CN112899052B - 阻氢剂及配入大比例高挥发性烟煤生产焦炭的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于焦炭生产的阻氢剂，由以下质量百分比的组分组成：B12C345％～60％、Al粉15％～25％、硅钙粉20％～40％、钛粉0～10％。还公开了一种配入大比例高挥发性烟煤在阻氢剂的作用下生产高质量冶金焦炭的方法，炼焦配合煤中配有大比例高挥发性烟煤，炼焦配合煤中含有重量百分比40～55％的高挥发性烟煤，高挥发性烟煤为气煤、气肥煤和1/3焦煤中的一种、或两种或三种按任意比例混合的混合料；在炼焦配合煤中添加所述的阻氢剂，然后生产焦炭，阻氢剂添加量为配合煤重量的0.2％～2％。采用本发明阻氢剂和方法，可显著提高焦炭的热态和冷态强度，并且使其强度指标达到国家一级冶金焦标准。

Description

阻氢剂及配入大比例高挥发性烟煤生产焦炭的方法
技术领域
本发明涉及煤炭加工技术领域，具体涉及一种阻氢剂及配入大比例高挥发性烟煤在阻氢剂的作用下生产高质量冶金焦炭的方法。
背景技术
焦炭因其在高温下仍有较强的机械强度，为此成为了高炉炼铁必不可少的料柱原料以保证高炉的顺行。但随着高炉大型化和强化冶炼的发展，对焦炭质量的要求也不断的提升。通常焦炭的质量主要取决于炼焦配合煤的质量，炼焦配合煤中优质炼焦煤—中等挥发分的炼焦煤(肥煤和25号焦煤)含量越多，焦炭质量越好。因此为了满足大型高炉的需求，通常炼焦配合煤中肥煤和25号焦煤的配比在55％以上。然而肥煤和25号焦煤的资源储量不到总炼焦煤资源储量的35％，这势必导致优质炼焦煤价格的提升以及炼焦工业的不可持续发展。同时这些优质炼焦煤往往含有较高的硫和灰分含量，这将导致其所制焦炭中硫和灰分含量较高。然而在高炉炼铁中所用焦炭的硫含量每增加0.1％，需要增加焦比2％，降低生铁产量3％；并且焦炭的灰分含量每增加1％，需要增加焦比2％，降低生铁产量3％。这些现象也表明高比例的添加优质炼焦煤去生产高强度冶金焦炭是不经济的。
高挥发性烟煤，主要指处于炼焦煤阶段的气煤、气肥煤和1/3焦煤，这类煤粉通常含有较低的硫含量和灰分含量，并且其资源储量占据了整个炼焦煤资源储量的50％以上，使得这类炼焦煤的价格明显低于以上优质炼焦煤。然而为了满足大型高炉对焦炭的质量需求，通常这类煤粉在炼焦配合煤中的配比被限制在30％以下，这与其资源储量严重失衡。这主要是因为以上高挥发性烟煤在炭化的塑性阶段能形成大量的液相，但在炼焦配合煤中大量的使用这类煤，将导致配合煤塑性阶段可用于稳定这些液相的可转移氢数量严重不足，为此大量的液相将提前固化成小分子片段，随后发展为焦炭中的无定型碳；同时以上固化过程将产生大量的气体使得焦炭气孔和裂纹增加；焦炭中无定型碳含量、气孔和裂纹的增加，将导致焦炭对 CO2的反应性增加，使得焦炭的反应后强度下降。因此，添加大比例的高挥发性烟煤(>40％) 生产高质量冶金焦炭的方法未见到报道。
综上，在炼焦配合煤中添加大比例的高挥发性烟煤(>40％)，减少优质炼焦煤在配合煤中的含量，有利于显著较低焦炭成本和焦炭中硫含量与灰分含量。但是直接利用以上特性的配合煤炼焦，所得焦炭的热态强度指数(CRI和CSR)将急剧恶化，不利于这类焦炭在大中型高炉中使用。为此，探索一种能够减少高挥发性烟煤炭化过程中可转移氢消耗的阻氢剂，同时添加这类添加剂到配有大比例高挥发性烟煤的配合煤中去生产高质量冶金焦炭具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的之一是针对上述问题，提供一种能够减少高挥发性烟煤炭化过程中可转移氢消耗的阻氢剂，所述阻氢剂能阻碍炼焦配合煤炭化塑性阶段可转移氢的消耗，由以下质量百分比的组分组成：B12C345％～60％、Al粉15％～25％、硅钙粉20％～40％、钛粉0～10％。
优选地，所述阻氢剂由以下质量百分比的组分组成：B12C345％～60％、Al粉15％～25％、硅钙粉20％～35％、钛粉0～5％。
优选地，所述阻氢剂由以下质量百分比的组分组成：B12C345％～60％、Al粉15％～25％、硅钙粉20％～35％、钛粉5～10％。
本发明的阻氢剂能够阻碍低阶烟煤炭化塑性阶段可转移氢的消耗。
本发明的另一目的是提供一种配入大比例高挥发性烟煤在阻氢剂的作用下生产高质量冶金焦炭的方法，炼焦配合煤中配有大比例高挥发性烟煤，所述炼焦配合煤中含有重量百分比 40～55％的高挥发性烟煤，所述高挥发性烟煤为气煤、气肥煤和1/3焦煤中的一种、或两种或三种按任意比例混合的混合料；在炼焦配合煤中添加上述任一的阻氢剂，然后生产焦炭，阻氢剂添加量为配合煤重量的0.2％～2％。
具体地，在炼焦配合煤中加入阻氢剂后具体采用常规捣固炼焦方法生产焦炭。
在上述技术方案中，所述炼焦配合煤中还含有重量百分比30～35％的优质炼焦煤，所述优质炼焦煤为肥煤和25号焦煤中的一种或两种按任意比例的混合物。
在所述炼焦配合煤中，除高挥发性烟煤和优质炼焦煤外，余量为瘦煤。
采用本发明的阻氢剂，将其和炼焦配合煤混合均匀后根据常规的捣固炼焦方法控制配合煤的水分含量和捣固密度，通过二者共炭化炼焦煤生产高质量焦炭，提高焦炭的热态和冷态强度。
本发明中涉及的本技术领域专用术语解释如下：
焦煤
焦煤(coking coal)也称冶金煤，又名主焦煤。是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤，焦煤在中国煤炭分类国家标准中，是对煤化度较高，结焦性好的烟煤的称谓。
气煤：含挥发分含量>37％，且炭化过程中能形成粘结性液相。
肥煤：含挥发分为26-35％，主要用于炼焦。
气肥煤：是一种挥发分和胶质层都很高的强粘结性肥煤类，有的称为液肥煤。炼焦性能介于肥煤和气煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学产品。
瘦煤：含挥发分为12-18％，多用于炼焦或用作气化的原料。
1/3焦煤、25号焦煤：均为本技术领域中按国标划分的煤种，可商购获得。
本发明的有益效果是：
1.通过在配煤中添加大比例的高挥发性烟煤，同时减少优质炼焦煤的配比，可显著降低炼焦成本，同时有助于生产低硫含量和低灰分含量的焦炭，以及炼焦工业的可持续发展。
2.通过向以上配合煤中配加阻氢剂，可显著提高焦炭的热态和冷态强度，并且使强度指标达到国家一级冶金焦标准。
3.综合1和2可知，本发明能生产低成本、低硫和低灰，然而高强度的国家一级冶金焦炭，并且本发明能充分的发挥高挥发性烟煤的资源优势，同时有助于推动炼焦工业高效低成本的可持续发展。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。
下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。
原料来源：
气煤、肥煤、25号焦煤、气肥煤、瘦煤、1/3焦煤：所有试验煤种均取自新疆，煤样粒度<3mm。
B12C3(碳化硼)、Al粉、硅钙粉和钛粉均采购于重庆大学化学药品购买平台，这些样品的纯度>95％，粒度<150目。
本发明实施例中涉及到的焦炭质量分析采用的方法为：焦炭工业分析标准GB/T2001-2013用于检测焦炭中灰分含量；焦炭全硫分析标准GB/T 1996-2017用于检测焦炭中硫含量；焦炭热态强度分析标准GB/T 2286-2017用于检测焦炭的热态强度(CRI和CSR)；焦炭机械强度分析标准GB/T 2006-2008用于检测焦炭的冷态强度(M25和M10)。
对照例和各实施例中的配合煤配比为重量比。
各实施例中阻氢剂添加量指阻氢剂占配合煤的重量比，阻氢剂与配合煤均匀混合后按照常规的捣固炼焦方法共炭化炼焦，生产的焦炭记为阻氢焦炭。
对照例
对照例为常见大型高炉所用焦炭的生产方案，该实施例的目的是为下文中的各实施例的实施方案提供对比参数，该方案所得焦炭记为基准焦炭。
配合煤配比：气煤25％、肥煤25％、25号焦煤35％、瘦煤15％。
焦炭由常规捣固炼焦方式生产。
焦炭质量指标：Ad：13.12％；St,d：0.95％；M10：6.9％；
M25：92.1％；CRI：27.6％；CSR：60.2％。
实施例1
配合煤配比：气煤40％、25号焦煤35％、瘦煤25％。
阻氢剂配比：B12C360％、Al粉15％、硅钙粉20％、钛粉5％。
阻氢剂添加量1wt.％，阻氢剂与配合煤均匀混合后按照常规的捣固炼焦方法共炭化炼焦，生产的焦炭记为阻氢焦炭。为了检测阻氢剂的效果，空白焦炭(不加阻氢剂，配煤比为实施例1配比)也被生产了，以下所有实施例均按照本设计呈现，后文不做重复阐述，即后文中的空白焦炭均为相应实施例下不加阻氢剂的焦炭。
本实施方案下空白焦炭与阻氢焦炭质量对比见下表1：
表1.实施例1中焦炭质量分析表
Figure BDA0002909948770000041
由表1和基准焦炭质量指标可知，实施例1下的空白焦炭虽然硫含量和灰含量低于基准焦炭，但是热态强度和冷态强度指标明显恶化，该类焦炭不适用于大型高炉(>1000m3)。但是在阻氢剂的作用下，实施例1中阻氢焦炭的热态和冷态强度明显改善(M10下降2.3％， M25提升8.3％，CRI下降12.9％，CSR提升17.4％)，虽略低于基准焦炭指标，但能满足一级冶金焦标准，同时阻氢焦炭也维持了低硫、低灰的特性。
实施例2
配合煤配比：气肥煤40％、肥煤10％、25号焦煤20％、瘦煤30％。
阻氢剂配比：B12C360％、Al粉15％、硅钙粉20％、钛粉5％。
阻氢剂添加量1wt.％。
本实施方案下空白焦炭与阻氢焦炭质量对比见下表2：
表2.实施例2中焦炭质量分析表
Figure BDA0002909948770000051
由表2和基准焦炭质量指标可知，实施例2下的空白焦炭虽然硫含量和灰含量低于基准焦炭，但是热态强度和冷态强度指标明显恶化，该类焦炭不适用于大型高炉(>1000m3)。但是在阻氢剂的作用下，实施例2中阻氢焦炭的热态和冷态强度明显改善(M10下降2.9％， M25提升10.9％，CRI下降14.1％，CSR提升18.8％)，虽略低于基准焦炭指标，但能满足一级冶金焦标准，同时阻氢焦炭也维持了低硫、低灰的特性。
实施例3
配合煤配比：1/3焦煤45％、肥煤20％、25号焦煤10％、瘦煤25％。
阻氢剂配比：B12C360％、Al粉15％、硅钙粉20％、钛粉5％。
阻氢剂添加量1wt.％。
本实施方案下空白焦炭与阻氢焦炭质量对比见下表3：
表3.实施例3中焦炭质量分析表
Figure BDA0002909948770000052
由表3和基准焦炭质量指标可知，实施例3下的空白焦炭虽然硫含量和灰含量低于基准焦炭，但是热态强度和冷态强度指标明显恶化，该类焦炭不适用于大型高炉(>1000m3)。但是在阻氢剂的作用下，实施例3中阻氢焦炭的热态和冷态强度明显改善(M10下降1.7％， M25提升8.5％，CRI下降13.8％，CSR提升18.7％)，虽略低于基准焦炭指标，但能满足一级冶金焦标准，同时阻氢焦炭也维持了低硫、低灰的特性。
实施例4
配合煤配比：1/3焦煤55％、肥煤35％、瘦煤10％。
阻氢剂配比：B12C360％、Al粉15％、硅钙粉20％、钛粉5％。
阻氢剂添加量1wt.％。
本实施方案下空白焦炭与阻氢焦炭质量对比见下表4：
表4.实施例4中焦炭质量分析表
Figure BDA0002909948770000061
由表4和基准焦炭质量指标可知，实施例4下的空白焦炭虽然硫含量和灰含量低于基准焦炭，但是热态强度和冷态强度指标明显恶化，该类焦炭不适用于大型高炉(>1000m3)。但是在阻氢剂的作用下，实施例4中阻氢焦炭的热态和冷态强度明显改善(M10下降2.2％， M25提升10.9％，CRI下降12.4％，CSR提升18.8％)，虽略低于基准焦炭指标，但能满足一级冶金焦标准，同时阻氢焦炭也维持了低硫、低灰的特性。
实施例5
配合煤配比：气煤55％、肥煤32.5％、瘦煤12.5％。
阻氢剂配比：B12C345％、Al粉25％、硅钙粉20％、钛粉10％。
阻氢剂添加量2wt.％。
本实施方案下空白焦炭与阻氢焦炭质量对比见下表5：
表5.实施例5中焦炭质量分析表
Figure BDA0002909948770000062
由表5和基准焦炭质量指标可知，实施例5下的空白焦炭虽然硫含量和灰含量低于基准焦炭，但是热态强度和冷态强度指标明显恶化，该类焦炭不适用于大型高炉(>1000m3)。但是在阻氢剂的作用下，实施例5中阻氢焦炭的热态和冷态强度明显改善(M10下降2.1％， M25提升10.7％，CRI下降12.3％，CSR提升18.4％)，虽略低于基准焦炭指标，但能满足一级冶金焦标准，同时阻氢焦炭也维持了低硫、低灰的特性。
实施例6
配合煤配比：气肥煤55％、25号焦煤32.5％、瘦煤12.5％。
阻氢剂配比：B12C352.5％、Al粉20％、硅钙粉27.5％。
阻氢剂添加量0.2wt.％。
本实施方案下空白焦炭与阻氢焦炭质量对比见下表6：
表6.实施例6中焦炭质量分析表
Figure BDA0002909948770000071
由表6和基准焦炭质量指标可知，实施例6下的空白焦炭虽然硫含量和灰含量低于基准焦炭，但是热态强度和冷态强度指标明显恶化，该类焦炭不适用于大型高炉(>1000m3)。但是在阻氢剂的作用下，实施例6中阻氢焦炭的热态和冷态强度明显改善(M10下降2.5％， M25提升11.3％，CRI下降13.1％，CSR提升18.2％)，虽略低于基准焦炭指标，但能满足一级冶金焦标准，同时阻氢焦炭也维持了低硫、低灰的特性。
实施例7
配合煤配比：1/3焦煤47.5％、肥煤20％、25号焦煤12.5％、瘦煤20％。
阻氢剂配比：B12C352.5％、Al粉20％、硅钙粉20％、钛粉7.5％。
阻氢剂添加量1wt.％。
本实施方案下空白焦炭与阻氢焦炭质量对比见下表7：
表7.实施例7中焦炭质量分析表
Figure BDA0002909948770000072
由表7和基准焦炭质量指标可知，实施例7下的空白焦炭虽然硫含量和灰含量低于基准焦炭，但是热态强度和冷态强度指标明显恶化，该类焦炭不适用于大型高炉(>1000m3)。但是在阻氢剂的作用下，实施例7中阻氢焦炭的热态和冷态强度明显改善(M10下降2％，M25提升7.6％，CRI下降12.4％，CSR提升15.9％)，虽略低于基准焦炭指标，但能满足一级冶金焦标准，同时阻氢焦炭也维持了低硫、低灰的特性。
实施例8
配合煤配比：气煤25％、气肥煤15％、1/3焦煤15％、肥煤15％、25号焦煤20％、瘦煤10％。
阻氢剂配比：B12C345％、Al粉20％、硅钙粉35％。
阻氢剂添加量1wt.％。
本实施方案下空白焦炭与阻氢焦炭质量对比见下表8：
表8.实施例8中焦炭质量分析表
Figure BDA0002909948770000081
由表8和基准焦炭质量指标可知，实施例8下的空白焦炭虽然硫含量和灰含量低于基准焦炭，但是热态强度和冷态强度指标明显恶化，该类焦炭不适用于大型高炉(>1000m3)。但是在阻氢剂的作用下，实施例8中阻氢焦炭的热态和冷态强度明显改善(M10下降1.6％， M25提升11％，CRI下降9.1％，CSR提升17.2％)，虽略低于基准焦炭指标，但能满足一级冶金焦标准，同时阻氢焦炭也维持了低硫、低灰的特性。
实施例9
配合煤配比：1/3焦煤47.5％、25号焦煤32.5％、瘦煤20％。
阻氢剂配比：B12C350％、Al粉20％、硅钙粉25％、钛粉5％。
阻氢剂添加量0.5wt.％。
本实施方案下空白焦炭与阻氢焦炭质量对比见下表9：
表9.实施例9中焦炭质量分析表
Figure BDA0002909948770000082
由表9和基准焦炭质量指标可知，实施例9下的空白焦炭虽然硫含量和灰含量低于基准焦炭，但是热态强度和冷态强度指标明显恶化，该类焦炭不适用于大型高炉(>1000m3)。但是在阻氢剂的作用下，实施例9中阻氢焦炭的热态和冷态强度明显改善(M10下降1.5％， M25提升9.2％，CRI下降11.3％，CSR提升17.1％)，虽略低于基准焦炭指标，但能满足一级冶金焦标准，同时阻氢焦炭也维持了低硫、低灰的特性。

Claims (4)

1.一种用于焦炭生产的阻氢剂，所述阻氢剂能阻碍炼焦配合煤炭化塑性阶段可转移氢的消耗，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：B12C3 45%~60%、Al粉 15%~25%、硅钙粉20%~40%、钛粉0~10%。
2.如权利要求1所述的阻氢剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：B12C3 45%~60%、Al粉 15%~25%、硅钙粉20%~35%、钛粉0~5%。
3.如权利要求1所述的阻氢剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：B12C3 45%~60%、Al粉 15%~25%、硅钙粉20%~35%、钛粉5~10%。
4.一种配入大比例高挥发性烟煤在阻氢剂的作用下生产高质量冶金焦炭的方法，其特征在于：炼焦配合煤中配有大比例高挥发性烟煤，所述炼焦配合煤中含有重量百分比40~55%的高挥发性烟煤、重量百分比30~35%的优质炼焦煤、余量为瘦煤，所述高挥发性烟煤为气煤、气肥煤和1/3焦煤中的一种、或两种或三种按任意比例混合的混合料，所述优质炼焦煤为肥煤和25号焦煤中的一种或两种按任意比例的混合物；在炼焦配合煤中添加权利要求1至3任一项所述的阻氢剂，然后采用常规捣固炼焦方法生产焦炭，阻氢剂添加量为配合煤重量的0.2%~2%。
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