CN112280577A - 一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种利用高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，以常见生物质为原料，采用高温干馏法制备生物质焦，并用Ca(NO3)2和Fe(NO3)3溶液浸渍改性生物质焦，干燥，采用冷态破碎的方法将生物质焦加工为合适粒度，代替部分无烟煤，显著降低喷吹物的着火点，降低焦比和生铁冶炼成本。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种高炉喷吹改性生物质焦的制备及加工方法。
背景技术
高炉喷煤技术是一种将烟煤、无烟煤或者二者混合的固体燃料磨粉后，由专门的设备从风口喷入高炉，以取代部分焦炭的高炉强化冶炼技术。该技术可以提高生铁产量，降低炼铁成本，已成为目前降低焦比、强化生产的主流炼铁技术。高炉喷煤技术的主要喷吹物是煤粉，近年来钢铁行业不景气，钢材价格一路下行，煤粉价格却呈现上扬趋势，如何在保证高炉顺行的基础上，降低喷吹成本，已成为业内关注的焦点。
生物质是仅次于煤炭、石油和天然气之后的第四大能源，在整个能源系统中有着重要地位。其具有可再生、低污染和资源丰富等特点，是一种清洁型燃料。但在我国，除了木材和竹材应用较广外，以秸秆、糠壳为代表的农业废弃物利用率却很低。以秸秆为例，我国年产秸秆约7亿吨，传统的焚烧方法会产生大量烟雾污染环境，还严重浪费了宝贵的生物质资源。高炉冶炼过程中需要大量热量，生物质主要是由碳氢化合物组成，挥发分含量高，着火点较低，以其作为助燃剂加入到高炉中，能够有效发挥生物质能源所蕴含的热能和化学能，降低煤粉用量。在高炉喷煤过程中加入适量生物质，还能有效的避免有毒气体和粉尘的产生，在实现废弃物利用的同时保护环境。
现有技术将废木材冷态破碎筛分，而后选取合适大小的废木材颗粒在高炉风口处与煤粉混合，喷入高炉内部，有效的消除了固体废弃物，弥补了目前高炉喷煤添加剂的不足。但木材颗粒即使在干燥后仍含有一定的水，且挥发分较高，木材颗粒进入高炉后，首先吸收热量使水分和挥发分分解，造成热量的浪费。同时，木材的热值较低，添加量不宜过高。
现有技术还将兰炭、无烟煤与烟煤按比例混合后从高炉风口喷入，用部分兰炭代替无烟煤，加大了兰炭的利用力度，提高了兰炭产业综合效益。但兰炭资源在我国分布极为不均，生产地大多集中在中西部地区，而大中型钢厂则大多分布在华北和华东地区，造成其运输成本较高，提高了兰炭的喷吹成本，最终导致其工业应用困难。
综上所述，生物质蕴含着丰富的热能和化学能，同时生物质的价格比煤、兰炭的价格低很多，因此高炉喷吹生物质可以大幅降低生铁冶炼成本。但直接喷吹生物质，其热能转化率较低，容易造成热能浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)清洗并干燥生物质原料；
(2)将干燥后的生物质高温干馏，制得生物质焦；
(3)将干馏得到的生物质焦，分别采用Ca(NO3)2和Fe(NO3)3溶液浸渍处理；
(4)煅烧步骤(3)制得的产物
(5)将上述煅烧后的改性生物质焦用冷态破碎机进行破碎、筛分，获得用于高炉喷吹的生物质焦的原料。
进一步，步骤(1)中，所述生物质原料选自糠壳、花生壳、秸秆其中一种或几种混合为原料。
进一步，步骤(1)中，采用恒温120℃对清洗后的生物质原料干燥2h。
进一步，步骤(2)中，高温干馏过程中，通入惰性气体，在800℃条件下持续进行6小时，制得生物质焦。
进一步，步骤(3)中，Ca(NO3)2溶液浓度为0.8-2.4mol/L、Fe(NO3)3溶液浓度为0.6-1.8mol/L。
进一步，步骤(3)中，经过溶液浸渍，制得CaO和Fe2O3质量分数均为1.0-3.0％的改性生物质焦。
进一步，步骤(4)中，在惰性气体保护下，采用马弗炉内进行煅烧。
进一步，步骤(4)中，煅烧温度为550℃，煅烧时间为4小时，煅烧后，自然冷却。
进一步，步骤(5)中，将上述煅烧后的改性生物质焦用冷态破碎机进行破碎。
进一步，步骤(5)中，对破碎好的生物质焦颗粒进行分层筛分，得到1-2目、2-4目或6-10目的生物质焦颗粒。
与现有喷煤助燃剂相比，本发明有如下优势：
(1)本发明所采用的生物质均为常见农业废弃物，采用该方法不仅有效解决了农村废弃物处理和环境污染问题，同时能够降低炼铁焦比，提高钢铁企业生产利润。
(2)采用干馏工序生产的生物质焦原料，热值大幅提升。根据测定，玉米秸秆的干基高位热值约为16.68MJ/Kg，经过高温干馏后热值高达25.68MJ/kg，有效的降低了生物质的挥发分和水分，提高了生物质的配入量，降低焦比。
(3)制得的生物质焦燃烧率高，该方法制备的改性生物质焦对煤粉的助燃效果明显，且钙、铁的引入不会给高炉冶炼带来额外负担。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
该实施例是在2000m3高炉上进行工业试验得出。
采用糠壳、花生壳和秸秆混合制备生物质焦，其质量分别占总质量的30％、20％和50％。
(1)将上述生物质用清水洗净表面泥土，自然风干，得到清理好的生物质原料；
(2)将上述生物质原料放入干燥箱中在120℃条件下恒温干燥2h；
(3)将干燥后的生物质放入电阻管式炉中进行高温干馏，干馏过程中通入氮气，在800℃条件下持续6小时，得到生物质焦；
(4)将干馏得到的生物质焦，分别采用浓度为0.8mol/L的Ca(NO3)2和0.6mol/L的Fe(NO3)3溶液浸渍制得CaO和Fe2O3质量分数均为1.0％的改性生物质焦，将该改性生物质焦在N2保护的马弗炉内550℃煅烧4小时，自然冷却，待用。
(5)将上述改性生物质焦，用冷态破碎机进行破碎，并对破碎好的生物质焦颗粒进行分层筛分，筛选目数为1-2目的生物质焦颗粒。
以上述高炉喷吹生物质焦的原料。添加量为煤粉质量的8％，CaO改性的生物质焦降低煤粉着火点2.5℃，Fe2O3改性的生物质焦降低煤粉着火点10.2℃，与煤粉混合后从高炉风口喷入，高炉煤比平均分别提高了12.4kg/t和15.7kg/t，焦比平均分别下降14.2kg/t和16.2kg/t。
实施例2：
该实施例是在2000m3高炉上进行工业试验得出。
采用糠壳、花生壳和秸秆制备的生物质焦，其质量分别占总质量的45％、25％和30％。
(1)将收集到的生物质用清水洗净表面泥土，自然风干，得到清理好的生物质原料；
(2)将上述生物质原料放入干燥箱中在120℃条件下恒温干燥2h；
(3)将干燥后的生物质放入电阻管式炉中进行高温干馏，干馏过程中通入氮气，在800℃条件下持续6小时，得到生物质焦；
(4)将干馏得到的生物质焦，分别采用浓度为1.6mol/L的Ca(NO3)2和1.2mol/L的Fe(NO3)3溶液浸渍制得CaO和Fe2O3质量分数均为2％的改性生物质焦，将该改性生物质焦在N2保护的马弗炉内550℃煅烧4小时，自然冷却，待用。
(5)将上述改性生物质焦，用冷态破碎机进行破碎，并对破碎好的生物质焦颗粒进行分层筛分，筛选目数为2-4目的生物质焦颗粒，以此作为高炉喷吹生物质焦的原料。添加量为煤粉质量的8％，CaO改性的生物质焦降低煤粉着火点2.7℃，Fe2O3改性的生物质焦降低煤粉着火点10.8℃，与煤粉混合后从高炉风口喷入，高炉煤比平均提高了13.2kg/t和16.1kg/t，焦比平均下降16.3kg/t和18.4kg/t。
实施例3：
该实施例是在2000m3高炉上进行工业试验得出。
采用糠壳、花生壳和秸秆制备的生物质焦，其质量分别占总质量的25％、40％和35％。
(1)将收集到的生物质用清水洗净表面泥土，自然风干，得到清理好的生物质原料；
(2)将上述生物质原料放入干燥箱中在120℃条件下恒温干燥2h；
(3)将干燥后的生物质放入电阻管式炉中进行高温干馏，干馏过程中通入氮气，在800℃条件下持续6小时，得到生物质焦；
(4)将干馏得到的生物质焦，分别采用浓度为2.4mol/L的Ca(NO3)2和1.8mol/L的Fe(NO3)3溶液浸渍制得CaO和Fe2O3质量分数为3.0％的改性生物质焦，将该改性生物质焦在N2保护的马弗炉内550℃煅烧4小时，自然冷却，待用。
(5)将上述改性生物质焦，用冷态破碎机进行破碎，并对破碎好的生物质焦颗粒进行分层筛分，筛选目数为6-10目的生物质焦颗粒，以此作为高炉喷吹生物质焦的原料。添加量为煤粉质量的8％，CaO改性的生物质焦降低煤粉着火点3.0℃，Fe2O3改性的生物质焦降低煤粉着火点13.8℃，与煤粉混合后从高炉风口喷入，高炉煤比平均提高了14.4kg/t和17.5kg/t，焦比平均下降18.0kg/t和18.8kg/t。
Claims (10)
1.一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)清洗并干燥所述生物质原料；
(2)将干燥后的生物质高温干馏，制得生物质焦；
(3)将干馏得到的生物质焦，采用Ca(NO3)2和Fe(NO3)3溶液浸渍处理；
(4)煅烧步骤(3)制得的产物
(5)将上述煅烧后的改性生物质焦用冷态破碎机进行破碎、筛分，获得用于高炉喷吹的生物质焦的原料。
2.根据权利要求1所述的一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于：
步骤(1)中，所述生物质原料选自糠壳、花生壳、秸秆其中一种或几种混合为原料。
3.根据权利要求1或2所述的一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于：步骤(1)中，采用恒温120℃对清洗后的生物质原料干燥2h。
4.根据权利要求1或3所述的一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于：步骤(2)中，高温干馏过程中，通入惰性气体。
5.根据权利要求1或4所述的一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于：步骤(2)中，在800℃条件下持续进行6小时，制得生物质焦。
6.根据权利要求1或5所述的一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于：步骤(4)中，在惰性气体保护下煅烧。
7.根据权利要求1或6所述的一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于：步骤(4)中，采用马弗炉内进行煅烧。
8.根据权利要求1或7所述的一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于：步骤(4)中，煅烧温度为550℃，煅烧时间为4小时，煅烧后，自然冷却。
9.根据权利要求1或8所述的一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于：步骤(5)中，将上述煅烧后的改性生物质焦用冷态破碎机进行破碎。
10.根据权利要求1或9所述的一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，其特征在于：步骤(5)中，对破碎好的生物质焦颗粒进行分层筛分，得到1-2目、2-4目或6-10目的生物质焦颗粒。
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