CN104152210A

CN104152210A - 一种焦炭强化溶液

Info

Publication number: CN104152210A
Application number: CN201410441772.9A
Authority: CN
Inventors: 祁伟; 刘朝杰
Original assignee: HENAN JUNENG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Inner Mongolia grand Environmental Protection Technology Co., Ltd.
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: CN104152210B

Abstract

本发明提供了一种焦炭强化溶液，包括以下质量分数的组分：硼砂：50～70％；硼酸：10～20％；硅灰：5～10％；钛白粉：2～5％；聚乙二醇：3～4％；芳香烃：1～4％；葡萄糖2～3％；十八酸钠：3～5％。本发明提供的焦炭强化溶液能够耐受高炉内燃烧区域1500～1800℃的高温，并能够完全吸附到焦炭表面及渗透进入焦炭炭层内部结构中，焦炭强化溶液含水量低，避免了影响高炉的内部温度，从而提高了产品使用效果。实验结果表明，使用了本发明提供的焦炭强化溶液后，焦炭的反应性降低了3～8个百分点，反应后焦炭的强度提高了6～18个百分点，能够更大程度的降低焦炭反应性和提高焦炭反应后的强度。

Description

一种焦炭强化溶液

技术领域

本发明属于金属冶炼领域，尤其涉及一种焦炭强化溶液。

背景技术

在冶金系统结构优化的过程中，炼铁系统的突破口是以高炉大喷煤等为代表的强化冶炼技术的使用，由于喷煤量增加，焦比大幅度降低，焦炭在炉内的复合加重，焦炭作为发热剂的作用，部分或全部被煤粉取代，然而作为骨架，保持炉内透气性和透液性的作用不仅无法由煤粉取代，而且显得更为重要。

在高炉炼铁的过程中，始终保持块状的物料只有焦炭，尤其在滴落带，铁矿石和溶剂都已经熔化，只有焦炭是对高炉炉料起支撑作用的骨架，并承受着液铁、液渣的冲刷。同时，焦炭在高炉中比其他炉料的堆积密度小，具有很大的孔隙度，并且，焦炭的体积占炉料总体积的35～50％左右，因此，焦炭能够起到疏松的作用，是高炉中上升气体流动阻力减小，气流均匀，是高炉顺行的必要条件。

国内外高炉解剖资料表明，焦炭在上部形状变化不大，到炉身下部后由于受高温热应力、气化溶蚀和碱金属等的作用，强度降低，粒度变小，粉末增加，这就减弱了焦炭的骨架和支撑作用。随着高炉冶炼不断强化、喷煤比的增加以及焦比的大幅度降低，为了保证炉内的透气性和透液性，不仅要求焦炭有高的冷强度，还要有高的热强度、抗溶蚀能力等良好的热态性能。因此，研究改善入炉焦炭的性能显得越来越重要。

目前，主要通过在焦炭中添加一定的强化剂来降低焦炭的反应性，提高焦炭反应后的强度，从而达到增强焦炭的骨架支撑作用。目前市场中广泛存在的焦炭强化剂主要是以单一的硼类为主要原材料，配合少量的硼系化合物和甲基纤维素，但是，其在使用时还需要有6～8倍质量的水进行配制，然后将水与原料的混合物喷洒到焦炭上，这样直接影响到现有炼铁高炉水蒸气量的增加，造成高炉炉膛内温度的降低，而且产品喷洒到焦炭表面无法完全吸附到焦炭上，有大量的强化剂原料掉落到入炉口附近，不但发挥不出产品的真正效果，同时也影响到入炉口位置的环境。现有的焦炭强化剂只能够降低焦炭反应性2～3％，提高焦炭反应后强度5～8％，远远不能满足实际生产的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦炭强化溶液，本发明提供的焦炭强化溶液能够更大程度的降低焦炭反应性和提高焦炭反应后的强度。

本发明提供一种焦炭强化溶液，包括以下质量分数的组分：

硼砂：50～70％；硼酸：10～20％；硅灰：5～10％；钛白粉：2～5％；聚乙二醇：3～4％；芳香烃：1～4％；葡萄糖2～3％；十八酸钠：3～5％。

优选的，所述硼砂的质量分数为55～65％。

优选的，所述硼酸的质量分数为12～19％。

优选的，所述硅灰的质量分数为6～9％；所述钛白粉的质量分数为3～4％。

优选的，所述聚乙二醇的质量分数为3.2～3.8％；所述芳香烃的质量分数为2～3％。

优选的，所述葡萄糖的质量分数为2.2～2.8％；所述十八酸钠的质量分数为3.5～4.5％。

优选的，所述葡萄糖为工业葡萄糖。

优选的，所述聚乙二醇的数均分子量为200～600。

优选的，所述硅灰的平均粒径为0.1～0.3μm。

优选的，以每吨焦炭的用量计，所述焦炭强化溶液的用量为10～20公斤。

本发明提供了一种焦炭强化溶液，包括以下质量分数的组分：硼砂：50～70％；硼酸：10～20％；硅灰：5～10％；钛白粉：2～5％；聚乙二醇：3～4％；芳香烃：1～4％；葡萄糖2～3％；十八酸钠：3～5％。本发明提供的焦炭强化溶液能够耐受高炉内燃烧区域1500～1800℃的高温，并能够完全吸附到焦炭表面及渗透进入焦炭炭层内部结构中；本发明提供的焦炭强化溶液为溶液状态，使用时无需额外加水，因此，焦炭强化溶液含水量低，避免了影响高炉的内部温度，从而提高了产品使用效果。实验结果表明，使用了本发明提供的焦炭强化溶液后，焦炭的反应性降低了3～8个百分点，反应后焦炭的强度提高了6～18个百分点，能够更大程度的降低焦炭反应性和提高焦炭反应后的强度。

具体实施方式

本发明提供了一种焦炭强化溶液，包括以下质量分数的组分：硼砂：50～70％；硼酸：10～20％；硅灰：5～10％；钛白粉：2～5％；聚乙二醇：3～4％；芳香烃：1～4％；葡萄糖2～3％；十八酸钠：3～5％。

本发明提供的焦炭强化溶液能够更大程度的降低焦炭反应性和提高焦炭反应后的强度。

本发明提供的焦炭强化溶液包括硼砂，所述硼砂的质量分数为50～70％，优选为55～65％，更优选为58～63％，本发明对所述硼砂的来源没有特殊的限制，采用所说硼砂的市售商品即可。在本发明中，所述硼砂在高炉中主要发生式1所示反应：

Na₂B₄O₇·10H₂O＝Na₂B₄O₇+10H₂O 式1；

在本发明中，上述反应在燃烧过程中吸收大量热量，使燃烧温度难以上升，从而对焦炭的燃烧起到一定的阻燃效果。反应后的产物随渣铁直接排出炉外，对高炉、铁水均没有危害。

本发明提供的焦炭强化溶液包括硼酸，所述硼酸的质量分数为10～20％，优选为12～19％，更优选为14～17％，本发明对所述硼酸的来源没有特殊的限制，可采用所述硼酸的市售商品，也可按照本领域技术人员熟知的制备所述硼酸的技术方案自行制备。在本发明中，所述硼酸在高温下形成无水物B₂O₃，B₂O₃可以降低焦炭强化溶液的粘度、控制热膨胀、提高化学稳定性，提高焦炭的抗机械冲击和热冲击能力。

本发明提供的焦炭强化溶液包括硅灰，所述硅灰的质量分数为5～10％，优选为6～9％，更优选为7～8％；所述硅灰的平均粒径优选为0.1～0.3μm，更优选为0.15～0.25μm；所述硅灰中细度小于1μm的硅灰优选占所述硅灰总量的80％～100％；所述硅灰的耐火度优选＞1600℃。本发明对所述硅灰的来源没有特殊的限制，采用所述硅灰的市售商品即可。在本发明中，所述硅灰可以附着在焦炭表面，能起到一定的阻燃碳的作用；所述硅灰中含有的氧化铝成分还具有很强的催化性能，对焦炭表面的反应起到一定的催化作用。所述硅灰不与铁水发生任何反应。

本发明提供的焦炭强化溶液包括钛白粉，所述钛白粉的质量分数为3～4％，优选为3.1～3.9％，更优选为3.2～3.8％，本发明对所述钛白粉的来源没有特殊的限制，可采用所述钛白粉的市售商品，也可按照本领域技术人员熟知的制备所述钛白粉的技术方案自行制备。在本发明中，所述钛白粉具有很强的遮盖力和分散力，在本发明提供的焦炭强化溶液中起到了负催化剂的作用，另外，由于所述钛白粉还具有很强的附着能力，所以在本发明提供的焦炭强化溶液中还用作附着剂，附着剂既是载体，也是屏膜炭化物的主体，它在焦炭表层形成保护膜并堵塞炭化焦炭气孔，阻断了空气对焦炭侵蚀，直接形成焦炭劣化速度减慢的窒息过程。

本发明提供的焦炭强化溶液包括聚乙二醇，所述聚乙二醇的质量分数为3～4％，优选为3.1～3.9％，更优选为3.2～3.8％；所述聚乙二醇的数均分子量优选为200～600，更优选为250～550，最优选为300～500。在本发明中，所述聚乙二醇在高炉中发生如式2所示的氧化反应：

式2；

在本发明中，所述聚乙二醇可作为溶剂，在高炉中燃烧后的主要产物是二氧化碳和水，均对人对物没有任何危害。

本发明提供的焦炭强化溶液包括芳香烃，所述芳香烃优选为苯、甲苯、二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯和萘中的一种或几种；所述芳香烃的质量分数为1～4％，优选为2～3，更优选为2.2～2.8％。在本发明中，所述芳香烃在高炉中主要发生如式3所示的氧化反应：

式3；

在本发明中，所述芳香烃燃烧的主要产物是二氧化碳和水，无污染，其在强化溶液中作为一种溶剂，同时起到固定碳面的作用，并且还能参与负催化过程。另外，芳香烃还能增加焦碳的成碳率。

本发明提供的焦炭强化溶液包括葡萄糖，所述葡萄糖的质量分数为2～3％，优选为2.2～2.8％；所述葡萄糖优选为工业葡萄糖。在本发明中，所述葡萄糖在高炉中发生如式4所示的氧化反应：

式4；

本发明提供的焦炭强化溶液包括十八酸钠，所述十八酸钠的质量分数为3～5％，优选为3.5～4.5％，本发明对所述十八酸钠的来源没有特殊的限制，可采用所述十八酸钠的市售商品，也可按照本领域技术人员熟知的制备所述十八酸钠的技术方案自行制备。在本发明中，所述十八酸钠在高炉中发生如式5所示的氧化反应：

式5；

在本发明中，所述十八酸钠可作为聚乙二醇的稳定剂，并且，所述十八酸钠在燃烧后的产物为二氧化碳和水，污染较少。

本发明提供的焦炭强化溶液能够更高程度的降低焦炭的反应性和提高反应后焦炭的强度。本发明提供的焦炭强化溶液不需要加水进行配置，可直接喷洒到焦炭上，使本发明提供的焦炭强化溶液能够完全吸附到焦炭表面及渗透进入焦炭炭层内部结构中，焦炭强化溶液含水量低，避免了影响高炉内部温度，从而提高了所述焦炭强化溶液的使用效果。

另外，本发明提供的焦碳强化溶液在配制过程中不会因组分间发生化学反应而破坏掉各个组分的化学结构，导致使它们的物理化学性质发生变化，使焦碳强化溶液变质失去原有的性质与功能。

本发明优选按照以下步骤制备得到焦炭强化溶液：

以质量分数计，将50～70％的硼砂，10～20％的硼酸，5～10％的硅灰，2～5％的钛白粉，3～4％的聚乙二醇，1～4％的芳香烃，2～3％的葡萄糖和3～5％的十八酸钠混合，得到焦炭强化溶液。

在本发明中，所述硼砂、硼酸、硅灰、钛白粉、聚乙二醇、芳香烃、葡萄糖和十八酸钠的来源和用量与上述技术方案中硼砂、硼酸、硅灰、钛白粉、聚乙二醇、芳香烃、葡萄糖和十八酸钠的来源和用量一致，在此不再赘述

本发明对所述混合的方法没有特殊的限制，采用常规的混合的技术方案即可。

得到焦炭强化溶液后，本发明将所述焦炭强化溶液喷洒到焦炭表面，得到强化的焦炭。

在本发明中，以每吨焦炭的用量计，所述焦炭强化溶液的用量优选为10～20公斤，更优选为12～18公斤，最优选为14～16公斤。

本发明对所述喷洒的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的喷洒的技术方案即可；本发明对所述喷洒所用的设备没有特殊的限制，能够将所述焦炭强化溶液喷洒在焦炭表面即可。在本发明中，所述焦炭强化溶液本身为溶液状态，不需要再加水进行配置，可直接喷洒使用，简化了焦炭强化的工艺，提高了生产的效率。

完成所述喷洒后，所述焦炭强化溶液在焦炭表面形成耐高温保护层，延缓焦碳进入高炉后在炉内下降过程中焦炭与CO₂的反应(即溶损反应C+CO₂→2CO)。从动力学角度看，本发明提供的焦炭强化溶液在焦炭表面形成的保护层能够阻止溶损反应的反应进程；从热力学角度看，在炉内进行焦碳溶损反应的温度提高，溶损反应区间变窄而反应速度降低，延缓了溶损反应。因此焦炭骨架得到良好保持，风口前焦炭强度相对提高。以往的高炉中心气流变弱周边增强、风口碎焦，休风等不利因素减少，为高炉顺利进行、强化创造了条件。焦碳强化溶液最后的燃烧产物是无机物成分，随着高炉废气和渣铁排出炉外完成反应过程。

本发明提供了一种焦炭强化溶液，包括以下质量分数的组分：硼砂：50～70％；硼酸：10～20％；硅灰：5～10％；钛白粉：2～5％；聚乙二醇：3～4％；芳香烃：1～4％；葡萄糖2～3％；十八酸钠：3～5％。本发明提供的焦炭强化溶液能够耐受高炉内燃烧区域1500～1800℃的高温，并能够完全吸附到焦炭表面及渗透进入焦炭炭层内部结构中，焦炭强化溶液含水量低，避免了影响高炉的内部温度，从而提高了产品使用效果。实验结果表明，使用了本发明提供的焦炭强化溶液后，焦炭的反应性降低了3～8个百分点，反应后焦炭的强度提高了6～18个百分点。能够更大程度的降低焦炭反应性和提高焦炭反应后的强度。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种焦炭强化溶液、其制备方法及焦炭强化方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

在以下实施例中，硼砂和钛白粉购自广州市中业化工有限公司，其中，硼砂的主要成分为十水硼砂，含量≥95％，的粒度为100目；钛白粉中TiO₂的含量≥92.5％，堆积密度为0.8～1.0g/cm³；硅灰购自洛阳济禾微硅粉有限公司，硅灰中SiO2的含量为90％，粒度为1250目；聚乙二醇购自国药集团化学试剂有限公司，型号为30150927，分析纯；工业葡萄糖密度为300g/cm³，购自苏州逸祥化工科技有限公司。

实施例1

将14.75kg的硼砂，3.75kg的硼酸，2.5kg粒径为0.1μm的硅灰，1.25kg的粒度钛白粉，1kg数均分子量为300的聚乙二醇，0.5kg的苯，0.5kg的工业葡萄糖和0.75kg的十八酸钠混合，得到25kg焦炭强化溶液。

将25kg的焦炭强化溶液喷洒至2吨焦炭表面，将得到的强化后的焦炭用于高炉炼铁，结果表明，焦炭的反应强度提高了15个百分点，焦炭的反应性降低了5个百分点。在炼铁高炉中降低综合燃料比20公斤以上。

实施例2

将21kg的硼砂，3kg的硼酸，1.5kg的硅灰，0.9kg的钛白粉，0.9kg数均分子量为500的聚乙二醇，1.2kg的甲苯，0.6kg的工业葡萄糖和0.9kg的十八酸钠混合，得到30kg焦炭强化溶液。

将30kg的焦炭强化溶液喷洒至2吨焦炭表面，将得到的强化后的焦炭用于高炉炼铁，结果表明，焦炭的反应强度提高了17个百分点，焦炭的反应性降低了7个百分点。在炼铁高炉中降低综合燃料比25公斤以上。

实施例3

将23.1kg的硼砂，3.5kg的硼酸，2.45kg的硅灰，1.4kg的钛白粉，1.75kg数均分子量为500的聚乙二醇，1.4kg的苯，0.7kg的工业葡萄糖和1.05kg的十八酸钠混合，得到35kg焦炭强化溶液。

将35kg的焦炭强化溶液喷洒至2吨焦炭表面，将得到的强化后的焦炭用于高炉炼铁，结果表明，焦炭的反应强度提高了18个百分点，焦炭的反应性降低了8个百分点。在炼铁高炉中降低综合燃料比30公斤以上。

由以上实施例可以看出，本发明提供的焦炭强化溶液不需要加水进行配置，可直接喷洒到焦炭上，进行焦炭的强化，使用本发明提供的焦炭强化溶液进行焦炭的强化后，焦炭的反应性可降低8个百分点，反应后焦炭的强度提高高达18个百分点，远远优于现有的焦炭强化溶液。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种焦炭强化溶液，包括以下质量分数的组分：

2.根据权利要求1所述的焦炭强化溶液，其特征在于，所述硼砂的质量分数为55～65％。

3.根据权利要求1所述的焦炭强化溶液，其特征在于，所述硼酸的质量分数为12～19％。

4.根据权利要求1所述的焦炭强化溶液，其特征在于，所述硅灰的质量分数为6～9％；所述钛白粉的质量分数为3～4％。

5.根据权利要求1所述的焦炭强化溶液，其特征在于，所述聚乙二醇的质量分数为3.2～3.8％；所述芳香烃的质量分数为2～3％。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的焦炭强化溶液，其特征在于，所述葡萄糖的质量分数为2.2～2.8％；所述十八酸钠的质量分数为3.5～4.5％。

7.根据权利要求1所述的焦炭强化溶液，其特征在于，所述葡萄糖为工业葡萄糖。

8.根据权利要求1所述的焦炭强化溶液，其特征在于，所述聚乙二醇的数均分子量为200～600。

9.根据权利要求1所述的焦炭强化溶液，其特征在于，所述硅灰的平均粒径为0.1～0.3μm。

10.根据权利要求1任意一项所述的焦炭强化溶液，其特征在于，以每吨焦炭的用量计，所述焦炭强化溶液的用量为10～20公斤。