一种改善焦炭热性质的方法技术

本发明专利技术提供一种改善焦炭热性质的方法，是加入元素硼和硼系化合物作为负催化剂，可加入至配煤中，也可加入至焦炭中，本方法可有效改善焦炭热性质。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种改善焦炭热性质的方法
本专利技术涉及一种改善焦炭热性质的方法，尤其涉及一种采用负催化剂改善焦炭热性质的方法。
技术介绍
焦炭的热性质主要是指焦炭的反应性和反应后强度。焦炭在高炉炼铁中，起透气的料柱骨架和还原剂、渗碳剂和热源的作用，焦炭中的碳发生反应：生成CO还原Fe2O3和Fe3O4的同时，也使焦炭劣化，降低高炉料柱的透气性。确保高炉料柱有良好的透气性，使还原气体沿料柱均匀上升，热铁水透过料柱进入高炉下部，高炉实践表明焦炭的热性质与料柱的透气性、气流分布、崩料和滑料、燃料比和出铁作业次数等许多高炉工艺参数有关。焦炭的热性质的优劣，是高炉能否大喷吹，降低炼铁成本的关键。煤的性质是焦炭热性质的决定性因素，传统的炼焦配煤技术，历来强调多配中等变质程度，强粘结性的肥煤和焦煤，以提高焦炭的热性质，减少焦炭在高炉中的劣化。但目前面临的问题是此类煤价格昂贵，且资源有限，并终有一天会枯竭。且焦炉炼焦的热效率较低，污染严重，日益强烈的环保呼声迫使许多厂矿开发炼焦新工艺，例如干熄焦，成型煤，煤预热等，以改善焦炭质量，减少环境污染，多配弱粘煤或非炼焦煤，合理利用优质焦煤资源。然而采用上述工艺又势必大大增加成本的投入，这些，决定了焦炭成本是炼铁(乃至炼钢)成本的大头。近年来，国外学者在寻找一种新型、有效、工业上可行的提高焦炭热性质的方法，对焦炭进行后序处理以提高焦炭的热性质，M.Ogawa，M.Miyawaki和-->T.Tuyuguchi(113th ISIJ meeting of April，1987，Lecture No.S-62)进行过改善焦炭热性质的研究，将热筑路焦油滴在焦炭上，并加热使裂解生成的碳沉积在焦炭上改善了焦炭的反应性(较低了焦炭CO2氧化反应的速率)，增加了焦炭热强度，从而改善了焦炭的热性能，但由于焦油裂解生成大量的烟尘而阻碍了其工业化。美国专利U.S.5486216描述了在低质焦炭外表面积碳的方法，是采用CVD(气相热解沉积)技术，使碳氢化合物裂解，生成的碳微粒可填充在焦炭气孔中，形成致密而坚硬的碳层的方法。此方法减少反应面积，从物理上可阻碍CO2反应，并且由于此方法在干熄焦结合，由于要在干熄炉中引入可燃性碳氢化合物，且操作较为复杂，一旦漏入空气，则可能爆炸，此方法危险生较大。苏联专利SU1775462将对-苯二酚作为催化剂加入装炉煤中，10％的褐煤半焦和弱粘结煤代替强粘结煤炼焦，焦炭强度增加，采用此方法对炼焦工艺制度有较大改动，在工业上实施有较大困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用负催化剂改善焦炭热性质的方法。本专利技术的方法是从化学的角度，降低焦炭中的C与CO2的反应速度，从而改善焦炭热性质。负催化剂可降低反应速度，阻碍反应的进行在化学工业被广泛应用，在材料科学、能源科学领域也被广泛重视，例如炭材料抗氧化反应的阻滞剂等。本专利技术的改善焦炭热性质的方法是加入负催化剂。所述的负催化剂是指元素硼和硼系化合物。所述的硼系化合物是指元素硼、硼酸、硼砂、B2O3等。其中最佳选择为元素硼。所述的负催化剂可加入至配煤中，也可与焦炭混合。-->所述负催化剂的加入量占配煤或焦炭总重量的0.02％-2％碳在自然界中是化学稳定性极好的物质(元素)，在常温和普通环境下呈化学惰性，但是在较高的温度下(如高炉中)，碳却极易与氧化性气体发生反应，这是因为，石墨态晶体中的碳网平面在空间上是有限的，它们终止于晶界、位错或者表面，从而碳网平面中总有一定数量比的边缘碳原子。边缘碳原子具有未饱和的化合键和自由的п电子，是最容易受到反应原子进攻的部位。从边缘碳原子开始的氧化使碳网平面减小，而从内部活性碳原子(位错、空位)开始的反应，会使其周边的碳原子逐个发生断键，生成CO，CO2，最终会在碳网平面上形成腐蚀坑。硼系化合物对焦炭的CO2溶损反应具有负催化作用，抑制焦炭中的C与CO2反应，从而改善焦炭的热性质。硼系化合物如硼酸、硼砂、B2O3等，元素硼可改善焦炭的热性质。元素硼对焦炭热性质的改善效果最好。这是因为硼原子最外层有3个电子，经SP2杂化的三条共价键形成共平面、且互成120°，这与石墨中碳网平面内碳原子的成键方式完全相同。硼的原子半径为91pm，与碳的原子半径90pm非常接近，硼在碳中能够形成替代式固溶体，硼也可以化合物的形式嵌入石墨晶体的层间。此外B氧化后生成的B2O3覆盖在焦炭的活性位上，对碳溶反应起到物理阻碍作用，此外，B的存在改变了C原子的п电子分配，降低了CO的解析作用，降低碳溶反应速度；由于添加了B，将促进石墨化，从而减少边缘碳原子等活性位的总量，抑制焦炭的碳溶反应，改善焦炭热性能。采用各种方法使焦炭中存在硼系物，由于硼系物的存在，可提高焦炭的热性质，将负催化剂添加到焦炭中的方法可采用配煤法或浸渍法等。由图1所示，加入负催化剂的焦炭的反应性(CRI)明显低于未添加负催化剂的焦炭，并且随着负催化剂的添加量的增加，反应性继续下降，说明负催化剂的添加使焦炭与CO2反应的反应性下降。由图2可见，添加负催化剂的焦炭，其反应后强度(CSR)焦炭明显好于未添加负催化剂的焦炭，且随着负催-->化剂的添加量的上升，焦炭的反应后强度增加。1.使用了本专利技术的方法后，可降低配煤炼焦中强粘煤的配比，这样不但可以节约宝贵的强粘煤资源，而且可降低炼焦成本。2.使用了本专利技术的方法后，还可大大改善焦炭的热性能，为大喷煤提供保证，降低炼铁成本。3.本专利技术的方法还可望用于其它行业，例如：炭素材料、能源等。附图说明图1为负催化剂对反应性的影响的曲线图图2为负催化剂对焦炭反应后强度的影响的曲线图图3采用配煤法添加负催化剂的流程图图4采用焦炭浸渍法添加负催化剂的流程图具体实施方式实施例1配煤法添加负催化剂的方法如图3所示，可采用此装置将负催化剂加入配合煤中。煤场中的煤，经一次破碎，进入配煤槽，与负催化剂混合后，经二次粉碎机后，进入煤塔。将加入有负催化剂的焦炭去进行热性质试验，结果发现加入元素硼后，对于配合煤质量较好的配合煤，其CRI由21.1％减小到12.3％，CSR由66.8％增加到78.3％，对于配合煤质量较差的配合煤，其CRI，CSR，分别由32.8％减小到15.2％，CSR由50.7％增加到74.5％；可见，在炼焦煤中配入负催化剂炼焦后，大幅度改善焦炭热性质。实施例2焦炭浸渍法添加负催化剂的方法-->如图4所示，为焦炭浸渍法添加负催化剂的流程图。湿法熄焦是用水将熄焦塔内的红热焦炭用水湿熄，设施主要由熄焦塔1、循环泵2、粉焦沉淀池3，清水池4等组成。将负催化剂直接加入清水池4中，由循环泵2打入熄焦塔1，在熄焦的同时完成焦炭浸渍的过程，熄焦后的水经沉淀池3将焦粉沉淀下来后，进入清水池4后重复使用。对焦炭进行负催化剂浸渍，其方法是取切后焦，浸渍于一定浓度的负催化剂溶液中，待水份蒸发后，测定焦炭中吸附的负催化剂量，以及焦炭的热性质。例如，在焦炭中添加B2O3后，其焦炭的反应性和反应后强度由29.2％，56.9％改善到21.2％，68.1％。对宝钢焦炭，其反应性为23.77％，反应后强度为70.37％，经过负催化剂硼酸浸渍后，其热性质得到改善：反应性为18.2％，反应后强度为77％，可见对焦炭进行负催化剂浸渍后，也大幅度改善焦炭热性质、因此采用了本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，加入负催化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，加入负催化剂。2.如权利要求1所述的一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，所述的负催化剂是指元素硼和硼系化合物。3.如权利要求2所述一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，所述的硼系化合物是指硼酸、硼砂、B2O3。4.如权利要求3一种改善焦炭热性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张群，杨俊和，吴信慈，冯安祖，金宝，史美仁，程乐意，钱湛芬，许梅郎，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]