中低温煤焦油沥青基多孔炭的制备及其电化学性能

以中低温煤焦油沥青为原料,采用KOH活化法,制备了一系列多孔炭材料。利用XRD、Raman、碘吸附值、氮气吸附-脱附和电化学性能测试对不同活化温度下多孔炭材料的结构和电化学性能进行了表征与测试。结果表明,经KOH活化后的多孔炭材料具有石墨微晶和无定形碳共存的结构特征,炭材料表面具有丰富的微孔结构,同时具有较好的电化学性能。当活化温度为750℃时,多孔炭材料PC-750的BET比表面积可达1 207 m^(2)/g,微孔率为86.74%,活化过程中,温度是控制炭材料形成微孔的关键因素。多孔炭材料PC-750在0.5 A/g的电流密度下比电容为281.6 F/g,电流密度增大到10 A/g时,容量保持率可达到78.3%。交流阻抗测试显示,此材料内阻较小,是一种良好的电极材料。

芳香类重质油基针状焦的制备及表征

针状焦作为一种应用广泛的人造炭素材料,是制备超高功率石墨电极和锂离子电池负极用石墨的重要原料。原料的基础物性对针状焦的品质影响极大,从而进一步影响石墨材料的性质。为进一步考察芳香族重质油制备高品质针状焦的可行性,分别以混合油(MO)和乙烯渣油馏分油(EPO)为原料,利用延迟焦化装置进行公斤级试验。分别以FTIR和TGA解析重质油的分子结构以及热解特性,从光学组织结构、表面形貌、晶体结构、微晶分布形式以及导电性能五个方面分析针状焦性质。研究结果表明:MO和EPO的芳香性指数(I ar)分别为0.5927和0.5694,支链化指数(CH 3/CH 2)为0.3516和0.2283,得到的针状焦MO-Coke和EPO-Coke中纤维状结构含量分别为47.68%和57.40%。两种针状焦MO-Coke和EPO-Coke表面光滑且呈类石墨片层结构,微晶堆垛高度分别为2.73 nm和3.50 nm,理想石墨微晶含量达到10.58%和16.43%,电阻率仅为489μΩ·m和471μΩ·m。换句话说,芳香族重质油MO和EPO是制备高品质针状焦的优质原料。

FTIR分峰拟合法定量分析精制煤沥青热转化过程的结构变化

精制煤沥青(QI<0.2%)是制备煤系针状焦的原料,其热转化性质决定着所生产的煤系针状焦的质量。利用FTIR光谱及分峰拟合的方法考察了精制煤沥青在不同热转化温度下的结构变化。主要研究了芳香性指数(Iar)、支链化指数(CH_3/CH_2)、各基础官能团(C—O,C—O,芳环C—C)含量、芳环取代种类的变化情况。结果表明:精制煤沥青的Iar指数随着热转化温度的提高,逐渐变大,并且CH_3/CH_2指数逐渐增大,说明精制煤沥青热转化过程中支链的断裂形成活性位点是诱导芳香环增大的原因之一;随着热转化温度的升高,C—O含量由最初的26.25%降低为15.62%,芳环C—C含量由43.39%增加为51.28%,而C—O含量变化很少,说明C—O是诱导大分子芳环缩合反应的重要因素;精制煤沥青中芳环1H和3H含量随着温度升高逐渐减小,而4H含量逐渐升高,说明芳环取代逐渐减小,芳香性逐渐增加,与Iar分析结果相吻合。

煤沥青中甲苯可溶物的基础物性研究

以甲苯为萃取剂分别对中温沥青(MP)、氧化改性沥青(OMP)和热缩聚改性沥青(TMP)进行溶剂萃取-热过滤-蒸馏处理,得到三种甲苯可溶物(依次命名为TS1M、TSOM和TSTM)。利用元素分析仪、GPC凝胶渗透色谱、H-NMR、FTIR结合分峰拟合的方法对三种甲苯可溶物的芳香性指数(Iar)、支链化指数(CH_3/CH_2)和芳香缩合度(fa)等基础性质进行了计算研究,利用TGA热分析仪对甲苯可溶物的热解行为进行了研究,并且利用SEM、偏光显微镜(PM)对热解产物的微观结构进行了观察。结果表明:TSM、TSOM和TSTM三种甲苯可溶物的芳香性极佳,Iar指数分别为0. 949、0. 954和0. 987,fa指数依次为0. 967 2、0. 968 7和0. 978 5。TSM、TSOM和TSTM的CH_3/CH_2指数依次为0. 200、0. 297和0. 503,说明三种甲苯可溶物的支链数量和支链长度依次减少。TSM、TSOM和TSTM的热解特征温度依次升高,与三种甲苯可溶物中Iar、fa和CH_3/CH_2的指标相关联。

红土镍矿熔融还原制备镍铁研究

以红土镍矿为主要原料,通过熔融还原制备镍铁颗粒,研究了熔分温度、还原时间、配碳量等因素对还原熔分过程的影响。结果表明,最佳熔融还原实验条件为:熔分温度1 450℃,恒温时间60 min,C/O比1.4,生石灰配加量10%,此时得到镍铁颗粒铁含量87.01%,镍含量7.82%。经高温熔化和还原反应后,铁镍合金在渣相中不断聚集长大,最后完成富集;残渣主要以钙和镁的硅酸盐化合物形式存在。熔分出的镍、铁主要以镍铁合金形式存在,并含有一定量的FeC和FeNiCS固溶体。

烧结机系统漏风综合治理技术

介绍了烧结机漏风现状,对漏风率影响因素进行了分析,通过对比传统和量热法两种检测漏风率方法,提出了烧结机本体漏风率在线监测技术及降低漏风的具体措施。

低阶煤热萃取物与瘦煤共炭化焦炭的微观结构及显微强度研究

以众唯瘦煤作为主炼焦煤,大同长焰煤萃取物作为添加剂,进行共炭化处理制备坩埚焦。利用偏光显微镜法定量研究焦炭光学显微组分,获得焦炭的各向异性指数(DRAS);采用XRD及分峰拟合的方法研究了焦炭的微晶粒径(L_c)、芳香缩合度(I_a)、石墨化度(g);利用Raman光谱结合分峰拟合的方法研究了焦炭中理想石墨微晶含量(I_g)。对所得焦炭的光学显微组分进行定量分析发现:大同长焰煤热解萃取产物的添加对共炭化焦炭的光学显微组分有显著的影响,利用偏光显微镜法计算出焦炭的DRAS与XRD和Raman计算的焦炭微晶参数呈现很好一致性。并且,焦炭的显微强度与其微观结构关联性极大。

精炼渣组成对31CrMoV9钢夹杂物的影响

试验用31CrMoV9钢(/%:0.28~0.33C,0.30~0.35Si,0.49~0.60Mn,0.011~0.016P,0.027~0.031S,2.47~2.60Cr,0.16~0.23Mo,0.12~0.19V)由25 kg感应炉熔炼,采用正交试验研究了二元碱度2.5~3.5不同成分精炼渣(/%:46.43~59.89CaO,15.16~23.50SiO_2,10~20Al_2O_3,6~10MgO,2~5CaF_2)对31CrMoV9钢夹杂物数量、尺寸和成分的影响。结果表明,精炼渣二元碱度和氧化铝含量对该钢夹杂物含量的影响显著;当二元碱度从2.5增加到3.5时,每0.3 mm^2钢中夹杂物的平均面积从22.07μm^2增至25.67μm^2,增幅为16.31%;夹杂物的数量从316.67个/0.3 mm^2降至255.00个/0.3 mm^2,降幅为19.47%,且有利于形成复合型夹杂物。当氧化铝含量从10%增加到20%,每0.3 mm^2钢中夹杂物的面积由22.57μm^2增至24.28μm^2,增幅为7.55%,夹杂物的数量由292.67个/0.3 mm^2降至272.00个/0.3 mm^2,降幅为7.06%,并易形成镁铝尖晶石类夹杂物。综合分析,当精炼渣成分为10%Al_2O_3、10%MgO、5%CaF_2、二元碱度为3.5时精炼效果最佳。

一种红土镍矿直接还原-磁选回收镍铁工艺研究

以红土镍矿为主要原料,通过改变不同还原温度、还原时间、配碳量及生石灰配加比例进行还原焙烧-磁选来提取红土镍矿中的镍和铁。结果表明:还原温度是影响镍、铁回收率的最主要因素。在焙烧过程中,镍和铁的氧化物均得到还原,反应产物结构更加致密,且有少量细小珠铁粒的产生。在本实验条件下,当温度为1 230℃、配碳的碳氧比为1.4、生石灰配加量10%时、恒温35min时的铁和镍回收率均达到最高,此时铁的收得率为91.35%,镍的收得率为86.54%。

大同长焰煤热萃取物的热解动力学研究

以大同长焰煤热萃取物(CPE)为研究对象,利用TGA为分析手段,对CPE的热解特性进行研究。结合Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法、Kissingr-Akahira-Sunose(KAS)法和Satava-Sastak(SS)法解析CPE的热解动力学参数。结果表明,CPE的热解活化能为119.13 kJ/mol,指前因子(lgA)为12.44,热解反应机理适合随机成核及其随后增长模型。

国内外31CrMoV9钢成分与夹杂物特性分析

对国内外不同产地的31CrMoV9钢进行对比研究。分析表明,国外钢中硫、磷和总氧含量低,而国内钢中的锰硫比低,国外钢样中的夹杂物数量少,尺寸小,弥散分布性强,长宽比小于1.5的夹杂物数量占总量的比例大,纺锤率大,且夹杂物的形态以球状和类球状居多,极少出现块状和条状夹杂物,国外的夹杂物主要是以Al_2O_3、CaO、MnS等组成的复合夹杂物,而国内钢样中夹杂物分布不均匀,成分波动性较大。

多元体系下镁处理钢中夹杂物研究进展

钢中刚性夹杂物对钢的品质有很大影响,采用镁处理可以对钢中有害夹杂物进行改性。本文总结了镁脱氧反应热力学与镁处理夹杂物动力学,镁处理钢中夹杂物研究进展以及镁加入方法。镁处理可明显改善钢中刚性夹杂物MOx(M=Al,Ti)的形状,将其由不规则形状改质为近似球形,尺寸明显减小,从而减轻了夹杂物在钢中的危害;钢液中加镁的方法主要为镁蒸气加入和镁合金方式加入,在实验室以及工业生产中取得了一定的进展。

铁矿粉成分对其烧结基础特性的影响研究

以铁矿粉的烧结特性为基础,从铁矿粉的同化性、液相流动性、粘结相强度和铁酸钙生成等方面对国内两种铁矿粉以及国外三种铁矿粉进行了研究,并深入分析了结晶水含量和脉石成分对烧结基础特性的影响。结果表明,铁矿粉中适量的Si O2和结晶水含量可改善其同化性能和粘结相强度,结合高炉需求和配矿条件,铁矿粉中适宜的结晶水含量为4.5±0.4%,Si O2含量为4.3±0.3%。

中温沥青超声萃取物的热解特性与分子结构间关联性的FTIR解析

沥青分子结构和沥青热转化行为的调控是制备高品质沥青基炭材料的关键。为进一步明晰沥青热解行为与沥青分子结构间的关联性,选用8种有机溶剂对中温沥青(AGMP)在常温下进行超声萃取处理得到8种萃取物。利用PeakFit v4.12软件对各种萃取物的红外光谱吸收峰700~900,1000~1800,2800~3000和3000~3100 cm^(-1)四个区域进行了分峰拟合处理,从而获得了萃取物所含各种官能团的精细结构信息,并引入6种分子结构参数(I_(1)~I_(6)),表征萃取物分子结构与热解活化能的关系。傅里叶变换红外光谱(FTIR)谱图分析表明8种萃取物主要是以含氧、含氮等杂原子的脂肪烃侧链为主的缩合芳香环结构组成的复杂化合物。由于萃取剂结构差异,萃取物中的分子结构参数也略有差异。线性结构萃取剂所得萃取物链烃(I_(5))含量较高,环结构萃取剂所得萃取物芳环(I_(6))取代结构较多。利用热重分析法(TGA)在不同升温速率(3,6,10,15 K·min^(-1))下对8种萃取物的热失重行为进行了研究,在等转化率不考虑反应机理的情况下,依据Flynn-Wall-Ozawa法和Kissingr-Akahira-Sunose法解析得出8种萃取物的热解活化能(E_(a))。结果表明8种萃取物热解活化能在78~116 kJ·mol^(-1)之间,其值大小与官能团结构及含量密切相关。将红外光谱定量分析获得的萃取物红外结构参数与热解活化能进行关联,通过详细分析探讨不同萃取物结构参数与热解活化能的一元线性回归E_(a)=f(I_(i))的分析结果发现,芳香性指数(I_(3))和支链化程度(I_(5))是决定萃取物热解活化能大小的主要指标,热解活化能与各单一指标(I_(i))拟合结果的正负相关性,表示这一结构从体系中被热解破坏的难易程度。综合考虑各红外结构参数的共同作用,AGMP萃取物热解活化能与红外光谱结构指标之间的拟合关系模型为E_(a)=-4294.53I_(1)+73812.16I_(2)+207673.32I_(3)-20324.20I_(4)-168.56I_(5)+857.86I_(6)。结合红外分析得到的这一结果,揭示了更多关于煤沥青的热解特性和动力学的细节信息,有助于理解煤沥青的热解过程和热转化行为。

高软化点包覆沥青的制备与表征

以净化缩聚沥青(中间相碳微球生产中的母液沥青)为原料,通过空气氧化法制备高软化点包覆沥青。通过单因素法,考察了空气流量、反应温度、反应时间对包覆沥青的基本性质(工业分析指标和光学显微结构)的影响。结果表明,当反应温度为300℃,空气流量160 L/h,反应时间为6 h,可制备出软化点(SP)为215℃,甲苯不溶物(TI)为56.00%,喹啉不溶物(QI)为8.41%,结焦值(CV)为75.83%,收率为68.56%,且在偏光显微镜下为光学各向同性的高品质包覆沥青。并利用元素分析、傅里叶转换红外光谱(FTIR)结合分峰拟合技术、热重分析仪(TGA)对高软化点包覆沥青的热稳定性进行研究。

乙烯焦油沥青组分的分离及基础性质研究

乙烯焦油沥青是人造炭材料的重要前驱体。为进一步明确乙烯焦油沥青的基础性质,分别用甲醇、正丁醇、正庚烷和二甲基亚砜四种溶剂对乙烯焦油沥青进行萃取,得到四种沥青可溶组分,依次命名为甲醇可溶组分(MTS)、正丁醇可溶组分(BAS)、正庚烷可溶组分(HS)和二甲基亚砜可溶组分(DMSOS)。利用元素分析、紫外光谱、红外光谱和热重分析等表征手段,结合分峰拟合的方法对沥青组分进行分析。结果表明,五种沥青中均存在5环以上的芳香稠环结构,乙烯焦油沥青的CH_(3)/CH_(2)和I_(ar)较高,MTS的CH_(3)/CH_(2)和I_(ar)最低。从MTS到DMSOS随萃取收率的提高残炭率依次提升,最大失重温度依次升高,热稳定性升高。五种沥青组分的热解行为较为相似,与沥青分子间官能团的种类相似有关。

乙烯渣油沥青的改性及表征

以乙烯渣油沥青为原料,通过常压空气氧化聚合处理对其进行改性,利用单因素方法考察了反应条件(反应温度、反应时间、空气流量)对改性沥青性质(软化点、喹啉不溶物、结焦值、甲苯不溶物、收率)的影响。结果表明,在反应温度370℃,反应时间5 h,空气流量24 L/h的条件下,可以获得软化点(SP)为233℃、喹啉不溶物(QI)为1.21%、结焦值(CV)为75.45%、甲苯不溶物(TI)为43.42%的改性沥青,其收率(Y)可达51.67%。通过元素分析、FTIR等手段对乙烯渣油沥青和改性沥青的芳香性指数(Iar)、支链化指数(CH3/CH2)进行计算,并利用TGA方法观察改性前后沥青的热稳定性变化。结果表明,乙烯渣油沥青和改性沥青的Iar分别为0.39,0.53,CH3/CH2分别为0.88,1.08,说明改性过程中乙烯渣油沥青支链不断减少,芳香缩合度和热稳定性均有所提高。

乙烯渣油沥青的氧化改性及其热转化行为

乙烯渣油沥青具有较高的芳香度和良好的理化性质,有可能作为制备高品质人造炭材料的原料。充分了解和认识乙烯渣油沥青热转化行为是制备高品质乙烯渣油沥青基炭材料的关键。本文研究了乙烯渣油沥青(ETP)及常压空气氧化改性沥青(MP1和MP2)在恒温和变温条件下的热转化行为,用元素分析、FTIR、TGA、偏光显微镜、SEM、XRD、Raman光谱等方法,研究了三种沥青在热转化过程中的结构和性质变化规律。发现改性沥青的热稳定性、C=O和C—O含量均明显高于乙烯渣油沥青。热转化过程中,沥青分子中的C=O官能团作为反应活性位点诱导热转化反应的发生。恒温热转化有利于热转化产物中纤维状结构的形成,变温热转化使得沥青焦显微结构中片状组分含量相对较高。改性沥青焦的碳微晶排列规整程度均低于乙烯渣油沥青焦的碳微晶排列规整程度。

GCr15轴承钢中TiN复合夹杂物形成机理

在GCr15轴承钢扫描电镜观察中发现有两类复合TiN夹杂物,分别为:TiN-MnS和TiN-MgO-MgAl_2O_4-MnS。热力学计算表明,GCr15轴承钢中TiN夹杂物在固液两相区析出,MnS在固相区析出,Mg元素部分来源于炉衬中MgO被钢液中溶解的碳侵蚀还原,[Mg]与[O]将已经形核的Al2O3改质为MgAl_2O_4。TiN-MgOMgAl_2O_4-MnS的析出顺序依次为:MgAl_2O_4、MgO、TiN、MnS。MgO可作为TiN的形核质点;MgAl_2O_4若作为MgO、TiN、MnS的形核质点,取决于其周围元素的类型以及析出温度。

38CrMoAl钢浸入式水口结瘤机理研究

通过对高铝钢38CrMoAl连铸方坯生产过程中钙处理前后水口结瘤物的物相测定和钢中夹杂物的类型分析,研究高铝钢中间包浸入式水口处结瘤机理。分析结果显示,Al_2O_3、MgO·Al_2O_3和CaS是堵塞中间包水口的主要物质,水口堵塞的原因是钢液中的高熔点夹杂物在水口内壁聚集、粘结。钢中较高的S含量、精炼渣系控制不当、钙处理过度是引起水口堵塞的主要原因。针对上述原因,结合实际生产提出了高铝钢水口结瘤改进措施。