一种炼钢过程中提高焦炭热效应的工艺

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一种炼钢过程中提高焦炭热效应的工艺\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种炼钢过程中提高焦炭热效应的工艺。\n背景技术\n[0002] 焦炭是炼铁极为重要的原燃料，它既是发热剂、还原剂，也是渗碳剂，更为重要的是，它是支撑高炉炉内原料的骨架，保证料柱的透气透液性能。但由于优质炼焦煤资源短缺，焦炭价格较高，占炼铁生产成本的70％左右，焦比也因此成为衡量炼铁技术最重要的指标。为降低焦比，提高经济效益，迫切需要成本低廉的燃料来取代焦炭，高炉喷煤技术就是由此发展而来。\n[0003] 随着工艺技术条件的不断完善及精料水平的不断提高，高炉喷煤技术得到了快速发展，焦比也有较大幅度的下降。但随着焦比的下降及冶炼强度的提高，焦炭支撑高炉炉内原料的作用更加突出，喷煤不仅不能取代焦炭支撑骨架的作用，反而要求其具有更高强度来保证较高的喷吹率。为此，炼铁工作者及炼焦工作者十分关注焦炭的强度指标，尤其是焦炭的反应后强度，得到了前所未有的重视，于是许多提高焦炭热性能的技术应运而生，如提高优质炼焦煤配比、提高配煤质量、捣固炼焦、型煤压块、煤调湿、干熄焦等等。但这些措施都无法回避焦炭质量问题的核心，即焦炭质量取决于优质炼焦煤，为此炼铁工作者研发了焦炭改性(或钝化)技术，期望以其它成本较低的优势资源来代替优质炼焦煤，实现提高焦炭热性能的目的，缓解受制于优质炼焦煤短缺的困境。\n[0004] 焦炭改性即采用能延缓焦炭溶损反应的物质，使焦炭在高炉内反应速度变慢，从而保证其在高炉内的支撑骨架作用，达到降低焦比的目的。目前已知TiO2、B2O3、SiO2能抑制焦炭内溶损反应进行，其中以硼化物效果最好，现有改性剂均在其基础上开发研制。\n[0005] 在钢铁工业中，90％以上的焦炭用于高炉冶炼，焦炭在高炉冶炼过程中不仅起着提供热源、还原剂和渗碳剂的作用，还对高炉料柱起着支撑作用。在高炉冶炼不断强化，焦比大幅度降低的情况下，焦炭作为支撑骨架作用越来越重要，为保证料柱的透气性，不仅要求焦炭有高的冷强度，更要求有高的热强度、抗溶蚀等良好的热态性能，因此，焦炭的热性能指标是焦炭供应的一个重要条件。\n[0006] 焦炭的热性能指标主要表现在反应性和反应后强度两个方面，焦炭的反应性是指焦炭在高温下同CO2反应生成CO的能力，焦炭反应性高会降低焦炭强度，因为气化反应的发展会使焦炭内部气孔壁减薄，加速焦炭破损，产生大量粉末，显著减弱了焦炭的骨架和支撑作用，会引起高炉煤气化学能利用的降低，导致焦比升高。焦炭反应后强度是指反应后的焦炭在机械力和热应力作用下抵抗碎裂和磨损的能力，能充分、准确地反映焦炭在高炉内溶损反应的能力，更能反映出焦炭作为料柱骨架承担负荷大小的能力，反应后强度高的焦炭，其抗碎强度(M40)和抗磨强度(M10)也好，焦炭不容易磨损和破碎。因而降低焦炭反应性，提高反应后强度，对整个钢铁行业有较高的实用价值和经济价值。\n[0007] 我国目前优质炼焦煤资源短缺，大部分是气煤，但气煤在炼焦煤中的比例较大时则炼出焦炭的热性能指标较低，不能满足现代冶炼的需要，因此许多提高焦炭热性能的技术应运而生。\n[0008] 目前，公知的提高焦炭热性能的方法有利用不同的煤质进行配煤、气相热解沉积/气相热解渗透热解炭、在配煤中或焦炭表面上加入钝化剂。利用配煤提高焦炭的热性质对煤质的要求较高，需要优质炼焦煤，这就受制于优质炼焦煤短缺的的困境。中国专利\n03129507.X采用化学气相沉积/化学气相渗透技术，在焦炭表面以及焦炭气孔内气相热解沉积/气相热解渗透热解炭，操作条件复杂，技术还不成熟。\n[0009] 中国专利02113708.0提出用钛白粉、氧化硼和硼酸的混合物或单独用硼酸配成溶液，作为熄焦水熄焦，或在进入焦仓前的运输带上喷洒1-5分钟，改善焦炭热性质；中国专利\n200510017909.9提出另一种焦炭钝化剂，用硼酸、硼砂和细度在500目以下、纯度在98％以上二氧化硅，配制成溶液喷洒在焦炭表面，提高焦炭热性质，这两个专利都是以硼酸为主，导致钝化剂成本较高，且其它成分的成本也较高，原料供应难以保证大规模的工业利用，未能达到以优势资源弥补短缺资源的目的。\n[0010] 中国专利02113708.0提出一种焦炭改性工艺，用钛白粉、氧化硼和硼酸的混合物或单独用硼酸配制成溶液，作为熄焦水熄焦，或在进入焦仓前的运输皮带上喷洒1-5分钟，经过改性处理，改善焦炭热性能。中国专利200510017909.9提出另一种焦炭改性剂，用硼酸、硼砂和细度在500目以下，纯度在98％以上二氧化硅，配制成溶液喷洒在焦炭表面，提高焦炭热性能。上述专利由于硼酸配比都在70％以上，导致改性剂成本较高，且其它配入成分成本也较高、原料供应难以保证大规模工业应用，未能达到以优势资源弥补短缺资源的目的。\n发明内容\n[0011] 本发明的目的在于提出一种焦炭改性的方法。\n[0012] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：\n[0013] 一种炼钢过程中提高焦炭热效应的工艺，该工艺包括以下步骤：\n[0014] (1)、热效应促进剂的制备：将膨润土加入液态水中搅拌，充分胶化；在充分胶化后的膨润土中加入硼酸，搅拌至硼酸完全溶解；将1-2M的盐酸加热，到60-100℃，向盐酸中加入硅铝粉，搅拌30-120分钟，使硅铝粉完全溶解，停止加热冷却到室温，过滤去除残渣；在滤液中加入硼酸膨润土混合液和阳离子表面活性剂，即得所述的焦炭改性剂；所述阳离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠与十八烷基三甲基溴化铵重量比为1:2-10的混合物；\n[0015] (2)、焦炭热效应提高方法：在焦炭使用前，将热效应促进剂剂喷洒到焦炭上，喷洒的量为焦炭重量的20-50％。\n[0016] 膨润土与硼酸混合液中膨润土和硼酸的含量分别为40-50％和10-20％。\n[0017] 所述改性剂中膨润土、硼酸、表面活性剂、硅铝粉的重量含量分别为20-30％、8-\n10％、1-8％、30-50％。\n[0018] 1、由于焦炭本身为多孔性物质，其中存在大量中孔和微孔，本发明的热效应促进剂使用后，由于热效应促进剂中添加有阳离子表面活性剂，利于有效成分向焦炭的微孔和中孔扩散，随着水分的失去，使焦炭的孔隙变小、变少，并且孔隙形状不规则且呈封闭状，热效应促进剂以粒状和片状存在于焦炭的孔隙中，堵塞焦炭的气孔，形成雪花状、网络状的碳化物，既对反应气体形成了屏蔽又加强了自身强度，从而抑制焦炭溶损反应，显著改善焦炭热性能，可使焦炭反应性(CRI)降低6％以上，反应后强度(CSR)提高8％以上，可显著降低高炉冶炼的焦比，每吨铁可节省焦炭20Kg以上，同时可使高炉产量提高3％以上，达到节能减排的目的，符合国家的可持续发展战略，具有较高的经济效益和社会效益。2、本发明焦炭劣化抑制剂的制备方法简单，所使用的原料价格低廉，该抑制剂的成本为其它硼化物系列产品成本的2/3以下，能够大大提高企业的经济效益。\n[0019] 本发明也提供了一种热效应促进剂的应用方法，该方法为通过雾化装置将上述热效应促进剂均匀喷洒在焦炭面，随着水分的失去，膨润土在焦炭孔内固化，减小了焦炭气孔率，因而延缓了反应产物扩散速度；同时膨润土与硼酸反应生成新物质覆盖在焦炭表面及孔壁上，抑制焦炭溶损反应速度。故该改性剂效果显著。\n[0020] 本发明的热效应促进剂由于采用资源丰富、价格低廉的膨润土作为热效应促进剂的主要原料，并将硼酸配比降至50％以下，所以改性剂成本降到现有热效应促进剂成本的\n1/3以下，而且实现了以优势资源向短缺资源转化的目的。\n具体实施方式\n[0021] 实施例1\n[0022] (1)、将100g膨润土加入200ml水中搅拌，充分胶化；在充分胶化后的膨润土中加入\n20g硼酸，搅拌至硼酸完全溶解；将1M的盐酸100ml加热，到60℃，向盐酸中加入硅铝粉50g，搅拌60分钟，硅铝粉完全溶解，停止加热冷却到室温，过滤去除残渣；在滤液中加入100ml硼酸膨润土混合液和阳离子表面活性剂，即得所述的热效应促进剂；所述阳离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠与十八烷基三甲基溴化铵重量比为1:2的混合物；\n[0023] (2)、在焦炭使用前，将所述热效应促进剂喷洒到焦炭上，喷洒的量为焦炭重量的\n50％。\n[0024] 按照国家标准GB/T4000-1996对使用焦炭进行焦炭反应性(CRI)及反应后强度(CSR)测试，显著改善了焦炭的热性能。\n[0025] 实施例2\n[0026] (1)、将200g膨润土加入200ml水中搅拌，充分胶化；在充分胶化后的膨润土中加入\n20g硼酸，搅拌至硼酸完全溶解；将1M的盐酸100ml加热，到60℃，向盐酸中加入硅铝粉100g，搅拌120分钟，硅铝粉完全溶解，停止加热冷却到室温，过滤去除残渣；在滤液中加入100ml硼酸膨润土混合液和阳离子表面活性剂，即得所述的热效应促进剂；所述阳离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠与十八烷基三甲基溴化铵重量比为1的混合物；\n[0027] (2)、在焦炭使用前，将所述热效应促进剂喷洒到焦炭上，喷洒的量为焦炭重量的\n30％。\n[0028] 实施例3\n[0029] (1)、将100g膨润土加入200ml水中搅拌，充分胶化；在充分胶化后的膨润土中加入\n100g硼酸，搅拌至硼酸完全溶解；将1M的盐酸100ml加热，到60℃，向盐酸中加入硅铝粉\n100g，搅拌120分钟，硅铝粉完全溶解，停止加热冷却到室温，过滤去除残渣；在滤液中加入\n100ml硼酸膨润土混合液和阳离子表面活性剂，即得所述的热效应促进剂；所述阳离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠与十八烷基三甲基溴化铵重量比为1的混合物；\n[0030] (2)、在焦炭使用前，将所述焦炭改性剂喷洒到焦炭上，喷洒的量为焦炭重量的\n30％。