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钢铁工业的快速发展,使得行业中优质炼焦煤资源短缺、温室气体及污染气体排放严重、高炉生产效率提升极限等问题日渐突出,为了有效解决这些问题,一种理论上能降低高炉焦比,且能进一步提升炉身效率的高反应性焦炭-铁焦被提出,铁焦质量的好坏直接影响高炉的稳定顺行。研究表明,铁矿粉添加量、铁矿粉种类、炼焦工艺参数等都会对铁焦的性能有一定的影响,然而,目前的研究主要集中于宏观影响因素方面的解析,针对铁矿物对焦炭热解行为影响的研究并不深入。由于炼焦煤的热解-缩聚过程对焦炭的质量起着决定性作用,因此本文采用热重分析仪、高温热台显微镜等设备,并结合XRD、SEM等表征方法来研究铁矿粉的含量和种类对气煤碳化过程的影响,明确铁焦的结构及性能变化规律。研究得出以下结论:首先,从相互作用因子的效果来看,QM添加不同铁矿粉后,相互作用效果由强到弱依次为NF、EX、GW。动力学模型拟合结果表明QM热解过程前期主要由化学反应控制,后期主要由扩散控制。与煤粉单独热解反应机制相比,添加铁矿粉后混合样的反应机制变化明显,煤粉的第二阶段和第四阶段由化学反应控制变为扩散控制。添加铁矿粉后样品热解平均表观活化能为30-35kJ/mol,小于煤粉单独热解时的平均表观活化能46.81kJ/mol,且活化能与指前因子存在动力学补偿效应。其次,高温热台实验表明随着碳化温度的升高,铁焦体积都表现出先增大后减小的趋势。同种矿粉,收缩程度依次为10%>20%>30%。当矿粉添加量为10%时,三种铁焦样的收缩程度与QM近似;而当矿粉添加量为20%和30%时,铁焦样的收缩程度下降较为明显,且收缩程度大小依次为QM>GW>NF>EX。XRD和SEM结果表明不同铁矿粉在铁焦碳化过程中的变化规律一致,即400℃时,铁焦中的铁矿物主要是Fe2O3,800℃时主要为Fe3O4,1100℃时主要为金属Fe。最后,本文从多个角度研究了铁焦结构及性能的变化规律,研究表明EX铁焦的孔隙较少,基质粘结较为紧密;GW铁焦基质粘结较为松散,基质颗粒易脱落;NF铁焦煤粒之间粘结较差,颗粒边界分明。XRD研究表明,同一矿物,随着其添加比例的增加,铁焦石墨化程度逐渐降低。当矿粉添加比例一样时,EX铁焦石墨化程度较高,GW铁焦和NF铁焦的石墨化程度相近,且都低于EX铁焦。抗压强度和转鼓强度结果表明,添加不同矿粉时,铁焦抗压强度顺序依次为QM>EX>GW>NF,铁焦转鼓强度顺序为QM>EX>NF>GW,且随着矿粉添加比例的增加,铁焦强度逐渐下降,但强度顺序保持不变。添加同一矿粉后,除了GW-10%的铁焦外,其他铁焦反应起始温度相对QM焦都有所降低,且随着矿粉添加比例的增大,其降低的幅度越大。同一添加比例,添加不同矿粉时,铁焦反应起始温度高低顺序大致为GW>EX>NF。