本文在对顶装焦与捣固焦焦炭进行显微强度、结构强度、反应性、气孔结构和形貌及微晶结构测试分析基础上,利用Cahn Thermax700高温热重分析仪在不同气氛和矿物质催化作用下进行了焦炭高温反应动力学研究,结果表明:(1)实验所用顶装焦炉焦炭的显微强度和结构强度分别为62.9%和94.1%,焦炭孔隙率为27.21%,光学各向同性和丝炭与破片组织含量为28.1%;捣固焦炉焦炭的显微强度和结构强度分别为60.7%和93.8%,焦炭孔隙率为25.81%,光学各向同性和丝炭与破片组织含量为47.1%。(2)吸附含有Na、Fe及Ca等元素矿物质的可溶性盐,对顶装焦和捣固焦的粒焦反应性都具有正催化作用,且随着吸附量的增大而增强,硼酸对焦炭的粒焦反应性具有抑制作用;吸附矿物质后的焦炭经高温反应后的衍射峰数及石墨化度增加;反应前后焦炭的表面形貌发生明显变化,从“光滑、均匀”变为“毛糙”,孔隙由小而浅的中小孔变为大而深的中大孔,且微小孔的数量有所增加,穿孔、融并现象明显。(3)相同升温速率、不同粒度和不同反应气氛下,顶装焦和捣固焦的碳转化率和反应速率均有相同的变化趋势,即随着反应温度的升高,碳转化率逐渐增大,直到1500℃之后趋于稳定,此时,所对应的反应速率呈正态分布,其动力学模型低温段(950℃-1100℃)为一维扩散模型,中温阶段(1100℃-1350℃)为二维扩散模型,高温段(1350℃-1600℃)则符合三维扩散球对称模型,动力学特性参数反应活化能E和指前因子A的大小顺序为:中温段>低温段>高温段;相同条件下,顶装焦的活化能高于捣固焦,在CO、CO2及N2的混合气体中的反应活化能E和指前因子A大小顺序为:低温段>中温段>高温段。(4)吸附含有Na,Fe,Ca元素矿物质可溶性盐的焦炭,其碳转化率均呈现出增大趋势,动力学特性参数起始反应温度和剧烈反应温度提前、反应活化能E和指前因子A减小,且随着吸附量的增加减小的趋势越明显,且相同浓度下捣固焦的碳转化率增大幅度大于顶装焦,说明顶装焦具有较好的高温抗碱性;H3BO3的加入使得焦炭动力学特性参数起始反应温度和剧烈反应温度向高温段推移、E和A均增大,且随着吸附量的增加,E和A增加的趋势越加明显。(5)焦炭溶损反应动力学研究结果表明,当焦炭位于高炉低温段时,其溶损反应速率较小,焦炭块度略有下降,但结构相对完整;在中温段时,碳素溶损反应速率明显增大,焦炭结构破坏较为严重,块度变小;在高温段时,碳素溶损反应速率与低温段接近,但焦炭表面活性分子增多,此时的碳素溶损反应以表面反应为主,焦炭表面粉化程度进一步加剧,焦炭块度进一步减小,直至粉化;矿物质的存在,对碳素溶损反应具有催化作用,正催化矿物质不仅导致了溶损反应活化能的降低,还使得活性中介物平面半醌型的含氧络合物Cf(O)和非平面型含氧络合物C(O)Cf的数量增加,而负催化矿物质则使得溶损反应活化能升高并抑制活性中介物的形成。