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摘要
焦炭是高炉冶炼的重要原料，其微观结构演变的多尺度表征对焦炭质量的合理评价和高炉顺行起着至关重要的作用。溶损过程中，焦炭多孔结构内部会产生不同程度的劣化梯度，这对焦炭行为会产生十分重要的影响，但目前的焦炭评价体系并未能考虑到这一因素。以反应速率常数krea和扩散系数Deff的比值(krea/Deff)表征溶损反应对焦炭空间结构劣化的影响，可为进一步准确表征和预测焦炭内部的劣化梯度从而优化焦炭质量提供基础。对不同粒级尺度的焦炭进行了高温溶损试验，并研究了溶损过程中焦炭的基质反应特性和孔结构演变特征。通过傅里叶变换红外光谱、光学显微镜、SEM-EDS和BET比表面积孔径分布仪对不同溶损焦炭的成分、孔结构参数等进行了分析。结果表明，随着焦炭溶损程度的加深，矿物质在焦炭表面逐渐析出，并对溶损过程起到一定的催化作用，导致反应活化能Ea降低、krea增大；此时焦炭内部的微孔扩大并合并成中孔和大孔，CO2分子的扩散路径减少，扩散活化能ED降低、Deff逐渐增大。进入溶损反应中后期，焦炭中的活性组分被大量消耗，且其内部的灰分大量析出，使得反应活化能Ea升高、krea减小；而焦炭内部的大孔数量也进一步增加，多孔结构的曲折度大幅降低，使得扩散活化能ED继续降低、Deff增大。通过研究焦炭krea/Deff发现，随着溶损程度增加，krea/Deff呈快速减小的趋势。且krea/Deff越大，焦炭内部的劣化梯度越大，容易从焦炭表面产生焦粉，不利于高炉实际生产。因此，在降低焦炭溶损率或反应后强度CSR的基础上，控制krea/Deff在合理范围内是进一步提高焦炭质量的有效措施。
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