专利名称：：一种高炉喷吹煤粉用组合物及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种高炉喷吹煤粉用组合物及其制备方法。
背景技术：
：高炉喷吹煤粉是指从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉或烟煤粉或这两者的混合煤粉，以替代焦炭起提供热量和还原剂的作用，从而降低焦比，降低生铁成本，它是现代高炉冶炼的一次重大技术革命。高炉炼铁的能源主要是焦炭，它在高炉中的作用是提供冶炼过程需要的热量和还原铁矿石需要的还原剂，以及维护高炉料柱透气性的骨架。钢铁生产用焦约占全国焦炭总消耗量的70%，我国年产焦炭超过一亿吨，占世界产量的三分之一。但是我国炼焦煤的资源状况并不乐观，1990年公布的煤炭所有储量中，炼焦煤仅占29%。因此，以煤代焦不仅可以缓解对焦煤资源的需求，而且能够改善环境，降低生铁的成本。为了提高煤粉的燃烧效率，通常需要在喷吹煤粉的同时加入添加剂，例如，CN1401747A公开了一种高炉喷吹煤粉催化剂助燃剂，其特征在于，它是由下列原料按质量的百分比配制成的混合物，FeCl35-12%、CaCl25-15%、Mn023-12%、CaO10-20%、MgO5-15%、B2033-12%、KMn04l_5%、LiC035_10%、Ce02l_8%、La2033-8%、H3B035_16%、A12031-5%、余量为粉煤灰。该方法的助燃剂中含有K、CI等有害高炉生产质量的元素。CN1827783A公开了一种高炉喷吹煤粉用组合物，其特征在于，主要成分重量百分比为氧化剂20-40%，催化剂15-25%，助燃剂20-50%，钝化剂1-15%。其中，氧化剂为锰酸钡、硝酸钙和硝酸铈中的一种，或者为三者的混合物；催化剂为二茂铁或二茂铁与二氧化锰的混合物(按照10-90%的二茂铁与90-10%的二氧化锰的比例混合)；助燃剂为废旧橡胶或塑料射流喷雾冷却制粉；钝化剂为氧化钴、氯化因和氯化钴中的一种，或者为三者的混合物。该方法的组合物中含有大量硝酸盐，排放物对空气有明显污染且添加量偏大成本偏高。西安建筑科技大学冶金工程学院张朝晖的关于《高炉喷煤添加剂》的综述性文章提到煤燃烧催化的氧传递理论在加热条件下催化剂首先被还原成金属或低价的金属氧化物，然后依靠金属或低价金属氧化物吸附氧气，使金属或低价金属氧化物氧化得到金属氧化物或高价金属，紧接着碳再次还原金属氧化物或高价金属氧化物，就这样金属或低价金属氧化物一直处于氧化还原循环中，在金属或低价金属氧化物和氧化物或高价金属氧化物两种状态来回变动。从宏观上，氧原子不断从金属或低价金属氧化物向碳原子传递，加快氧气扩散速度，使煤燃烧反应易于进行。试验表明，碱金属、碱土金属的盐及氧化物；Mn02、Ce02和La203;含铁化合物，如FeCl3、FeCl2和Fe203;过渡金属类催化剂，如CuO、ZnO、CuS04、ZnCl2等。还提到煤燃烧复合催化剂主要包括碱金属、碱土金属和过渡元素的氧化物、氢氧化物及其盐类，其中，应用最多的是碱金属、碱土金属的盐类。
发明内容本发明的发明目的是克服现有的高炉喷吹煤粉用组合物的煤粉燃烧效率不高、综合焦比不高且对环境有污染的缺陷，提供一种能够提高煤粉燃烧效率和综合焦比并对环境友好的高炉喷吹煤粉用组合物。本发明的发明人发现，CN1401747A公开的方法中，形成助燃剂的原料的粒度达到200网目；CN1827783A公开的组合物中添加剂为粒度大于或等于80目的粉末。一般常识认为，添加剂的粒度越大越不容易充分燃烧，而粒度越小越容易团聚、不容易分散，而本发明的发明人意外的发现，将本发明的5-25微米(500-2000目)的添加剂与煤粉混合并进行喷吹，不但添加剂不会团聚，而且能够很好的与煤粉均匀混合，充分促进煤粉燃烧，从而大大提高了煤粉的燃烧效率以及煤焦置换比。本发明提供了一种高炉喷吹煤粉用组合物，其中，该组合物含有二茂铁、稀土金属氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属的氢氧化物以及除了稀土金属之外的过渡金属的金属氧化物，该组合物中各组分的平均颗粒直径为5-25微米。本发明还提供了一种高炉喷吹煤粉用组合物的制备方法，其中，该方法包括将二茂铁、稀土金属氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属的氢氧化物和除了稀土金属之外的过渡金属的金属氧化物混合，所述组合物中各组分的平均颗粒直径为5-25微米。采用本发明提供的高炉喷吹煤粉用组合物能够有效促进煤粉燃烧，提高综合焦比，在应用于炼铁工业时不但添加量较少，对环境友好，还能够有效改善铁水质量，提高铁产量，大大降低炼铁成本。具体实施例方式本发明提供了一种高炉喷吹煤粉用组合物，其中，该组合物含有二茂铁、稀土金属氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属的氢氧化物以及除了稀土金属之外的过渡金属的金属氧化物，所述组合物中各组分的平均颗粒直径为5-25微米，优选为6.5-23微米。按照本发明，可以采用常规的方法得到平均颗粒直径为5-25微米的各组分，例如，研磨，所述研磨可以为各种研磨方法，优选采用球磨的方法，球磨的条件可以在较宽的范围内变化，只要使得最终得到的各组分的平均颗粒直径为5-25微米即可。所述球磨的条件可以包括球磨的转速和球磨的时间，所述球磨的转速可以为100-500转/分钟，球磨的时间可以为0.1-5小时。按照本发明，所述组合物中各组分的含量可以在较宽的范围内调整，优选情况下，以该组合物的总量为基准，所述二茂铁的含量可以为3-6重量％，更优选为3.5-5重量％;所述稀土金属氧化物的含量可以为10-25重量％，更优选为15-20重量％;所述碱土金属氧化物的含量可以为20-40重量％，更优选为30-40重量％;所述碱土金属的氢氧化物的含量可以为25-35重量％，更优选为25-30重量％;所述除了稀土金属之外的过渡金属的金属氧化物的含量可以为10-20重量％，更优选为10-15重量％。本发明的发明人发现，按照本发明，以该组合物的总量为基准，当所述组合物中二茂铁的含量仅为3-6重量％，更优选为3.5-5重量％时，不但能够大大降低成本，而且还能够很好的与其它组分相配合起到更好的促进煤粉燃烧的效果。按照本发明所述的组合物，其中，所述稀土金属氧化物的种类为本领域技术人员所公知，例如，可以选自氧化镧和/或氧化铈，更优选为氧化镧和氧化铈的混合物，该混合物中，氧化镧和氧化铈的重量比的可选择范围较宽，优选当氧化镧和氧化铈的重量比为大于1至2:1时，具有更佳的效果；所述碱土金属氧化物的种类为本领域技术人员所公知，例如，可以为氧化钙和/或氧化镁；所述碱土金属的氢氧化物的种类为本领域技术人员所公知，例如，可以为氢氧化钙和/或氢氧化镁；所述除了稀土金属之外的过渡金属的金属氧化物的种类亦为本领域技术人员所公知，例如，可以选自二氧化锰、氧化铜和氧化锌中的一种或几种。按照本发明，所述组合物的制备方法包括将二茂铁、稀土金属氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属的氢氧化物和除了稀土金属之外的过渡金属的金属氧化物混合，所述组合物中各组分的平均颗粒直径为5-25微米，优选为6.5-23微米。按照本发明，所述将二茂铁、稀土金属氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属的氢氧化物和除了稀土金属之外的过渡金属的金属氧化物混合的方法和混合顺序没有特别限定，各组分可以同时混合也可以分步混合，混合的顺序对得到的添加剂的性能没有影响。按照本发明，可以采用各种常规的破碎方法获得平均颗粒直径为5-25微米，优选为6.5-23微米的各组分，并且将各组分混合得到本发明所述组合物。按照本发明，各物质的用量使得以该组合物的总重量为基准，二茂铁的含量为3-6重量％，优选为3.5-5重量％;稀土金属氧化物的含量为10-25重量％，优选为15-20重量％;碱土金属氧化物的含量为20-40重量％，优选为30-40重量％;碱土金属的氢氧化物的含量为25-35重量％，优选为25-30重量％;除了稀土金属之外的过渡金属的金属氧化物的含量为10-20重量％，优选为10-15重量％。煤粉喷吹的方法和装置可以为本领域技术人员所公知的各种常规的方法和装置，例如，所述煤粉喷吹通常是在喷吹罐组内充以压縮空气，在自混合器引入二次压縮空气将煤粉经管道和喷枪喷入高炉风口。通常，在喷吹前，将高炉用原煤与组合物加入到磨煤机前料仓，通过磨煤机进行混合，然后经输煤管道进入高炉风口实现催化喷煤。按照本发明，所述喷吹煤粉用组合物的用量可以为一般组合物的用量，优选情况下，以原煤的重量为基准，组合物的量为0.3-0.5重量％。所述O.3-0.5重量％的添加量即可以起到很好的催化作用，能够大大提高原煤的燃烧效率和综合焦比。下面将通过具体实施例对本发明进行详细描述。实施例1-11本实施例用于说明本发明的高炉喷吹煤粉用组合物的制备将购得的二茂铁、稀土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、碱土金属氧化物和除了稀土金属之外的过渡金属的氧化物分别研磨至本发明规定的平均颗粒直径后，将各组分按照比例混合，得到本发明提供的制备高炉喷吹煤粉用组合物Tl-Tll。所述研磨的方法为将物料与钢球按照球料体积比为2:l的比例混合进行球磨，球磨的条件使得各物质分别达到一定的平均颗粒直径。表1给出了各物质的用量和平均颗粒直径。所述平均颗粒直径采用激光粒度测试仪(欧美克易赛20)测得。对比例1本对比例用于说明参比高炉喷吹煤粉用组合物的制备按照实施例1的方法制备高炉喷吹煤粉用组合物，不同的是，各组分的平均颗粒直径分别为二茂铁30微米、氧化镧38、氧化铈38微米、氢氧化钙75微米、氧化镁75微米、氧化钙75微米以及二氧化锰75微米。对比例2本对比例用于说明参比高炉喷吹煤粉用组合物的制备按照实施例1的方法制备高炉喷吹煤粉用组合物，不同的是，各组分的平均颗粒直径分别为二茂铁2微米、氧化镧4.5、氧化铈4.5微米、氢氧化钙4.5微米、氧化镁3微米、氧化钙3微米以及二氧化锰4.5微米。对比例3本对比例用于说明现有技术的高炉喷吹煤粉用组合物的制备按照CN1827783A公开的实施例1的方法制备高炉喷吹煤粉用组合物。高炉喷吹煤粉用组合物的性能测试将实施例1-11和对比例1-3得到的相同量的组合物用于350立方米高炉冶炼生铁实验，主要冶炼过程包括将烧结矿(新兴铸管集团公司生产)和矿煤球团(新兴铸管集团公司生产)按照75:25的重量比混合，并由炉顶装料设备分批装入高炉内，入炉含粉小于3重量％。鼓风机送出的冷风经热风炉加热到1100-120(TC以后从风口吹入炉缸，炉顶压力90-110千帕，并经风口喷入煤粉与煤粉用组合物的混合物(组合物的用量为煤粉重量的0.5%)，一起燃烧，并在相同条件下进行冶炼生铁。并按照上述方法分别进行不添加高炉喷吹煤粉用组合物的对比实验，结果如表2所示。按照上述方法，在制备1吨生铁的情况下，焦比、煤比以及综合焦比的数值如表2所示。焦比冶炼1吨生铁消耗的焦炭量；煤比冶炼1吨生铁消耗的煤粉量；综合焦比冶炼1吨生铁消耗焦炭的量+冶炼1吨生铁消耗的煤粉量X煤焦置换比(煤焦置换比喷吹单位煤粉替换焦炭的数量(煤焦置换比的经验取值为0.8))。表16<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从上述结果可以看出，添加了本发明的高炉喷吹煤粉用组合物后，与不添加高炉喷吹煤粉用组合物比较，生产1吨生铁的综合焦比降低了10-16.6千克/吨，而与采用对比例1和2的方法以及添加了对比例3的高炉喷吹煤粉用组合物后，与不添加高炉喷吹煤粉用组合物比较，生产1吨生铁的综合焦比仅仅降低5.6-7.2千克/吨。因此说明，采用本发明的高炉喷吹煤粉用组合物能够有效促进煤粉燃烧，提高综合焦比，在应用于炼铁工业时不但该组合物的添加量较少，还不含有K、Na、Cl等对环境有害的元素，对环境友好，因而大大降低了炼铁成本。权利要求一种高炉喷吹煤粉用组合物，其特征在于，该组合物含有二茂铁、稀土金属氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属的氢氧化物以及除了稀土金属之外的过渡金属的氧化物，该组合物中各组分的平均颗粒直径为5-25微米。2.根据权利要求l所述的组合物，其中，所述组合物中各组分的平均颗粒直径为6.5-23微米。3.根据权利要求1所述的组合物，其中，以该组合物的总重量为基准，二茂铁的含量为3-6重量％，稀土金属氧化物的含量为10-25重量％，碱土金属氧化物的含量为20-40重量％，碱土金属的氢氧化物的含量为25-35重量％，除了稀土金属之外的过渡金属的氧化物的含量为10-20重量％。4.根据权利要求3所述的组合物，其中，以该组合物的总重量为基准，二茂铁的含量为3.5-5重量％，稀土金属氧化物的含量为15-20重量％，碱土金属氧化物的含量为30-40重量％，碱土金属的氢氧化物的含量为25-30重量％，除了稀土金属之外的过渡金属的氧化物的含量为10-15重量％。5.根据权利要求1、3或4所述的组合物，其中，所述稀土金属氧化物为氧化镧和/或氧化铈；所述碱土金属氧化物为氧化钙和/或氧化镁；所述碱土金属的氢氧化物为氢氧化钙和/或氢氧化镁；所述除了稀土金属之外的过渡金属的氧化物选自二氧化锰、氧化铜和氧化锌中的一种或几种。6.根据权利要求5所述的组合物，其中，所述稀土金属氧化物为氧化镧和氧化铈的混合物，所述氧化镧和氧化铈的重量比为大于1至2:1。7.权利要求1所述高炉喷吹煤粉用组合物的制备方法，其特征在于，该方法包括将二茂铁颗粒、稀土金属氧化物颗粒、碱土金属氧化物颗粒、碱土金属的氢氧化物颗粒和除了稀土金属之外的过渡金属的氧化物颗粒混合，所述组合物中各组分的平均颗粒直径为5-25微米。8.根据权利要求7所述的方法，其中，各物质的用量使得以该组合物的总量为基准，二茂铁的含量为3-6重量％，稀土金属氧化物的含量为10-25重量％，碱土金属氧化物的含量为20-40重量％，碱土金属的氢氧化物的含量为25-35重量％，除了稀土金属之外的过渡金属的氧化物的含量为10-20重量％。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述稀土金属氧化物为氧化镧和/或氧化铈；所述碱土金属氧化物为氧化钙和/或氧化镁；所述碱土金属的氢氧化物为氢氧化钙和/或氢氧化镁；所述除了稀土金属之外的过渡金属的氧化物选自二氧化锰、氧化铜和氧化锌中的一种或几种。10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述稀土金属氧化物为氧化镧和氧化铈的混合物，所述氧化镧和氧化铈的重量比为大于l至2:1。全文摘要高炉喷吹煤粉用组合物，其中，该组合物含有二茂铁、稀土金属氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属的氢氧化物以及除了稀土金属之外的过渡金属的氧化物，该组合物中各组分的平均颗粒直径为5-25微米。本发明还提供了该高炉喷吹煤粉用组合物的制备方法。采用本发明提供的高炉喷吹煤粉用组合物能够有效促进煤粉燃烧，提高综合焦比，在应用于炼铁工业时不但添加量较少，对环境友好，还能够有效改善铁水质量，提高铁产量，大大降低炼铁成本。文档编号C21B5/00GK101768496SQ20091000007公开日2010年7月7日申请日期2009年1月5日优先权日2009年1月5日发明者蔺国庆申请人:蔺国庆