新疆煤灰成分对焦炭性能影响的研究_厉鹏.docx

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1、 独创性声明 木人卢哪祈呈交的论文足我人作 W师指异不进彳 1的着究 :1:作及収的研 究成 尽我所知，除 r文中扣別加以 .和致谢的地方外，论文中 +包 fT.it他 人 Q赶发及或撰写过的研果，也 +包 I为获卻 i1h得技火学成 iL:它教 ff机掏 的拉 til: 书血使川过的 1 彳札与我作的 InUW木研究所做的任何如 已办 .论文屮作 j明确的说明并表小 j谢 M D 论文作者签名： _H期 ： 年 幻 -J f门 关于论文使用授权的说明 本人义个宁科技人，保留、使用学位论义观规足， I卩：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被作阅和借阅： 7+:校可以公尔论文的令部或 ;寒

2、 分内界，可以采用影卬、缩印或其他笈制丁 段保 #论义。 木学位论文 保密 a在 年 解 密 4 、 授 权 n 不保密 iV请在以上方框山打“ / n 3 论文作者签名： fh F-鳴 H i月 4下 f 指分异 _签名： flS 丨丨期： 上年 i ;j yt w 分类号 TQ53 U D C 密 级 单位代码 学 号 公开 10146 122081700253 硕士学位论文 新疆煤灰成分对焦炭性能影响的研宄 研究生姓名：厉鹏 指导教师： 徐君 教授 论文提交日期： 2014年 12月 28日 学位授予日期： 2015年 3月 30日 论 文 评 阅 人 ： 嚴 迫 _ 教授 答辩委帛会丰

3、席： 白金锋 教授 工 作 单 位 ： i了宁科枝大学 答辩日期： 2015年 3月 21日 授予单位： 辽宁科技大学 工作单位： 辽宁科技大学 工作单位： i了宁科枝大学 Study on the influence of Xinjiangcoal ash composition on coke property A thesis Submitted to University of Science and Technology Liaoning by Li Peng (Chemical Engineering and Technology) Supervisor: Prof. Xu Jun

4、 December 28,2014 摘要 本文主要以 2kg实验焦炉为主要实验手段，对新疆炼焦煤以及少量内地炼焦 煤进行单种煤炼焦以及配合煤在捣鼓和顶装两种工艺下进行炼焦实验，测定煤的 灰分产率和灰成分，焦炭结构强度、显微强度和热态性能，研究碱性灰催化指数 (MCI)对焦炭性能影响的变化规律。实验结果表明：对单种煤炼焦而言，煤质相 近的新疆煤和内地煤相比较，新疆炼焦煤所得焦炭的热态性能明显劣于内地煤焦 炭的热态性能，这是因为新疆炼焦煤灰成分含量异常且碱性催化指数 （ MCI)偏 高。实验结果显示，新疆炼焦煤种的碱金属含量普遍较高， K20含量都超过 1%， 碱土金属特别是 CaO含量异常，都超

5、过8%，有的煤种含量甚至高达 27%， MgO 含量在 1%4%之间， Fe203的含量在 5%10%之间，均高于中国炼焦煤灰成分中 碱性元素平均的含量。对配合煤炼焦所得焦炭来说，配煤方案 MCI越高，焦炭 的热态性能越差， MCI每提咼 1个百分点，反应性提咼 34个百分点，反应后 强度降低 45个百分点，碱性催化指数与反应性呈正相关，与反应后强度呈负相 关。通过线性回归可得到如下方程式： CRI=14.54+3.21MCI， CSR=80.37-4.61MCI。 MCI对冷态强度影响不显著。两种炼焦工艺结果表明：大部分捣固炼焦提高焦 炭质量，并且采用低含量催化指数的煤种进行配煤炼焦， MC

6、I越低的配煤方案 焦炭质量越好。 关键词：矿物质；催化指数；反应性；反应后强度 ABSTRACT In this paper,2Kg experimental coke oven was the main research object,through the fiddle and top mounted two process with single coking coke and coal biending coke based on xinjiang coking coal and the other place of coking coal,determining ash compos

7、ition and the thermal properties of coke, studying on the effect of alkaline catalytic index(MCI) for reactivity and strength after reaction.The experiment of single eking coal results show that, through selecting the similar coal quality and doing contrast experiment,the thermal property of xinjian

8、g coke is poor ,the content of xinjiang ash composition is abnormal and alkaline catalytic index(MCI) is higher,found by comparing experiment that the alkali metal content of xinjiang coal is generally higher,the content of K2O is more than l%,and the content of alkaline earth especially CaO is more

9、 than 8%,some types of content as higher as 27%,the content of MgO is 1% 4%,the content of Fe2 3 is 5% 10%,the content of above are higherthan the average content of coking coal in China. The experiment of coal blending coking show that MCI higher coke quality is pooe,each 1 percentage point of MCI

10、increase the reactivity improve 3 4 percentage points,the strength of reaction decrease 4 5 percentage,the basic catalytic index is higher so that reactivity is higher,the basic catalytic index correlated with reaction positive and negatively correlated to the strength after reaction. Through linear

11、 regression equation can be obtained as follows: CRI=14.54+3.21MCI, CSR=80.37-4.61MCI.MCI has no relevance to cold strength. Two kinds of coking process showed that most of tamping coking process can improve the quality of coke, ,with low catalytic index of coal blending,the better the quality of co

12、st blending scheme of coke MCI lower. Key Words: Minerals, Ash Catalytic Index, Coke Reactivity , Coke Strength After Reaction 目录 独创性声明 . i 关于论文使用授权的说明 . i W . ii ABSTRACT . i i i 录 . i v 1. 谢仑 . 1 1.1中国炼焦煤资源 . 1 1.1.1中国煤资源特点 . 1 1.1.2新疆煤资源状况 . 1 1.2焦炭作用 . 2 1.3配煤炼焦 . 3 1.3. 1配煤 意义 . 3 1.3. 2配煤原理 .

13、3 1.4焦炭质量指标 . 4 1.4. 1焦炭灰分 . 4 1.4.2焦炭的气孔结构 . 5 1.4.3焦炭的光学显微组分 . 5 1.4. 4抗碎强度和耐磨强度 . 5 1.4. 5焦炭的结构强度和显微强度 . 5 1.4. 6焦炭的反应性和反应后强度 . 6 1.5影响焦炭质量的因素 . 7 1.5. 1原料煤性质 . 7 1.5. 2煤细度影响 . 7 1.5. 3改质剂 . 8 1.5. 4炼焦工艺 . 8 1.5. 5焦炭显微结构 . 9 1.5. 6矿物质对焦炭热态性能的影响 . 10 1.6研究本课题目的意义 . 14 2. 实验部分 . 15 2.1实验原料及设备 . 15

14、2. 1.1实验原料 . 15 2. 1.2实验试剂仪器及设备 . 15 2. 2实验步骤 . 16 2. 3实验方法 . 16 2. 3. 1实验对单种煤进行煤质分析 . 16 2. 3. 2配合煤炼焦 . 17 3. 实验结果与讨论 . 19 3. 1原料检测 . 19 3. 1. 1单种煤检测 . 19 3. 1.2配合煤检测 . 21 3. 2灰成分催化指数对焦炭热性能影响 . 22 3. 2. 1单种煤比较 . 22 3. 2. 2配合煤间比较 . 29 3. 2. 3碱性指数与热性能关系 . 34 3. 3新疆煤与别地煤灰成分的差异性 . 36 3. 4催化指数与冷态性能的关系 .

15、 45 3. 5两种工艺比较 . 47 3.5. 1捣固、常规比较 . 47 3. 5. 2采用低催化指数的煤进行捣固配煤炼焦 . 51 4. . 组仑 . 53 参考文献 . 54 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 . 57 翻寸 . 58 作者简介 . 59 1. 绪论 1.1中国炼焦煤资源 1.1.1中国煤资源特点 中国的煤炭资源丰富、储量大，煤炭资源的储量远大于其它能源的储量， 目前中国已发现的煤炭储量大约为 1145xl08t， 储量占据在世界中名列前茅，并 且随着勘探工作的进行，发现的煤储量还在增加。尽管中国煤炭资源丰富，但是 炼焦用煤并不多，大约占中国煤炭储量中的五分之二左右，长

16、焰煤和一些不黏结 性的煤大约占总量的五分之一，褐煤的储量大约 14%左右，其它一些煤种储量约 22%左右。中国既有优质的炼焦煤，在大同、神府等地还有世界上都少见的优质 煤，中国的煤种种类齐全，且分布很广 1。 中国煤炭的分布不均衡，很大比例的煤资源都分布在北部和西部，并且消费 煤资源的地区与煤资源的分布不协调。比如华东地区，安徽、山东等地是主要的 产煤 地区，但是以上海为中心的长江三角洲地区是主要的煤炭消费区；中南地区 的煤资源分布状况，大部分聚集在河南地区，而工业区主要在武汉等地的珠江三 角洲地区；西南煤资源也比较丰富，但是贵州是此区域的主要产煤地，而四川是 该区域的主要消费地区；煤炭资源在

17、东北地区的分布同样不均衡，黑龙江是煤矿 的集中区，而辽宁地区是整个东北三省的主要消费区并且是工业的集中区。综上 而看，中国的煤资源在地区分布上不均，可用的炼焦煤分布地区也不一，山西地 区的煤资源比较丰富，且质量较好，各种适用于炼焦煤的含量非常丰富，是我国 主要的炼焦煤 产区，约占一半。炼焦资源在华东、中南和东北等地的分布较少， 而这些地区的钢铁行业众多并拥有大型钢企，是重要的钢铁企业地区。虽然中国 的煤资源种类多、分布广，但是大部分的煤资源难开采，其中露天煤矿占有量非 常少，大约 7%左右，露天煤矿的优点是易开采，投资的开采费用低，周期短， 效率高，而露天煤种大部分是褐煤，主要分布在内蒙等地和

18、西部的新疆等地，中 国煤资源总量上比较大，但是中国人口基数大，均摊的量非常少，少于世界的平 均水平所含有的资源量。 1.1.2新疆煤资源状况 新疆的煤碳资源含量丰富，其总量在我国煤资源 中位列前茅。虽然新疆煤含 量多，但是新疆地区幅员辽阔，开发难度比较大，并且资源的勘探开发程度低， 造成新疆煤碳生产发展的不均衡。因此，对于新疆煤炭资源的开发利用有待提高， 这不仅使新疆煤得到充分的利用，也有助于促进我国的整体煤炭资源的发展起到 重要的意义。 新疆煤的类别丰富齐全，主要是低变质程度的长焰煤以及不黏结煤，其次是 变质煤、肥煤和焦煤。新疆地区的炼焦用煤分布也不一，不同地区含量不同，其 中艾维尔沟、库车

19、、拜城等地区含量比较多。地质储量比较大，超过 10亿 t， 但 是由于新疆煤碳的灰分比较高，焦炭质量不好，大多用来作为动力用煤和民用煤 2 经过对拜城煤的研宄时，新疆煤的炼焦过程中出现不结焦等现象，并且焦炭 的质量不好，虽然焦炭的热态性能差，但是黏结性好，焦炭的冷态强度较好 3。 新疆煤库拜的煤炼焦基地，煤田面积达到 591平方公里，煤储量特别大。煤种齐 全，有气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、褐煤以及长焰煤。在整个十二五计划中，加大 煤炭的生产能力，促使成为新疆煤最大的炼焦基地。 1.2焦炭作用 高炉炼铁在钢铁行业中占据主导地位，而焦炭在高炉中有重要的地位，它在 高炉炼铁中起到热源的作用，并且还起到还

20、原剂的作用，焦炭填充在高炉中，起 到高炉骨架作用，焦炭是高炉炼铁无法替代的原燃料，并且在未来的 20-30年内 基本上不会发生改变 4。 焦炭在大高炉中起到的作用非常重要，首先在高炉中起到支撑作用，焦炭之 间堆积会有空隙，高温熔化的炉渣和铁水会通过缝隙进入下方的炉缸中，并且在 高炉中，上升的气流也需要良好的强度，才能使高炉炼铁顺利进行。高炉经过改 造后会使炉容增大，会导致炉料增加且延缓焦炭的下落，使得焦炭与空气充分接 触，延长它们之间反应的时间，加剧反应的强度，从而加快 了焦炭的溶损，使焦 炭的高温性能变差，所以焦炭发挥骨架作用需有足够的强度，即具备良好的热性 能 5。 冶金焦是高炉焦以及一些

21、炼铁用焦的总称，铸造焦、铁合金焦都属于炼金焦 的范畴。由于大部分超过 90%的焦炭都会用来高炉炼铁，因此高炉焦属于冶金焦 的一种。焦炭是有变质程度较高的烟煤经过高温作用制得的，它的作用应用比较 广，既可以用来高炉炼铁又可以用于有色金属的鼓风炉冶炼，起到还原剂和料柱 骨架的作用。铸造焦是其中重要的一种，也是炼铁的主要用料，其作用是在高炉 中燃烧，放出大量的热，提供高温环境并使炉料熔化，是 主要的燃料，焦炭在高 炉中与矿石接触，在高温的条件下从矿石中置换出铁，由于焦炭间的堆砌，不仅 起到骨架的作用还使提高了焦炉的通风性。因此，冶金焦应具备硬度高，强度大， 反应性低等特点，在高炉中具有耐磨，抗碎等特

22、点。而在我国许多地区，一些煤 田会产生天然的焦炭，但是大多都用来作为燃料。而天然焦炭的形成主要因为地 下煤层受到岩浆的侵入时，在高温的环境下，受热干馏形成了焦炭。另一种原因 可能是地下煤田自燃而形成的。 焦炭在高炉中有至关重要的作用，燃烧提供热量，形成高温环境，熔融矿渣， 起到发热剂作用。焦炭主要由碳构成，而碳在化学中起到还原剂的作用。焦炭与 铁矿石在高炉中混合，高温环境下，矿石熔化，而焦炭既不熔化也不软化，所以 焦炭在高炉中起到从支撑整个焦炉的框架作用。焦炭有事多孔的结构，块度大， 填充高炉的三分之一到二分之一，使得高炉透气性较好。 1.3配煤炼焦 单种煤的煤化度不一，炼制的焦炭质量也不同，

23、特别是气煤、痩煤较差，而 配煤是将若干不同变质程度的单种煤按照一定的比例混合进行炼焦，他可保证焦 炭的灰分、硫分和焦 炭的质量满足要求，使各单种煤在性能上取长补短。 1.3. 1配煤意义 煤是我国主要的能源，但是专用炼焦煤在整个煤资源中占的比例较少，随着 工业的发展，焦炭的需求量急剧增加，为满足大中型的高炉生产需求，煤质在炼 焦的生产起到关键作用，为解决主焦煤的短缺，满足焦炭的需求，降低焦炭成本， 则配煤炼焦受到各国的重视。 1.3. 2配煤原理 煤在结焦过程的黏结阶段以及半焦的收缩阶段，与煤中胶质体的含量有关， 并且受黏结程度和煤化度影响，只有黏结性和煤化度在比较合适的范围内，才会 炼出优质

24、焦炭。在焦炭炼焦过程中，表明煤质指标的有煤的膨胀度、胶质层的厚 度、以及黏结指数的大小，这些指标越大是，表明煤的黏结程度越高，在配合煤 中各组分温度范围大多会有衔接，各指标的范围不同，膨胀度 b250%， 流动度 MF=70， 胶质层厚度 Y=17- 22 mm， X=17- 23, Vdaf=26% 28%;而黏结指数作为 指标时一般在 58-72之间 6。 配合煤焦炭的质量，单种煤的性质起到重要的作用，每个煤种的结焦性不同， 各自的配比不同起的作用不同，是各个煤种的综合作用。不同煤种变质程度不同， 气煤的 结焦性较差是其不足之处，但是其优点是，膨胀的压力小、收缩大，使其 炼制的焦炭块度小、

25、强度低。但是在配合煤炼焦过程中，它的收缩膨胀压力小， 增加焦炭的收缩，又有利于增加化产回收。痩煤炼焦的不足之处是黏结性差，单 独炼焦时虽然可以成焦，但是炼制的焦炭耐磨性差，优点是块度较大。在配煤炼 焦时，如果配合煤的黏结组分很多时，可以适当的增加痩煤的比例，以此来减少 焦炭的裂纹，并且有利于增大焦炭的块度。在配煤炼焦中，既考虑黏结组分使焦 炭易黏结提尚强度又考虑瘦化组分提尚块度，使 两者达到一 个适当的比例，综合 它们的优势提高焦炭的质量。 我国的煤质分类中，肥煤、焦煤和一部分挥发分很低的 1/3焦煤都属于强黏 结性的煤，在炼焦配煤过程中，可以把它们视做基础煤，保证整个配煤有大量的 黏结性组织

26、，增强黏结性，如果配煤中黏结组分不够，可以适当的增加一些黏结 剂，比如焦油和沥青等，以此来增加配煤煤料的黏结作用，保证炼出合格的焦炭 质量。 一些高变质程度的烟煤，在炼焦的过程中可以使焦炭的块度增大，但是起黏 结作用弱，比如痩煤、贫煤等，但在炼焦中应增加黏结组分，可以使这种弱黏结 性的煤起到骨架的作 用。这种低变质程度的煤组分可以称为痩化组分，在配煤炼 焦中，既保证有足够的黏结组分，又有一定量的瘦化组分，可以使胶质体的流动 性和黏结性降低，使得焦炭在半焦化或固化时收缩应力减小，降低焦炭裂纹的生 成，增强焦炭的强度和耐磨度。 1.4焦炭质量指标 1.4. 1焦炭灰分 焦炭中含有矿物质，其燃烧时矿

27、物质会残留形成灰分，灰分高对焦炭产生不 利影响。当焦炭在焦炉的高温环境中，燃烧产生灰分，灰分的增加破坏焦炭内部 结构会使焦炭的裂纹增多，不仅使焦炭的强度降低，也会使焦炭的表面积增大， 由于裂纹的增多，使 C02更容易从缝隙扩散到焦炭的内部，加剧热性能变差。 灰分中的各种成分不同，有些成分起到碱性的作用，比如碱金属、碱土金属，如 果高炉中炉渣的碱性成分含量高，则灰分的碱度高，对高炉焦炭的生产越不利。 另外灰分的一些元素含量会对焦炭的反应有不同程度的催化作用，其中一些成分 会加快焦炭与 co2的反应速率，使焦炭劣化，有些矿物质对焦炭的反应性起减 弱作用。焦炭灰成分中含量比例不同，其中 3丨 02和

28、 A1203的含量最多，这两种 物质的熔点很高，当他们结合生成低共熔点的化合物时利于从高炉中排除，所以 生产中采用以 CaO等作为熔 剂，使它们以低共熔点的炉渣形式排除。矿物质对 焦炭的催化作用与煤中矿物质含量的多少有关，这种催化作用还与煤种的变质程 度和焦炭的显微组分有关，宝钢曾经用高炉风口焦的显微结构和入炉焦的显微结 构进行对比，得到了相似的结论 711。在高炉焦炭，焦炭的灰分增加，焦炭的比 例将增加，这将增加石灰石的用量，而石灰石消耗量的增加都会对焦炭质量的负 面影响，焦炭质量下降。所以，在焦炭的炼铁生产中，焦炭的灰分含量越少越好， 利于焦炭的质量，也同时提高炼铁的质量。 1.4.2焦

29、炭的气孔结构 焦炭是一种强度比较坚硬的多孔的结构，内部有大量的气孔，其结构强度由 气孔壁的厚薄有关，也与内部气孔的构造分布有关，气孔数量的多少、气孔的大 小以及气孔之间裂纹的多少有关。焦炭的气孔结构强度直接影响到焦炭的质量， 气孔壁的厚薄影响强度，多少影响热态性能，因此焦炭的气孔结构相关指标是影 响焦炭质量的参数。测定焦炭气孔的气孔率可以反映焦炭质量，实验室测定焦炭 的显气孔率常用抽真空法，这种方法方便快捷，可以用压汞法来测定焦炭的孔径 的分布，气孔的比表面积可以反映与 10mm的焦炭重量 1.5影响焦炭质量的因素 高炉大型化是当前的发展趋势，高质量的焦炭需求增加，焦炭在高炉中的 作用是随着新

30、技术的发展越来越重要，提高焦炭质量的要求，提供高质量的焦炭。 影响焦炭质量因素众多，原料煤的性质，炼焦煤的粒度、工艺，以及焦炭的结构 等 24 1.5. 1原料煤性质 原料煤本身的是影响焦炭质量的关键指标，煤质的高低影响焦炭的结焦性 以及强度，所以煤质的评价是一个重要的指标。赵华 25 26等人认为，变质程度的 提 _，利于焦炭的质量，当挥发分在 21%31%之间炼制的焦炭质量最好。张代 林 27等人研宄发现，反应性与挥发分之间存在一定的联系，反应性随着挥发分 的增大出现先变小后增大的趋势，当挥发分在 24%时所得焦炭的质量最差。张代 林 27等人发现煤岩对焦炭的质量影响趋势相同，随着煤岩最大

31、镜质组反射率的 增加，焦炭质量先减小后增大。 煤质的其它指标与焦炭的热态性能也有一定的关系。赵华 25等人研宄发现， 焦炭的质量与煤的黏结指数 相关，黏结指数是反映煤的变质程度的指标，当黏结 指数大于 80时，炼制焦炭的质量最好。刘志洲 28等人认为，黏结指数与焦炭的 质量呈正相关，研宄发现黏结指数越好的煤炼出焦炭的反应性越低，反应后强度 越好。而胶质层对于焦炭质量的影响类似。赵华 25等人认为，当胶质层厚度在 1522mm时炼制焦炭质量最好。刘志洲 28等人发现煤的胶质层与焦炭质量呈正 相关。 1.5. 2煤细度影响 炼焦煤的细度是煤粒度小于 3mm所占的比例，张文成 294人为配煤的细度对

32、 于整个配煤的堆密度以及炼焦过程都会有影响。堆密度随着细度增加而呈现下降 的趋势，煤的细度程度越高，则堆密度降低越大。谭洪波认为，炼焦煤料的粒度 要求要严格把关，尤其是煤料小于 5mm的粒度级别，不同煤种要求不同，但对 于气煤和瘦煤要求更高，如果细度过低，对于低黏结性煤种焦炭质量影响最大， 会导致裂纹增多，焦炭的质量下降。对于捣固炼焦配合煤炼焦要求小于 3mm细 度控制在 86%-90%之间最好。 1.5. 3改质剂 刘炯 P I等人通过往煤中添加沥青改质剂，对比发现，当加入后导致配 合煤 后整体的黏结指数升高，焦炭的显微结构变好，黏结组分增多，促进焦炭的光学 组织的相互熔融，使得焦炭质量提高

33、。周尽晖 31等人通过往煤中添加一些类炭 质发现，添加后会降低焦炭的反应性，说明人造石墨和石油焦等物质会提高焦炭 质量。 当往煤中添加一些没有催化作用的低黏结性物质，使得稍微降低焦炭的溶 损，配入的该低黏结性物质使得焦炭的结焦时间延长，促进有机物的分解，在焦 炭的孔隙结构中会发生热解炭的沉积，该热解炭呈各向异性，使焦炭的质量提高。 焦炭经过改质剂喷洒浸泡后，改质剂会渗透到内部，使焦炭结构组织发生改 变，增强焦炭的强度，提高了焦炭的质量，并使反应性降低，随着改质剂的增加， 这种效果越明显，且焦炭热性能改善程度随时间延长越好。如下图一通过电镜扫 描可知，经过喷洒后的焦炭，其内部结构与喷洒前的不同，

34、焦炭是多孔体结构， 喷洒后会沿着孔道进入到内部，填充入的改质剂结焦后会占据整个孔隙，并且在 结焦过程中会与碳原子相互作用生成化合物，由于孔道被填充，二氧化碳无法扩 散到内部，从而降低焦炭的反应性。经过喷洒改质剂的焦炭进入炉内，在高温的 环境下，改质剂能与焦炭进行反应生成化合物，该化合物可抑制碳溶反应，并且 该化 合物覆盖在活化点上，使其不能与 C02接触反应，生成物较多时会覆盖在 其焦炭表面起到保护作用，进一步阻止二氧化碳的碳溶反应 32。 图 1喷洒改质剂焦炭对比 1.5. 4炼焦工艺 炼焦煤的煤质对形成焦炭的性能有重要影响，但是煤质一定时，炼制焦炭的 工艺条件会对焦炭形成不同影响，炼焦的工

35、艺条件包括焦炉温度的控制、控制结 焦时间、熄焦方式，采用捣固配煤炼焦，焦炉的大型化 3334。 捣固配煤炼焦提高了焦炭的质量，使焦炭的强度升高，反应性降低。主要原 因由于捣固使得煤饼的堆密度增大，增大了煤粒间相互接触，结焦时液相胶质体 充分填充到煤饼的各个空隙中，使得煤粒间的黏结力增强。捣固使煤饼的堆密度 增加，使结构更致密，在升温过程中，煤会有胶质体产生， 并开始热解，热解有 煤气产生，导致膨胀压力增加，使密度更加致密，产生的胶质体的使煤更容易黏 结生成半焦，改善了焦炭的质量。王慧经过捣固研宄发现，捣固炼焦对于焦炭的 冷态性能基本上没有什么影响，对于一些质量较差的配合煤改善作用较大 35。

36、温度对焦炭热性能的影响包括两个方面，焦炭结焦过程中温度控制，以及在 高炉内高温对焦炭与 co2的反应。炼焦温度对于煤的热解有直接影响，炼焦过 程中，焦炉中温度的高低，炼焦过程中升温速率的快慢，都会对焦炭显微结构冷 态强度产生影响 36，从而影响到焦炭的质量。在半焦收缩过程 中，如果炉膛的 温度下降，则会影响焦炭的热收缩以及碳氢化合物的热分解，热分解产生的煤气 会对焦炭的气孔率产生影响。如果焦炉温度升高过快，不能使碳化室温度维持焦 炭结焦所需的时间，最终导致焦炭的反应性升高，影响焦炭的质量 37。控制焦 炉的升温速率，以及提高碳化室的温度，利于焦炭结焦期的热分解和热缩聚，增 强焦炭的显微结构强度

37、，并改善焦炭的热态性能。 在焦炉炼焦的最后阶段，对焦炭实行焖炉，有利于焦炭的热缩聚程度，使焦 炭的结构更加致密，并使反应性降低 38。 高炉炼焦结束时，对于焦炭的熄焦采用干熄焦和湿熄焦两种方式，每种都会 产生不同的影响 39。采用干熄焦方式减少了焦炭结构的缺陷，避免了湿熄焦的 急冷急热，使焦炭的裂纹减少，也避免水汽对焦炭的活化作用，是反应性降低。 1.5. 5焦炭显微结构 焦炭是多孔体的固体材料，其构造与焦炭的质量有直接关系，而显微组分是 其结构的基本组成。焦炭的气孔形成是由于煤在结焦过程中，受热分解产生的煤 气在析出时产生的，焦炭形成半焦后在高温的条件下会继续热分解导致产生微气 孔和焦炭裂缝

38、4(3。 焦炭的气孔率的多少和孔径的大小与 反应性有一定的相关性。李明富 41通 过实验研宄发现，当焦炭的气孔率分布高时，焦炉中的 co2气体容易气孔进入 到焦炭内部，与焦炭充分接触，气孔率高并且数量多，会导致焦炭与（： 02气体 接触面积增大，加大了反应速度，使焦炭的气孔壁变薄脆性增加，当受到外力挤 压时容易破碎，从而使焦炭抗压能力降低、质量下降 42。随着反应的进行，当 焦炭反应损失质量达到 20%时，内部结构破坏严重，主要与气孔壁反应，损失约 为 10% 20%，由于反应损耗使得平均孔径也会大约增加原来的五分之一，气孔 率也会增加原来的十分之一左右 ；当反应进一步增加时，当焦炭质量损失达

39、到 40%时，内部破损进一步增加使得壁厚越来越薄，损失达到原来的四分之一，又 会出现新的气孔。但是焦炭的溶损反应并不是随着气孔率的增加而一直增加，经 前人研究发现 43，档期空率达到 44%以上时，焦炭的溶损反应并不会再增加。 可能的原因是，反应进行到一定程度时，使焦炭与（： 02接触的比表面积不再增 加，从而使反应性不会再升高。 1.5. 6矿物质对焦炭热态性能的影响 焦炭中的矿物质主要来自煤的灰分及高炉冶炼过程中所产生的各种矿物质。 矿物质对焦炭热性能影响主要表现 2个方面 :矿物质均为惰性物，比焦炭多孔体 有 6 10倍的体积膨胀系数，当焦炭多孔体在高温下收缩时，灰分颗粒却具有方向 与收

40、缩应力相反的膨胀力，于是产生以此为中心的放射性裂纹，裂纹使二氧化碳 易于深入到焦炭的内部结构，促使焦炭的热反应性提高和反应后强度降低。焦炭 矿物质中含有较高的碱金属成分，碱金属对焦炭碳溶反应有较大的催化作用，加 剧或抵制焦炭溶损反应，从而影响焦炭热性能 44。 (1) 碱金属对焦炭的影响 国内外的研宄表明，焦炭在高炉内的溶损反应主要发生在高炉的炉腰、炉 腹处的软熔 带，此处温度在 1300摄氏度左右，焦炉内碱金属的富集对焦炭的碳 溶反应起催化作用，且焦炭的碳溶反应达到 30%-40%，焦炭结构强度受到破坏， 块度变小硬度降低，且耐磨性随着碳溶反应的增加而显著降低。 高炉内富集的碱金属主要是钾、纳，这也是高炉对焦炭破坏的主要金属。高 炉内的钾、纳主要是吸附在焦炭表面而大量富集，在高温条件下，富集在焦炭表 面的钾纳对焦炭溶损反应起到催化作用，并且随着钾纳富集量的增加，对溶损反