含鐵礦物對(duì)煤熱解行為及焦炭性能的影響研究.pdf

1、盡管高爐煉鐵工藝過程中的各項(xiàng)強(qiáng)化冶煉技術(shù)已趨于成熟，但仍不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對(duì)能耗和環(huán)境的嚴(yán)格要求，亟需尋求其他途徑以滿足高爐的節(jié)能減排需求。焦炭作為高爐主要的原料，其冶金性能對(duì)高爐的順行起著決定性作用，尤其是強(qiáng)度和氣化反應(yīng)性這兩個(gè)性質(zhì)。有研究表明，通過使用高反應(yīng)性的焦炭可達(dá)到提高爐身效率、降低焦比和減少二氧化碳排放的效果。因此，深入地研究原煤碳化機(jī)理對(duì)獲得質(zhì)量良好的高反應(yīng)性焦炭的具有重要的意義。本文結(jié)合我國(guó)資源狀況對(duì)煤熱解過程進(jìn)行了研

2、究，為含鐵焦炭的制備提供一定的理論基礎(chǔ)，具有一定的學(xué)術(shù)意義和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
　　首先，采用熱重分析方法研究了不同煤種和不同含鐵添加劑的混煤在熱解過程中的失重特征，并對(duì)其失重動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了求解。同時(shí)，通過差示掃描量熱法研究了不同含鐵礦物下混煤熱解的吸放熱情況。研究結(jié)果表明：通過特征溫度將煤熱解過程劃分為三個(gè)階段，其中第二階段為主要熱解階段。隨著煤階的增大，原煤的最大失重速率溫度升高，而最大失重速率卻減小。南桐煤（NT）和永混煤（Y

3、H）煤階相近且熱解活化能也相近，而高煤階的瘦煤（SM）的活化能最低。三種單煤按一定比例混合（BC-RAW），而后分別添加5種含鐵礦物得到混煤?；烀涸跓峤獾谝浑A段活化能范圍是12~30 kJ/mol，第二階段活化能大小范圍在90~120 kJ/mol，順序?yàn)椋築C-FeS>BC-Fe3O4>BC-RAW>BC-Fe>BC-Fe2O3>BC-FeC2O4。而在熱縮聚階段，F(xiàn)eS和Fe對(duì)原煤活化能的改變大于鐵氧化物。不同含鐵礦物作用下原煤的總

4、表觀活化能也不同。由混煤的差熱分析（DSC）曲線可知，鐵氧化物使原煤開始縮聚溫度點(diǎn)向低溫區(qū)移動(dòng)，而FeS和Fe對(duì)其影響較小。溫度達(dá)到800℃時(shí)混煤熱縮聚反應(yīng)最為劇烈，F(xiàn)e2O3和Fe3O4試劑對(duì)原煤的熱縮聚反應(yīng)具有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，而FeC2O4，F(xiàn)eS和Fe則對(duì)原煤的縮聚反應(yīng)存在抑制作用。
　　其次，配煤中添加不同含量的Fe2O3以及不同種類的含鐵礦物，在實(shí)驗(yàn)小焦?fàn)t中進(jìn)行碳化實(shí)驗(yàn)制備含鐵焦炭，并通過強(qiáng)度檢測(cè)法和新日鐵NSC測(cè)定法研

5、究不同礦物添加量和不同礦物種類下焦炭的強(qiáng)度和反應(yīng)性的變化規(guī)律。同時(shí)，采用 X射線衍射技術(shù)（XRD）研究焦炭氣化前后含鐵礦物的賦存狀態(tài)和微晶結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明：隨著Fe2O3添加量的增加，焦炭機(jī)械強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度均下降，而反應(yīng)性呈先增后減的趨勢(shì)且在5％時(shí)達(dá)到最大。從焦炭的XRD圖譜可知，焦炭002衍射峰的高度逐漸降低而寬度逐漸增大，說明焦炭的類石墨化程度降低，碳層無序性增強(qiáng)。同時(shí)，添加的Fe2O3的煤樣在煤碳化過程中有少部分與煤中硫化物反

6、應(yīng)生成FeS，而大部分將被煤氣和碳還原成金屬鐵。另外，分別添加3%五種含鐵礦物的焦炭機(jī)械強(qiáng)度也大幅下降，下降程度從高到低為：FeC2O4> Fe3O4> FeS> Fe>Fe2O3。添加的 Fe2O3，F(xiàn)e3O4和FeC2O4三種鐵氧化物在煤樣碳化后部分被還原成了金屬鐵，還原率分別為：62.44%，62.63%和37.64%。焦炭的反應(yīng)性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篎eS>Fe2O3>Fe3O4>FeC2O4>None>Fe，但反應(yīng)性的高低與金屬鐵含量

7、或全鐵（TFe）含量無直接聯(lián)系。而焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度大小與反應(yīng)性的變化規(guī)律并非保持一致，其順序?yàn)椋篘one>Fe>Fe3O4>FeC2O4>FeS>Fe2O3。
　　最后，通過添加瀝青粘結(jié)劑強(qiáng)化含鐵焦炭強(qiáng)度，研究不同瀝青含量下焦炭性能的變化規(guī)律，并采用掃描電子顯微鏡觀察氣化反應(yīng)前后焦炭的表面形貌。研究結(jié)果表明：隨著瀝青加入量的增大焦炭的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)，但大于4%瀝青后強(qiáng)度提高不明顯。隨著瀝青含量的增加，焦炭的反應(yīng)性略微下降，而反應(yīng)后強(qiáng)度