在当前国家“双碳”战略发展要求下,钢铁冶金领域低碳化发展已成为行业重要方向,特别是面对优质炼焦煤资源短缺、环保要求管控严格等新形势,从工艺源头开发低碳化原料资源尤为重要。高炉原料的低碳化利用,对焦化行业提出了新的挑战,其中高反应性焦炭由于具有在高炉冶炼过程中降低热储备区温度,控制Fe O-Fe还原平衡点的移动,从而实现降低焦比、减少CO2排放等功能,得到诸多研究者广泛关注。本论文基于典型炼焦煤煤质特性研究,以及在不同变质程度炼焦煤中添加Ca、Mg金属氧化物研究了焦炭的热态性能和微观强度;为模拟焦炭在高炉中的反应行为,探讨了升温速率、反应温度以及焦炭中Ca含量变化对焦炭等温及非等温溶损反应行为的影响,并对不同反应温度下焦炭的微晶结构进行分析;同时,探讨了中温煤沥青添加量和改变装炉煤堆积密度对焦炭热态性能及微观强度的影响,以期对高反应性焦炭制备及其微观性能进行深入掌握。结果表明:炼焦煤添加金属氧化物对于改善焦炭反应性具有重要影响,随着焦炭中Ca、Mg氧化物含量的增加,焦炭的反应性增大,反应后强度降低,但其变化幅度逐渐减小,Ca O对焦炭热态性能的影响程度强于Mg O。非等温溶损反应过程中,随着升温速率的增大,焦炭溶损反应速率明显增大,反应表观活化能及指前因子均明显减小;随着焦炭中Ca含量的增大,焦炭的初始反应温度和剧烈反应温度均降低,反应表观活化能和指前因子均减小。等温溶损反应过程中,随着反应温度的升高,最大反应速率增大,反应半周期提前;当反应温度大于1300℃时,Ca含量变化对焦炭等温溶损反应基本无影响。实验探究了反应温度对焦炭微观结构的影响。通过对不同反应温度下焦炭微晶结构变化研究发现,随着热处理温度升高,焦炭002峰的峰型越来越尖锐,堆垛高度Lc明显增大,层间距d002逐渐减小,焦炭晶体结构随着温度升高趋向有序;随着焦炭中Ca含量的增加,反应后焦炭样品的002峰区间变窄且强度减弱。实验通过在炼焦煤中添加煤沥青及改变装炉煤堆积密度的方法提高焦炭强度,随着煤沥青添加量的增加,焦炭冷、热态强度均增大,反应后中心部位微观强度也随之增大,煤沥青添加量为4%左右时对焦炭性能的影响最优;随着装炉煤堆积密度的增大,焦炭反应后强度明显提高,反应后中心部位微观强度也明显提高,装炉煤堆积密度在0.95 t/m~3左右焦炭性能最优。