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基于我国高炉冶炼现行状况，焦炭作为炼铁重要原料的地位在可预见的未来不会发生变化。近年来，对优质炼焦煤资源的持续消耗导致其储量日益减少，随煤层开采深度增加高硫煤占比也显著增大，且这些高硫煤中硫的存在形态主要以有机硫为主，很难洗选脱除，严重限制了它的利用范围。基于自身禀赋的特点，为了实现高有机硫炼焦煤在配煤炼焦过程中的合理高效利用，本论文构建了基于炼焦煤种特性及硫热变迁行为的表征分析、高硫煤配煤炼焦硫分定向调控及成焦过程的探究，进行焦炭硫含量与煤质特性相关性及其预测方法的研究思路。主要以变质程度、硫含量、灰分及灰成分组成不同的多种炼焦用煤为研究对象，采用实验用样量从mg级到kg级不等、横式和竖式的四种类型梯级固定床热解装置，对单种炼焦煤及基于工业炼焦基础配煤方案的不同类型配合煤进行炼焦实验，分析探究热转化过程中硫的变迁行为及其定向调控机理、考察配煤中添加高硫煤对成焦过程中煤焦物理化学结构演变的影响机制，并对焦中硫含量与煤质指标进行关联分析，得到以下几方面的研究结果：
（1）利用红外，拉曼，热重及X射线吸收近边结构等表征手段关联分析不同变质程度高硫炼焦煤的化学结构、硫赋存形态及其热变迁行为。结果表明，煤阶较低的高硫炼焦煤中不稳定脂肪结构热分解产生大量挥发分，且挥发分释放温区较宽，所含富氢组分与形态硫分解产生的活性硫能够充分接触发生反应，从而促进了含硫气体的释放，提高了热解脱硫率；随煤化程度升高，煤中热稳定性高的噻吩类硫含量增多，挥发分释放量减少，热解脱硫率随之降低。基于高硫炼焦煤自身化学结构与形态硫分布、热变迁的特点，可以在炼焦配煤中可适当增加热解脱硫率较高的低煤阶高硫炼焦煤的比例；在保证满足焦炭其他质量指标的前提下，可以通过向配煤中配入一定比例的低硫气煤、长焰煤等高挥发分煤，调控中高煤阶高硫炼焦煤的硫热变迁行为，使硫更多地释放到气相或转移到焦油中，进而达到降低焦炭硫含量的目的。
（2）选取高硫肥煤、高硫焦煤与工业生产用炼焦基础配煤进行配合，利用高挥发分煤对高硫煤配煤硫热变迁行为进行调控。结果表明，高硫煤的引入使得配煤中不稳定有机硫分解产生的活性硫数量增加，其与配煤热解原生焦之间的相互作用使更多的硫滞留于焦的表面，导致焦中硫含量升高。高挥发分煤热解产生大量活性含氢基团，可以抑制活性硫与原生焦的反应，使更多的硫随挥发分释放。具有较宽挥发分（特别是CH4）释放温区的高挥发分煤，与配煤热解H2S释放的温区具有更好的重叠，对硫分的调控作用更为明显。高挥发分煤添加比例过高，所含矿物质会参与到挥发分与原生焦的相互作用中，碱性矿物质与热转化生成的含硫自由基、含硫气体在焦表面的二次反应，可使部分硫滞留于焦中，不利于硫分的定向调控。10kg焦炉试验表明，高硫煤配煤中添加最优比例的高挥发分煤可使得到焦炭的质量指标满足要求，基于当前高硫炼焦煤和高挥发分煤与低硫炼焦煤的价格差距，炼焦配煤成本明显降低。
（3）选取一种富含挥发分的高硫煤（HSC）与优质焦煤进行配煤炼焦，采用显微计算机断层扫描，红外，X射线光电子能谱等仪器对4kg双炉墙加热式焦炉配煤成层结焦样表征分析，考察不同结焦阶段煤焦物理化学结构的演变及硫分的变迁行为。结果表明，塑性温区宽、流动度大的焦煤（C2）与15%HSC配合后，胶质层厚度比C2单独炼焦时增加。由煤到焦的过程中，芳环缩合程度逐渐增大，芳香CH结构与脂肪CH结构的比值先增大后减小。由煤经过半焦位置到达距离炉墙位置最近的焦炭中，硫含量呈现先减小后增大的变化；半焦到焦炭阶段，硫变迁主要是形态硫之间的相互转化，稳定噻吩硫含量增多，含硫气体与焦表面矿物质的反应也将使部分硫以硫酸盐形式滞留于焦中。相较于C2单独炼焦，C2与15%HSC配合炼焦可以提高焦炭强度。配煤炼焦过程中合理利用富含挥发分高硫煤，首先要求其自身具有一定的最大基式流动度，其次优质炼焦煤的煤阶不宜过高，且需镜质组含量较高、塑性温区较宽。对于硫的调控，在利用高硫煤自身热分解产生挥发分的同时，需基于高硫煤及优质焦煤中的硫含量合理优化调配其在配煤中的比例，以使焦中硫含量满足要求。
（4）基于不同特性煤种配煤热解过程中硫含量的变化，考察分析焦中硫含量与煤质指标的相关性。结果表明，表征变质程度的煤质指标中，挥发分与热解脱硫率具有最好的相关性；煤中的硫含量是影响焦中硫含量最直接的因素，同时煤中矿物质对硫变迁也具有一定程度的影响，焦炭质量指标的准确预测需要进行精细化综合考虑。炼焦精煤以有机硫为主，有机硫含量与焦中硫含量的相关性可达0.962，排除其它影响硫变迁的因素后，焦中硫含量与煤中硫含量相关性更强。仅改变配煤的挥发分含量，得到的焦中硫含量预测值与实验值之间的相关系数达到0.980，准确度高于多因素作用下的预测值。煤中碱性矿物质CaO和Fe2O3含量（m）与碱性指数（AI）共同影响焦中硫的变迁，AI<0.10或m<1.0%时对煤中部分形态硫的分解有催化作用；当其含量超过一定范围（AI＞0.10或m＞1.0%）时，碱性矿物质与活性硫或含硫气体之间的反应导致滞留于焦中的硫化物增多。
（1）利用红外，拉曼，热重及X射线吸收近边结构等表征手段关联分析不同变质程度高硫炼焦煤的化学结构、硫赋存形态及其热变迁行为。结果表明，煤阶较低的高硫炼焦煤中不稳定脂肪结构热分解产生大量挥发分，且挥发分释放温区较宽，所含富氢组分与形态硫分解产生的活性硫能够充分接触发生反应，从而促进了含硫气体的释放，提高了热解脱硫率；随煤化程度升高，煤中热稳定性高的噻吩类硫含量增多，挥发分释放量减少，热解脱硫率随之降低。基于高硫炼焦煤自身化学结构与形态硫分布、热变迁的特点，可以在炼焦配煤中可适当增加热解脱硫率较高的低煤阶高硫炼焦煤的比例；在保证满足焦炭其他质量指标的前提下，可以通过向配煤中配入一定比例的低硫气煤、长焰煤等高挥发分煤，调控中高煤阶高硫炼焦煤的硫热变迁行为，使硫更多地释放到气相或转移到焦油中，进而达到降低焦炭硫含量的目的。
（2）选取高硫肥煤、高硫焦煤与工业生产用炼焦基础配煤进行配合，利用高挥发分煤对高硫煤配煤硫热变迁行为进行调控。结果表明，高硫煤的引入使得配煤中不稳定有机硫分解产生的活性硫数量增加，其与配煤热解原生焦之间的相互作用使更多的硫滞留于焦的表面，导致焦中硫含量升高。高挥发分煤热解产生大量活性含氢基团，可以抑制活性硫与原生焦的反应，使更多的硫随挥发分释放。具有较宽挥发分（特别是CH4）释放温区的高挥发分煤，与配煤热解H2S释放的温区具有更好的重叠，对硫分的调控作用更为明显。高挥发分煤添加比例过高，所含矿物质会参与到挥发分与原生焦的相互作用中，碱性矿物质与热转化生成的含硫自由基、含硫气体在焦表面的二次反应，可使部分硫滞留于焦中，不利于硫分的定向调控。10kg焦炉试验表明，高硫煤配煤中添加最优比例的高挥发分煤可使得到焦炭的质量指标满足要求，基于当前高硫炼焦煤和高挥发分煤与低硫炼焦煤的价格差距，炼焦配煤成本明显降低。
（3）选取一种富含挥发分的高硫煤（HSC）与优质焦煤进行配煤炼焦，采用显微计算机断层扫描，红外，X射线光电子能谱等仪器对4kg双炉墙加热式焦炉配煤成层结焦样表征分析，考察不同结焦阶段煤焦物理化学结构的演变及硫分的变迁行为。结果表明，塑性温区宽、流动度大的焦煤（C2）与15%HSC配合后，胶质层厚度比C2单独炼焦时增加。由煤到焦的过程中，芳环缩合程度逐渐增大，芳香CH结构与脂肪CH结构的比值先增大后减小。由煤经过半焦位置到达距离炉墙位置最近的焦炭中，硫含量呈现先减小后增大的变化；半焦到焦炭阶段，硫变迁主要是形态硫之间的相互转化，稳定噻吩硫含量增多，含硫气体与焦表面矿物质的反应也将使部分硫以硫酸盐形式滞留于焦中。相较于C2单独炼焦，C2与15%HSC配合炼焦可以提高焦炭强度。配煤炼焦过程中合理利用富含挥发分高硫煤，首先要求其自身具有一定的最大基式流动度，其次优质炼焦煤的煤阶不宜过高，且需镜质组含量较高、塑性温区较宽。对于硫的调控，在利用高硫煤自身热分解产生挥发分的同时，需基于高硫煤及优质焦煤中的硫含量合理优化调配其在配煤中的比例，以使焦中硫含量满足要求。
（4）基于不同特性煤种配煤热解过程中硫含量的变化，考察分析焦中硫含量与煤质指标的相关性。结果表明，表征变质程度的煤质指标中，挥发分与热解脱硫率具有最好的相关性；煤中的硫含量是影响焦中硫含量最直接的因素，同时煤中矿物质对硫变迁也具有一定程度的影响，焦炭质量指标的准确预测需要进行精细化综合考虑。炼焦精煤以有机硫为主，有机硫含量与焦中硫含量的相关性可达0.962，排除其它影响硫变迁的因素后，焦中硫含量与煤中硫含量相关性更强。仅改变配煤的挥发分含量，得到的焦中硫含量预测值与实验值之间的相关系数达到0.980，准确度高于多因素作用下的预测值。煤中碱性矿物质CaO和Fe2O3含量（m）与碱性指数（AI）共同影响焦中硫的变迁，AI<0.10或m<1.0%时对煤中部分形态硫的分解有催化作用；当其含量超过一定范围（AI＞0.10或m＞1.0%）时，碱性矿物质与活性硫或含硫气体之间的反应导致滞留于焦中的硫化物增多。