我國煉焦煤資源日益緊張,貧煤與無煙煤、低變質(zhì)煙煤和褐煤等非煉焦煤資源相對豐富。從改善高爐內(nèi)礦石還原的角度出發(fā),焦炭應(yīng)具有較高反應(yīng)性。那么配加少量褐煤用于煉焦,一方面利用配加褐煤制得的焦炭高反應(yīng)性特點,提高礦石間接還原改善高爐內(nèi)冶煉過程;另一方面,褐煤價格較低,應(yīng)用褐煤焦炭具有重要的社會和經(jīng)濟價值。因此,有必要圍繞褐煤處理方式、配加量等對焦炭質(zhì)量的影響規(guī)律展開系統(tǒng)研究,提高褐煤的利用價值。本課題以褐煤、褐煤半焦及改性褐煤為研究對象,探究了不同試樣對焦炭質(zhì)量的影響規(guī)律以及利用褐煤制備高爐用冶金焦炭的可行性,主要研究如下:從化學成分、形貌特點、孔結(jié)構(gòu)特點等方面對比了褐煤、褐煤半焦以及改性褐煤的基礎(chǔ)性能異同。結(jié)果表明,褐煤揮發(fā)分含量超過54%,干餾后的半焦揮發(fā)分大幅度降低,灰分含量上升,半焦比表面積的大幅度提高,官能團中脂肪氫含量降低,芳香氫含量升高,芳香度提高;因親水性官能團含量的降低,水熱改性褐煤的芳香度提高;酸洗改性能夠降低堿金屬和堿土金屬含量。在褐煤/半焦配煤煉焦過程中,焦炭的收得率也隨之下降,灰分升高;配加改性褐煤制得的焦炭灰分降低。利用轉(zhuǎn)鼓、熱重分析儀、掃描電子顯微鏡、比表面積測定儀、偏光顯微鏡對褐煤制得的焦炭冷熱態(tài)強度、微觀形貌、比表面積、孔徑分布及光學結(jié)構(gòu)進行了對比研究。結(jié)果表明,因褐煤劇烈熱解溫度段與煉焦配合煤的塑性軟化區(qū)間重疊,褐煤在成焦過程中,熱解產(chǎn)物與配合煤發(fā)生劇烈的相互作用,導(dǎo)致大于0.1rmm2及小于0.01mm2的孔洞發(fā)育,焦炭孔洞均勻度降低;同時隨著褐煤焦炭中鑲嵌組織含量降低,各向同性、絲碳及破片狀組織含量增加,最終導(dǎo)致焦炭的轉(zhuǎn)鼓強度降低。褐煤添加量高于4%時氣化反應(yīng)的發(fā)生已無限性環(huán)節(jié),從而進一步降低了氣化后褐煤焦炭的轉(zhuǎn)鼓強度。從半焦焦炭的微晶結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)分布、光學組織等方面分析了褐煤半焦對焦炭強度的影響規(guī)律。結(jié)果表明,當半焦配比小于6%時,焦炭轉(zhuǎn)鼓強度高于未配加褐煤半焦的焦炭,能夠促進焦炭微晶的生長,抑制焦炭孔洞的形成且添加褐煤半焦的焦炭轉(zhuǎn)鼓強度與微晶堆垛高度Lc具有很好的線性關(guān)系。當褐煤半焦配比小于4%時,能夠改善焦炭的微晶結(jié)構(gòu),并提高焦炭氣化前后的強度。從半焦焦炭反應(yīng)性和轉(zhuǎn)鼓冷熱態(tài)強度來看,將熱處理半焦配比控制在6%以下制得的焦炭性能優(yōu)于原樣焦炭。采用水熱和酸洗的方式對褐煤進行預(yù)處理,并將預(yù)處理后的褐煤部分替代煉焦煤進行冶金焦炭的實驗研究。結(jié)果表明,對褐煤進行200。C水熱酸洗處理是一種有效的提高型焦抗壓強度的預(yù)處理方案,這主要是酸洗脫除了試樣中堿金屬和堿土金屬,促進大分子網(wǎng)絡(luò)的流動性,在水熱提質(zhì)的基礎(chǔ)上進一步增加了試樣顆粒之間的粘結(jié)性。水熱提質(zhì)酸洗褐煤用于煉焦配煤能其夠有效提高焦炭氣化前后強度,結(jié)合動力學分析,水熱酸洗提質(zhì)能夠提高焦炭氣化反應(yīng)的活化能,從而抑制氣化反應(yīng)的進行。配加褐煤等不同試樣制得的焦炭具有高反應(yīng)焦炭的特點,起始反應(yīng)溫度和氣化后強度總體上呈現(xiàn)正相關(guān)性。利用里斯特操作線法,理論分析表明,當試樣配比為4%時,使用褐煤焦炭可節(jié)省燃料1.42kg/tHM,半焦焦炭1.23kg/tHM;預(yù)處理后的褐煤性能得到改善,制得的焦炭反應(yīng)性和氣化后強度也得到優(yōu)化,經(jīng)過計算可節(jié)省燃料0.54kg/tHM。
【學位單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TF526
【部分圖文】：

球粗鋼產(chǎn)量的比例從２０１６年的４９．０％上升至４９．２％，美國鋼鐵產(chǎn)量則從２０１５逡逑年的７８６０萬噸升高到８１６０萬噸，增加了邋４．０％。２０１７年全球粗鋼產(chǎn)量為１６．９逡逑億噸，同比增長５．３％。圖２－１為２０１６年和２０１７年世界粗鋼產(chǎn)量前十國家對逡逑比。逡逑８０邋－W四邐２０１７邋－邋１４逡逑？邋ＭＡ邐■四邋２０１６邋．逡逑７０邋－邋ｍ邐１＼邐－１２逡逑６°邋？W邐－邋１０逡逑＾０：［邋／邋＼邋：８：逡逑０．邐匪WW－邋0逡逑中國閂本印度美國俄羅斯韓國德國土耳其巴西意大ｆｌｊ逡逑圖２－１邋２０１６年和２０１７年世界粗鋼產(chǎn)量前十國家對比逡逑圖２－２為２０１０年至２０１７年全國粗鋼產(chǎn)量統(tǒng)計。雖然中國的鋼鐵產(chǎn)量居逡逑世界第一，但人均產(chǎn)量仍處于快速增長的范圍內(nèi)。鋼鐵生產(chǎn)和人均鋼鐵生產(chǎn)逡逑－２邋－逡逑

球粗鋼產(chǎn)量的比例從２０１６年的４９．０％上升至４９．２％，美國鋼鐵產(chǎn)量則從２０１５逡逑年的７８６０萬噸升高到８１６０萬噸，增加了邋４．０％。２０１７年全球粗鋼產(chǎn)量為１６．９逡逑億噸，同比增長５．３％。圖２－１為２０１６年和２０１７年世界粗鋼產(chǎn)量前十國家對逡逑比。逡逑８０邋－W四邐２０１７邋－邋１４逡逑？邋ＭＡ邐■四邋２０１６邋．逡逑７０邋－邋ｍ邐１＼邐－１２逡逑６°邋？W邐－邋１０逡逑＾０：［邋／邋＼邋：８：逡逑０．邐匪WW－邋0逡逑中國閂本印度美國俄羅斯韓國德國土耳其巴西意大ｆｌｊ逡逑圖２－１邋２０１６年和２０１７年世界粗鋼產(chǎn)量前十國家對比逡逑圖２－２為２０１０年至２０１７年全國粗鋼產(chǎn)量統(tǒng)計。雖然中國的鋼鐵產(chǎn)量居逡逑世界第一，但人均產(chǎn)量仍處于快速增長的范圍內(nèi)。鋼鐵生產(chǎn)和人均鋼鐵生產(chǎn)逡逑－２邋－逡逑

成鐵渣粘結(jié)相時焦炭中的碳即開始滲入鐵水。在滴炭接觸時，碳進一步滲入鐵內(nèi)，最后可使鐵水的碳架作用：高爐生產(chǎn)要求料柱有良好的透氣性、透液旋區(qū)以上部位唯一始終保持塊狀的物料，尤其進入軟，塊狀焦炭支撐著高爐上部爐料，并承受著渣鐵液多孔碳質(zhì)材料的焦炭堆密度比高爐內(nèi)其他含鐵原料高爐內(nèi)焦炭體積占到料柱總體積的３５？５０％，起到疏升氣流的阻力，使煤氣流更加均勻，保證了高爐的架作用好壞，取決于入爐焦的質(zhì)量，也取決于高爐［３１＿３２］。逡逑對焦炭質(zhì)量的要求逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2829726