CO2对焦炭气化熔损的机理研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文CO2对焦炭气化熔损的机理研究专业：冶金物理化学硕士生：王琛指导老师：杨双平摘要焦炭在高炉内的气化熔损会引起焦炭粉化等问题，进而影响高炉的冶炼效率。由于国家可持续发展理念和焦炭高昂的成本，钢铁企业为了实现绿色发展和降低企业的生产成本，通常会使用高炉喷吹煤粉等降低焦比，加剧了焦炭在高炉中受到CO2气化熔损的影响。本文研究了CO2对焦炭的气化熔损机理，主要包括对在1100℃下焦炭结构、粒度等随气体浓度和时间变化的机理进行了研究，同时引入Кирпичев方程和Kick方程功耗学说，研究了焦炭高温气化熔损

2、和功耗之间的关系，结论如下；(1)在1100℃的特征温度下，研究焦炭和CO2的熔损反应，在反应的前30min，浓度变化范围在30%左右，浓度对于焦炭的熔损变化不大，同时发现在不同浓度下，焦炭反应的限制性环节可能存在差别，焦炭在浓度较高时主要受到界面化学反应限制性环节的影响，浓度较低时，焦炭的反应限制性环节主要是内扩散。(2)对焦炭的反应后强度进行研究，熔损后焦炭在破碎过程中灰分的提高会使焦炭的反应后强度降低。对比了100%CO2、80%CO2和20%CO2反应前后的光学组织，发现浓度较高时，各向同性组织对焦炭的反应后强度有正

3、催化作用，各向异性则起惰性作用，各向同性的比例多少也和焦炭反应后强度是正相关关系，但当CO2浓度较低时对焦炭后光学组织影响较小。对比了焦炭反应后强度和显微结构的关系，焦炭的显微强度和焦炭的反应后强度成正比，即焦炭反应后强度越高，其显微强度也越高，浓度较高时会使焦炭反应后粒度偏向5mm-10mm，浓度较低时反应后粒度偏向10mm-15mm。(3)通过对焦炭的比表面积分析发现在CO2浓度较高时，比表面积是先增大减西安建筑科技大学硕士学位论文小，CO2浓度较低时，焦炭的比表面积则是一直增大。通过傅里叶红外发现，CO2浓度升高，表现

4、为大分子芳环类无机质减少，形成大量小分子气体有机质脱离焦炭固体，伴随有无机矿物质生成。同浓度CO2条件下不同作用时间结果来看，表现为部分基团振动峰发生位移。(4)通过对粒焦的高温熔损和强度实验研究，焦炭的熔损率对焦炭的高温下的极限强度、弹性模量和形变量有很大的影响，形变量会随焦炭的熔损率先增后减，而弹性模量和极限强度会随熔损率升高而降低。焦炭气化剧烈阶段为1100℃-1200℃，在1200℃，气化熔损率为40%以上时焦炭的基体强度会溃败，此时极限强度和弹性模量会急剧降低。(5)引入的Кирпичев方程和Kick方程的体积功

5、耗学说，得到了焦炭发生破碎的最低功耗和焦炭在破碎的过程中的粒度和功耗的关系，通过实验得到了焦炭的粉碎功随内能增加的关系，同时将温度、熔损率和气孔率等因素考虑到功耗学说之中，进而对在某一输入功下，实现对焦炭某一温度的熔损率和粒径变化情况预测。关键词：高炉；焦炭；熔损率；气化；强度西安建筑科技大学硕士学位论文StudyontheMechanismofCO2ontheCoke-gasificationSpecialty:PhysicalChemistryofMetallrgyName:WangChenInstructor:Prof

6、essorYangShuangpingAbstractThegasificationandlossofcokeinblastfurnacemaybringaboutpulverizationofcokeandotherproblems,whichwillinfluencethesmeltingefficiencyofblastfurnace.Becausetheconceptofnationalsustainabledevelopmentandthecostofcokearestillmoreexpensiveatthepr

7、esentstage,thesteelenterprisestorealizegreendevelopmentandreducetheproductioncostofenterprises.Itisusuallyusedtoreducethecokeratio,suchascoalinjectioninblastfurnace,whichwillincreasetheinfluenceofcoke-gasificationcausedbyCO2inblastfurnace.Inthispaper,thegasificatio

8、nanddamagemechanismofCO2tocokeisstudied，Mainlyincludesthestructureofcokeunder1100℃,particlesizeandsoonwiththemechanismofchangesofgasconcentration