高炉瓦斯灰中碳来源的定量分析研究

摘要

高炉瓦斯灰是炼铁高炉在炼铁过程中随高炉煤气（瓦斯）带出的粉尘，是钢铁企业主要固体排放物之一。高炉瓦斯灰中含有一定量含碳物质，分别来自于炼铁所用焦炭及未燃尽的喷吹煤粉，研究并确定含碳物质的来源，能够明确降低含碳物质的技术途径，对高炉的高产、顺产及经济运行具有很强的理论研究与运行指导意义。
　　目前辨析高炉瓦斯灰中含碳物质主要采用传统的“数点法”等岩相分析的方法，存在主观性强、分析工作量大、准确性不高等问题。本文基于拉曼光谱方法研究了煤粉和焦炭的结构特点，分析并确定了煤粉和焦炭的未燃碳质量大小及比例，为确定瓦斯灰中含碳物质的来源提供依据，能够为增加高炉喷煤量和提高煤粉置换比提供科学的指导。
　　论文收集并测定了某钢厂3台高炉瓦斯灰含碳量的粒径分布及含碳量，发现含碳物质多集中在大于90μm的粒径中。通过岩相显微分析观察不同比例的煤焦和焦炭混合样，旨在了解不同含碳物质的镜下特征，为辨析瓦斯灰中的成分提供依据。随后统计分析确定瓦斯灰中各含碳物质所占的比例，为其他研究提供参考及验证。
　　本文提出了一种基于拉曼光谱分析的高炉瓦斯灰中碳来源的定量检测方法。通过对多种不同煤焦质量比例的混合焦样品进行拉曼光谱测试，依据待测高炉瓦斯灰的拉曼光谱确定特征峰强度比ID/IG、IV/IG以及I2D/IG，将该三强度比在标定步骤中建立的映射关系进行匹配，从而确定待测高炉瓦斯灰的未燃尽煤粉占其含碳物质的比例为10％左右，可知瓦斯灰中的碳来源主要是焦炭。
　　综合拉曼光谱与岩相分析的结果，对比可知两种方法的结论是相近的，由此得出该钢厂高炉瓦斯灰里的碳来源主要是焦炭，指出该钢厂需要改善焦炭的机械强度，重新组织炼焦配煤。本文使用的拉曼光谱法对确定瓦斯灰中不同含碳物质的比例，旨在为分析高炉运行出现的问题，找出相应的解决方案。由于其操作简单，适用性强，可以应用到实际中，有很好的推广价值。

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1 绪 论

1.1 课题背景

1.2高炉冶炼与高炉喷吹

1.3 高炉瓦斯灰中碳来源的研究现状

1.4 拉曼光谱在含碳物质结构分析中的应用

1.5 本文研究内容

2 高炉炼铁原料及瓦斯灰的特性分析

2.1 引言

2.2 取样与前处理

2.3 高炉燃料基本特性和燃烧特性

2.4 瓦斯灰的特性研究

2.5 瓦斯灰的XRD分析

2.6 本章小结

3 高炉瓦斯灰中含碳物质的岩相分析

3.1 引言

3.2 瓦斯灰的SEM分析

3.3 瓦斯灰中含碳物质的显微研究

3.4 本章小结

4 高炉瓦斯灰中含碳物质的拉曼光谱分析

4.1 引言

4.2 拉曼光谱分析

4.3 煤焦和焦炭的拉曼光谱分析

4.4 本章小结

5 全文总结及工作展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 硕士期间发表论文和申请专利