随着我国高炉向大型化、高效化、长寿、节能环保和富氧喷煤强化冶炼方向发展,对焦炭质量提出了愈来愈严格的要求。因此需要深入了解焦炭在高炉炉缸区的劣化过程,本文利用实验室实验与理论计算相结合从微观结构与宏观性质两个角度分析焦炭在高炉炉缸区劣化过程,明晰焦炭劣化机制,对评价焦炭质量好坏对节约资源,降低成本、保护环境及高炉大型化现代化发展有着重大的战略意义。当前低碳高炉冶炼条件下使得炉内焦炭层变薄,恶化了料柱的透气透液性,焦炭在炉缸高温区石墨化过程中产生的焦粉是导致该现象出现的主要原因之一。为了研究焦炭在高炉下部的石墨化过程对其在炉缸内的冶金性能影响,研究了1100¹500℃不同温度下焦炭的石墨化度改变;同种焦炭石墨化程度与焦炭反应性及反应后强度之间的关系;不同石墨化度焦炭与碱金属侵蚀之间的关系;观察并分析了试验后不同焦炭试样的微观形貌。结果表明,随着温度的升高,焦炭石墨化程度加深,且温度每升高100℃,焦炭石墨化度约提高1.8倍,层间距d002值约降低2%,微晶结构层片直径La值约提高3%,层片堆积高度Lc值约提高15%;焦炭的表面气孔减少,特别是大气孔减少,焦炭表面镶嵌组织减少,各向同性组织增多,焦炭的结构有序化程度增强。随着焦炭石墨化程度的加深,焦炭的反应性逐渐减小、反应后强度逐渐提高,焦炭表面的劣化情况减弱,生成的大气孔减少,气孔壁破坏趋势减弱。碱金属对焦炭的反应性有促进作用,使焦炭的反应性提高,反应后强度降低。而焦炭的石墨化对焦炭的碱侵害具有一定的抵抗作用,降低了焦炭表面的劣化程度。研究表明高炉炉缸区所有的焦炭不论尺寸大小都会被严重的石墨化,其微晶结构会发生明显改变,石墨化过程中焦炭的孔隙结构会发生改变,焦炭的灰分在高温热应力的作用下也会迁移从而影响着焦炭微观孔隙结构,目前焦炭的石墨化过程及灰分迁徙对其微观孔隙结构影响尚未明晰,因此本文模拟高炉炉缸区温度,采用可控温马弗炉对焦炭二次加热,X射线衍射仪考察焦炭的微晶结构,用氮气吸附法及SEM研究其微观孔隙演变及表面形貌,SEM结合EDS深入研究焦炭的灰分迁徙过程,探讨其微晶结构、孔隙结构、灰分迁徙之间的内在联系。实验结果表明,在N₂气氛下,二次加热会促进焦炭石墨化,且这种促进作用随着二次加热温度的升高更加明显;焦炭的孔隙演变也随着二次加热温度的提升有着规律性变化,焦炭的灰分大概在1400℃左右完成迁移。由于焦炭的气化反应是导致其劣化破损的主要原因之一,文章利用HCT-2型高温热重分析仪在CO₂的气氛作用下进行了焦炭气化反应实验,由计算出的活化能可知,按照与CO₂的气化性能优劣排序依次是:加热至1300℃>加热至1100℃>加热至1500℃>加热至1400℃>加热至1200℃>加热至1600℃。在此基础上,为了进一步探究影响焦炭与CO₂气化反应的影响因素,结合气化反应溶损程度对发生石墨化后的焦炭进行二次加热至1100℃的焦炭、二次加热至1200℃、二次加热至1400℃和二次加热至1600℃的焦炭微晶结构、孔隙结构及光学组织结构综合考量,结果表明:活跃焦炭光学组织对焦炭与CO₂的气化反应促进作用较焦炭孔隙结构发达程度对气化反应的促进作用明显,当石墨化加深到一定程度后,石墨化对焦炭气化溶损反应的有着明显的抑制作用。综上所述,关于焦炭在炉缸区的劣化演变,本论文深入研究了焦炭的石墨化过程、孔隙结构演变过程、光学组织演变过程及焦炭气化反应过程揭示了焦炭在炉缸区的劣化机制,为高效利用、合理评价焦炭质量提供了理论依据。