發(fā)布時間：2020-04-24 18:03

【摘要】：隨著高爐噴吹煤粉技術的強化和普及,焦炭的供熱、還原劑和滲碳作用可不同程度地被噴吹煤粉所替代,但支撐骨架作用卻愈加重要。因此,如何提高焦炭的強度,成為當今煉鐵工作亟待解決的難題之一。我國新疆地區(qū)煤炭資源儲量大,煉焦煤煤種齊全,但由于成煤期集中在早、中侏羅紀時期,比內(nèi)地晚約1億年,屬于短期快速形成的煤,新疆煉焦煤煤質(zhì)與內(nèi)地煉焦煤有顯著不同,新疆煉焦煤煉制的焦炭普遍表現(xiàn)出焦炭質(zhì)量差,反應性(CRI)高、反應后強度(CSR)低的特點。本課題首先對新疆單種煉焦煤煤質(zhì)和煉制的焦炭進行分析,結合新疆煤質(zhì)特性,利用課題組自主研發(fā)的添加劑進行基礎改質(zhì)試驗,成功地提高了焦炭的熱態(tài)強度。根據(jù)改質(zhì)結果對新疆煤及加入添加劑后熱解過程的化學變化進行實驗分析,以期深入了解添加劑的改質(zhì)機理,并對焦炭冷態(tài)強度進行預測。結論如下:①對新疆煉焦煤進行煤質(zhì)分析、鏡質(zhì)組隨機反射率測定、元素分析(EA)和傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR),發(fā)現(xiàn)同種牌號的新疆煉焦煤煤化度較內(nèi)地煤低,屬于較短時間內(nèi)快速變質(zhì)而形成的煉焦煤,含氧官能團含量較多,主要以羥基形式存在,羧基幾乎沒有。說明新疆煉焦煤分子結構中芳香核的縮合程度低,煤分子結構中脂肪側鏈較多。②新疆煤改質(zhì)作用最明顯的是低變質(zhì)程度的氣煤,對氣煤進行熱重分析(TG),發(fā)現(xiàn)添加劑可以減緩煤在450℃低溫段的熱解速率,促進煤在750°C高溫段的縮聚程度。根據(jù)熱重分析結果,控制不同的終溫對新疆煤進行熱解,得到不同終溫下的熱解產(chǎn)物,對不同終溫下的熱解產(chǎn)物進行元素分析、傅里葉變換紅外光譜分析和高分辨率透射電鏡分析(HRTEM)。通過獲取HRTEM中的晶格條紋長度分布信息,可以得出煤熱解過程中煤的化學結構變化規(guī)律,450°C加劑樣的熱解產(chǎn)物在450℃低溫段的芳香環(huán)縮聚程度降低,即減緩了煤在低溫段的熱解。750°C加劑樣的熱解產(chǎn)物在750°C高溫段的芳香環(huán)縮聚程度增加,即添加劑促進了煤在高溫段的縮聚,其研究結論與熱重分析結論一致。同時可以統(tǒng)計得出新疆氣煤及不同熱解溫度段下的熱解產(chǎn)物的分子式和平均分子量。氣煤的平均分子式為C31.99H24.05N0.48S0.0805.12,則再根據(jù)元素的相對分子質(zhì)量,其平均分子量為499.13。450℃和750 °C空白樣的平均分子式則分別為C48.72H29.17N0.70S0.12O6.22和C47.95H11.67N0.73S0.10O4.06,平均分子量則分別為726.97和665.45。煤的分子式及官能團結構和含量,將作為后續(xù)分子結構模擬實驗研究的基礎。③在高分辨率透射電鏡實驗中,發(fā)現(xiàn)了煤中含有特殊的球狀結構,該特殊結構可合理推測為富勒烯。其特殊結構的存在也可能是導致新疆煤性質(zhì)特殊的原因之一。④根據(jù)焦炭冷態(tài)強度的影響因素,對新疆煤改質(zhì)煉焦后的焦炭冷態(tài)強度建立預測模型,最終的預測模型為:M25 = 94.936-0.381Vdaf+0.176G-0.367Y M10 = 18.817-0.285Vdaf-0.110G + 0.368Y
【圖文】：

重慶大學碩士學位論文色逐漸變淡，變藍。隨著熱解溫度的進一步升高，約在 750～1000℃，繼續(xù)有少氣體（H2）放出，芳香碳網(wǎng)不斷增大、排列致密、密度增加，半焦強烈收縮變焦炭。此過程由于大量煤氣析出使揮發(fā)分降低，形成氣孔，同時由于焦炭本身度的增加，焦炭體積收縮，導致產(chǎn)生裂紋。焦炭的塊度和強度與收縮程度有關，縮越劇烈，強度越差，塊度越小。煤的熱解過程是一個連續(xù)分段的過程，煙煤的熱解過程比較典型，三個階段區(qū)分明顯，如圖 1.1 所示。低煤化度煤（如褐煤）熱解過程與煙煤大致相同，但解過程中不能形成膠質(zhì)體，僅分解產(chǎn)生氣體和部分焦油，得到粉狀的固體殘留。高煤化度煤（如無煙煤）熱解過程則更簡單，在加熱升溫過程中，既無膠質(zhì)的形成，也無焦油產(chǎn)生，僅有少量熱解氣體放出，因此無煙煤不宜采用干餾加。

2 煤粉改質(zhì)基礎試驗熄焦結束后，鐵罐與焦炭一同倒至晾焦臺，，人工取出鐵罐，冷卻后對焦炭進行預破碎，然后再放入轉(zhuǎn)鼓中檢測冷態(tài)強度（抗碎強度 M40、M25 和耐磨強度M10），檢測方法根據(jù) GB/T 2006-2008 測定。冷態(tài)強度檢測完后，將焦炭砸制成23~25mm 粒徑的球狀樣約 400g，在 180℃烘箱中烘干 2h，然后進行焦炭反應性和反應后強度檢測。制樣過程的工具和試樣見圖 2.4，反應性裝置示意圖見圖 2.5:
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ530.2

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本文編號：2639226