铁矿粉对铁焦热解—缩聚过程及其结构性能的影响研究

发布时间：2020-07-10 04:53

【摘要】：钢铁工业的快速发展,使得行业中优质炼焦煤资源短缺、温室气体及污染气体排放严重、高炉生产效率提升极限等问题日渐突出,为了有效解决这些问题,一种理论上能降低高炉焦比,且能进一步提升炉身效率的高反应性焦炭-铁焦被提出,铁焦质量的好坏直接影响高炉的稳定顺行。研究表明,铁矿粉添加量、铁矿粉种类、炼焦工艺参数等都会对铁焦的性能有一定的影响,然而,目前的研究主要集中于宏观影响因素方面的解析,针对铁矿物对焦炭热解行为影响的研究并不深入。由于炼焦煤的热解-缩聚过程对焦炭的质量起着决定性作用,因此本文采用热重分析仪、高温热台显微镜等设备,并结合XRD、SEM等表征方法来研究铁矿粉的含量和种类对气煤碳化过程的影响,明确铁焦的结构及性能变化规律。研究得出以下结论:首先,从相互作用因子的效果来看,QM添加不同铁矿粉后,相互作用效果由强到弱依次为NF、EX、GW。动力学模型拟合结果表明QM热解过程前期主要由化学反应控制,后期主要由扩散控制。与煤粉单独热解反应机制相比,添加铁矿粉后混合样的反应机制变化明显,煤粉的第二阶段和第四阶段由化学反应控制变为扩散控制。添加铁矿粉后样品热解平均表观活化能为30-35kJ/mol,小于煤粉单独热解时的平均表观活化能46.81kJ/mol,且活化能与指前因子存在动力学补偿效应。其次,高温热台实验表明随着碳化温度的升高,铁焦体积都表现出先增大后减小的趋势。同种矿粉,收缩程度依次为10%20%30%。当矿粉添加量为10%时,三种铁焦样的收缩程度与QM近似;而当矿粉添加量为20%和30%时,铁焦样的收缩程度下降较为明显,且收缩程度大小依次为QMGWNFEX。XRD和SEM结果表明不同铁矿粉在铁焦碳化过程中的变化规律一致,即400℃时,铁焦中的铁矿物主要是Fe_2O_3,800℃时主要为Fe_3O_4,1100℃时主要为金属Fe。最后,本文从多个角度研究了铁焦结构及性能的变化规律,研究表明EX铁焦的孔隙较少,基质粘结较为紧密;GW铁焦基质粘结较为松散,基质颗粒易脱落;NF铁焦煤粒之间粘结较差,颗粒边界分明。XRD研究表明,同一矿物,随着其添加比例的增加,铁焦石墨化程度逐渐降低。当矿粉添加比例一样时,EX铁焦石墨化程度较高,GW铁焦和NF铁焦的石墨化程度相近,且都低于EX铁焦。抗压强度和转鼓强度结果表明,添加不同矿粉时,铁焦抗压强度顺序依次为QMEXGWNF,铁焦转鼓强度顺序为QMEXNFGW,且随着矿粉添加比例的增加,铁焦强度逐渐下降,但强度顺序保持不变。添加同一矿粉后,除了GW-10%的铁焦外,其他铁焦反应起始温度相对QM焦都有所降低,且随着矿粉添加比例的增大,其降低的幅度越大。同一添加比例,添加不同矿粉时,铁焦反应起始温度高低顺序大致为GWEXNF。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ530
【图文】：

高炉,操作线

高炉Rist操作线

示意图,途径,催化剂,焦炭

图 1.2 催化剂的两种添加途径示意图焦炭反应性的高低由焦炭本身的化学反应活性和内部孔结构来决定，其应活性又与焦炭的碳基质结构和灰分中的矿物质成分相关。碳基质结构由准配煤和炼焦工艺来决定，可以通过降低结焦温度来减小焦炭的石墨化程

超精,微观结构,课题研究,意义

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【参考文献】