专利名称：：高效焦炭劣化抑制剂及其制备方法
技术领域：
：本发明属于炼铁焦炭节能
技术领域：
，涉及一种焦炭劣化抑制剂，同时还涉及该抑制剂的制备方法；经该抑制剂改性后的焦炭，可显著降低反应性、提高反应后强度。
背景技术：
：炼铁系统属于高耗能行业，其高能耗一是因为环节多(包括铁、烧、焦三个工序)，又都是高温反应过程，过程本身耗热多；二是因为生产中排放的烟气、副产的煤气、熔渣等带走大量的热；三是焦炭、烧结(球团)都要经过冷却才能入高炉，这又损失了大量的热量，因此炼铁系统的能耗主要表现在高炉燃料上。近20年来，炼铁行业在节能降耗方面做了大量工作，取得了很大成绩，但与国外先进水平存在着较大的差距。例如，工业发达国家的高炉燃料比一般低于500Kg/t左右，2001年我国12家大中型钢铁厂的平均高炉燃料比仍高达543Kg/t，可见我们的节能降耗任务还很重，潜力也很大。在冶金系统结构优化过程中，炼铁系统的突破n是以高炉喷煤等为代表的强化冶炼技术的使用。由于喷煤量增加，焦比大幅度降低，焦炭在炉内的负荷加重，焦炭作为发热剂的作用，部分或全部被煤粉取代，而作为骨架，保持炉内透气性和透液性的作用不仅无法由煤粉所取代，而且显得更为重要。国内外高炉解剖资料表明焦炭在上部低温区形状变化不大，炉身下部后由于受高温热应力，气化溶蚀、碱金属等的作用，强度降低、粒度变小、粉末增加，这就减弱了焦炭的骨架和支撑作用。随着高炉冶炼不断强化，喷煤比的增加，焦比大幅度降低，为保证料柱透气性，不仅要求焦炭有高的冷强度，更要求有高的热强度、抗溶蚀能力等良好的热态性能。因此，研究改善入炉焦炭的性能显得越来越重要。国外研究表明，焦炭反应性增加，气化量增加。一方面使高炉内的热水平降低，燃料比增加；另一方面焦炭的强度降低，大量焦粉产生并积累在气流速度低的K域，影响炉内料柱的透气性。据前苏联PJTKaMeHeB等人的研究焦炭反应性增高，会使CO利用率下降，焦比上升。因此降低入炉焦炭反应性不仅能够改善焦炭强度，减少焦炭粉化，改善高炉料柱的透气性，保持高炉顺行，而且能够提高煤气利用率，降低焦比、达到增产节焦的目的。长期以来，提高焦炭热态性能都是通过炼焦装备技术进步、改进炼焦工艺及炼焦后部处理工艺等来实现的，其中用优质焦煤以改进配煤是一行之效的方法。欧美一些厂家依赖于改进配煤品种、配比和配煤方法来提高焦炭的高温性能;甚至还开发了以煤种特性为基础的CRI(焦炭的反应性)和CSR(焦炭反应后强度)预测和控制模型，以控制配煤。但是，这类建立在煤质基础上的措施显然会受到煤资源的制约和限制。另外，焦炉大型化、煤调湿干燥处理、捣固及配型煤炼焦以及采用干熄焦等新装备技术，能有效改善焦炭的冷态强度和物理性能,在一定程度上也能改善热态性能。然而，采用这些技术需较多的改造投资或更新、重建焦炉，因此对现有生产焦炉來说，更注重于开发一种投资省、实施快、收效大的改善焦炭热强度的方法，钝化处理焦炭技术开始受到关注。在采用钝化剂提高焦炭质量的工作方面，近年来的工作主要集中以硼酸为主要成分的钝化剂的开发上(CN101186853A，CN1321168C，CN1730628A，CN101082008A)，而硼酸在水中溶解度较低，只能配制低浓度的溶液，使用过程受到限制；且钝化剂容易脱落，特别是在强风的情况下，使用效果较低。影响焦炭溶损反应性的因素包括焦炭气孔与气孔结构、气孔壁的碳微晶结构以及无机杂质含量等，其中焦炭中存在的对碳溶反应具有催化作用的物种和形态被国内外学者广为重视，并进行了深入研究；但对焦炭溶损反应具有抑制作用的物种被人忽视，故在煤或焦炭中添加抑制溶损反应的负催化剂以降低焦炭反应性，提高焦炭反应后强度的方法尚少有报道。
发明内容本发明针对国内外研究现状，提供一种对焦炭溶损反应具有抑制作用，兼有对焦炭气孔结构及气孔壁具有修饰功能，且易溶于水、渗透性强的高效焦炭劣化抑制剂，减少焦炭在高炉中的溶损反应，改善其内在性能，强化其骨架作用，提高反应后强度，达到改善热性能指标的目的，为高炉冶炼顺行、增铁、降焦(节能)提供有利条件。本发明的另一目的在于提供一种该焦炭劣化抑制剂的制备方法。为实现上述目的，木发明采用以下技术方案焦炭劣化抑制剂，由以下重量百分比的原料制成含硼阳离子表面活性剂10%40%、硅溶胶20%60%、三氯化铝10%60%和水20%50%。所述含硼阳离子表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂，由N-甲基二乙醇<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>胺、硼酸和溴代烷烃合成而得，其结构式为:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>所述溴代烷烃(R)可以是辛烷、十二垸、十六烷。所述硅溶胶的质量百分含量为30%。所述三氯化铝质量百分含量至少为97%。焦炭劣化抑制剂的制备方法，包括以下步骤(1)将一定量的硅溶胶在搅拌下加入一定量的水中；(2)待硅溶胶在水中完全分散后加入含硼阳离子表面活性剂及三氯化铝，搅拌溶解即得。本发明焦炭劣化抑制剂的使用方法为用水将焦炭劣化抑制剂配成130%的溶液，将焦炭浸泡于溶液中，或将溶液喷涂于焦炭上后便可使用，焦炭劣化抑制剂的使用重量为焦炭重量的0.010.1%。本发明具有以下优点1、使用方便，由于所有组份易分散于水中，可以配制较高浓度的抑制剂，易于运输和添加。2、由丁-焦炭本身为多孔性物质，其中存在大量中孔和微孔，本发明的劣化抑制剂主要成份为含硼阳离子表面活性剂，利于有效成分向焦炭的微孔和中孔扩散。3、抑制剂在脱水后吸附在焦炭的微孔表层，使焦炭的孔隙变小、变少，并且孔隙形状不规则且呈封闭状，劣化抑制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。4、抑制剂中的某些化学成份在碳中能够形成替代式固溶体，以化合物的形式嵌入石墨晶体的层间，改变了焦炭的表面性质；5、抑制剂在加热过程中将向焦炭的焦质层扩散,取代点阵中的碳原子或者进入焦炭石墨结构的层间空隙、空位、缺陷处形成固溶体，提高了焦炭内部的有序化程度，促进焦炭的石墨化，抑制了焦炭的溶损反应。鉴于焦炭的反应性与反应后强度间的负相关性，最终达到降低焦炭反应性、提高焦炭反应后强度的目的。6、本发明抑制剂含有碳氢元素，在高温下分解，进而与炭材料(焦炭)表面的碳反应，生成热解炭，沉积在焦炭材料表面；而热解炭是一类具有不同性能和结构的材料，具有良好的机械稳定性、耐磨性和抗烧蚀性能，特别适合于多孔物质的孔结构改性；可有效改善被修饰材料的性能，修整气孔结构，从而提高焦炭机械强度及抗烧蚀性能。7、显著改善焦炭热性能，可使焦炭反应性(CRI)降低8%以上，反应后强度(CSR)提高10%以上，可显著降低高炉冶炼的焦比，每吨铁可节省焦炭25Kg以上，同时可使高炉产量提高5%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。具体实施例方式实施例1:本发明所述的焦炭劣化抑制剂，由以下原料制成含硼阳离子表面活性剂30%、硅溶胶20%、三氯化铝20%，水30%。使用方法用水将焦炭劣化抑制剂配制成10%的溶液，将溶液喷涂于焦炭上，焦炭劣化抑制剂的使用重量为焦炭重量的0.02%。实施例2:本发明所述的焦炭劣化抑制剂，由以下原料制成含硼阳离子表面活性剂30%、硅溶胶20%、三氯化铝20%，水30%。使用方法用水将焦炭劣化抑制剂配制成10%的溶液，将溶液喷涂于焦炭上，焦炭劣化抑制剂的使用重量为焦炭重量的0.05%。实施例3:本发明所述的焦炭劣化抑制剂，由以下原料制成含硼阳离子表面活性剂20%、硅溶胶30%、三氯化铝30%，水20%。使用方法用水将焦炭劣化抑制剂配制成10%的溶液，将溶液喷涂于焦炭上，焦炭劣化抑制剂的使用重量为焦炭重量的0.02%。本发明所述的焦炭劣化抑制剂，由以下原料制成含硼阳离子表面活性剂20%、硅溶胶30%、三氯化铝30%，水20%。使用方法用水将焦炭劣化抑制剂配制成10%的溶液，将溶液喷涂于焦炭上，焦炭劣化抑制剂的使用重量为焦炭重量的0.05%。实施例5:本发明所述的焦炭劣化抑制剂，由以下原料制成含硼阳离于表面活性剂10%、硅溶胶30%、三氯化铝30%，水30%。使用方法用水将焦炭劣化抑制剂配制成10%的溶液，将溶液喷涂于焦炭上，焦炭劣化抑制剂的使用重量为焦炭重量的0.02%。实施例6:本发明所述的焦炭劣化抑制剂，由以下原料制成含硼阳离子表面活性剂10%、硅溶胶30%、三氯化铝30%，水30%。使用方法用水将焦炭劣化抑制剂配制成10%的溶液，将溶液喷涂于焦炭上，焦炭劣化抑制剂的使用重量为焦炭重量的0.05%。实施例7:本发明所述的焦炭劣化抑制剂，由以下原料制成含硼阳离子表面活性剂10%、硅溶胶40%、三氯化铝40%，水10%。使用方法用水将焦炭劣化抑制剂配制成10%的溶液，将溶液喷涂于焦炭上，焦炭劣化抑制剂的使用重量为焦炭重量的0.02%。实施例8:本发明所述的焦炭劣化抑制剂，由以下原料制成含硼阳离子表面活性剂10%、硅溶胶40%、三氯化铝40%，水30%。使用方法用水将焦炭劣化抑制剂配制成10%的溶液，将溶液喷涂于焦炭上，焦炭劣化抑制剂的使用重量为焦炭重量的0.05%。按照国家标准GB/T4000-1996对使用实施例1至8的焦炭劣化抑制剂后的焦炭进行焦炭反应性(CR1)及反应后强度(CSR)测试，反应测试结果见表1和表2，其中表l为普通焦炭，表2为捣固焦炭。可以看出，使用木发明的焦炭劣化抑制剂后焦炭的反应性降低，反应后强度提高，显著改善了焦炭的热性能。表l:普通焦炭<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1.焦炭劣化抑制剂，其特征在于由以下重量百分比的原料制成含硼阳离子表面活性剂10％～40％、硅溶胶20％～60％、三氯化铝10％～60％和水20％～50％。2.如权利要求1所述的焦炭劣化抑制剂，其特征在于所述含硼阳离子表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂，.由N-甲基二乙醇胺、硼酸和溴代烷烃合成而得。3.如权利要求2所述的焦炭劣化抑制剂，其特征在于所述溴代垸烃可以是辛^兀、丁——；兀、丁/人/兀o4.如权利要求1所述的焦炭劣化抑制剂，其特征在于所述硅溶胶的质量百分含量为30%。5.如权利要求1所述的焦炭劣化抑制剂，其特征在于所述三氯化铝质量百分含量至少为97%。6.如权利要求1所述的焦炭劣化抑制剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤包括以下步骤(1)将一定量的硅溶胶在搅拌下加入一定量的水中；(2)待硅溶胶完全分散后加入含硼阳离子表面活性剂及三氯化铝，搅拌溶解即得。全文摘要本发明公开了一种焦炭劣化抑制剂，由以下重量百分比的原料制成含硼阳离子表面活性剂10％～40％、硅溶胶20％～60％、三氯化铝10％～60％和水20％～50％；所述含硼阳离子表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂，由N-甲基二乙醇胺、硼酸和溴代烷烃合成而得。其制备方法为(1)将一定量的硅溶胶在搅拌下加入一定量的水中；(2)待硅溶胶在水中完全分散后加入含硼阳离子表面活性剂及三氯化铝，搅拌溶解即得。本发明具有使用方便，效果明显等优点。文档编号C10L10/00GK101629117SQ20091006564公开日2010年1月20日申请日期2009年8月4日优先权日2009年8月4日发明者丹刘,宋成盈,张泽志,龙李,华牛,王建设,王留成,赵建宏申请人:郑州大学