煤炭超高溫制備石墨工藝及其設(shè)備研究.pdf

1、本文通過查閱大量關(guān)于高溫爐的設(shè)計(jì)資料，按照艾奇遜爐的工作原理，在多年研究工作基礎(chǔ)上對爐體的傳熱方式和使用特點(diǎn)進(jìn)行了分析，確定了內(nèi)熱式超高溫石墨化爐的使用功率，爐型尺寸和供電方式等參數(shù)。對爐芯的形狀和尺寸采用工業(yè)艾奇遜爐表面負(fù)荷選型原則選型；對爐體保溫材料的材質(zhì)和尺寸的選擇以多層壁傅里葉傳熱定律為基礎(chǔ)復(fù)核。通過理論計(jì)算并采用模擬軟件Ansys對爐體工作過程溫度場進(jìn)行模擬，以模擬參數(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并制造了超高溫石墨化電阻爐，并對云南昭通無煙煤

2、和陜北榆林煙煤進(jìn)行了超高溫制備實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明所設(shè)計(jì)的超高溫石墨化電阻爐科學(xué)、可靠、實(shí)用。爐體造價(jià)廉價(jià)，實(shí)現(xiàn)方式簡單，經(jīng)濟(jì)性好。但在爐體集成化、自動(dòng)化和更高溫度（3000℃以上）的實(shí)現(xiàn)尚有待于提高和研究探索。
　　將昭通無煙煤和榆林煙煤分別經(jīng)2000℃，2200℃，2400℃，2600℃，2800℃和3000℃超高溫處理，對處理后煤的成分、電阻率、微觀組織、物相結(jié)構(gòu)和內(nèi)部分子官能團(tuán)遷移過程等進(jìn)行了測試和表征。研究結(jié)果

3、表明：煤中水分、灰分和揮發(fā)分等物相隨熱處理溫度的升高而逐漸轉(zhuǎn)變并逸失，溫度越高，物相轉(zhuǎn)變越迅速，越徹底。超高溫?zé)崽幚砟苁姑禾繌囊环N近似絕緣相轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電相，溫度越高導(dǎo)電相轉(zhuǎn)化效果越好，其中3000℃石墨化昭通無煙煤的電阻率最小為0.02255Ω·m，接近石墨的電阻率0.02004Ω·m，而同一溫度段石墨化的榆林煙煤的電阻率是石墨的十倍以上。石墨化煤的衍射峰的強(qiáng)度和結(jié)晶度都在不斷增加，當(dāng)超高溫?zé)崽幚頊囟冗_(dá)到3000℃時(shí)，無論是無煙煤還是煙煤

4、其（002）晶面衍射峰都強(qiáng)度快速增加。石墨化無煙煤的結(jié)構(gòu)已經(jīng)與典型石墨晶型結(jié)構(gòu)晶面衍射曲線十分近似，其中石墨化昭通無煙煤的結(jié)晶度達(dá)到了93％，而石墨化榆林煙煤的結(jié)晶度僅為63%。煤炭的超高溫?zé)崽幚頊囟仍礁?，固定碳從非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變越多，相的數(shù)量也就愈單一。對超高溫?zé)崽幚磉^的昭通無煙煤和榆林煙煤的形貌進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)石墨化的昭通無煙煤的結(jié)構(gòu)從2000℃開始就產(chǎn)生細(xì)小的微晶顆粒，隨著溫度的上升，這些微晶不斷發(fā)生蠕變，發(fā)育為柱狀結(jié)構(gòu)，在2800