神府煤-Ⅲ制备的含铁型焦的物理化学基础研究

摘要

自上世纪50年代以来，工业革命造成的大量温室气体CO2排放使极端气候事件频发，加剧北方水资源短缺和南方季节性干旱程度。这些环境变化已给工业和农业造成严重影响，严重恶化人类的生存环境。我国钢铁工业CO2的排放量占全国CO2排放总量的15％左右。而高炉炼铁约占钢铁生产总CO2排放量的70％。因此，炼铁工艺必须开发出减少CO2排放的新生产工艺技术;其次，在我国实现新型工业化过程中，我国的粗钢产量迅猛增加。在加剧战略资源铁矿石和煤炭危机的同时，也减小钢铁企业的利润空间。为此，开发劣质铁矿石-煤资源的高效生产利用技术，扩大高炉炼铁的原燃料使用范围，是钢铁企业提升竞争力的关键环节之一。
　　为此，本研究在分析高炉冶金原理和国内外研究前沿动态的基础上，提出把我国储量丰富的非焦煤、铁矿粉经破碎、混均、热压成型和高温焦化后制成C-O-Fe接触距离小、易于高炉低温区气化反应的高反应性含铁型焦(CIC);用CIC中的Fe催化剂作用和降低焦炭气化反应起始温度的热力学热特性，达到降低高炉炉顶煤气流和块状带温度、减少焦比和CO2的排放量的设想目的。通过实验研究、理论分析及模拟计算，探讨分析澳矿粉含量对神府煤-Ⅲ制成的CIC气化起始温度及其高炉焦比和CO2排放量的影响。为高炉改善热平衡状态、降低焦比和减少CO2排放量，为解决炼铁中资源与环境的矛盾提供基础研究数据。其主要研究结果如下:
　　(1)神府煤-Ⅲ和澳矿粉制备的含铁型煤和CIC，其压溃强度随澳矿粉含量的增加而提高，最高分别可达48.97 kN/p、5.66 kN/p。
　　(2)含铁型煤主要由C、灰分、Fe2O3等相组成，含铁型焦主要由多孔、多形状的C、0.05～1μm的白色Fe颗粒（附着于多孔C表面）和0.5～20μm的气孔等相组成;且C-Fe原子之间紧密接触。
　　(3)随澳矿粉含量的增加，CIC中的气孔数量增加，尺寸从0.5增大到20μm;附着于气孔表面的Fe原子密度增大。
　　(4)随澳矿粉含量的增加，CIC的气化反应起始温度由936.5℃降低到876.3℃，其活化能从206.82 kJ·mo1-1降低到196.53 kJ·mol-1。
　　(5)随煤发热值的增大，CIC气化反应起始温度降低，CIC气化起始温度的降幅值增加。用发热值为18.81 MJ/Kg的神府煤-Ⅲ制备的CIC，不适宜在高炉中作为高反应性焦炭使用。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 钢铁行业的地位及高炉炼铁的资源、能源与状况

1．1．1 钢铁行业的地位及高炉炼铁技术发展趋势

1．1．2 铁矿石分布及现状

1．1．3 炼焦煤及非焦煤的资源分布及现状

1．1．4 钢铁行业的环境压力

1．2 高炉低碳技术发展

1．2．1 日本神户制钢的HPC无灰煤生产技术

1．2．2 美国钢铁公司CASP碳合金技术

1．2．3 型焦技术

1．3 高炉实现能量和环境负荷最小化的原理

1．3．1 高炉炼铁过程

1．3．2 高炉内部结构和主要冶金反应

1．3．3 高炉节焦和CO2减排的原理

1．4 高反应性焦炭研究现状

1．4．1 国外研究状况

1．4．2 国内研究

1．5 研究目的、研究内容与技术路线图

第二章 试验方法

2．1 实验原材料

2．2 试样制备设备

2．3 试样的制备

2．3．1 含铁型煤试样制备

2．3．2 CIC试样制备

2．4 试样分析与表征

2．4．1 压溃强度测定方法

2．4．2 组织分析方法

2．4．3 CIC的热重分析方法

第三章 试验结果

3．1 含铁型煤和CIC压溃强度随AMP含量的变化

3．2 AMP含量对含铁型煤、CIC微观组织影响

3．2．1 含9％AMP的含铁型煤及其CIC的微观组织形貌

3．2．2 AMP含量对CIC形貌的影响

3．3 含铁型煤及CIC的物相(XRD表征)

3．4 AMP含量对CIC气化反应起始温度的影晌

3．4．1 0％AMP CIC的DSC曲线

3．4．2 不同AMP含量CIC的DSC曲线

第四章 分析与讨论

4．1 Fe峰强度值随CIC中AMP含量的变化

4．2 CIC气化反应起始温度随AMP含量和煤种的变化

4．3 AMP降低CIC气化反应的活化能

4．4 CIC气化起始温度降低量对块状带CO2浓度的影响

4．5 不同煤种制备的CIC对块状带中CO2浓度的影响

第五章 展望

第六章 结论

参考文献

致谢

硕士在读期间发表的学术论文