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1、本科毕业论文题目：环保沥青制备工艺参数研究学 院:专 业:学 号:学生姓名:指导教师:日 期:摘 要本论文拟以煤沥青为原料，采用热聚合闪蒸的方法制备环保沥青。通过调整热聚的时间、温度，调整闪蒸的温度与时间来调控产物沥青的族组分，即、相的含量，总结归纳热聚时间、温度与、相含量，以及在相同热聚条件下闪蒸的温度、时间与、相含量的关联规律性。同时对制备的环保沥青的结构、性能进行了较为系统的研究，用元素分析仪、场发射扫描电子显微镜和综合差热分析仪等手段对制得的环保沥青的元素组成、形貌以及热性能进行了分析表征。研究表明，热聚合工艺参数直接影响热聚合产物的残炭率和环保沥青的产率，在所研究的温度范围内，获得的
2、最佳的热聚合工艺参数为：热聚温度350，反应时间4h。元素分析表明，制得的环保沥青在元素组成上基本与CARBORES P一致，C/H比高于CARBORES P；热分析表明，制得的环保沥青在第一阶段即开始失重，但在400以后失重率远远低于CARBORES P；SEM分析表明，制得的环保沥青内中间相小球已经开始形成，但与CARBORES P相比，生长有待进一步加强。关键词： 改质沥青；中间相；环保；含碳耐火材料AbstractThis paper attempts to coal tar pitch as the raw material, by thermal polymerization -
3、flash mesophase pitch was prepared. By adjusting the heat polymerization time, temperature, adjust the flash to control the temperature and time of the product asphalt group components, namely , , -phase content, summarizes heat polymerization time, temperature and , , phase content , and at the sam
4、e flash of heat accumulation under the conditions of temperature, time and , , phase content of the related laws. At the same time on the preparation of the intermediate material structure and properties of a more systematic study, using Elemental analysis, field emission scanning electron microscop
5、e and integrated DTA obtained by means of thermal polymerization were elements of asphalt, charcoal The morphology and thermal properties were characterized.Studies show that the thermal polymerization process parameters directly affect the thermal polymerization products of the coking value and the
6、 yield of mesophase pitch, in the studied temperature range, obtained the best parameters for the thermal polymerization process: reaction temperature 350 , reaction for 4h . Element analysis showed that the mesophase pitch obtained in the basic elements of composition consistent with CARBORES P, C/
7、H ratio was higher than CARBORES P; thermal analysis showed that the obtained mesophase pitch in the first stage of starting weight loss, but After the weight loss at 400 for far less than CARBORES P; SEM analysis showed that the mesophase pitch obtained in the intermediate phase in the formation of
8、 the ball has started, but compared with CARBORES P, growth to be further strengthened.Key words：Modified pitch; Mesophase; Green; Carbon refractories目 录第1章 绪论11.1 前言 11.2 煤沥青简介11.2.1 煤沥青分类11.2.2 煤沥青的分组组成21.2.3 煤沥青中的TI和QI 21.2.4 炭材料生产过程中煤沥青的流变规律31.2.5 煤沥青粘结剂的热解缩聚行为31.3 中间相沥青简介41.3.1 中间相沥青的研究现状及生成机理4
9、1.3.2 中间相沥青的性质51.3.3 中间相沥青反应动力学研究61.3.4 影响中间相形成的因素71.3.5 改性沥青的制备81.3.6 改性沥青的应用研究进展91.4 改性沥青作为结合剂在耐火材料中的应用111.4.1 含碳耐火材料用结合剂的性能要求111.4.2 目前粘结剂沥青质量存在的不足121.4.3 中间相沥青作为结合剂的应用前景121.5 本论文的提出13第2章 实验部分142.1 原料142.1.1 原料沥青142.1.2 化学试剂142.2 实验方案142.3 实验仪器及实验原理172.3.1 煤沥青的热处理仪器172.3.2 减压蒸馏的处理仪器172.3.3 热聚合沥青的
10、溶剂抽提仪器172.3.4 环保沥青的制备原理182.4 实验内容182.4.1 热聚合反应182.4.2 溶剂抽提192.5 分析表征仪器及方法192.5.1 族组成分析192.5.2 残炭率测定192.5.3 热分析192.5.4 元素分析202.5.5 微观结构分析20第3章 结果与讨论213.1 族组分与残碳率分析213.2 热分析243.3 元素组成对比分析253.4 微观结构分析26第4章 结论28参考文献 29致 谢31III第1章 绪论1.1 前言随着钢铁冶炼生产技术的不断发展，一些新技术，新设备除了要求耐火材料具有足够的强度外，还要求他们具有良好的抗氧化性、抗渣性及抗热震稳定
11、性以及其它的高温性能，这样原有的一些传统的耐火材料的某些性能已不能满足要求。其中含碳耐火材料存在着传统的酚醛树脂结合剂的残碳率不高，炭化后的生成无定形的炭结构，造成耐火材料的高温强度及其他高温性能不够高，直接影响了炼钢技术的发展。鉴于这种情况，世界上主要的发达国家采用了不同的应对措施。日本某公司是采用石油系特殊组分为结合剂；大阪窑业公司是采用六元酸为结合剂；川崎炉材公司是采用煤沥青改质酚醛树脂为结合剂；前苏联采用热固性烷基间苯二酚吠哺组分作为结合剂；美国等采用酚醛树脂、煤沥青、吠喃组分、糠醇组分、烷基向苯二酚组分和石油重油聚合等与各种溶剂混合制成的结合剂；荷兰采用石油加工副产物制取特殊组分作为
12、结合剂。水恒福对中间相沥青用做镁碳砖的结合剂进行了研究。认为随着烧成温度升高，中间相沥青结合的试样耐压强度逐渐增加，而酚醛树脂结合的试样耐压强度逐渐，特别是在高温时两者差距显著。中间相沥青具有其他结合剂所不可比拟的高残碳率及炭化后石墨化程度，能大大提高耐火材料的高温强度、抗侵蚀性、热震稳定性等高温性能，同时由于其特定的结构特征，轻质粗粉和有毒成分含量极低，使用过程中基本上无环境危害。为此，中间相沥青具有极为广泛的应用前景。1.2 煤沥青简介煤沥青是煤焦油加工的主要产品之一，是煤焦油蒸馏提取各种馏分后的残留物。煤沥青在常温下为黑色固体，无固定的熔点，呈玻璃相，受热后软化，继而熔化，密度为1.25
13、1.35 g/cm33。1.2.1 煤沥青分类煤沥青没有固定的熔点，只有从固态转化为液态的温度范围，通常用软化点来表示。根据软化点的高低，煤沥青分为低温沥青（软沥青）、中温沥青（普通沥青）、高温沥青（硬沥青）。低温沥青可以把焦油初馏时的加热温度降至390直接生产或者用中温沥青回配蒽油产生；中温沥青则是煤焦油初馏在正常条件下的产物；高温沥青是中温沥青蒸馏、氧化热处理或加压热处理后的产物9。根据使用的溶剂种类不同,可将煤沥青分为苯可溶组分(BS) - 树脂、喹啉不溶物(QI) - 树脂以及甲苯不溶喹啉可溶组分-树脂10。1.2.2 煤沥青的分组组成被认为是形成中间相最主要原料的组分是煤沥青中的中组
14、分，分子量为10001800，是中间相形成的活性中心。组分是煤沥青中的轻组分，分子量为2001000，在加热过程中可转变形成组分，有利于降低体系的黏度，使反应有条不紊的向着形成中间相的方向发展6。1.2.3 煤沥青中的TI和QI煤沥青有多种分组方法, 其中比较常用是分成、和三种组分。作为成型碳材料的粘结剂用沥青,人们最感兴趣的是组分，即喹啉不溶物(QI)和甲苯不溶物(TI)。随着温度的升高，沥青中的小分子缩聚为分子量较大的甲苯不溶物（TI） ，TI 进一步缩聚成为分子量更大的喹啉不溶物(QI) 。因此，TI可以看作为是生成中间相小球体的胚胎11。组分(又称为树脂) 是沥青中不溶于甲苯而溶于喹啉
15、的组分,其值等于TI与QI之差。树脂是高、中分子量的稠环芳烃，粘结性好，结焦性好，作为粘结剂沥青含有一定的树脂是需要的3。煤焦油沥青喹啉喹啉可溶物喹啉不溶物（树脂）甲苯甲苯可溶物（树脂）甲苯不溶喹啉可溶物（树脂）图1.1 煤沥青的溶剂抽提组分结构示意图6Fig 1.1 Solvent extraction of coal pitch component structure diagram此外，原生QI可以阻碍新生成的中间相小球体的融并，促进了大量晶核的形成，使得中间相小球体出现得较早，且球径小。由于低温下系统的黏度较高，不利于中间相迁移、吸收周围各向同性基质长大, 最终形成镶嵌型光学显微组织15。1.2.4 炭材料生产过程中煤沥青的流变规律炭材料生产过程中煤沥青的粘度一温度曲线呈u形曲线：煤沥青熔融软化阶段(室温-200)，此
