喷煤技术被广泛的应用到高炉炼铁生产过程中,来降低冶金焦的消耗。该工艺大多采用烟煤和无烟煤混合喷吹,以无烟煤为主。随着无烟煤的逐年消耗,其资源供应日渐紧张。为了寻求无烟煤的替代品,本文对煤的热解干馏形成半焦过程,及半焦与煤粉的混合燃烧过程进行了详细的研究。文章首先采用吊式高温炉对所选用的四种煤(东风煤、富鼎煤、胜帮煤、安源煤)进行了不同热解终温(400℃、500℃、600℃、700℃、800℃)制备半焦的试验。研究发现随热解终温的升高,半焦的挥发分逐渐降低,固定碳和发热值逐渐升高,燃烧特性变差。当终温达到600℃时,半焦的挥发分已小于10%。考虑到在保证高炉安全生产的条件下,尽量提高燃料的燃烧性能,拟选用600℃条件下制得的半焦作为高炉喷吹无烟煤的替代品,进行后续试验。文中采用热重分析仪对煤热解过程进行了动力学试验。根据煤热解过程的特点,将其反应过程分为3个阶段。第一阶段主要是煤中结晶水和吸附气体脱除及部分弱键解聚过程。第二阶段主要发生解聚和分解反应,挥发出大量碳氢化合物和焦油,煤逐渐形成半焦。第三阶段主要是半焦进一步焦化过程,并伴有明显的体积收缩现象。针对三个阶段特点分别采用界面化学反应控速模型、固体生成物体积不变的内扩散控速模型、固体生成物体积收缩的内扩散控速模型来对试验数据进行拟合。结果表明拟合效果良好,相关系数均超过0.9。随后以安源煤为例重点讨论了升温速率对煤热解过程的影响。随升温速率的提高,煤热解的整个过程出现了明显的"热滞后现象"。本文给出了一个Arrhenius 方程的修正式 lnki=-Ea0/RT+△Ea(α-1/RT)lnβi+ln(A0)来描述升温速率对煤热解过程动力学的影响。结果表明修正的Arrhenius方程不仅能很好地描述不同升温速率下热解动力学过程,且在5℃·min-1～90℃·min-1升温速率范围内具有良好的外推性。以首钢京唐所用的神华烟煤和寿阳无烟煤为例,对煤粉燃烧过程动力学进行了研究。其燃烧过程可分为2个阶段,低温段主要是气体产物大量生成、脱挥发分和固定碳的燃烧,高温段主要是炭的氧化过程。修正的Arrhenius方程对煤粉燃烧过程动力学在10℃·min-1～45℃·min-1升温速率范围内同样具有良好的适用性。升温速率对吸放热反应过程的影响程度不同。在修正的Arrhenius方程中,放热反应△Ea为负值,吸热反应△Ea为正值。文章还研究了混合燃料中半焦逐步替代无烟煤对其燃烧性能的影响。结果表明随混合燃料中半焦比例的增加,混合燃料的着火点和燃尽点分别由412℃和627℃逐步升高,同时可燃性指数Cb和燃烧特性指数SN分别由7.06×10-5 min-1·℃-1和9.07×10-7min-2.℃-3逐步降低,说明半焦的添加会降低混和燃料的燃烧性能。最后,对首钢京唐高炉的生产指标进行了分析,表明在喷吹燃料中加入6%～7%的焦粉进行混合喷吹,煤粉和焦炭利用率能达到99%,高炉正常顺行生产。因此,比焦粉燃烧性优越的半焦,作为喷吹燃料的部分替代品有较强的可行性。