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炼焦用煤热解及其煤焦气化的热分析动力学与结焦性指标

作　者: 宗男夫
导　师: 汪琦；刘万山
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 煤热解焦炭气化机理非等温动力学
分类号: TQ541
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 35次
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内容摘要

焦炭与二氧化碳的气化反应是冶金工业中一个重要的反应。焦炭在高炉生产中主要起到热量来源、还原剂、料柱骨架和渗碳来源的作用。炼焦煤的焦化历程对于焦炭的冷态和热态指标起到至关重要的作用。长期以来，一直将煤的粘结指数（G）作为焦化重要指标，用于衡量炭化后焦炭质量。煤的热解是一个不断变化的复杂的物理化学过程。在焦炭实际生产中，煤热解历程的动力学行为将影响到炭化后焦炭的质量。因此，研究不同煤质的热解机理与焦炭冷、热态指标的关系，对预测焦炭质量是十分重要的。本文采用热分析技术进行了几种炼焦用煤热解的非等温动力学研究，建立了煤热解动力学特征参数（活化能）与40kg焦炉焦化后得到的焦炭冷、热态指标之间的联系。研究结果得出以下结论：（1）煤热解过程中不同阶段机理不同，干燥脱气阶段机理函数为f (α) = 1-α，剧烈的分解和解聚反应阶段，即软化阶段的机理函数为f (α) = (1-α)2，缩聚反应阶段，即固化阶段的机理函数为f (α) = 2(1-α)1/2。（2）LW（气煤）在软化阶段的活化能小于固化阶段的活化能。其余煤种软化阶段的活化能均大于固化阶段的活化能。固化和软化阶段的活化能与煤的G指标有一定的相关性。（3）煤在软化和固化阶段的活化能与焦炭的热态指标存在很好的相关性。当各种煤的固化阶段的活化能彼此接近时，焦炭在固化阶段的收缩速率趋于一致。减小由于部分收缩速度比较慢的颗粒引起的收缩不均匀程度，可使焦炭的块度增加。（4）焦炭与二氧化碳气化反应的机理函数为f (α) = 3(1-α)1/3。气化活化能与煤在固化阶段的活化能有一定的相关性。煤固化收缩速率越慢，焦炭的气化速率越快。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
1. 文献综述  9-24
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 煤热解性质  10-14
    1.2.1 煤热解的意义  10
    1.2.2 煤在热解过程中的物理化学变化  10-11
    1.2.3 煤的热解过程的分类  11-13
    1.2.4 影响煤热解的因素  13-14
  1.3 焦炭的气化性质  14-20
    1.3.1 高炉应用焦炭的作用  14-16
    1.3.2 焦炭在高炉中的行径  16-19
    1.3.3 焦炭在高炉中的溶损反应  19-20
  1.4 热分析动力学研究  20-24
    1.4.1 热分析的起源与定义  20
    1.4.2 热分析动力学的基础理论  20-22
    1.4.3 热分析动力学的分析方法  22-23
    1.4.4 热分析学术活动及国际出版物  23-24
2. 实验研究的内容及方法  24-31
  2.1 实验内容及意义  24
  2.2 实验设备  24-26
    2.2.1 球磨机  24-25
    2.2.2 热分析仪- 质谱仪仪联动装置  25-26
    2.2.3 40kg 焦炉  26
    2.2.4 干燥箱  26
  2.3 实验样品  26-29
    2.3.1 炼焦煤  26-29
    2.3.2 焦炭  29
  2.4 实验方法  29
    2.4.1 炼焦煤热解  29
    2.4.2 焦炭气化  29
  2.5 实验测量参数及计算  29-31
3. 炼焦煤制备焦炭的热解机理研究  31-51
  3.1 煤的热解过程  31
  3.2 煤的热解失重量  31-32
    3.2.1 不同温度区间煤的热解失重量  31
    3.2.2 温度对于煤热解的影响  31-32
  3.3 煤的热解曲线特征参数  32-33
    3.3.1 煤化程度不同的煤的D TG 曲线  32
    3.3.2 煤热解参数  32-33
  3.4 煤热解动力学的结果与分析  33-40
    3.4.1 煤热解过程中分步区间转化率的定义  33-35
    3.4.2 最概然机理函数的推断  35-36
    3.4.3 煤热解反应机理确定  36-40
  3.5 热重动力学解析方法  40-46
    3.5.1 LW ，JX 和ZTZ 三种煤的动力学计算  41-43
    3.5.2 LW ，JX 和ZTZ 三种煤的动力学结果及分析  43
    3.5.3 HG ，FGZ 和TS 三种煤的动力学计算  43-44
    3.5.4 HG ，FGZ 和TS 三种煤的动力学结果及分析  44-45
    3.5.5 六种煤的动力学结果及分析  45-46
  3.6 煤热解活化能与G 粘结指数的关系  46-47
  3.7 焦炭制备实验  47-49
    3.7.1 配煤方案  47
    3.7.2 试验配煤方案的固化阶段活化能  47-48
    3.7.3 试验制得焦炭的筛分组成及机械强度  48-49
    3.7.4 焦炭的热态指标与活化能的关系  49
  3.8 本章小结  49-51
4. 焦炭的二氧化碳气化反应动力学特性  51-57
  4.1 炭气化反应模型的选择  51-52
  4.2 焦炭气化实验结果与分析  52-53
  4.3 最概然机理函数的推断  53-54
  4.4 焦炭气化反应的动力学参数的确定  54-57
5. 结论  57-58
参考文献  58-61
致谢  61

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