[发明专利]一种高炉喷吹煤粉多功能添加剂及其添加方法

说明书

技术领域：

本发明是用于高炉喷吹添加剂降焦增产，改善铁水质量和冶炼条件的目的，属于高炉炼铁领域。

背景技术：

进入21世纪：降低成本成为了高炉炼铁的主题，矿粉质量下降，Al含量升高，碱金属含量越来越高。但是高煤比，低焦比，低燃料比，高炉龄的要求从来没有降低过，给操作人员提出了更高的要求，同时焦炭的质量也相应的发生了改变。

喷吹煤粉替代部份焦炭已成为我国炼铁的一项常规技术,它在节焦降耗、调节炉况、降低生铁成本以及减少环境污染等方面，发挥着重要的作用，并为炼铁厂创造了良好的经济效益。而随着国内高炉的增多，焦炭供需矛盾日益突出，煤焦的差价日益扩大，进一步提高喷煤水平赿来赿紧迫。大量的喷吹煤粉，煤粉的燃烧率会显著降低，造成了置换比的下降，反而会影响高炉炼铁的经济效益，并且大量的未然煤粉会影响高炉透气性，并可能造成炉况不顺。所以如何提高喷煤水平和改善煤粉在高炉内的利用率，是高炉喷煤研究的重点和难点问题。为了改善高炉中煤粉的燃烧效果、提高喷煤置换，开发含量少，低成本，高效率的催化助燃添加剂的要求越来越重要。

在煤中加入具有催化活性或潜在催化活性的物质，如过渡金属化合物，稀土氧化物，碱金属和碱土金属等助燃催化剂将通过各种方式提高煤粉的燃烧率。要选择合适的助燃催化剂加入燃烧体系中，使煤中一些物质的反应活性被充分激发或被抑制。控制一些关键反应的速度和方向，从而达到改善燃烧，减少未燃煤粉的目的。

目前，该领域只用的各种添加剂还存在许多的不足。如CN061000072.1.8高炉喷吹催化增效剂中含有NaCl、KCl，CN02133147.2采用KMnO₄作为添加剂，这些添加剂中含有K、Na等有害元素，在高炉中富集将会对高炉产生严重危害。专利CN02133147.2高炉喷吹助燃剂中含有5～10%的K₂CO₃和3～12%B₂O₃等成分，增加了工艺的复杂性和成本，为添加剂的推广造成了障碍。专利CN1789393A高炉喷煤催化助燃剂及其添加方法中含有Cu等对铁水质量有害元素。专利CN111263A加入助燃剂为原煤质量的1-20%，添加2-8%时最好，小于1%效果不明显。该专利加入量大，反而会增加成本，也使煤粉燃烧灰分增加。

发明内容：

针对现有高炉喷煤催化剂存在的不足，本发明的目的在于提供一种原料易得不含k、Na等对炼铁有害元素，对高炉喷吹煤粉具有催化，活化，助燃的可有效的提高高炉炼铁经济效益的高炉喷吹多功能添加剂。用来改善喷吹煤粉的燃烧特性，提高喷吹煤粉的燃烧速率和燃烧率，提高煤焦置换比，能够改善铁水质量并且钝化高炉焦炭的反应性，强化焦炭骨架支撑作用和烧结矿低温还原粉化。

本发明是一种高炉喷吹多功能添加剂，其由催化剂，氧化剂，钝化剂，助燃剂，按照机械细磨混合而成。有效成分为：氧化剂20-40%，催化剂15-25%；助燃剂20-25%；钝化剂5-15%。添加剂的最佳成分为：氧化剂28-32%；催化剂18-22%助燃剂43-47%；钝化剂3-7%。

喷吹添加剂的作用机理：

1、催化助燃机理：该添加剂中某些金属盐的氧化物能催化煤粉中长链脂肪族烷C-C键断裂分解^[1]，可使碳原子与氧的结合速度提高几十倍，能够促进氧呈气相向碳表面扩散，本助燃剂中某些金属离子，能与煤中的腐蚀酸盐发生阳离子交换，而生成易着火的腐蚀酸（着火点在200℃左右）^[2]，从而降低了固定碳表面的着火温度，同时还促进煤中挥发分的析出，提高了固定碳表面的活性。煤粉的燃烧属于气固两相得反应，在两相反应物接触表面各点上，存在着两相反应物间的电动势，化学反应难易取决于这种电动势的大小。而催化剂的作用就是减少产生极性相反的离子电位差，以减弱两相间的电动势，从而使反应物活化，生成络合物，促进气—固相燃烧反应的进行。

2、氧化助燃机理

利用氧化剂促进燃烧过程中的氧化反应由来已久，K₂MnO₄是理想的氧化助燃剂，但K、Na元素对高炉炼铁的富集有一定的破坏作用。喷煤添加剂中不含K、Na等有害元素，所选择的化学成分对煤的加速燃烧比K₂MnO₄更优越。添加剂中的一些过度金属离子，由于他们具有“d穴”空轨道能接受O₂、CO分子中的弧对电子而产生化学吸附，使O₂、CO分子活化，促进了O₂、CO的氧化反应。