[發(fā)明專利]一種用于實(shí)驗(yàn)室研究的焦炭類似物及其制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010062263.0
• 申請(qǐng)日: 2020-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN111205900B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建良;孫敏敏;李克江;劉征建;王子明;姜春鶴;李洪濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C10L5/02
• 分類號(hào): C10L5/02;G01N1/28;G01N1/36;G01N1/38
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明提供了一種用于實(shí)驗(yàn)室研究的焦炭類似物及其制備工藝，所述焦炭類似物的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：脫灰焦粉為：55?65％、酚醛樹脂：35?45％。該制作過程采用脫灰后的焦炭粉末及酚醛樹脂作為原料，在惰性氣氛中采用兩段式煉焦煉制。利用酚醛樹脂熱解形成氣體及粘結(jié)組分，形成具有一定氣孔結(jié)構(gòu)的焦炭類似物。本發(fā)明的有益效果是：該焦炭類似物的具有與焦炭相同的碳結(jié)構(gòu)；孔隙率也與冶金焦炭相接近；與CO₂的氣化反應(yīng)過程也與焦炭相同；最主要的是該焦炭類似物中灰分含量極少，可以通過后期配加不同比例的金屬或者礦物質(zhì)，主要功能是用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室單一影響因素的研究，最終對(duì)煉鐵生產(chǎn)形成指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于研究單一礦物質(zhì)及金屬對(duì)焦炭性能的影響的焦炭類似物的及其制備。

背景技術(shù)

焦炭是高爐煉鐵的關(guān)鍵原料。它是高溫過程中燃料和一氧化碳?xì)怏w的主要來源，用于將鐵的氧化物還原為鐵。焦炭最重要的作用是料柱骨架，為高爐內(nèi)氣體向上流動(dòng)及金屬爐料及爐渣的向下流動(dòng)提供通道。焦炭在高爐中的行為變化與焦炭的熱強(qiáng)度和反應(yīng)活性有關(guān)，這與冶金焦炭的自身特征有很大關(guān)系。許多學(xué)者和研究人員對(duì)焦炭在高爐內(nèi)發(fā)生的一系列多相復(fù)雜反應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，包括焦炭在經(jīng)歷了復(fù)雜的氣-液-固相互作用后的性能變化如組成、結(jié)構(gòu)等。隨著資源的逐步緊缺，煉焦面臨的主要問題是所選煤種的多樣性、煤種本身的復(fù)雜性以及配煤方案的可變性。因此，在研究焦炭的冷態(tài)和熱態(tài)強(qiáng)度以及反應(yīng)活性時(shí)，無法確定單一影響因素如不同礦物的結(jié)果。冶金焦炭在高爐中經(jīng)歷了從上到下的一系列物理化學(xué)變化，如塊狀區(qū)的劇烈碰撞、軟熔帶和滴落帶的劇烈氣化、風(fēng)口回旋區(qū)的快速燃燒、以及爐缸區(qū)域的渣鐵侵蝕等。焦炭煉制所用的母煤中礦物和金屬的影響被確定為碳形態(tài)變化、孔隙結(jié)構(gòu)分布的關(guān)鍵參數(shù)。然而，現(xiàn)有的焦炭研究體系中在單一礦物或金屬對(duì)焦炭性能及其在高爐內(nèi)變化的影響規(guī)律去未建立明確的機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明提供了用于實(shí)驗(yàn)室研究的焦炭類似物的制備工藝。該方法結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)冶金焦炭的制作理念，利用酸洗脫灰焦粉及酚醛樹脂制備焦炭類似物，通過此項(xiàng)工藝可以獲得不含礦物質(zhì)元素吧，碳結(jié)構(gòu)及氣孔形貌與把工業(yè)冶金焦炭相接近的焦炭類似物，為實(shí)驗(yàn)室對(duì)焦炭行為及影響因素的研究做出貢獻(xiàn)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種用于實(shí)驗(yàn)室研究的焦炭類似物，所述焦炭類似物的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：脫灰焦粉為：55-65％、酚醛樹脂：35-45％。

進(jìn)一步，所述脫灰焦粉粒徑為74μm，酚醛樹脂的粒徑為105μm。

進(jìn)一步，所述酚醛樹脂包括粉末狀酚醛樹脂和液態(tài)酚醛樹脂。

進(jìn)一步，所述粉末狀酚醛樹脂和液態(tài)酚醛樹脂的質(zhì)量比為8-12:1。

本發(fā)明的另一目的是提供一種上述焦炭類似物的制備工藝，其特征在于，所述工藝具體包括以下步驟：

S1)將冶金焦炭進(jìn)行破碎篩分，得到74μm的冶金焦炭粉末樣品；

S2)對(duì)冶金焦炭粉末樣品進(jìn)行酸洗，得到離心干燥后得到脫灰焦粉；

S3)將脫灰焦粉、粉末狀酚醛樹脂、液態(tài)酚醛樹脂分別稱取并混合均，置于模型中壓制成型；

S4)將干燥后的樣品利用雙溫區(qū)管式爐進(jìn)行兩段式煉焦，最終得到焦炭類似物。

進(jìn)一步，所述S2)酸洗的具體工藝為：

S2.1)第一次酸洗：將粉末樣品加入中選用鹽酸的濃度為體積分?jǐn)?shù)6％，溫度控制在40-60℃，酸洗時(shí)間為4-8h；

S2.2)第二次酸洗：將經(jīng)過S2.1)處理后的粉末樣品加入濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)40％的氫氟酸中；溫度控制在40-60℃，酸洗時(shí)間為4-8h。

進(jìn)一步，所述S3)中的模具的尺寸為φ20mm×17mm。