(gòu)受溫度的影響更加明顯;其煤焦反應(yīng)性隨熱處理溫度的升高而增加,隨成型壓力升高而降低,型煤添加瀝青后,反應(yīng)性得到了抑制。④通過對比各類煤焦發(fā)現(xiàn),型煤爆裂程度較相同處理條件的塊煤高,型煤孔壁由粗糙的顆粒物組成,成焦性相對較差,而興隆莊塊煤熱解后孔隙數(shù)量多,孔壁光滑,逐漸趨近焦炭形態(tài),而在型煤中添加瀝青后,煤焦孔隙形貌能夠得到較大改善;高溫快速裂解煤焦的晶體有序度較低速率裂解煤焦低,而型煤最低,焦炭的晶體有序度明顯高于煤焦;興隆莊煤焦反應(yīng)性表現(xiàn)為:型煤焦高溫快速熱解塊煤焦型煤添加瀝青焦低速率熱解塊煤焦焦炭,大同煤反應(yīng)性表現(xiàn)為:高溫快速熱解塊煤焦焦炭低速率熱解塊煤焦;瀝青的添加不僅能夠抑制爆裂的發(fā)生,還能增強煤焦的機械強度,降低煤焦反應(yīng)性,說明通過適當?shù)募夹g(shù)手段,型煤在Corex中的利用是可行的。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF526

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本文編號：2755008