專利名稱：高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭及其制造方法。詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種焦炭的強(qiáng)度、CO2反應(yīng)性、氣孔孔徑分布均達(dá)到所需水平的高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，鑒于煉焦?fàn)t的老化問(wèn)題，人們企圖通過(guò)降低煉焦?fàn)t的實(shí)際作業(yè)率來(lái)延長(zhǎng)煉焦?fàn)t的壽命。為此，提高向高爐中的粉煤吹入量的操作被廣泛采用。
由于向高爐中的煤粉吹入量增加，導(dǎo)致了焦比的降低，另一方面，由于提高了礦/焦比，從而增大了在高爐內(nèi)對(duì)焦炭的重量負(fù)荷，當(dāng)該荷重超過(guò)焦炭的強(qiáng)度時(shí)，就促進(jìn)了焦炭的粉化。由于焦炭的粉化，導(dǎo)致了高爐內(nèi)的透氣性劣化，并會(huì)引起裝入物的懸料或溝流等的操作異常，甚至?xí)?yán)重地阻礙高爐的操作。因此，極力減少高爐的粉化是重要的。
可是，高爐內(nèi)的焦炭由于與二氧化碳(CO2)反應(yīng)而部分地氣化，因此使其變成多孔狀態(tài)，從而導(dǎo)致其強(qiáng)度降低。因此，迄今為止，作為抑制焦炭強(qiáng)度降低的方法，人們一直在研究能夠減小焦炭與CO2的反應(yīng)性的技術(shù)，但是，這樣就增高了高爐的能量成本。從降低成本的觀點(diǎn)考慮，這是不希望的，因此，人們現(xiàn)在寧可采用低燃料比的作業(yè)方案。
為了進(jìn)行低燃料比作業(yè)，有效的方法是通過(guò)把作業(yè)溫度降低至方鐵礦-鐵還原平衡附近的儲(chǔ)熱區(qū)域的溫度來(lái)提高在高爐內(nèi)的還原效率。鑒于上述理由，有人考慮使用高反應(yīng)性的焦炭(CAMP-ISIJ，Vol.5(1992)156)。
另外，作為制造這類高反應(yīng)性焦炭的方法，可以采用增加在原料配合煤中的非粘性煤或微粘性煤的比例的方法，或者添加惰性煤成分的方法，例如象特開(kāi)平6-313171號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的配合惰性物質(zhì)的方法或象特開(kāi)平2-117991號(hào)公報(bào)公開(kāi)的配合由低炭化度煤制得炭的方法。
然而，作為在要求上述低燃料比操作的環(huán)境中使用的高爐用焦炭，要求它是具有下述特性的高反應(yīng)性焦炭，所說(shuō)特性包括它在從儲(chǔ)熱區(qū)域至熔化區(qū)域附近的溫度范圍內(nèi)，其反應(yīng)性高而且在反應(yīng)后不易粉化，并且，即使在從熔化區(qū)域直至含有燃燒空窩(raceway section)的高爐下部的溫度范圍內(nèi)也不易粉化。
應(yīng)予說(shuō)明，關(guān)于焦炭在高爐內(nèi)的粉化特性，可以作如下理解。也就是說(shuō)，可以使用焦炭與CO2的反應(yīng)率(CRI)和焦炭在與CO2反應(yīng)后的強(qiáng)度(CSR)作為該粉化特性的指數(shù)，其中特別重要的是CSR。因此，日本的各個(gè)鋼鐵公司在其高爐作業(yè)中設(shè)定了焦炭的CSR控制值，并且專門制造能夠維持一定CSR值的焦炭。然而，如

圖1的A線所示，CRI與CSR具有良好的相關(guān)性，如要把CSR維持在一定值以上，就必須把CRI抑制到某個(gè)定值以下，這是存在的問(wèn)題。應(yīng)予說(shuō)明，A線附近的區(qū)域表示，通過(guò)改變工藝焦炭與CO2反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間來(lái)獲得反應(yīng)率不同的數(shù)據(jù)，然后分別測(cè)定這些具有不同反應(yīng)率的焦炭的強(qiáng)度并以此作為反應(yīng)后的強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果(CRI＝25％時(shí)的CSR＝60.9％)。
在這方面，增加非粘性煤或微粘性煤的配合量的方法或添加惰性煤成分的方法等現(xiàn)有技術(shù)雖然能提高焦炭的反應(yīng)性，但是在另一方面，在煤的粒子之間的熔粘性卻降低了，從而使焦炭的強(qiáng)度降低，因此，作為上述問(wèn)題的解決方法不能說(shuō)是有效的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種與CO2的反應(yīng)性高而且焦炭強(qiáng)度也大的高爐用焦炭。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過(guò)使用含有大量中炭化度低流動(dòng)性的準(zhǔn)粘性煤(以下簡(jiǎn)單地稱為“中炭化度低流動(dòng)性煤”)的少數(shù)幾種牌號(hào)的配合煤來(lái)廉價(jià)地制造高反應(yīng)性高強(qiáng)度高爐用焦炭。
也就是說(shuō)，本發(fā)明提供一種高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭，它通過(guò)下述步驟制得，即把一種非熔融惰性成分的總含量在30體積％以上的中炭化度低流動(dòng)性的中等粘性煤占60重量％以上的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾，其特征在于，該焦炭所具有的氣孔孔徑分布為，直徑不足10μm的氣孔的含有率為12～15體積％，直徑為10～100μm的氣孔的含有率為10～15體積％。
關(guān)于上述的氣孔孔徑分布，優(yōu)選是將直徑在1μm以下的氣孔的含有率控制在6體積％以上，并將直徑在100μm以上的氣孔的含有率控制在20體積％以下。
另外，本發(fā)明是一種高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭，它通過(guò)下述步驟制得，即把一種由平均反射率(Ro)為0.9～1.1，最大流動(dòng)度(MF)為3.0以下的中炭化度低流動(dòng)性的中等粘性煤占60～95重量％以及平均反射率(Ro)超過(guò)1.1的粘性煤為余量成分組成的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾，其特征在于，該焦炭所具有的氣孔孔徑分布為，直徑不足10μm的氣孔的含有率為12～15體積％，直徑為10～100μm的氣孔的含有率為10～15體積％。
在本發(fā)明中，作為上述配合煤的余量部分，優(yōu)選使用平均反射率Ro在1.3以上的粘性煤和/或最大流動(dòng)度(MF)在3.0以上的中等粘性煤。
另外，所說(shuō)焦炭的滾筒強(qiáng)度(tumbler strength)(轉(zhuǎn)動(dòng)400次后+6mm的重量％，以下稱為“TI6”)優(yōu)選在83％以上。
另外，本發(fā)明提供一種高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭的制造方法，其特征在于，該方法包括下述步驟把一種非熔融惰性成分的總含量在30體積％以上的中炭化度低流動(dòng)性的中等粘性煤占60重量％以上的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾，制成一種其氣孔孔徑分布為，直徑不足10μm的氣孔的含有率為12～15體積％，直徑為10～100μm的氣孔的含有率為10～15體積％的焦炭。
進(jìn)而，本發(fā)明提供一種高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭的制造方法，其特征在于，該方法包括下述步驟把一種由平均反射率(Ro)為0.9～1.1，并且最大流動(dòng)度(MF)為3.0以下的中炭化度低流動(dòng)性的中等粘性煤占60～95重量％以及平均反射率(Ro)超過(guò)1.1的粘性煤為余量成分組成的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾，制成一種其氣孔孔徑分布為，直徑不足10μm的氣孔的含有率為12～15體積％，直徑為10～100μm的氣孔的含有率為10～15體積％的焦炭。
另外，在本發(fā)明中，作為上述配合煤的余量部分，優(yōu)選使用平均反射率(Ro)在1.3以上的粘性煤和/或最大流動(dòng)度(MF)在3.0以上的中等粘性煤。
另外，在本發(fā)明中，所說(shuō)焦炭的滾筒強(qiáng)度TI6優(yōu)選在83％以上。
進(jìn)而，優(yōu)選把氣孔分布控制為直徑不足1μm的氣孔的體積含有率在6體積％以上，直徑在100μm以上的氣孔的體積含有率在20體積％以下。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的把10多種牌號(hào)的煤進(jìn)行配合的所謂多牌號(hào)配合的方法不同，按照本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)把那些能夠廉價(jià)而且大量地購(gòu)得的煤進(jìn)行少數(shù)幾種(≤5種左右的牌號(hào))牌號(hào)煤的配合，穩(wěn)定地制得具有比傳統(tǒng)焦炭更高的CO2反應(yīng)性和同等以上焦炭強(qiáng)度的焦炭。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是示出了傳統(tǒng)工藝焦炭的CO2反應(yīng)率(CRI)和與CO2反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)關(guān)系的曲線圖。
圖2是示出了各種煤的最大流動(dòng)度(MF)與平均反射率(Ro)關(guān)系的曲線圖。
圖3是分別將中炭化度低流動(dòng)性煤的單一種類焦炭和常規(guī)焦炭放大了50倍的照片。
圖4是示出了中炭化度低流動(dòng)性煤與通常的煤的配合比對(duì)滾筒強(qiáng)度的變化量(ΔTIX)影響的曲線圖。
圖5是示出了中炭化度低流動(dòng)性煤與粘性煤的配合比和粘性煤的平均反射率(Ro)對(duì)滾筒強(qiáng)度變化量(ΔTI6)影響的曲線圖。
圖6是示出了在焦炭中，直徑不足1μm的氣孔量與直徑在100μm以上的氣孔量的關(guān)系對(duì)IRI＝25％影響的曲線圖。曲線中的數(shù)字就是在對(duì)應(yīng)的實(shí)施例中的焦炭的IRI＝25％的值。
圖7是示出本發(fā)明的焦炭與CO2的反應(yīng)性(CRI)及與CO2反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)之間的關(guān)系的曲線圖。
用于實(shí)施發(fā)明的最佳方案本發(fā)明者們研究了焦炭中的氣孔狀態(tài)與反應(yīng)和粉化特性的關(guān)系。也就是說(shuō)，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，在考慮CO2向焦炭?jī)?nèi)部擴(kuò)散時(shí)，微細(xì)氣孔越多，對(duì)CO2擴(kuò)散的阻力就越大；另外，當(dāng)考慮與氣化反應(yīng)的關(guān)系時(shí)，氣孔的表面積越大，上述與CO2的反應(yīng)就越容易集中到表面附近(局部化學(xué)效應(yīng))，考慮到這種情況，可以認(rèn)為，在煤內(nèi)所含的成分中，特別值得注意的是那些即使在焦炭化后仍具有保持微細(xì)氣孔的性質(zhì)的惰性成分。
因此，本發(fā)明者們用那些以含有較多惰性成分的煤作為主體的配合煤制成焦炭，然后調(diào)查其氣孔狀態(tài)、反應(yīng)性和粉化特性。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)(1)以含有較多惰性成分的煤作為主體制成的焦炭，其中含有較多直徑不足10μm，特別是直徑不足1μm的微細(xì)氣孔，其表面積也較大；(2)在考慮對(duì)焦炭強(qiáng)度的影響時(shí)，直徑為10～100μm，特別是直徑在100μm以上的粗大氣孔應(yīng)盡量少；(3)上述(1)的微細(xì)氣孔越少，就越能使焦炭與CO2的反應(yīng)集中于微細(xì)氣孔處，這樣就能夠抑制由于反應(yīng)而導(dǎo)致的氣孔粗大化，因此能有效地保持焦炭在反應(yīng)后的強(qiáng)度，從而提高了焦炭的耐粉化性；(4)雖然具有上述局部化學(xué)效應(yīng)的效果，但是仍能象(3)所述那樣使得焦炭不易粉化。
因此，本發(fā)明者們基于上述知識(shí)，試圖制造高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭。
也就是說(shuō)，本發(fā)明者們繼續(xù)對(duì)原料煤的配合進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于某一種煤，通過(guò)將其與其他牌號(hào)的煤進(jìn)行組合，由這種組合獲得的配合煤生產(chǎn)出的焦炭的特性，也就是它的強(qiáng)度和CO2反應(yīng)性等的加權(quán)平均值，要比由單一牌號(hào)的煤生產(chǎn)出的單一焦炭的特性好得多，所謂由不同牌號(hào)的煤進(jìn)行組合的“相宜性”可以理解為一種相互作用。關(guān)于這一點(diǎn)，本發(fā)明者們以前曾開(kāi)發(fā)出一種考慮到各種牌號(hào)煤之間相互作用的焦炭強(qiáng)度推定法(特開(kāi)平9-255066號(hào)公報(bào))。
而且，這種相互作用對(duì)焦炭的氣孔狀態(tài)(或氣孔孔徑的分布)具有很強(qiáng)影響的這一事實(shí)已被確認(rèn)，因此，通過(guò)有效地利用這種相宜性，可以制得高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭。
另外，本發(fā)明者們還對(duì)焦炭的氣孔狀態(tài)(或氣孔孔徑分布)進(jìn)行了觀察并對(duì)原料煤的配合進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，為了制得與CO2的反應(yīng)性高而且具有高強(qiáng)度的焦炭，優(yōu)選是對(duì)直徑不足10μm的氣孔的含有率和直徑為10～100μm的氣孔的含有率加以控制，更優(yōu)選是除此之外，還對(duì)直徑不足1μm的氣孔的含有率和直徑在100μm以上的氣孔的含有率也加以控制。
例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，作為高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭的特征，將其氣孔孔徑按如下比例控制是有效的，即，將直徑不足10μm的氣孔的含有率控制在12～15體積％的范圍內(nèi)，優(yōu)選是除此之外，還把直徑不足1μm的氣孔的含有率控制在6體積％以上，并把直徑為10～100μm的氣孔的含有率控制在10～15體積％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選是除此之外，還把直徑在100μm以上的氣孔的含有率控制在20體積％以下。這是因?yàn)?，由于直徑不?μm的氣孔，其比表面積在全部比表面積中所占的比例在95％以上，因此，直徑不足1μm的氣孔的含有率越高，焦炭與CO2的反應(yīng)性就越好。另一方面，直徑在10μm以上的較粗大的氣孔能使焦炭的強(qiáng)度降低，因此其含有率越低，焦炭的強(qiáng)度(包括反應(yīng)后的強(qiáng)度)就越高。
下面按照完成本發(fā)明的過(guò)程來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案。
按照本發(fā)明，把一種非熔融惰性成分的含量在30％以上的中炭化度低流動(dòng)性煤占60～95％這樣高配合比的配合煤裝入煉焦?fàn)t中干餾。這種中炭化度低流動(dòng)性煤在煤的分類學(xué)上被劃入中等粘性煤類。流動(dòng)性較高的中等粘性煤，其作為粘性指標(biāo)的最大流動(dòng)度MF幾乎都在3.0以上(圖2的圓圈部分)，與此不同，如圖2的斜線部分所示，中炭化度低流動(dòng)性煤的最大流動(dòng)度MF值低于上述數(shù)值，這是因?yàn)?，如?的x煤和y煤所示，在其煤組織中含有大量作為惰性成分的半絲炭煤素質(zhì)和絲炭煤素質(zhì)的緣故。由于這種煤組織中含有大量的這類惰性成分，因此，由這種中炭化度低流動(dòng)性煤制得的焦炭的特征是象例如圖3所示那樣具有許多微細(xì)的氣孔。
具有這樣特征的中炭化度低流動(dòng)性煤的品位包括，其平均反射率為0.9～1.1，其最大流動(dòng)度在3.0以下，這與制造常規(guī)焦炭時(shí)使用的多牌號(hào)配合煤的品位(平均反射率約1.07，最大流動(dòng)度2.45)大致相等。但是，根據(jù)本發(fā)明者們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果把中炭化度低流動(dòng)性煤與品位大致相等的常規(guī)配合煤混合，盡管二者的品位大致相等，但是如圖4所示，卻會(huì)使焦炭的強(qiáng)度降低，從而不能維持所需的焦炭強(qiáng)度。
因此，本發(fā)明者們?yōu)榱瞬槊魃鲜鍪聦?shí)究竟是否與各種牌號(hào)的煤之間的相互作用也就是“相宜性”有關(guān)，對(duì)此繼續(xù)進(jìn)行了研究。
本發(fā)明者們具體地是使用由中炭化度低流動(dòng)性煤(X)與表2所示具有代表性的幾種粘性煤(從A至F)配合而成的配合煤進(jìn)行了干餾試驗(yàn)。
圖5示出了該試驗(yàn)的結(jié)果，其中表明中炭化度低流動(dòng)性煤與粘性煤的配合比和粘性煤的平均反射率對(duì)所獲焦炭的強(qiáng)度(滾筒強(qiáng)度)產(chǎn)生的影響。應(yīng)予說(shuō)明，在該圖中的焦炭強(qiáng)度就是指上述的滾筒強(qiáng)度TI6，圖中的縱軸表示，當(dāng)以中炭化度低流動(dòng)性煤?jiǎn)为?dú)進(jìn)行干餾獲得的焦炭強(qiáng)度作為0時(shí)，通過(guò)把中炭化度低流動(dòng)性煤與粘性煤(從A至F)配合而制得的焦炭的滾筒強(qiáng)度提高的效果?？v軸數(shù)值表示由中炭化度低流動(dòng)性煤?jiǎn)为?dú)制得的單一焦炭與由中炭化度低流動(dòng)性煤與粘性煤配合而形成的配合煤所制得的焦炭二者的強(qiáng)度差，當(dāng)該數(shù)值為1.0時(shí)，它就是工藝控制目標(biāo)值的一個(gè)例子。另外，圖中的數(shù)值表示中炭化度低流動(dòng)性煤與粘性煤(從A至F)的配合比。橫軸表示粘性煤的平均反射率(Ro)。
另外，從圖5可以看出，通過(guò)把中炭化度低流動(dòng)性煤(X)與占總量5～40重量％的粘性煤(從A至F)配合，可以獲得符合高爐使用標(biāo)準(zhǔn)的焦炭強(qiáng)度(TI6約84％)。如果粘性煤不足5重量％，則所獲焦炭的強(qiáng)度達(dá)不到要求，而如果粘性煤為≥40重量％，雖然這時(shí)所獲焦炭的強(qiáng)度超過(guò)了目標(biāo)值，但由于要使用大量的高價(jià)粘性煤，因此使制造成本升高。另外還可看出，粘性煤的平均反射率Ro越高，焦炭強(qiáng)度提高的效果就越好，這樣就可以使用較多量的中炭化度低流動(dòng)性煤。
應(yīng)予說(shuō)明，粘性煤不限于只使用一個(gè)品種，即便使用多個(gè)品種的粘性煤，對(duì)焦炭強(qiáng)度的效果也是同樣的。在實(shí)際煉焦時(shí)的配煤作業(yè)中，粘性煤的種類越少，配煤作業(yè)的效率就越高，但是，可以根據(jù)配煤作業(yè)所需的時(shí)間或粘性煤的庫(kù)存量來(lái)設(shè)定粘性煤的種類，如果按常規(guī)的作業(yè)考慮，粘性煤的種類以1～3個(gè)品種為宜。
一般說(shuō)來(lái)，粘性煤是高價(jià)的煤，因此，從制造成本的觀點(diǎn)考慮，希望盡可能減少粘性煤的配合比。因此，按照本發(fā)明，為了獲得提高焦炭強(qiáng)度的效果，希望使用至少一種以上平均反射率高達(dá)1.3以上的粘性煤?？傊绻褂闷骄瓷渎试?.3以上的粘性煤，那么只需使用5～20重量％左右的配合比即可達(dá)到所希望的效果。
上述中炭化度低流動(dòng)性煤的平均反射率為0.9～1.1，因此在分類上被劃入具有同等平均反射率的中等粘性煤類，但是，在中等粘性煤中，或者說(shuō)與平均反射率更高的強(qiáng)粘性煤相比，中炭化度低流動(dòng)性煤具有惰性成分多和流動(dòng)性低的特點(diǎn)。通常，煤在350～550℃軟化熔融，但是上述惰性成分缺乏熔融性，并且惰性成分本身是一種具有微細(xì)氣孔的多孔性物質(zhì)，因此即使是在軟化熔融后的550℃至650℃成為半焦?fàn)顟B(tài)的情況下，甚至在1000℃干燥后成為焦炭的情況下，仍然不僅保持它本身具有的微細(xì)氣孔的多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，而且還能使熔融成分形成微細(xì)氣孔并將該狀態(tài)保留下來(lái)。也就是說(shuō)，由含有較多惰性成分的煤干餾而獲得的焦炭，是一種形成有許多微細(xì)氣孔的焦炭。
在表3中示出了對(duì)三種焦炭的氣孔孔徑分布測(cè)定的結(jié)果，這三種焦炭是只用中炭化度低流動(dòng)性煤進(jìn)行干餾獲得的單一焦炭、使用由中炭化度低流動(dòng)性煤與粘性煤配成的配合煤進(jìn)行干餾獲得的配合焦炭和通常由多牌號(hào)煤配成的配合煤進(jìn)行干餾獲得的常規(guī)焦炭。如表3所示，在只用中炭化度低流動(dòng)性煤獲得的單一焦炭中，直徑不足10μm的微細(xì)氣孔所占的比例較大。與此相對(duì)照，對(duì)于由中炭化度低流動(dòng)性煤與粘性煤等配合而制得的配合焦炭來(lái)說(shuō)，其中的微細(xì)氣孔雖然略有減少，但仍比常規(guī)焦炭的微細(xì)氣孔多。另外，直徑在10～100μm范圍內(nèi)的較粗氣孔所占的體積百分?jǐn)?shù)比常規(guī)的焦炭少。
下面說(shuō)明高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭的煉制方法。
應(yīng)予說(shuō)明，即便是對(duì)于高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭，其評(píng)價(jià)方法也有許多種，在本發(fā)明中，使用粒徑為20±1mm的焦炭200g，在1100℃下按5升/分的流量通過(guò)CO2以使焦炭反應(yīng)消耗25重量％，然后按照其I型轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度(drum strength)(600次旋轉(zhuǎn)后+10mm的重量％)IRI-25％進(jìn)行評(píng)價(jià)，把IRI＝25％≥65的焦炭定義為高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭。
本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)的用10多種牌號(hào)的煤進(jìn)行多牌號(hào)煤配合的方法不同，按照本發(fā)明的方法，即使大量地配合進(jìn)能夠低價(jià)而大量地購(gòu)得的少數(shù)幾種牌號(hào)(≤5種左右的牌號(hào))的煤，也能穩(wěn)定地?zé)捴瞥霰葌鹘y(tǒng)焦炭具有更高CO2反應(yīng)性和同等以上焦炭強(qiáng)度的焦炭。綜上所述，按照本發(fā)明，可以通過(guò)下述各種方法制得本發(fā)明的焦炭①把一種惰性成分總含量在30重量％以上的中炭化度低流動(dòng)性煤占60重量％以上的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾；更優(yōu)選是②使用平均反射率(Ro)在1.3以上的粘性煤和/或最大流動(dòng)度(MF)在3.0以上的中等粘性煤作為上述的①配合煤的余量部分來(lái)配成配合煤，然后將此配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾；或者③把一種平均反射率(Ro)為0.9～1.1并且最大流動(dòng)度(MF)在3.0以下的中炭化度低流動(dòng)性煤占60重量％以上的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾；更優(yōu)選是
④使用平均反射率(Ro)在1.3以上的粘性煤和/或最大流動(dòng)度(MF)在3.0以上的中等粘性煤作為上述③的配合煤的余量部分來(lái)配成配合煤，然后將此配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾。
下面說(shuō)明實(shí)施例。
(1)對(duì)按照表2所示的煤配合制得的焦炭進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。使用X煤作為構(gòu)成主原料的上述中炭化度低流動(dòng)性煤，使用A煤作為用于補(bǔ)足強(qiáng)度的高炭化度煤的實(shí)例，使用C煤作為平均反射率在中炭化度低流動(dòng)性中等粘性煤以上的中等粘性煤或強(qiáng)粘性煤的實(shí)例，將它們按X煤∶A煤∶C煤＝81∶9∶10的比例進(jìn)行配合，如此配成用于裝入煉焦?fàn)t的配合煤。
對(duì)于用上述配合煤制得的其中的中炭化度低流動(dòng)性煤占多數(shù)的配合焦炭(以下簡(jiǎn)稱“中炭化度煤的焦炭”)，測(cè)定它在反應(yīng)率為25％時(shí)的反應(yīng)后強(qiáng)度IRI-25％及其焦炭強(qiáng)度TI6，并與由常規(guī)配合煤制得的常規(guī)焦炭的相應(yīng)值一起示于表4中以進(jìn)行比較。可以看出，中炭化度煤的焦炭具有與常規(guī)焦炭同等的焦炭強(qiáng)度TI6，但是中炭化度煤的焦炭的IRI＝25％值卻比常規(guī)焦炭的相應(yīng)值高。也就是說(shuō)，可以看出，它是一種高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭。
在煉制這種高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭時(shí)，作為中炭化度低流動(dòng)性煤，優(yōu)選使用例如由澳大利亞出產(chǎn)的商品名為黑水(Black water)(BWR)的煤。
(2)下面說(shuō)明高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭的氣孔結(jié)構(gòu)。
制造微細(xì)氣孔(直徑不足10μm和直徑不足1μm)和粗大氣孔(直徑為10～100μm和直徑在100μm以上)的體積％具有各種不同變化的焦炭，分別測(cè)定它們的氣孔孔徑分布。另外，測(cè)定各種焦炭的反應(yīng)性CRI、反應(yīng)后強(qiáng)度CSR、各種反應(yīng)率的I型轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度(drum strength)(600次旋轉(zhuǎn)后+10mm的重量％)，并通過(guò)近似直線的方法求出IRI＝25％值。另外，測(cè)定其滾筒強(qiáng)度(tumbler strength)TI6。結(jié)果示于表5中。
如表5所示，當(dāng)直徑不足10μm的氣孔量占12～15體積％，而且直徑為10～100μm的氣孔量占10～15體積％時(shí)(實(shí)施例1～7)，IRI＝25％的值在65.0以上，這一數(shù)值及其在冷狀態(tài)時(shí)的TI6值均與常規(guī)焦炭(工藝焦炭)的相應(yīng)值大致相同。另一方面，當(dāng)直徑不足10μm的氣孔量不是12～15體積％，或者當(dāng)直徑為10～100μm的氣孔量不是10～25體積％的情況下(比較例1～3)，其IRI＝25％值就達(dá)不到65.0以上。
另外，如圖6所示，即使在實(shí)施例1～7中，當(dāng)直徑不足1μm的微細(xì)氣孔量在6體積％以上并且直徑在100μm以上的粗大氣孔量在20體積％以下時(shí)(實(shí)施例1、5～7)，它就成為一種IRI＝25％值在66.0以上，具有更高反應(yīng)性和更高強(qiáng)度，并且更難粉化的焦炭。另外，當(dāng)直徑為10～100μm的氣孔量超過(guò)15體積％，并且100μm以上的氣孔量超過(guò)20體積％時(shí)(比較例1、2)，其TI6值降低。
根據(jù)上述內(nèi)容，可以看出，所謂IRI＝25％值高的高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭，可以用直徑不足10μm的微細(xì)氣孔的含有率和直徑為10～100μm的粗大氣孔的含有率來(lái)界定。進(jìn)而，通過(guò)限制直徑不足1μm的微細(xì)氣孔的體積含有率和直徑在100μm以上的粗大氣孔的體積含有率，可以界定性能更高的高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭。因此可以認(rèn)為，通過(guò)控制直徑不足10μm，優(yōu)選直徑不足1μm的微細(xì)氣孔的體積含有率，并且控制直徑為10～100μm，進(jìn)而還控制直徑在100μm以上的粗大氣孔的體積含有率，就能控制焦炭在與CO2反應(yīng)后的強(qiáng)度，從而能夠確實(shí)地制造高爐用的高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭。
另外，作為高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭的特性，可以認(rèn)為應(yīng)具有如下的氣孔孔徑分布直徑不足10μm的氣孔的含有率為12～15體積％，優(yōu)選是直徑不足1μm的氣孔的含有率在6體積％以上，直徑為10～100μm的氣孔的含有率為10～15體積％，而且直徑在100μm以上的氣孔的含有率在20體積％以下。
(3)下面說(shuō)明利用中炭化度低流動(dòng)性煤來(lái)制造高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭的結(jié)果。
從表6示出的實(shí)施例8～15可以看出，如果使惰性成分含量30體積％以上的中炭化度低流動(dòng)性煤的配合比例在60mol％以上，則能制得冷狀態(tài)強(qiáng)度TI6在83.4以上，而且當(dāng)反應(yīng)率固定為25％時(shí)的反應(yīng)后強(qiáng)度IRI＝25％在65.0以上的高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭。另外，如實(shí)施例16～21所示，如果使用平均反射率(Ro)為0.9～1.1，最大流動(dòng)度(MF)在3.0以下的中炭化度低流動(dòng)性煤占60～95重量％，其余量部分為平均反射率(Ro)超過(guò)1.1的煤，則可制成TI6＝83.7以上而且IRI＝25％在65.0以上的高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭。
另一方面，即使在煤中的惰性成分的含有率在30體積％以上，當(dāng)這種煤的配合比例不足60重量％(比較例5)的情況下，雖然其冷狀態(tài)強(qiáng)度TI6高于工藝焦炭(比較例4)，但其IRI＝25％卻降低至65.0以下。另外，如果在煤中的惰性成分的含有率不足30體積％(比較例6、13)，或者平均反射率(Ro)不足0.9(比較例7)，或者最大流動(dòng)度(MF)超過(guò)3.0(比較例8)，則在這些情況下，其IRI＝25％均達(dá)不到65.0以上。另外，當(dāng)煤的平均反射率(Ro)為0.9～1.1并且最大流動(dòng)度(MF)在3.0以下的中炭化度低流動(dòng)性煤的配合比例不足60重量％時(shí)(比較例9、10)，其IRI＝25％雖然稍大于工藝焦炭，但不能達(dá)到65.0以上。
另外，即使Ro為0.9～1.1并且MF在3.0以上的中炭化度低流動(dòng)性煤的配合比較例為60～95重量％，但如果作為其余量部分的煤的Ro在1.1以下(比較例11、12)，其IRI＝25％也在65.0以下。
根據(jù)上述內(nèi)容可以看出，只要按照由惰性成分含量在30重量％以上或者平均反射率(Ro)為0.9～1.1，并且最大流動(dòng)度(MF)在3.0以下的中炭化度低流動(dòng)性煤占60重量％以上的比例配合，而且作為余量部分的煤是平均反射率(Ro)在1.3以上的粘性煤和/或最大流動(dòng)度(MF)在3.0以上的準(zhǔn)粘性煤，就可以制得高反應(yīng)性高強(qiáng)度的焦炭。
下面通過(guò)改變反應(yīng)率來(lái)調(diào)查反應(yīng)率對(duì)本發(fā)明的焦炭在與CO2反應(yīng)后的強(qiáng)度提高的影響，并對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。如圖7所示，A線代表傳統(tǒng)的焦炭(工藝焦炭)，B線代表本發(fā)明的焦炭，為了繪制本發(fā)明的B線，使實(shí)施例5的焦炭與CO2的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行各種變化，以獲得不同反應(yīng)率的數(shù)據(jù)，然后分別測(cè)定具有不同反應(yīng)率的焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度，以所獲的結(jié)果制圖(其中，CRI＝25％時(shí)的CSR＝67％)，可以看出，代表本發(fā)明焦炭的B線處于代表傳統(tǒng)焦炭的A線的上側(cè)，這說(shuō)明本發(fā)明的焦炭是高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭。
工業(yè)實(shí)用性傳統(tǒng)的高爐用焦炭是通過(guò)多牌號(hào)配合法來(lái)制造，也就是先把10多種牌號(hào)的煤配成配合煤，然后用該配合煤來(lái)煉焦。但是，按照本發(fā)明，可以大量地使用那些在上述多牌號(hào)配合法中難以利用的中炭化度低流動(dòng)性煤。特別是通過(guò)把來(lái)自作為中炭化度低流動(dòng)性煤的特征的惰性成分中的微細(xì)氣孔與適當(dāng)?shù)恼承悦号浜?，就可以使制得的焦炭既能控制其氣孔狀態(tài)，從而保證它與CO2的高反應(yīng)性，又能維持高的焦炭強(qiáng)度。這樣就能獲得如下有益效果(1)降低了高爐用焦炭的制造成本；(2)由于焦炭與CO2的高反應(yīng)性，因此可以消減高爐作業(yè)的燃料費(fèi)；(3)由于降低了燃料比，從而減少了CO2的排放量。
這樣不僅給煉鐵業(yè)帶來(lái)有益效果，而且對(duì)環(huán)境保護(hù)也有很大好處。
表1

表2

*)ΔTI6當(dāng)X煤/i煤(i＝A～F)的配合比為95/5時(shí)，配合焦相對(duì)于X煤?jiǎn)我唤沟臐L筒強(qiáng)度提高量。
表3

表4

表5

表6

權(quán)利要求
1.一種高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭，它通過(guò)下述步驟制得，即把一種非熔融惰性成分的總含量在30體積％以上的中炭化度低流動(dòng)性的中等粘性煤占60重量％以上的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾，其特征在于，該焦炭所具有的氣孔孔徑分布為，直徑不足10μm的氣孔的含有率為12～15體積％，直徑為10～100μm的氣孔的含有率為10～15體積％。
2.一種高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭，它通過(guò)下述步驟制得，即把一種由平均反射率(Ro)為0.9～1.1，最大流動(dòng)度(MF)為3.0以下的中炭化度低流動(dòng)性的中等粘性煤占60～95重量％以及平均反射率(Ro)超過(guò)1.1的粘性煤為余量成分組成的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾，其特征在于，該焦炭所具有的氣孔孔徑分布為，直徑不足10μm的氣孔的含有率為12～15體積％，直徑為10～100μm的氣孔的含有率為10～15體積％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的焦炭，其特征在于，上述配合煤的余量成分是平均反射率(Ro)在1.3以上的粘性煤和/或最大流動(dòng)度(MF)在3.0以上的中等粘性煤。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)中所述的焦炭，其特征在于，該焦炭的滾筒強(qiáng)度TI6在83％以上。
5.如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)中所述的焦炭，其特征在于，該焦炭的氣孔孔徑分布控制為直徑不足1μm的氣孔的含有率在6體積％以上，直徑在100μm以上的氣孔的含有率在20體積％以下。
6.一種高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭的制造方法，其特征在于，該方法包括下述步驟把一種非熔融惰性成分的總含量在30體積％以上的中炭化度低流動(dòng)性的中等粘性煤占60重量％以上的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾，制成一種其氣孔孔徑分布為，直徑不足10μm的氣孔的含有率為12～15體積％，直徑為10～100μm的氣孔的含有率為10～15體積％的焦炭。
7.一種高爐用高反應(yīng)性高強(qiáng)度焦炭的制造方法，其特征在于，該方法包括下述步驟把一種由平均反射率(Ro)為0.9～1.1，并且最大流動(dòng)度(MF)為3.0以下的中炭化度低流動(dòng)性的中等粘性煤占60～95重量％以及平均反射率(Ro)超過(guò)1.1的粘性煤為余量成分組成的配合煤裝入煉焦?fàn)t中進(jìn)行干餾，制成一種其氣孔孔徑分布為，直徑不足10μm的氣孔的含有率為12～15體積％，直徑為10～100μm的氣孔的含有率為10～15體積％的焦炭。
8.如權(quán)利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，使用平均反射率(Ro)在1.3以上的粘性煤和/或最大流動(dòng)度(MF)在3.0以上的中等粘性煤作為上述配合煤的余量部分。
9.如權(quán)利要求6至8的任一項(xiàng)中所述的制造方法，其特征在于，所說(shuō)焦炭的滾筒強(qiáng)度TI6在83％以上。
10.如權(quán)利要求6至9的任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，將焦炭的氣孔孔徑分布控制為直徑不足1μm的氣孔的含有率在6體積％以上，直徑在100μm以上的氣孔的含有率在20體積％以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及高爐用的焦炭及其制造方法。通過(guò)使用含有大量中炭化度低流動(dòng)性粘性煤的少數(shù)幾種牌號(hào)配合煤,可以廉價(jià)地制得一種焦炭強(qiáng)度、與CO
文檔編號(hào)C10B57/00GK1341143SQ00804012
公開(kāi)日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2000年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月20日
發(fā)明者花岡浩二, 坂本誠(chéng)司, 井川勝利, 山內(nèi)豐, 笠岡玄樹(shù), 澤田壽郎, 莜原幸一, 月原裕二, 馬場(chǎng)真二郎 申請(qǐng)人:川崎制鐵株式會(huì)社