【正文】 加熱后殘焦和坩堝重量。 灰分的測(cè)定方法 ：稱取 1 g 左右粒度 mm 的試樣放入灼燒至 815 ℃ 并恒重過的灰皿中，攪勻平鋪；然后放入加入至 815 ℃ 打開的箱形高溫爐的爐門口，在 10 min 內(nèi)逐漸將其移入爐子的恒溫 區(qū)。關(guān)閉爐門，在 815 ℃ 灼燒 2 h。然后，取出放在空氣中冷卻 5 min，移入干燥器，冷卻至室溫，稱重。計(jì)算公式： 0102100 mm mmA ad ???? m0為灰皿重量， m1為灰皿和焦粉重量， m2為灼燒后灰皿和殘留物重量。 水分的測(cè)定方法 ：稱取 1 g 左右粒度 mm 的試樣放入預(yù)先恒重的稱量瓶中，置于105 ℃ － 110 ℃ 的干燥箱中，開蓋、鼓風(fēng)干燥 60 min，取出放入干燥器中冷卻至室溫稱重。計(jì)算公式如下： 10001 02 ???? mm mmM ad m0為稱量瓶重量； m1為稱量瓶和試樣 重量； m2為干燥后稱量瓶和殘樣重量。 2 實(shí)驗(yàn)流程 XXX 畢業(yè)生畢業(yè)論文 第 22 頁 圖 21 本實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)流程圖 原料加工 所有的原料都需要進(jìn)行空氣干燥然后破碎，破碎量依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案計(jì)算。 柳林 煤破碎為2 個(gè) 粒度 ，分別為 1 mm、 3 mm； 半焦 破碎為 1 mm、 2 mm；瀝青破碎為 1 mm；焦粉破碎為 1 mm。 型煤成型 根據(jù)配比分別稱取 半焦 、 柳林 煤、焦粉、瀝青，將 4 者混合均勻后加入一定量的水再次進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后使用 100 ℃ 水蒸氣加熱 20 min，然后將加熱后的混 合料填入圓柱型模具中，使用 100t 煤塊成型機(jī) 沖壓 成型。 本實(shí)驗(yàn)預(yù)熱所用的加熱設(shè)備先后用了兩種，高壓鍋和醫(yī)用 立式蒸汽消毒器 。 型煤炭化 成型后的型煤放在空氣中干燥 24 h。干燥后的型煤可以直接放入鐵盒在炭化爐中進(jìn)行炭化。炭化的升溫程序根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案確定。每次炭化結(jié)束后，把鐵盒和型焦卸入水中熄焦。 3 實(shí)驗(yàn)原料分析 原料質(zhì)量評(píng)價(jià) 根據(jù)鑄造焦工藝要求，選用陜西府谷半焦作為煉焦主要原料 ， 柳林煤、瀝青、 焦粉 、作為煉焦用添加劑。我們對(duì)所選原料進(jìn)行了工業(yè)分析、硫 分 及粘結(jié)指數(shù)測(cè)定 ， 結(jié)果見表 1。 半焦 瀝青 柳林煤 焦粉 攪拌混勻 預(yù)熱 成型 炭化 水熄焦 干燥 焦炭取樣 質(zhì)量檢測(cè) 破碎 1， 2mm 破碎 1mm 破碎 1， 3mm 破碎 1mm 取樣，工業(yè)分析 ，熱重分析，粒級(jí)分布 工業(yè)分析 落下強(qiáng)度 XXX 畢業(yè)生畢業(yè)論文 第 23 頁 表 1 煤樣 分析結(jié)果 編號(hào) 煤種 工 業(yè) 分 析 St， ad % 粘結(jié)指數(shù) Mad/% Aad/% Vdaf/% FCad/% 1 陜西府谷半焦 2 柳林煤 3 焦粉 4 瀝青 后面將詳細(xì)介紹 由 表 1 分析數(shù)據(jù)可知 ， 陜西府谷半焦，低 揮發(fā)分 、低硫、 中等灰分、 固定碳含量高，作為煉制鑄造焦的主原料是比較 理想的。 半焦 (包括干餾炭 )是煤經(jīng)過不同溫度預(yù)炭化處理得到的固體產(chǎn)物，是沒有粘結(jié)性的半惰性物質(zhì)，在冷壓型焦工藝中，其最高配用量為 85%。半焦的本體強(qiáng)度直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。 柳林煤其灰分不高 (Aad 為 %)，揮發(fā)分 適中 (Vdaf為 %)，但硫分較高 (St， ad 為%)，作為煉制鑄造焦用主原料煤是不適合的，只能作為配料加入，而且加入量不宜過高。 柳林煤在煉焦過程是高溫時(shí)的主要粘結(jié)劑， 其不可缺少 。 焦粉在這里主要用作瘦化劑，它的多孔結(jié)構(gòu)與焦煤在高溫區(qū)形成骨架，其揮發(fā)分雖然較低，但是焦粉的揮發(fā)分 比較難以驅(qū)除，加上其灰分較高，要達(dá)到鑄造焦質(zhì)量的要求，不宜過多使用。 綜上所述， 為充分利用當(dāng)?shù)氐陌虢官Y源生產(chǎn)合格的鑄造型焦， 配煤應(yīng)以半焦為主，適量配入柳林煤，再加入少量焦 粉 。為保證配煤有足夠的粘結(jié)性，應(yīng)配入一定比例瀝青。 原料粒度組成 原料粒度分析 煤種 1mm 半焦 1mm 半焦 2mm 瀝青 1mm 柳林煤 1mm 柳林煤 3mm 石油焦 1mm 焦粉 1mm 表 2 原料粒度組成 我們實(shí)驗(yàn)型煤成型前把原料分別粉碎至一定的粒度，以使成型 及炭化時(shí)能把型焦質(zhì)量提高。因此我們將粉碎后的煤料粒度 列表 如 2。 原料柳林煤的 粘結(jié) 性測(cè)定 柳林煤奧亞膨脹度 XXX 畢業(yè)生畢業(yè)論文 第 24 頁 表 3 柳林煤奧亞膨脹度 層定結(jié)果 奧亞膨脹指標(biāo) 平行樣 1 平行樣 2 平均值 軟化溫度（ T1） /℃ 381 356 開始膨脹溫度（ T2） /℃ 451 449 450 固化溫度（ T3） /℃ 486 486 486 最大收縮值（ a） /% 最大膨脹度（ b） /% 圖 3 柳林煤奧亞膨脹度 奧亞膨脹度對(duì)強(qiáng) 粘結(jié) 煤有較 好的區(qū)分能力。其測(cè)定原理是一種以慢速加熱來測(cè)定煤的粘結(jié) 性的方法，將制好的煤筆放入內(nèi)部非常光潔的標(biāo)準(zhǔn)口徑的膨脹管內(nèi)，其上放置一根連有記錄筆的能在管內(nèi)自由滑動(dòng)的膨脹桿。升溫過程中，煤受熱達(dá)到一定溫度后開始分解，首先析出一部分揮發(fā)分，接著開始軟化析出膠質(zhì)體。隨著膠質(zhì)體的不斷析出，煤筆開始變形縮短，膨脹桿隨之下降 —— 標(biāo)志煤的收縮。當(dāng)煤筆完全熔融呈塑性狀態(tài)充滿煤筆和膨脹管壁間的全部空隙時(shí)，膨脹桿不再下降，收縮過程結(jié)束。然后隨著溫度的提高，塑性體開始膨脹并推動(dòng)膨脹桿上升 —— 標(biāo)志煤的膨脹。當(dāng)溫度達(dá)到該煤樣的固化點(diǎn)時(shí)，塑性 體固化形成半焦，膨脹桿停止運(yùn)動(dòng)。柳林煤奧亞膨脹度 測(cè)定結(jié)果 如表 3 所示，導(dǎo)出的報(bào)告如圖 3所示 。 溫度間隔△ T 是標(biāo)志煤開始軟化的溫度到開始固化的溫度之間的溫差范圍。它表示了煤在膠質(zhì)體狀態(tài)所經(jīng)過的時(shí)間，反映了膠質(zhì)體的熱穩(wěn)定性的好壞。溫度間隔大，表示膠質(zhì)體在較高的加熱溫度下停留的時(shí)間長(zhǎng)，煤粒間有充分的時(shí)間接觸并相互作用，煤的粘結(jié)性就好。柳林煤的溫度間隔△ T==℃，間于氣煤與焦煤之間，溫度間隔相對(duì)較大。 柳林煤膠質(zhì)層厚度測(cè)定 XXX 畢業(yè)生畢業(yè)論文 第 25 頁 圖 4 可看出，柳林煤的最終收縮度 X 為 ，膠質(zhì)層厚度 Y 為 ，體積曲線屬于波型，說明膠質(zhì)體膨脹不大，氣體逸出較慢，析出量較大，析出強(qiáng)度不是很大，可 能伴隨著半焦裂紋產(chǎn)生。 圖 4 柳林煤膠質(zhì)層厚度測(cè)定 4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 對(duì)于單因素或兩因素試驗(yàn)，因其因素少，試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與分析都比較簡(jiǎn)單。但在實(shí)際工作中，常常需要同時(shí)考察 3 個(gè)或 3 個(gè)以上的試驗(yàn)因素，若進(jìn)行全面試驗(yàn)，則試驗(yàn)的規(guī)模將很大，往往因試驗(yàn)條件的限制而難以實(shí)施。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 特點(diǎn) 就是由試驗(yàn)因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進(jìn)行試驗(yàn)的，通過對(duì)這部分結(jié)果的分析了解全面試驗(yàn)的情況，找出最優(yōu)的水平組 合。 本實(shí)驗(yàn)正交設(shè)計(jì)時(shí)采用三因素三水平分析方法，柳林煤、瀝青、焦粉作為三因素， B柳林煤的水平考慮為 10%、 15%、 20%， C 瀝青的水平考慮為 10%、 12%、 15%， D 焦粉的水平考慮為 3%、 4%、 5%。 A 半焦的比例由其它三個(gè)因素決定，即 A=100BCD。具體方案如下 表 4。 表 4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)配方 試驗(yàn)號(hào) A半焦（％） B柳林煤（％） C瀝青（％） D焦粉（％） 1 77 10 10 3 2 69 15 12 4 3 60 20 15 5 4 73 10 12 5 5 67 15 15 3 6 66 20 10 4 7 71 10 15 4 8 70 15 10 5 9 65 20 12 3 XXX 畢業(yè)生畢業(yè)論文 第 26 頁 5．炭化升溫制度的確立 型焦成型后最重要的步驟就是進(jìn)行炭化，因此需要對(duì)實(shí)驗(yàn)原料在炭化過程中的失重狀態(tài)進(jìn)行全面 地 了解。為此，對(duì)所用的原料進(jìn)行熱重分析。熱重分析實(shí)驗(yàn)在德國耐馳 STA409C型差示掃描量熱儀上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)條件： N2氣氛，流量 150mL/min；初始溫度為室溫，終溫1100 ℃ ；升溫速率 10 ℃ /min。 圖 5 柳林煤 TGDTGDSC XXX 畢業(yè)生畢業(yè)論文 第 27 頁 圖 6 半焦 TGDTGDSC 從 圖 5 中可以看出 ， 柳林煤 在 400℃ 前基本無揮發(fā)物析出， ℃ 柳林煤開始有明顯失重，此后失重速率基本保持在 %/min，最大失重速率出現(xiàn)在 ℃ 。在 400600℃區(qū)間失重 %，在 600900℃ 區(qū)間失重 %，在 9001100℃ 區(qū)間失重 %。 從 圖 6 中可以看到，半焦在 0100℃區(qū)間失重 5%，平均失重速率最大，最大失重速率出現(xiàn)在 ℃，這個(gè)階段析出的揮發(fā)物 中基本是半焦所含水分。在 ℃ 開始又一次有明顯失重，在 450700℃區(qū)間失重 %，在 700970℃區(qū)間失重 %，在 9701100℃區(qū)間失重 %。 XXX 畢業(yè)生畢業(yè)論文 第 28 頁 圖 7 焦粉 TGDTGDSC 從 圖 7 中可以看出焦粉從炭化開始就開始失重， 500℃ 之前失重速率忽高忽低，忽正忽負(fù)，而失重比較緩慢平緩。 ℃ 以后 出現(xiàn)明顯的失重現(xiàn)象。在 500720℃區(qū)間失重%，在 720970℃區(qū)間失重 %，在 9701100℃區(qū)間失重 %。 XXX 畢業(yè)生畢業(yè)論文 第 29 頁 圖 8 濟(jì)寧 瀝青 TGDTGDSC 從 圖 8 中可以發(fā)現(xiàn)，濟(jì)寧瀝青的失重是分段進(jìn)行的， ℃ 時(shí)開始有少量揮發(fā)物析出，℃區(qū)間內(nèi)平均失 重速率最大，最大失重速率出現(xiàn)在 ℃，共失重 %。在 ℃區(qū)間內(nèi)失重 4%，失重速率較為緩慢。在 ℃區(qū)間內(nèi)失重 %，失重速率再一次出 現(xiàn)上升并基本保持在 %/min。 由前面的熱分析可得在 500℃之前主要析出水分和瀝青中的大部分揮發(fā)物，在 550℃把型煤放入炭化爐中進(jìn)行加熱，表面可迅速半焦化，防止型煤在軟化熔融過程中流態(tài)化而變形，保持了型煤的形狀和強(qiáng)度，這樣可保證型焦的強(qiáng)度。所以考慮在停止加熱狀態(tài)下對(duì)型煤進(jìn)行熱燜處理，而且盡可能停留較長(zhǎng)的時(shí)間。為了減 少 600℃以后揮發(fā)物析出阻力，我們考慮以低升溫速率到中溫恒溫溫度。我們采用慢速升溫到 680℃ ,并在此溫度下進(jìn)行恒溫處理，減小后續(xù)半焦的揮發(fā)物析出阻力。 680℃ 1100℃這段溫度范圍內(nèi)則是焦炭生成階段，伴隨生成高溫焦油，期間會(huì)出現(xiàn)型焦的二次收縮現(xiàn)象，緩慢加熱可以減少揮發(fā)分大量析出，減少焦炭?jī)?nèi)部氣體壓力，防止焦炭破裂。我們?nèi)?1100℃為煉焦終溫并進(jìn)行恒溫，這是因?yàn)樵诮固啃纬梢院?，可以進(jìn)一步析出 H2，提高 焦炭強(qiáng)度并降低焦炭的氣孔率，但恒溫溫度不宜過長(zhǎng)，過長(zhǎng)反而會(huì)增加焦炭裂紋，降低強(qiáng)度。 文獻(xiàn)顯示，一般情況下 普通 煉焦時(shí)間都在二十小時(shí)以上，我們?cè)O(shè)定總煉焦時(shí)間為 24h，我們制定了如下的升溫制度： 半成品在 550℃入爐，自動(dòng)降溫，燜爐時(shí)間為 8h，后經(jīng)過 6h 的升溫至 550℃，又通過3h 升溫至 680℃，在此溫度下恒溫 2h，經(jīng) 2h升溫到 900℃，后再經(jīng)過 2h升溫到 1100℃，恒溫 1h，然后出焦。 XXX 畢業(yè)生畢業(yè)論文 第 30 頁 第三章 基礎(chǔ) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 3． 1 府谷瀝青所制型焦質(zhì)量分析 府谷瀝青取料近便，運(yùn)輸成本大大降低，如果成品符合要求將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益。但是經(jīng)我們配料成型和炭化后，卻發(fā)現(xiàn)府谷瀝青制得的型焦重量普遍偏輕，外觀上部都有較大的缺損， 表面粗糙、無金屬光澤，邊緣磨損嚴(yán)重，外觀不規(guī)整（如圖 1 所示）。 圖 1 府谷瀝青制得型焦 表 1 府谷瀝青所制型焦質(zhì)量 配方號(hào) 編號(hào) 粒度 半成品質(zhì)量 /g 型焦質(zhì)量 /g 落下后 50mm 質(zhì)量 /g 504SI /% 府谷 2 本 1 半焦 1mm,柳林煤 3mm 1505 1100 1013 府谷 6 本 2 半焦 1mm,柳林煤 3mm 1560 1170 1114 府谷 8 本 3 半焦 1mm,柳林煤 3mm 1456 1085 995 府谷 9 本 4 半焦 1mm,柳林煤 3mm 1492 1074 府谷 9 本 5 半焦 2mm,柳林煤 3mm 1549 1131 1093 表 1 中顯示，府谷瀝青制得的半成品質(zhì)量在 15