CN105861772B - 一种还原剂及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种还原剂及其合成方法，所述还原剂的组分的质量百分比为：焦化废料40％～45％、轧钢油泥40％～45％、石灰石5％～10％、白云石5％～10％，木质素磺酸钠1％～2％、分子量为30000～50000聚丙烯酰胺0.1％～1％；其中，所述焦化废料的固定碳含量≥80％、含硫量小于0.30％；所述石灰石的碳酸钙≥50％、含硫量小于0.10％；所述白云石的碳酸镁≥60％、含硫量小于0.10％。本申请的还原剂的原材料大部分来自工业废渣焦化废料，其他各种药剂易得、成本低，降低了生产钢铁的成本。
Description
技术领域
本发明涉及烧结球团生产技术领域，尤其涉及一种还原剂及其合成方法。
背景技术
我国钢铁厂企业往往配套有焦炭加工车间，在焦炭生产过程中有大量的废焦粉粒无法用于生产，直接将这些废焦粉用于发热生产，既浪费资源又会产生一定的环境污染。
同样，钢铁企业生产又有大量的还原剂的需求，现有的还原剂主要以炭基和贵金属基为主，钢铁行业则是以炭基为主，炭基还原剂一般以煤炭为主要原料，要求有一定的透气性和骨架强度。由于，国内钢铁产量巨大，因此还原剂的需求也十分巨大，采用煤炭为主要原料的炭基还原剂导，致生产钢铁的成本较高。
发明内容
本申请提供一种还原剂及其合成方法，解决了现有技术中钢铁行业采用煤炭为主要原料的炭基还原剂，导致生产钢铁的成本较高的技术问题。
本申请提供一种还原剂，所述还原剂的组分的质量百分比为：
焦化废料40％～45％、轧钢油泥40％～45％、石灰石5％～10％、白云石5％～10％，木质素磺酸钠1％～2％、分子量为30000～50000聚丙烯酰胺0.1％～1％；
其中，所述焦化废料的固定碳含量≥80％、含硫量小于0.30％；所述石灰石的碳酸钙≥50％、含硫量小于0.10％；所述白云石的碳酸镁≥60％、含硫量小于0.10％。
优选地，所述焦化废料的焦粉颗粒的粒径小于等于2毫米。
优选地，所述焦化废料与所述轧钢油泥的掺入质量比为1:1。
优选地，所述白云石与所述石灰石的掺入质量比为1:1。
优选地，所述木质素磺酸钠与所述聚丙烯酰胺的掺入质量比为2:1。
本申请还提供一种还原剂的合成方法，用于合成上述的还原剂，所述合成方法包括：
将所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺按比例计量称重；
将称重后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺干燥至含水率<1％；
将干燥后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺投入密闭混拌系统中，搅拌，获得所述还原剂。
优选地，所述将干燥后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺投入密闭混拌系统中，搅拌，获得所述还原剂，具体为：
将干燥后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺同时投入密闭混拌系统中，搅拌，获得所述还原剂。
本申请有益效果如下：
本申请的还原剂的原材料大部分来自工业废渣焦化废料，做到资源的二次循环，同时将轧钢油泥的掺入可以有效降低系统粉尘的排放，减少二次污染。而聚丙烯酰胺与木质素磺酸钠则需购买工业成品，采用分子量为30000～50000的聚丙烯酰胺，以保证处理效果的同时控制生产成本。
本申请的还原剂的原材料大部分来自工业废渣焦化废料，其他各种药剂易得、成本低，降低了生产钢铁的成本，适用于在钢铁冶金企业大量推广，同时直接利用工业废渣焦炭废料，做到资源的二次循环和清洁生产，因此，本申请不仅解决冶金企业焦化厂废焦粉排放引起的污染问题，而且还提供一种稳定性好、生产成本低、安全系数高、性能优异、实施方便简单、适用于大规模使用的直接还原铁生产用高效还原剂，实现的降低成本，还达到了以废治废的技术效果。
本申请的还原剂是钢铁冶金生产中用量较大的一种原料，该还原剂的使用可以有效降低钢铁冶金系统污染物的排放量，同时其反应时间短，用量少，可以有效提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为本申请一较佳实施方式一种还原剂的合成方法的流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种还原剂及其合成方法，解决了现有技术中钢铁行业采用煤炭为主要原料的炭基还原剂，导致生产钢铁的成本较高的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为上述技术问题，总体思路如下：
本申请提供一种还原剂，所述还原剂的组分的质量百分比为：
焦化废料40％～45％、轧钢油泥40％～45％、石灰石5％～10％、白云石5％～10％，木质素磺酸钠1％～2％、分子量为30000～50000聚丙烯酰胺0.1％～1％；
其中，所述焦化废料的固定碳含量≥80％、含硫量小于0.30％；所述石灰石的碳酸钙≥50％、含硫量小于0.10％；所述白云石的碳酸镁≥60％、含硫量小于0.10％。
一种还原剂的合成方法，用于合成上述的还原剂，所述合成方法包括：
将所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺按比例计量称重；
将称重后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺干燥至含水率<1％；
将干燥后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺投入密闭混拌系统中，搅拌，获得所述还原剂。
本申请的还原剂的原材料大部分来自工业废渣焦化废料，其他各种药剂易得、成本低，降低了生产钢铁的成本，适用于在钢铁冶金企业大量推广，同时直接利用工业废渣焦炭废料，做到资源的二次循环和清洁生产，因此，本申请不仅解决冶金企业焦化厂废焦粉排放引起的污染问题，而且还提供一种稳定性好、生产成本低、安全系数高、性能优异、实施方便简单、适用于大规模使用的直接还原铁生产用高效还原剂，实现的降低成本，还达到了以废治废的技术效果。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
为了解决现有技术中钢铁行业采用煤炭为主要原料的炭基还原剂，导致生产钢铁的成本较高的技术问题，本申请提供一种还原剂。
所述还原剂的组分的质量百分比为：焦化废料40％～45％、轧钢油泥40％～45％、石灰石5％～10％、白云石5％～10％，木质素磺酸钠1％～2％、分子量为30000～50000聚丙烯酰胺0.1％～1％，其中，所述焦化废料的固定碳含量≥80％、含硫量小于0.30％；所述石灰石的碳酸钙≥50％、含硫量小于0.10％；所述白云石的碳酸镁≥60％、含硫量小于0.10％。
具体地，为了提升还原剂的性能，所述焦化废料的焦粉颗粒的粒径小于等于2毫米。
另外，为了提升所述焦化废料的焦粉的气化速度，以及在热反应过程中的催化效率，优选地，所述焦化废料与所述轧钢油泥的掺入质量比为1:1。
所述白云石与所述石灰石的掺入质量比为1:1，所述木质素磺酸钠与所述聚丙烯酰胺的掺入质量比为2:1。
本申请还提供一种上述还原剂的合成方法，用于合成上述还原剂，如图1所示，所述合成方法包括以下步骤：
步骤110；将所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺按比例计量称重；
步骤120；将称重后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺干燥至含水率<1％；
步骤130；将干燥后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺投入密闭混拌系统中，搅拌，获得所述还原剂。
为了提升还原剂的性能，所述步骤130具体为，将干燥后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺同时投入密闭混拌系统中，搅拌，获得所述还原剂。
发明人对转化处理的组分进行了深入研究，获得了本还原剂的配方。所述还原剂的各个组分的作用和机理分析如下：
焦化废料：还原剂主要功能提供者。炭基还原剂的主要功能成分是废焦粉中的固定碳，本品以细颗粒焦粉为主要原料，可以取得快速气化的效果，达到提供反应速度的目的，焦化废料掺入量与还原剂整体性能密切相关。
轧钢油泥：轧钢油泥与废焦粉组合使用，组成整个体系的高效还原体系。轧钢油泥中的油相可以很好的对焦化废料中的废旧焦粉起到粘连和球聚作用，在热反应过程中又是热源和催化剂，在焦粉快速气化过程中有着不可替代的作用，焦化废料掺入量按照与轧钢油泥1：1选取。
石灰石：石灰石是系统脱硫剂和矿化剂，在热反应过程中可以有效改善还原剂的冶金性能和热反应性。其掺量低于5％，系统脱硫不彻底会引起二次污染，矿化效果也会较差，其掺量高于10％，还原剂冶金性能会差，系统排放粉尘量会增加，系统反应速度也下降明显。
白云石：白云石也是系统脱硫剂和矿化剂，在热反应过程中可以有效改善还原剂的冶金性能和热反应性，对热工性能具有一定的改善和调节作用。其掺量低于5％，系统脱硫不彻底会引起二次污染，矿化效果也会较差，其掺量高于10％，还原剂冶金性能会差，系统排放粉尘量会增加，系统反应速度也下降明显，白云石与石灰石组合使用，最优方式按照1：1比例选取。
木质素磺酸钠：主要起分散作用，能降低表面张力，促进各种有效成分在体系中的分散效果。木质素磺酸钠含量低于1％，降低表面张力不明显，含量高于2％，导致系统中粘度增加，影响反应物料粘接的均匀性，且成本增加。
分子量为30000～50000聚丙烯酰胺：主要表面活性剂，与木质素磺酸钠配合使用，两者重量比1：2进行控制。
经实践证明，使用本申请的还原剂，相对于现有的还原剂，可以缩短还原时间40％，提高生产效率约50％以上，使用本发明的还原剂可以节约还原剂用量40％以上，可以大幅度的降低生产成本，并且使用本还原剂的直接还原铁生产系统排气出口全部满足国家排放标准《GB5085-2007》阈值。
另外，本申请的还原剂的合成方法简单方便，成本低廉，有利于大规模生产，且在使用时，直接将本申请的还原剂按比例加入铁矿粉或者铁矿石中即可，因此，使用本申请的还原剂的方法也简单，操作易行，适合大规模推广应用。
本申请的还原剂的原材料大部分来自工业废渣焦化废料，做到资源的二次循环，同时将轧钢油泥的掺入可以有效降低系统粉尘的排放，减少二次污染。而聚丙烯酰胺与木质素磺酸钠则需购买工业成品，采用分子量为30000～50000的聚丙烯酰胺，以保证处理效果的同时控制生产成本。
本申请的还原剂的原材料大部分来自工业废渣焦化废料，其他各种药剂易得、成本低，降低了生产钢铁的成本，适用于在钢铁冶金企业大量推广，同时直接利用工业废渣焦炭废料，做到资源的二次循环和清洁生产，因此，本申请不仅解决冶金企业焦化厂废焦粉排放引起的污染问题，而且还提供一种稳定性好、生产成本低、安全系数高、性能优异、实施方便简单、适用于大规模使用的直接还原铁生产用高效还原剂，实现的降低成本，还达到了以废治废的技术效果。
本申请的还原剂是钢铁冶金生产中用量较大的一种原料，该还原剂的使用可以有效降低钢铁冶金系统污染物的排放量，同时其反应时间短，用量少，可以有效提高生产效率，降低生产成本。
通过对还原剂的组分进行了深入研究，精选出三个组份，解决市场需求以及工业废物资源化利用的问题，提供一种使用效果好、生产成本低、设备条件要求低、不造成二次污染的的环境友好型炭基还原剂。
还原剂的制备：
按照成分配方及质量百分比：焦化废料40％～45％、轧钢油泥40％～45％、石灰石5％～10％、白云石5％～10％，木质素磺酸钠1％～2％、分子量为30000～50000聚丙烯酰胺0.1％～1％，上述组分合计100％。所述聚丙烯酰胺的分子量为30000～50000。首先将各组分按比例计量承重，待用。按原料配比同时将投入密闭混拌系统，拌合均匀，即可。所述还原剂1-3中组分及配比参见表1：
表1
将还原剂用于某制铁渐进式循环闭合加热炉生产直接还原铁线，记录生产制度关键参数及尾气排放如下表2所示：
表2
现有技术中的还原剂的参数如表3所示：
表3
有上述数据可知，使用本申请的还原剂，相对于现有的还原剂，可以节约还原剂用量40％以上，可以缩短还原时间40％以上，提高生产效率约50％以上，可以大幅度的降低生产成本。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种还原剂，其特征在于，所述还原剂的组分的质量百分比为：
焦化废料40％～45％、轧钢油泥40％～45％、石灰石5％～10％、白云石5％～10％，木质素磺酸钠1％～2％、分子量为30000～50000聚丙烯酰胺0.1％～1％；
其中，所述焦化废料的固定碳含量≥80％、含硫量小于0.30％；所述石灰石的碳酸钙≥50％、含硫量小于0.10％；所述白云石的碳酸镁≥60％、含硫量小于0.10％。
2.如权利要求1所述的还原剂，其特征在于，所述焦化废料的焦粉颗粒的粒径小于等于2毫米。
3.如权利要求1所述的还原剂，其特征在于，所述焦化废料与所述轧钢油泥的掺入质量比为1:1。
4.如权利要求1或3所述的还原剂，其特征在于，所述白云石与所述石灰石的掺入质量比为1:1。
5.如权利要求4所述的还原剂，其特征在于，所述木质素磺酸钠与所述聚丙烯酰胺的掺入质量比为2:1。
6.一种还原剂的合成方法，用于合成如权利要求1-5中任一所述的还原剂，其特征在于，所述合成方法包括：
将所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺按比例计量称重；
将称重后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺干燥至含水率<1％；
将干燥后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺投入密闭混拌系统中，搅拌，获得所述还原剂。
7.如权利要求6所述的合成方法，其特征在于，所述将干燥后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺投入密闭混拌系统中，搅拌，获得所述还原剂，具体为：
将干燥后的所述焦化废料、所述轧钢油泥、所述石灰石、所述白云石、所述木质素磺酸钠和所述聚丙烯酰胺同时投入密闭混拌系统中，搅拌，获得所述还原剂。
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