CN101787294A

CN101787294A - 一种护炉用焦炭及其生产方法

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Publication number: CN101787294A
Application number: CN 201010124053
Authority: CN
Inventors: 黄先佑; 蒋胜; 文永才; 舒文东
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2010-07-28

Abstract

本发明提供了一种护炉用焦炭及其生产方法，所述护炉用焦炭，其成分按重量百分比计包含：固定碳79％～90％，灰分9％～18.5％，挥发分0.55％～1.5％，S 0.45％～1.0％，并且在灰分中含有按重量百分比计0.82％～9.12％的TiO₂和0.075％～0.214％的V₂O₅。本发明的焦炭具有改善焦炭热态性能(即焦炭的热态反应性(CRI))的特点，且生产成本低，并且能够在起到护炉作用的同时使得高炉长期稳定的运行。

Description

一种护炉用焦炭及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体的说，涉及一种改善质量的护炉用焦炭及其生产方法。

背景技术

焦炭是高炉冶炼的重要原料，其作用有：热源；还原剂与渗碳剂；料柱骨架等。由于近年来炼焦煤价格的大幅度上涨，所以焦炭的价格随之上涨，焦炭的价格业已占据高炉冶炼成本的一大部分。而且，随着高炉冶炼强度的不断提高，导致高炉炉缸烧损增大，一定程度上影响了高炉的生产技术经济指标，同时也导致对焦炭质量相关要求(包括热态性质、冷态强度等)的日益提高。因此，有必要开发出一种质量相对较高且能用于护炉的焦炭。

目前，保护高炉炉缸的方法之一是通过向高炉冶炼的炉料中加入块状添加剂(例如，钒钛磁铁矿块矿)，此添加剂经过高炉中相应的还原过程在炉缸中形成粘附于炉缸内壁的TiC、TiN及其固溶体(例如，碳氮化钛Ti(C，N))，而这些形成在炉缸中TiC、TiN及其固溶体具有熔点高、粘性大、硬度大、化学和热稳定性好等一系列优异性能，从而可达到保护炉缸、减少炉缸侵蚀的目的，为高炉强化冶炼创造了条件。在高炉内生成Ti(C，N)主要过程是：在渣-焦界面上，先生成TiC，然后气相中的氮原子向TiC晶格中扩散，形成间隙固溶体Ti(C，N)。然而，传统的向高炉中加入钒钛磁铁矿块矿的方法，存在一定的局限性，例如，要按照一定的比例来分别添加块矿和焦炭，步骤较为繁琐，同时块矿的使用成本高，且其中TiO₂含量并非平均分布的稳定值，从而导致块矿的加入量不易控制，这不利于高炉冶炼长期稳定的运行。

另外，第101613616号中国专利公开，名称为护炉用焦炭及其制备方法，公开了通过在焦炭中加入重量百分比为1％～10％高钛渣，以制备护炉用焦炭的方法。然而，由于高钛渣是通过冶炼制得的，一般情况下，通过在电弧炉中电解还原钒钛磁铁精矿或钛精矿等含钛矿物来制备高钛渣，所以因该专利公开中使用了高钛渣而造成其技术方案成本相对较高。而且，该专利公开中未提及对焦炭质量(如，热反应性)的改进情况。

综上所述，很有必要研究一种低成本、改善质量且可用于护炉的焦炭。

发明内容

针对上述诸多问题，本发明提供了一种低成本、改善质量且可用于护炉的焦炭，所述焦炭通过在传统的焦炭组分中加入适量的钒钛磁铁精矿来制得。

本发明一方面提供了一种护炉用焦炭的生产方法，包括步骤：

(1)将重量百分比为90.0％～99.5％的煤和重量百分比为0.5％～10.0％的钒钛磁铁精矿混合均匀；

(2)将混合物料压实制块；

(3)干馏制焦；

(4)熄焦。

根据本发明的一方面的护炉用焦炭的生产方法，所述干馏制焦步骤中，升温速度可以为3～15℃/min，目标温度可以为950～1050℃，恒温时间可以为60～150min。

根据本发明一方面的护炉用焦炭的生产方法，所述熄焦步骤可以是干熄焦或水熄焦。

根据本发明一方面的护炉用焦炭的生产方法，所述钒钛磁铁精矿的成分按重量百分比计可以为：FeO 28.00％～36.00％，Fe₂O₃ 36.00％～47.50％，TiO₂9.00％～14.00％，V₂O₅ 0.42％～0.72％，SiO₂ 4.00％～5.50％，Al₂O₃ 2.50％～4.50％，余量为其它杂质。

本发明另一方面提供了一种护炉用焦炭，其成分按重量百分比计包含：固定碳79％～90％，灰分9％～18.5％，挥发分0.55％～1.5％，S 0.45％～1.0％，并且在灰分中含有按重量百分比计0.82％～9.12％的TiO₂和0.075％～0.214％的V₂O₅。

根据本发明另一方面的护炉用焦炭，其成分按重量百分比计包含：固定碳81.06％～85.17％，灰分13.69％～17.69％，挥发分1.14％～1.25％，S 0.56％～0.67％，并且在灰分中含有按重量百分比计2.6％～8.4％的TiO₂和0.098％～0.198％的V₂O₅。

本发明的有益效果是：

(1)改善了焦炭的热态性质，即焦炭的反应性(CRI)。在配合煤质量相同的情况下，根据本发明的护炉用焦炭的生产方法制得的焦炭的反应性(CRI)可改善0.6～2.8个百分点。

(2)降低了成本。根据本发明的护炉用焦炭，由于采用了钒钛磁铁精矿，所以生产成本较低。

(3)具有护炉作用。根据本发明的焦炭中，由于添加有配比稳定且分布均匀的钒钛磁铁精矿，所以焦炭中TiO₂含量稳定，从而所述焦炭在进入高炉后能够在炉缸中稳定的生成粘附于炉缸内壁的TiC、TiN及其固溶体(例如，碳氮化钛Ti(C，N))，从而起到保护炉缸的护炉作用，近而延长炉缸的使用寿命，进一步降低了钢铁企业的生产成本。

(4)简化了操作。因为根据本发明的焦炭中含有含量稳定的TiO₂，可直接加入到高炉中，所以避免了传统方式中在入炉前将含钛块矿和普通焦炭配比混料的过程，从而简化了操作。

具体实施方式

通过本发明可向高炉冶炼的炉料中加入含有一定量的钛的氧化物，此含钛的氧化物经过高炉中相应的还原过程在炉缸中形成粘附于炉缸内壁的TiC、TiN及其固溶体(例如，碳氮化钛Ti(C，N))，而这些形成在炉缸中TiC、TiN及其固溶体具有熔点高、粘性大、硬度大、化学和热稳定性好等一系列优异性能，从而可达到保护炉缸或炉衬、减少炉缸或炉衬侵蚀的目的(一般称为护炉作用)，为高炉强化冶炼创造了条件。

更进一步地，由含有TiO₂和V₂O₅的钒钛磁铁精矿和煤(例如，可以为由一定含量的焦煤、肥煤、气煤、瘦煤等炼焦常用煤混合而成的配合煤)按照本发明的方法制得的护炉用焦炭，不仅可实现上述的护炉作用，而且可具有改善焦炭热性能，例如焦炭的热态反应性(CRI)可改善0.6％～2.8％。

根据本发明一方面的护炉用焦炭的生产方法，包括步骤：

(1)将重量百分比为90.0％～99.5％的煤(例如，可以为由一定含量的焦煤、肥煤、气煤、瘦煤、型煤等炼焦常用煤混合而成的配合煤)和重量百分比为0.5％～10.0％的钒钛磁铁精矿混合均匀。另外，当钒钛磁铁精矿的比例小于0.5％的时候，焦炭中TiO₂含量过低，将不能达到有效的护炉作用，而当钒钛磁铁精矿的比例大于10％的时候，焦炭中的灰分升高较大，影响焦炭质量。所述钒钛磁铁精矿的成分按重量百分比计可以为：FeO 28.00％～36.00％，Fe₂O₃ 36.00％～47.50％，TiO₂ 9.00％～14.00％，V₂O₅ 0.42％～0.72％，SiO₂ 4.00％～5.50％，Al₂O₃ 2.50％～4.50％，余量为其它杂质。

(2)将混合物料压实或捣固并制成块状物料。

(3)将上述块状物料放入常用的炼焦炉中干馏制焦，在干馏制焦工序中，升温速度可以为3～15℃/min，目标温度可以为950～1050℃，恒温时间可以为60～150min。

(4)对制得的高温焦炭进行熄焦，熄焦方式可以为干熄焦或水熄焦，优选地，采用干熄焦，因为干熄焦具有节能环保和进一步改善焦炭质量的作用。

根据本发明另一方面的护炉用焦炭，其成分按重量百分比计包含：固定碳79％～90％，灰分9％～18.5％，挥发分0.55％～1.5％，S 0.45％～1.0％，并且在灰分中含有按重量百分比计0.82％～9.12％的TiO₂和0.075％～0.214％的V₂O₅。

优选地，根据本发明另一方面的护炉用焦炭，其成分按重量百分比计可以包含：固定碳81.06％～85.17％，灰分13.69％～17.69％，挥发分1.14％～1.25％，S 0.56％～0.67％，并且在灰分中含有按重量百分比计2.6％～8.4％的TiO₂和0.098％～0.198％的V₂O₅，然而，当原料中包括与表1中的配合煤的组成不同的配合煤和/或与表2中的钒钛磁铁精矿含量不同的钒钛磁铁矿时，根据本发明的方法得到的焦炭中的各成分含量将与上述优选范围有所不同，并可适当的降低灰分含量和提高固定碳含量。

所述护炉用焦炭具有成本较低、质量得到改善且可用于护炉等作用。

下面将结合示例实施例并且与对比例进行对比来详细描述本发明。

对比例一

取表1所示配比的煤400g，将其装入刚玉坩埚(Φ80mm×110mm)内，再用3kg重物将坩埚内的煤压实5min，取下重物，密封，放入马弗炉(400mm×150mm×200mm)内干馏，升温速度12℃/min，升温至1100℃，恒温80min，取出用水熄焦，得到焦炭318.6g，测得焦炭热态反应性(CRI)为41.25％。焦炭成分按重量百分比计为：固定碳86.85％，灰分11.73％，挥发分1.42％，S 0.61％；灰分中的全铁含量TFe按重量百分比计为0.58％。

将上述焦炭加入到高炉中不能生成TiC、TiN及其固溶体，因此，上述焦炭不能起到保护炉缸的作用。

对比例二

取表1所示配比的煤400g和高钛渣8g，其中，所述高钛渣成分为：TiO₂90.15％；SiO₂+CaO+MgO+Al₂O₃ 5.67％；TFe 3.18％。将二者混匀，然后装入刚玉坩埚(Φ80mm×110mm)内，再用3kg重物将坩埚内的煤压实5min，取下重物，密封，放入马弗炉(400mm×150mm×200mm)内干馏，升温速度12℃/min，升温至1100℃，恒温80min，取出用水熄焦，得到焦炭326.4g，测得焦炭热态反应性(CRI)为41.19％。焦炭成分按重量百分比计为：固定碳85.86％，灰分12.93％，挥发分1.21％，S 0.71％；灰分中的全铁含量TFe按重量百分比计为0.76％。

表1煤成分单位：重量百分比(％)

煤种	焦煤	肥煤	气煤	瘦煤
煤种	焦煤	肥煤	气煤	瘦煤	配比	55	20	20	5

表2钒钛精矿成分重量百分比(％)

实施例1

取表1所示配比的煤400g和表2所示的钒钛磁铁精矿2g，将二者混匀，然后装入刚玉坩埚(Φ80mm×110mm)内，再用3kg重物将坩埚内的煤压实5min，取下配重物密封，放入马弗炉(400mm×150mm×200mm)内干馏，升温速度3℃/min，升温至950℃，恒温150min，取出用水熄焦，得到焦炭321.6g，测得焦炭热态反应性(CRI)为41.16％。焦炭成分按重量百分比计包含：固定碳88.42％，灰分10.14％，挥发分1.44％，S 0.60％。在灰分中含有按重量百分比计0.82％的TiO₂，3.28％的TFe，0.075％的V₂O₅。

上述焦炭由于在配合煤中增加了钒钛磁铁精矿的配比，其焦炭的反应性与对比例一相比，焦炭的热态反应性(CRI)改善了0.09个百分点。与对比例二相比，焦炭的热态反应性改善了0.03个百分点，而且原料简单，成本更低。

实施例2

取表1所示配比的煤400g和表2所示的钒钛磁铁精矿8g，将二者混匀，然后装入刚玉坩埚(Φ80mm×110mm)内，再用3kg重物将坩埚内的煤压实5min，取下配重物密封，放入马弗炉(400mm×150mm×200mm)内干馏，升温速度8℃/min，升温至1050℃，恒温60min，取出用水熄焦，得到焦炭326.4g，测得焦炭热态反应性(CRI)为40.35％。焦炭成分按重量百分比计包含：固定碳85.76％，灰分12.96％，挥发分1.28％，S 0.52％。在灰分中含有按重量百分比计2.25％的TiO₂，8.56％的TFe，0.097％的V₂O₅。

上述焦炭由于在配合煤中增加了钒钛磁铁精矿的配比，其焦炭的反应性与对比例一相比，焦炭的热态反应性(CRI)改善了0.90个百分点。与对比例二相比，焦炭的热态反应性改善了0.84个百分点，而且原料简单，成本更低。

实施例3

取表1所示配比的煤400g和表2所示的钒钛磁铁精矿9.5g，将二者混匀，然后装入刚玉坩埚(Φ80mm×110mm)内，再用3kg重物将坩埚内的煤压实5min，取下配重物密封，放入马弗炉(400mm×150mm×200mm)内干馏，升温速度10℃/min，升温至1000℃，恒温150min，取出用水熄焦，得到焦炭348g，测得焦炭热态反应性为40.67％。焦炭成分按重量百分比计为：固定碳85.17％，灰分13.69％，挥发分1.14％，S 0.56％。在灰分中含有按重量百分比计2.6％的TiO₂，10.62％的TFe，0.098％的V₂O₅。

上述焦炭由于在配合煤中增加了钒钛磁铁精矿的配比，其焦炭的反应性与对比例一相比，焦炭的反应性改善了0.58个百分点。与对比例二相比，焦炭的热态反应性改善了0.52个百分点，而且原料简单，成本更低。

实施例4

取表1所示配比的煤400g和表2所示的钒钛磁铁精矿16g，将二者混匀，然后装入刚玉坩埚(Φ80mm×110mm)内，再用3kg重物将坩埚内的煤压实5min，取下配重物密封，放入马弗炉(400mm×150mm×200mm)内干馏，升温速度15℃/min，升温至1050℃，恒温80min，取出用水熄焦，得到焦炭332.8g，测得焦炭热态反应性为39.75％。焦炭成分按重量百分比计包含：固定碳85.62％，灰分13.25％，挥发分1.13％，S 0.53％。在灰分中含有按重量百分比计4.56％的TiO₂，17.69％的TFe，0.102％的V₂O₅。

上述焦炭由于在配合煤中增加了钒钛磁铁精矿的配比，其焦炭的反应性与对比例一相比，焦炭的热态反应性改善了1.50个百分点。与对比例二相比，焦炭的热态反应性改善了1.44个百分点，而且原料简单，成本更低。

实施例5

取表1所示配比的煤400g和表2所示的钒钛磁铁精矿24g，将二者混匀，然后装入刚玉坩埚(Φ80mm×110mm)内，再用3kg重物将坩埚内的煤压实5min，取下配重物密封，放入马弗炉(400mm×150mm×200mm)内干馏，升温速度15℃/min，升温至1050℃，恒温80min，取出用水熄焦，得到焦炭339.2g，测得焦炭热态反应性为39.25％。焦炭成分按重量百分比计为：固定碳85.32％，灰分13.78％，挥发分0.90％，S 0.75％。在灰分中含有按重量百分比计6.68％的TiO₂，26.42％的TFe，0.108％的V₂O₅。

上述焦炭由于在配合煤中增加了钒钛磁铁精矿的配比，其焦炭的反应性与对比例一相比，焦炭的反应性改善了2.0个百分点。与对比例二相比，焦炭的热态反应性改善了1.94个百分点，而且原料简单，成本更低。

实施例6

取表1所示配比的煤400g和表2所示的钒钛磁铁精矿38g，将二者混匀，然后装入刚玉坩埚(Φ80mm×110mm)内，再用3kg重物将坩埚内的煤压实5min，取下配重物密封，放入马弗炉(400mm×150mm×200mm)内干馏，升温速度12℃/min，升温至1050℃，恒温60min，取出用水熄焦，得到焦炭350.5g，测得焦炭热态反应性为41.24％。焦炭成分按重量百分比计为：固定碳81.06％，灰分17.69％，挥发分1.25％，S 0.67％。在灰分中含有按重量百分比计8.4％的TiO₂，35.26％的TFe，0.198％的V₂O₅。

上述焦炭由于在配合煤中增加了钒钛磁铁精矿的配比，其焦炭的反应性与对比例一相比，焦炭的反应性改善了0.01个百分点。而且原料简单，成本更低。

实施例7

取表1所示配比的煤400g和表2所示的钒钛磁铁精矿44.4g，将二者混匀，然后装入刚玉坩埚(Φ80mm×110mm)内，再用3kg重物将坩埚内的煤压实5min，取下配重物密封，放入马弗炉(400mm×150mm×200mm)内干馏，升温速度15℃/min，升温至1050℃，恒温150min，取出用水熄焦，得到焦炭355.5g，测得焦炭热态反应性(CRI)为41.24％。焦炭成分按重量百分比计包含：固定碳80.07％，灰分18.49％，挥发分1.44％，S 0.69％。在灰分中含有按重量百分比计9.12％的TiO₂，36.48％的TFe，0.214％的V₂O₅。

上述焦炭由于在配合煤中增加了钒钛磁铁精矿的配比，其焦炭的反应性与对比例一相比，焦炭的热态反应性(CRI)改善了0.01个百分点。

在此，需要说明的是，虽然本发明的实施例中采用了表1中配比的煤和表2中示出的钒钛磁铁矿，但是表1和表2只是出于示出性的目的，本领域技术人员可以根据生产的实际情况做相应的调整。

尽管上面已经结合实施例示出并描述了本发明，但是本发明不限于上述实施例，而且本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种变形和修改。

Claims

1.一种护炉用焦炭的生产方法，包括步骤：

(2)将混合物料压实制块；

(3)干馏制焦；

(4)熄焦。

2.如权利要求1所述的护炉用焦炭的生产方法，其特征在于，所述干馏制焦步骤中，升温速度为3～15℃/min，目标温度为950～1050℃，恒温时间为60～150min。

3.如权利要求1所述的护炉用焦炭的生产方法，其特征在于，所述熄焦步骤可以是干熄焦或水熄焦。

4.如权利要求1至4中任意一项所述的护炉用焦炭的生产方法，其特征在于，所述钒钛磁铁精矿的成分按重量百分比计为：FeO 28.00％～36.00％，Fe₂O₃ 36.00％～47.50％，TiO₂ 9.00％～14.00％，V₂O₅ 0.42％～0.72％，SiO₂4.00％～5.50％，Al₂O₃ 2.50％～4.50％，余量为其它杂质。

5.一种采用如权利要求1所述的护炉用焦炭的生产方法制得的焦炭，其特征在于，其成分按重量百分比计包含：固定碳79％～90％，灰分9％～18.5％，挥发分0.55％～1.5％，S 0.45％～1.0％，并且在灰分中含有按重量百分比计0.82％～9.12％的TiO₂和0.075％～0.214％的V₂O₅。

6.如权利要求6所述的焦炭，其特征在于，其成分按重量百分比计包含：固定碳81.06％～85.17％，灰分13.69％～17.69％，挥发分1.14％～1.25％，S0.56％～0.67％，并且在灰分中含有按重量百分比计2.6％～8.4％的TiO₂和0.098％～0.198％的V₂O₅。