配加褐煤制备冶金焦及其对高炉冶炼影响分析

发布时间：2020-09-29 12:25

　　我国炼焦煤资源日益紧张,贫煤与无烟煤、低变质烟煤和褐煤等非炼焦煤资源相对丰富。从改善高炉内矿石还原的角度出发,焦炭应具有较高反应性。那么配加少量褐煤用于炼焦,一方面利用配加褐煤制得的焦炭高反应性特点,提高矿石间接还原改善高炉内冶炼过程;另一方面,褐煤价格较低,应用褐煤焦炭具有重要的社会和经济价值。因此,有必要围绕褐煤处理方式、配加量等对焦炭质量的影响规律展开系统研究,提高褐煤的利用价值。本课题以褐煤、褐煤半焦及改性褐煤为研究对象,探究了不同试样对焦炭质量的影响规律以及利用褐煤制备高炉用冶金焦炭的可行性,主要研究如下:从化学成分、形貌特点、孔结构特点等方面对比了褐煤、褐煤半焦以及改性褐煤的基础性能异同。结果表明,褐煤挥发分含量超过54%,干馏后的半焦挥发分大幅度降低,灰分含量上升,半焦比表面积的大幅度提高,官能团中脂肪氢含量降低,芳香氢含量升高,芳香度提高;因亲水性官能团含量的降低,水热改性褐煤的芳香度提高;酸洗改性能够降低碱金属和碱土金属含量。在褐煤/半焦配煤炼焦过程中,焦炭的收得率也随之下降,灰分升高;配加改性褐煤制得的焦炭灰分降低。利用转鼓、热重分析仪、扫描电子显微镜、比表面积测定仪、偏光显微镜对褐煤制得的焦炭冷热态强度、微观形貌、比表面积、孔径分布及光学结构进行了对比研究。结果表明,因褐煤剧烈热解温度段与炼焦配合煤的塑性软化区间重叠,褐煤在成焦过程中,热解产物与配合煤发生剧烈的相互作用,导致大于0.1rmm2及小于0.01mm2的孔洞发育,焦炭孔洞均匀度降低;同时随着褐煤焦炭中镶嵌组织含量降低,各向同性、丝碳及破片状组织含量增加,最终导致焦炭的转鼓强度降低。褐煤添加量高于4%时气化反应的发生已无限性环节,从而进一步降低了气化后褐煤焦炭的转鼓强度。从半焦焦炭的微晶结构、孔结构分布、光学组织等方面分析了褐煤半焦对焦炭强度的影响规律。结果表明,当半焦配比小于6%时,焦炭转鼓强度高于未配加褐煤半焦的焦炭,能够促进焦炭微晶的生长,抑制焦炭孔洞的形成且添加褐煤半焦的焦炭转鼓强度与微晶堆垛高度Lc具有很好的线性关系。当褐煤半焦配比小于4%时,能够改善焦炭的微晶结构,并提高焦炭气化前后的强度。从半焦焦炭反应性和转鼓冷热态强度来看,将热处理半焦配比控制在6%以下制得的焦炭性能优于原样焦炭。采用水热和酸洗的方式对褐煤进行预处理,并将预处理后的褐煤部分替代炼焦煤进行冶金焦炭的实验研究。结果表明,对褐煤进行200。C水热酸洗处理是一种有效的提高型焦抗压强度的预处理方案,这主要是酸洗脱除了试样中碱金属和碱土金属,促进大分子网络的流动性,在水热提质的基础上进一步增加了试样颗粒之间的粘结性。水热提质酸洗褐煤用于炼焦配煤能其够有效提高焦炭气化前后强度,结合动力学分析,水热酸洗提质能够提高焦炭气化反应的活化能,从而抑制气化反应的进行。配加褐煤等不同试样制得的焦炭具有高反应焦炭的特点,起始反应温度和气化后强度总体上呈现正相关性。利用里斯特操作线法,理论分析表明,当试样配比为4%时,使用褐煤焦炭可节省燃料1.42kg/tHM,半焦焦炭1.23kg/tHM;预处理后的褐煤性能得到改善,制得的焦炭反应性和气化后强度也得到优化,经过计算可节省燃料0.54kg/tHM。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TF526
【部分图文】：

粗钢产量,世界,钢铁生产

球粗钢产量的比例从２０１６年的４９．０％上升至４９．２％，美国钢铁产量则从２０１５逡逑年的７８６０万吨升高到８１６０万吨，增加了邋４．０％。２０１７年全球粗钢产量为１６．９逡逑亿吨，同比增长５．３％。图２－１为２０１６年和２０１７年世界粗钢产量前十国家对逡逑比。逡逑８０邋－W四逦２０１７邋－邋１４逡逑？邋ＭＡ逦■四邋２０１６邋．逡逑７０邋－邋ｍ逦１＼逦－１２逡逑６°邋？W逦－邋１０逡逑＾０：［邋／邋＼邋：８：逡逑０．逦匪WW－邋0逡逑中国闩本印度美国俄罗斯韩国德国土耳其巴西意大ｆｌｊ逡逑图２－１邋２０１６年和２０１７年世界粗钢产量前十国家对比逡逑图２－２为２０１０年至２０１７年全国粗钢产量统计。虽然中国的钢铁产量居逡逑世界第一，但人均产量仍处于快速增长的范围内。钢铁生产和人均钢铁生产逡逑－２邋－逡逑

粗钢产量

高炉,焦炭,炼铁技术,经济指标

成铁渣粘结相时焦炭中的碳即开始渗入铁水。在滴炭接触时，碳进一步渗入铁内，最后可使铁水的碳架作用：高炉生产要求料柱有良好的透气性、透液旋区以上部位唯一始终保持块状的物料，尤其进入软，块状焦炭支撑着高炉上部炉料，并承受着渣铁液多孔碳质材料的焦炭堆密度比高炉内其他含铁原料高炉内焦炭体积占到料柱总体积的３５？５０％，起到疏升气流的阻力，使煤气流更加均匀，保证了高炉的架作用好坏，取决于入炉焦的质量，也取决于高炉［３１＿３２］。逡逑对焦炭质量的要求逡逑

【参考文献】