一种焦炭热强辅料及其制备工艺的制作方法

1.本发明属于焦炭生产助剂技术领域，具体涉及一种焦炭热强辅料及其制备工艺。

背景技术：

2.焦炭，是炼焦煤料在高温干馏作用下，经过热解、缩聚、固化、收缩等一系列复杂的物理化学过程而形成的固体燃料。含碳96％以上，热值约29
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103kj/kg。焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。而在焦炭的性能指标中，焦炭反应性和反应后强度对于高炉炼铁越来越重要。目前，焦炭热强辅料可以降低焦炭反应性，提高焦炭反应后强度。
3.公开号为cn101654634a的中国专利公开了一种焦炭钝化剂。该焦炭钝化剂的原料包含下述重量份数的组分：葡萄糖或氯化钙1-16、硼酐1-45、钛白粉1-15、二氧化硅1-10、无水硼砂1-45、硼酸钙1-46、偏硼酸钡1-30。该焦炭钝化剂能够改善焦炭热性能，抑制焦炭的溶损反应，降低其反应性，增加其热强度，优化碳的形态，减少入炉后的焦炭碎裂。
4.基于此，本发明人希望提供另一种能够降低焦炭的反应性，提高反应后强度的焦炭热强辅料。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种焦炭热强辅料，该热强辅料能够显著降低焦炭的反应性，提高反应后强度。本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种焦炭热强辅料，包括如下重量份的组分：含硼化合物30-40份二氧化硅10-15份二氧化钛5-10份氧化铝3-5份四氧化三铁3-5份氯化镧0.5-1份所述含硼化合物包括硼酸、硼砂和氧化硼，按照重量比，所述硼酸∶硼砂∶氧化硼＝1∶1-3∶1-3。
6.进一步的，按重量份，所述焦炭热强材料还包括高镁粉20-30份。
7.进一步的，按重量份，所述焦炭热强辅料还包括硅铝粉5-10份和硅钙粉5-10份。
8.进一步的，按重量份，所述焦炭热强辅料还包括葡萄糖1-5份。
9.进一步的，按重量份，所述焦炭热强辅料还包括三乙醇胺1-3份。
10.本发明的另一目的在于提供一种焦炭热强辅料的制备工艺，包括如下步骤：步骤一：将将硼酸、硼砂和氧化硼按照重量比硼酸∶硼砂∶氧化硼＝1∶1-3∶1-3进行混合得到含硼化合物；步骤二：按照重量份，称取含硼化合物30-40份、二氧化硅10-15份、二氧化钛5-10
份、氧化铝3-5份、四氧化三铁3-5份、氯化镧0.5-1份、高镁粉20-30份、硅铝粉5-10份、硅钙粉5-10份、葡萄糖1-5份和三乙醇胺1-3份，混合均匀即可。
11.综上所述，本发明具有以下有益效果：1、硼酸和硼砂中的硼酸根在无水气的情况下能与晶格周边的碳原子结合，减少边缘碳原子等活性位的总量；硼在焦炭中以化合物的形式嵌入石墨晶体的层间，在碳中形成替代式固溶体；硼酸和硼砂覆盖在焦炭的表面起到保护膜的作用；硼是非金属元素，具有一般常见非金属元素的反应性能，多数情况下接受电子，在焦炭表面形成电负性离子，使氧的化学吸附位能升高，阻碍氧对碳的反应，抑制co的生成；硼酸随着焦炭加热到1100℃时，部分脱水得到偏硼酸hbo2，进一步脱水得到b2o3，b2o3是典型的酸性物质。由于酸性物质加热脱水，在b2o3表面形成b-o-b键。b是缺电子体，具有亲电子倾向，焦炭溶损反应易发生在焦炭表面缺陷部位上。这些表面缺陷位上存在大量的碳弧对电子，使b-o-b键容易向孤对电子处聚集，从而堵塞溶损反应赖以发生的活性位，其活性点的有效表面积减小，由此阻碍溶损反应的发生，这种阻碍作用会因b-o-b键数量的增多而得到加强。因此，硼酸和硼砂的加入使焦炭溶损反应的反应性不断减小，反应后强度会不断增强；2、氧化硼的加入使b-o-b键数量增多，进一步增强对溶损反应的阻碍作用；3、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、四氧化三铁对焦炭的反应性有负催化作用，从而降低焦炭的反应性，提高焦炭反应后强度；4、氯化镧为焦炭热强材料体系中引入微量元素镧，而镧的加入会在焦炭高热条件下与铁、硅反应生成la-fe-si(lafe
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si)材料，使得分散在焦炭中的热强材料内形成交联固点，将焦炭包裹其中，进一步降低焦炭的反应性，提高焦炭反应后强度；5、氧化铝、高镁粉、硅铝粉、硅钙粉、葡萄糖作为填料，填充于焦炭表面的微孔中，降低生产成本；6、三乙醇胺作为防冻剂，能够赋予焦炭防冻剂良好的防冻效果，从而增强焦炭钝化剂在寒冷天气中的使用性。
具体实施方式
12.实施例1-5用于说明焦炭热强材料的组分。实施例1-5的组分见表1。
13.表1、实施例1-5焦炭热强材料组分表实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5含硼化合物/份4030333538硼酸∶硼砂∶氧化硼1∶1∶31∶1∶11∶1∶21∶3∶21∶2∶1二氧化硅/份1510121314二氧化钛/份108657氧化铝/份54354四氧化三铁/份54345氯化镧/份10.80.50.81高镁粉/份3020222527硅铝粉/份105876硅钙粉/份510789
葡萄糖/份54312三乙醇胺/份32112注：单位“份”指重量份结合表1，以下详细说明实施例1-5焦炭热强材料的制备工艺。
14.一种焦炭热强辅料的制备工艺，包括如下步骤：步骤一：将将硼酸、硼砂和氧化硼按照重量比混合得到含硼化合物；步骤二：按照重量份，称取含硼化合物、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、四氧化三铁、氯化镧、高镁粉、硅铝粉、硅钙粉、葡萄糖和三乙醇胺，混合均匀即可。
15.以下详细说明实施例1-5焦炭热强辅料的使用方法。
16.一种焦炭钝化剂的使用方法，包括如下步骤：步骤1：将焦炭钝化剂加入水中，搅拌5min，配制焦炭钝化剂溶液的浓度5％；步骤2：将焦炭钝化剂溶液均匀地喷洒在焦炭的表面，喷洒量为焦炭质量的10％，喷洒结束后将焦炭存放1h即可。
17.反应性和反应后强度试验步骤1：参照gb/t4000-1996《焦炭反应性及反应后强度试验方法》对分别喷洒实施例1-5焦炭热强辅料后的焦炭测试其反应性和反应后强度，同时测定未喷洒实施例1-5焦炭热强辅料的焦炭作为对照例；步骤2：重复4次步骤1后，将得到的5次焦炭反应性和反应后强度取平均值。
18.表2、焦炭反应性和反应后强度试验记录表从表2可得出以下结论：1、对比对照例和实施例1-5，喷洒实施例1-5焦炭热强辅料的焦炭的反应性远低于对照例，而反应后强度却远高于对照例；2、对比实施例1-5，喷洒实施例3的反应性低于其他实施例，反应后强度高于其他实施例。
19.机械强度试验参照gb/t2006-2008《焦炭机械强度的测定方法》对分别喷洒实施例1-5焦炭热强辅料后的焦炭的机械强度进行测定，同时测定未喷洒实施例1-5焦炭钝化剂的焦炭作为对照例。
20.表3、焦炭机械强度试验记录表对照例实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5m40/％82.184.684.784.984.884.7m10/％6.95.35.15.05.25.4注：m
40
越大，表面抗碎强度越高；m
10
越小，表明耐磨强度越高。
21.从表3可得出以下结论：1、对比对照例和对比例1-5，喷洒实施例1-5焦炭热强辅料的焦炭的抗碎强度和耐
磨强度更高，即喷洒实施例1-5焦炭热强辅料的焦炭的机械强度更高；2、对比对比例1-5，喷洒实施例3的焦炭热强辅料的焦炭的抗碎强度和耐磨强度高于其他实施例，即喷洒实施例3的焦炭热强辅料的焦炭的机械强度更高。
22.对比例1选用公开号为cn101654634a的中国专利的实施例4作为对比例1。
23.将喷洒实施例3的焦炭热强辅料的焦炭和喷洒对比例1的焦炭钝化剂的焦炭参照反应性和反应后强度试验步骤进行试验，再将喷洒实施例3的焦炭热强辅料的焦炭和喷洒对比例1的焦炭钝化剂的焦炭参照机械强度试验步骤进行试验。
24.表4、对比例1和实施例3对比试验记录表实施例3对比例1反应性/％21.4928.19反应后强度/％72.0464.28m40/％84.983.2m10/％5.06.6注：m40越大，表面抗碎强度越高；m10越小，表明耐磨强度越高。
25.从表4可得出以下结论，相比于对比例1，喷洒实施例3的焦炭热强辅料的焦炭的反应性更低，反应后强度更高，抗碎强度和耐磨强度更高。由此可见，本发明能够显著降低焦炭反应性，提高焦炭反应后强度和机械强度。
26.对比例2对比例2与实施例3的区别在于去除四氧化三铁，其他均与实施例3相同。
27.对比例3对比例3与实施例3的区别在于去除氯化镧，其他均与实施例3相同。
28.对比例4对比例4与实施例3的区别在于同时去除四氧化三铁和氯化镧，其他均于实施例3相同。
29.将喷洒实施例3的焦炭热强辅料的焦炭和分别喷洒对比例2-4的焦炭热强辅料的焦炭参照反应性和反应后强度试验步骤进行试验，再将喷洒实施例3的焦炭热强辅料的焦炭和分别喷洒对比例2-4的焦炭热强辅料的焦炭参照机械强度试验步骤进行试验。
30.表5、实施例3和对比例2-4对比试验记录表实施例3对比例2对比例3对比例4反应性/％21.4925.7425.8926.12反应后强度/％72.0466.9667.0166.34m40/％84.983.683.583.4m10/％5.06.06.36.4注：m40越大，表面抗碎强度越高；m10越小，表明耐磨强度越高。
31.从表5可得出以下结论：喷洒实施例3的焦炭热强辅料的焦炭在反应性、反应后强度、抗碎强度和耐磨强度等指标上均优于分别喷洒对比例2和对比例3的焦炭钝化剂的焦炭。
32.喷洒对比例4的焦炭钝化剂的焦炭在反应性和反应后强度这两个指标上均劣于分
别喷洒对比例2和对比例3的焦炭钝化剂的焦炭。由此可见，四氧化三铁和氯化镧均能够降低反应性，提高反应后强度。但是，四氧化三铁和氯化镧复配使用导致反应性的降低程度和反应后强度的提高程度大于四氧化三铁和氯化镧各自单独使用导致反应性的降低程度和反应后强度提高程度之和。因此，四氧化三铁和氯化镧在本发明中能够产生复配作用，增加反应性的降低程度和反应后强度的提高程度。
33.喷洒对比例4的焦炭钝化剂的焦炭在抗碎强度和耐磨强度这两个指标上均劣于喷洒对比例2的焦炭钝化剂的焦炭，但和喷洒对比例3的焦炭钝化剂的焦炭较为接近。由此可见，四氧化三铁几乎对抗碎强度和耐磨强度不造成影响，而氯化镧能够提高抗碎强度和耐磨强度。但是，四氧化三铁和氯化镧复配使用导致抗碎强度和耐磨强度的提高程度大于氯化镧单独使用导致抗碎强度和耐磨强度的提高程度。因此，四氧化三铁和氯化镧在本发明中能够产生复配作用，增加抗碎强度和耐磨强度的提高程度。
34.本实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：

1.一种焦炭热强辅料，包括如下重量分数的组分：含硼化合物30-40份二氧化硅10-15份二氧化钛5-10份氧化铝3-5份四氧化三铁3-5份氯化镧0.5-1份所述含硼化合物包括硼酸、硼砂和氧化硼，按照重量比，所述硼酸：硼砂：氧化硼=1:1-3:1-3。2.根据权利要求1所述的焦炭热强辅料，其特征在于，按重量份，所述焦炭热强材料还包括高镁粉20-30份。3.根据权利要求1所述的焦炭热强辅料，其特征在于，按重量份，所述焦炭热强辅料还包括硅铝粉5-10份和硅钙粉5-10份。4.根据权利要求1所述的焦炭热强辅料，其特征在于，按重量份，所述焦炭热强辅料还包括葡萄糖1-5份。5.根据权利要求1所述的焦炭热强辅料，其特征在于，按重量份，所述焦炭热强辅料还包括三乙醇胺1-3份。6.一种焦炭热强辅料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将将硼酸、硼砂和氧化硼按照重量比硼酸：硼砂：氧化硼=1:1-3:1-3进行混合得到含硼化合物；步骤二：按照重量份，称取含硼化合物30-40份、二氧化硅10-15份、二氧化钛5-10份、氧化铝3-5份、四氧化三铁3-5份、氯化镧0.5-1份、高镁粉20-30份、硅铝粉5-10份、硅钙粉5-10份、葡萄糖1-5份和三乙醇胺1-3份，混合均匀即可。

技术总结

本发明涉及焦炭生产助剂技术领域，具体涉及一种焦炭热强辅料及其制备工艺。该焦炭热强辅料包括如下重量份的组分：含硼化合物30-40份，二氧化硅10-15份，二氧化钛5-10份，氧化铝3-5份，四氧化三铁3-5份，氯化镧0.5-1份，所述含硼化合物包括硼酸、硼砂和氧化硼，按照重量比，所述硼酸：硼砂：氧化硼=1:1-3:1-3。本发明的有益效果为：该焦炭热强辅料能够显著降低焦炭的反应性，提高反应后强度。提高反应后强度。