高效焦炭劣化抑制劑及其製備方法
2023-12-06 06:14:11
專利名稱：：高效焦炭劣化抑制劑及其製備方法
技術領域：
：本發明屬於煉鐵焦炭節能
技術領域：
，涉及一種焦炭劣化抑制劑，同時還涉及該抑制劑的製備方法；經該抑制劑改性後的焦炭，可顯著降低反應性、提高反應後強度。
背景技術：
：煉鐵系統屬於高耗能行業，其高能耗一是因為環節多(包括鐵、燒、焦三個工序)，又都是高溫反應過程，過程本身耗熱多；二是因為生產中排放的煙氣、副產的煤氣、熔渣等帶走大量的熱；三是焦炭、燒結(球團)都要經過冷卻才能入高爐，這又損失了大量的熱量，因此煉鐵系統的能耗主要表現在高爐燃料上。近20年來，煉鐵行業在節能降耗方面做了大量工作，取得了很大成績，但與國外先進水平存在著較大的差距。例如，工業發達國家的高爐燃料比一般低於500Kg/t左右，2001年我國12家大中型鋼鐵廠的平均高爐燃料比仍高達543Kg/t，可見我們的節能降耗任務還很重，潛力也很大。在冶金系統結構優化過程中，煉鐵系統的突破n是以高爐噴煤等為代表的強化冶煉技術的使用。由於噴煤量增加，焦比大幅度降低，焦炭在爐內的負荷加重，焦炭作為發熱劑的作用，部分或全部被煤粉取代，而作為骨架，保持爐內透氣性和透液性的作用不僅無法由煤粉所取代，而且顯得更為重要。國內外高爐解剖資料表明焦炭在上部低溫區形狀變化不大，爐身下部後由於受高溫熱應力，氣化溶蝕、鹼金屬等的作用，強度降低、粒度變小、粉末增加，這就減弱了焦炭的骨架和支撐作用。隨著高爐冶煉不斷強化，噴煤比的增加，焦比大幅度降低，為保證料柱透氣性，不僅要求焦炭有高的冷強度，更要求有高的熱強度、抗溶蝕能力等良好的熱態性能。因此，研究改善入爐焦炭的性能顯得越來越重要。國外研究表明，焦炭反應性增加，氣化量增加。一方面使高爐內的熱水平降低，燃料比增加；另一方面焦炭的強度降低，大量焦粉產生並積累在氣流速度低的K域，影響爐內料柱的透氣性。據前蘇聯PJTKaMeHeB等人的研究焦炭反應性增高，會使CO利用率下降，焦比上升。因此降低入爐焦炭反應性不僅能夠改善焦炭強度，減少焦炭粉化，改善高爐料柱的透氣性，保持高爐順行，而且能夠提高煤氣利用率，降低焦比、達到增產節焦的目的。長期以來，提高焦炭熱態性能都是通過煉焦裝備技術進步、改進煉焦工藝及煉焦後部處理工藝等來實現的，其中用優質焦煤以改進配煤是一行之效的方法。歐美一些廠家依賴於改進配煤品種、配比和配煤方法來提高焦炭的高溫性能;甚至還開發了以煤種特性為基礎的CRI(焦炭的反應性)和CSR(焦炭反應後強度)預測和控制模型，以控制配煤。但是，這類建立在煤質基礎上的措施顯然會受到煤資源的制約和限制。另外，焦爐大型化、煤調溼乾燥處理、搗固及配型煤煉焦以及採用幹熄焦等新裝備技術，能有效改善焦炭的冷態強度和物理性能,在一定程度上也能改善熱態性能。然而，採用這些技術需較多的改造投資或更新、重建焦爐，因此對現有生產焦爐來說，更注重於開發一種投資省、實施快、收效大的改善焦炭熱強度的方法，鈍化處理焦炭技術開始受到關注。在採用鈍化劑提高焦炭質量的工作方面，近年來的工作主要集中以硼酸為主要成分的鈍化劑的開發上(CN101186853A，CN1321168C，CN1730628A，CN101082008A)，而硼酸在水中溶解度較低，只能配製低濃度的溶液，使用過程受到限制；且鈍化劑容易脫落，特別是在強風的情況下，使用效果較低。影響焦炭溶損反應性的因素包括焦炭氣孔與氣孔結構、氣孔壁的碳微晶結構以及無機雜質含量等，其中焦炭中存在的對碳溶反應具有催化作用的物種和形態被國內外學者廣為重視，並進行了深入研究；但對焦炭溶損反應具有抑制作用的物種被人忽視，故在煤或焦炭中添加抑制溶損反應的負催化劑以降低焦炭反應性，提高焦炭反應後強度的方法尚少有報導。
發明內容本發明針對國內外研究現狀，提供一種對焦炭溶損反應具有抑制作用，兼有對焦炭氣孔結構及氣孔壁具有修飾功能，且易溶於水、滲透性強的高效焦炭劣化抑制劑，減少焦炭在高爐中的溶損反應，改善其內在性能，強化其骨架作用，提高反應後強度，達到改善熱性能指標的目的，為高爐冶煉順行、增鐵、降焦(節能)提供有利條件。本發明的另一目的在於提供一種該焦炭劣化抑制劑的製備方法。為實現上述目的，木發明採用以下技術方案焦炭劣化抑制劑，由以下重量百分比的原料製成含硼陽離子表面活性劑10%40%、矽溶膠20%60%、三氯化鋁10%60%和水20%50%。所述含硼陽離子表面活性劑為季銨鹽陽離子表面活性劑，由N-甲基二乙醇formulaseeoriginaldocumentpage5胺、硼酸和溴代烷烴合成而得，其結構式為:formulaseeoriginaldocumentpage5所述溴代烷烴(R)可以是辛烷、十二垸、十六烷。所述矽溶膠的質量百分含量為30%。所述三氯化鋁質量百分含量至少為97%。焦炭劣化抑制劑的製備方法，包括以下步驟(1)將一定量的矽溶膠在攪拌下加入一定量的水中；(2)待矽溶膠在水中完全分散後加入含硼陽離子表面活性劑及三氯化鋁，攪拌溶解即得。本發明焦炭劣化抑制劑的使用方法為用水將焦炭劣化抑制劑配成130%的溶液，將焦炭浸泡於溶液中，或將溶液噴塗於焦炭上後便可使用，焦炭劣化抑制劑的使用重量為焦炭重量的0.010.1%。本發明具有以下優點1、使用方便，由於所有組份易分散於水中，可以配製較高濃度的抑制劑，易於運輸和添加。2、由丁-焦炭本身為多孔性物質，其中存在大量中孔和微孔，本發明的劣化抑制劑主要成份為含硼陽離子表面活性劑，利於有效成分向焦炭的微孔和中孔擴散。3、抑制劑在脫水後吸附在焦炭的微孔表層，使焦炭的孔隙變小、變少，並且孔隙形狀不規則且呈封閉狀，劣化抑制劑以粒狀和片狀存在於焦炭的孔隙中，堵塞焦炭的氣孔，形成雪花狀、網絡狀的碳化物，既對反應氣體形成了屏蔽又加強了自身強度，從而抑制焦炭溶損反應。4、抑制劑中的某些化學成份在碳中能夠形成替代式固溶體，以化合物的形式嵌入石墨晶體的層間，改變了焦炭的表面性質；5、抑制劑在加熱過程中將向焦炭的焦質層擴散,取代點陣中的碳原子或者進入焦炭石墨結構的層間空隙、空位、缺陷處形成固溶體，提高了焦炭內部的有序化程度，促進焦炭的石墨化，抑制了焦炭的溶損反應。鑑於焦炭的反應性與反應後強度間的負相關性，最終達到降低焦炭反應性、提高焦炭反應後強度的目的。6、本發明抑制劑含有碳氫元素，在高溫下分解，進而與炭材料(焦炭)表面的碳反應，生成熱解炭，沉積在焦炭材料表面；而熱解炭是一類具有不同性能和結構的材料，具有良好的機械穩定性、耐磨性和抗燒蝕性能，特別適合於多孔物質的孔結構改性；可有效改善被修飾材料的性能，修整氣孔結構，從而提高焦炭機械強度及抗燒蝕性能。7、顯著改善焦炭熱性能，可使焦炭反應性(CRI)降低8%以上，反應後強度(CSR)提高10%以上，可顯著降低高爐冶煉的焦比，每噸鐵可節省焦炭25Kg以上，同時可使高爐產量提高5%以上，達到節能減排的目的，符合國家的可持續發展戰略，具有較高的經濟效益和社會效益。具體實施例方式實施例1:本發明所述的焦炭劣化抑制劑，由以下原料製成含硼陽離子表面活性劑30%、矽溶膠20%、三氯化鋁20%，水30%。使用方法用水將焦炭劣化抑制劑配製成10%的溶液，將溶液噴塗於焦炭上，焦炭劣化抑制劑的使用重量為焦炭重量的0.02%。實施例2:本發明所述的焦炭劣化抑制劑，由以下原料製成含硼陽離子表面活性劑30%、矽溶膠20%、三氯化鋁20%，水30%。使用方法用水將焦炭劣化抑制劑配製成10%的溶液，將溶液噴塗於焦炭上，焦炭劣化抑制劑的使用重量為焦炭重量的0.05%。實施例3:本發明所述的焦炭劣化抑制劑，由以下原料製成含硼陽離子表面活性劑20%、矽溶膠30%、三氯化鋁30%，水20%。使用方法用水將焦炭劣化抑制劑配製成10%的溶液，將溶液噴塗於焦炭上，焦炭劣化抑制劑的使用重量為焦炭重量的0.02%。本發明所述的焦炭劣化抑制劑，由以下原料製成含硼陽離子表面活性劑20%、矽溶膠30%、三氯化鋁30%，水20%。使用方法用水將焦炭劣化抑制劑配製成10%的溶液，將溶液噴塗於焦炭上，焦炭劣化抑制劑的使用重量為焦炭重量的0.05%。實施例5:本發明所述的焦炭劣化抑制劑，由以下原料製成含硼陽離於表面活性劑10%、矽溶膠30%、三氯化鋁30%，水30%。使用方法用水將焦炭劣化抑制劑配製成10%的溶液，將溶液噴塗於焦炭上，焦炭劣化抑制劑的使用重量為焦炭重量的0.02%。實施例6:本發明所述的焦炭劣化抑制劑，由以下原料製成含硼陽離子表面活性劑10%、矽溶膠30%、三氯化鋁30%，水30%。使用方法用水將焦炭劣化抑制劑配製成10%的溶液，將溶液噴塗於焦炭上，焦炭劣化抑制劑的使用重量為焦炭重量的0.05%。實施例7:本發明所述的焦炭劣化抑制劑，由以下原料製成含硼陽離子表面活性劑10%、矽溶膠40%、三氯化鋁40%，水10%。使用方法用水將焦炭劣化抑制劑配製成10%的溶液，將溶液噴塗於焦炭上，焦炭劣化抑制劑的使用重量為焦炭重量的0.02%。實施例8:本發明所述的焦炭劣化抑制劑，由以下原料製成含硼陽離子表面活性劑10%、矽溶膠40%、三氯化鋁40%，水30%。使用方法用水將焦炭劣化抑制劑配製成10%的溶液，將溶液噴塗於焦炭上，焦炭劣化抑制劑的使用重量為焦炭重量的0.05%。按照國家標準GB/T4000-1996對使用實施例1至8的焦炭劣化抑制劑後的焦炭進行焦炭反應性(CR1)及反應後強度(CSR)測試，反應測試結果見表1和表2，其中表l為普通焦炭，表2為搗固焦炭。可以看出，使用木發明的焦炭劣化抑制劑後焦炭的反應性降低，反應後強度提高，顯著改善了焦炭的熱性能。表l:普通焦炭tableseeoriginaldocumentpage9權利要求1.焦炭劣化抑制劑，其特徵在於由以下重量百分比的原料製成含硼陽離子表面活性劑10％～40％、矽溶膠20％～60％、三氯化鋁10％～60％和水20％～50％。2.如權利要求1所述的焦炭劣化抑制劑，其特徵在於所述含硼陽離子表面活性劑為季銨鹽陽離子表面活性劑，.由N-甲基二乙醇胺、硼酸和溴代烷烴合成而得。3.如權利要求2所述的焦炭劣化抑制劑，其特徵在於所述溴代垸烴可以是辛^兀、丁——；兀、丁/人/兀o4.如權利要求1所述的焦炭劣化抑制劑，其特徵在於所述矽溶膠的質量百分含量為30%。5.如權利要求1所述的焦炭劣化抑制劑，其特徵在於所述三氯化鋁質量百分含量至少為97%。6.如權利要求1所述的焦炭劣化抑制劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟包括以下步驟(1)將一定量的矽溶膠在攪拌下加入一定量的水中；(2)待矽溶膠完全分散後加入含硼陽離子表面活性劑及三氯化鋁，攪拌溶解即得。全文摘要本發明公開了一種焦炭劣化抑制劑，由以下重量百分比的原料製成含硼陽離子表面活性劑10％～40％、矽溶膠20％～60％、三氯化鋁10％～60％和水20％～50％；所述含硼陽離子表面活性劑為季銨鹽陽離子表面活性劑，由N-甲基二乙醇胺、硼酸和溴代烷烴合成而得。其製備方法為(1)將一定量的矽溶膠在攪拌下加入一定量的水中；(2)待矽溶膠在水中完全分散後加入含硼陽離子表面活性劑及三氯化鋁，攪拌溶解即得。本發明具有使用方便，效果明顯等優點。文檔編號C10L10/00GK101629117SQ20091006564公開日2010年1月20日申請日期2009年8月4日優先權日2009年8月4日發明者丹劉,宋成盈,張澤志,龍李,華牛,王建設,王留成,趙建宏申請人:鄭州大學