阅读说明：本技术 一种高强度焦炭及其制备方法 (High-strength coke and preparation method thereof ) 是由 冯健 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及焦炭技术领域,具体涉及一种高强度焦炭及其制备方法。一种高强度焦炭,按重量份计,至少包括以下组分：焦煤20-45份、肥煤10-25份、气煤10-20份、无烟煤10-30份、石油焦2-15份、硼化合物3-10份、填料5-15份。本发明中加入的无烟煤可以替代一部分焦煤和肥煤,由于无烟煤的市场价格远远低于焦煤和肥煤,进而降低了焦炭的生产成本；由于无烟煤和石油焦的灰分都极低,因此焦炭灰分明显降低。此外,本发明制备得到的焦炭还具有强度高,稳定性好等特点。(The invention relates to the technical field of coke, in particular to high-strength coke and a preparation method thereof. The high-strength coke at least comprises the following components in parts by weight: 20-45 parts of coking coal, 10-25 parts of fat coal, 10-20 parts of gas coal, 10-30 parts of anthracite, 2-15 parts of petroleum coke, 3-10 parts of boron compound and 5-15 parts of filler. The anthracite added in the invention can replace a part of coking coal and fat coal, and the market price of the anthracite is far lower than that of the coking coal and the fat coal, so that the production cost of coke is reduced; because the ash content of anthracite and petroleum coke is extremely low, the ash content of coke is obviously reduced. In addition, the coke prepared by the method has the characteristics of high strength, good stability and the like.)

一种高强度焦炭及其制备方法

技术领域

本发明涉及炼焦技术领域，具体涉及一种高强度焦炭及其制备方法。

背景技术

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29×103kJ/kg。焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。

随着钢铁高炉大型化和高压喷吹技术的发展，大型高炉对焦炭质量及其稳定性的要求越来越高。由于炼焦煤资源的日渐稀缺所导致入炉煤价格长期居高不下，再加上焦炭价格日渐低迷，要求焦化企业减低入炉煤成本、提高焦炭产品质量。为此，焦化行业要求优化入炉煤方案，尽可能地降低焦煤配比，最终实现入炉原料煤大幅度降低，提高焦炭产品的市场竞争力。

因此，焦化企业需要进一步提高焦炭强度、降低焦炭灰分、节约主焦煤的用量、降低生产成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种高强度焦炭，按重量份，至少包括以下组分：焦煤20-45份、肥煤10-25份、气煤10-20份、无烟煤10-30份、石油焦2-15份、硼化合物3-10份、填料5-15份。

作为本发明一种优选的技术方案，所述高强度焦炭，按重量份计，至少包括以下组分：焦煤30份、肥煤20份、气煤15份、无烟煤25份、石油焦10份、硼化合物8份、填料10份。

作为本发明一种优选的技术方案，所述硼化合物选自硼酸、硼酐、硼砂、氧化硼、碳化硼、硼化钛、硼酸钙、偏硼酸钡中的一种或多种的组合。

作为本发明一种优选的技术方案，所述硼化合物为硼酸和碳化硼的组合。

作为本发明一种优选的技术方案，所述硼酸和碳化硼的质量比为1：(0.3-1.2)。

作为本发明一种优选的技术方案，所述填料为煤炭系粘结料和/或石油系粘结料。

作为本发明一种优选的技术方案，所述煤炭系粘结料为焦油和/或沥青。

作为本发明一种优选的技术方案，所述石油系粘结料为溶剂脱沥青和/或重质残渣。

作为本发明一种优选的技术方案，所述石油系粘结料和煤炭系粘结料的质量比为1：(0.4-1.5)。

本发明的第二个方面提供了一种高强度焦炭的制备方法，至少包括以下步骤：

(1)按照重量份，称取焦煤、肥煤、气煤、无烟煤、石油焦、硼化合物、填料；

(2)先将焦煤、肥煤、气煤、无烟煤、石油焦进行混合，再进行破碎，然后加入硼化合物和填料进行捣固，再进行炭化炼焦，炼焦温度为950-1150℃，结焦时间为18-20h，得到红焦，出焦后冷却即得。

有益效果：本发明提供了一种高强度焦炭及其制备方法，其由焦煤、肥煤、气煤、无烟煤、石油焦、硼化合物、填料炼焦而成。本发明加入的无烟煤可以替代一部分焦煤和肥煤，由于无烟煤的市场价格远远低于焦煤和肥煤，进而降低了焦炭的生产成本；由于无烟煤和石油焦灰分都极低，因此本发明焦炭灰分较低。此外，本发明制备得到的焦炭还具有强度高，稳定性好等特点。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种高强度焦炭，按重量份计，至少包括以下组分：焦煤20-45份、肥煤10-25份、气煤10-20份、无烟煤10-30份、石油焦2-15份、硼化合物3-10份、填料5-15份。

作为优选，所述高强度焦炭，按重量份计，至少包括以下组分：焦煤30份、肥煤20份、气煤15份、无烟煤25份、石油焦10份、硼化合物8份、填料10份。

焦煤

焦煤，也称冶金煤，又名主焦煤。是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤，焦煤在中国煤炭分类国家标准中，是对煤化度较高，结焦性好的烟煤的称谓。焦煤是中等变质烟煤。由于粘结性强，能炼出强度大、块度大、强度高、裂纹少的优质焦碳，是炼焦的最好原料。焦煤单独炼焦时收缩度小，膨胀压力大，不易从炼焦炉中推出，而且易损坏焦炉，所以炼焦时必需给焦煤中配入适量的气煤、肥煤或瘦煤等，以改善操作条件，提高焦炭质量，并可扩大炼焦用煤资源。

气煤

气煤是煤化程度较低的一种烟煤，不粘结或微具粘结性。在层状炼焦炉中不结焦。燃烧时火焰短，耐烧。隔绝空气加热，可产生大量煤气。有的气煤还可以用来炼油和提取化工原料。作为炼焦煤中储量最大的气煤，大多具有低灰、低硫的特点，配煤炼焦可以显著降低焦炭的灰、硫等有害成分，同时减少焦化污染物排放，缓解冶金生产对大气环境的影响，是最具开发潜力的炼焦煤种。在配煤炼焦中，肥煤对气煤的包容能力最强，气煤配比应以肥煤为基数加以控制。随着气煤配比的增加，焦炭各项气孔参数发生明显变化，焦炭热性质逐步劣化且存在急剧劣化点，气煤参与成焦对焦炭热性质的影响主要是通过改变气孔结构实现的。

肥煤

肥煤是烟煤的一种，煤化程度较高，是中等挥发分及中高挥发分的弱粘结性煤，其挥发分在25-35％左右。肥煤也是炼焦用煤的一种，多供炼焦用，结焦性好，炼出的焦强度较高，但耐磨性差，单独用它炼焦时容易膨胀损害炉具，因此多和其他烟煤混合使用。肥煤胶质层最大厚度y>25毫米。与其他煤级的煤相比，肥煤一般具有较高的硫含量。

无烟煤

无烟煤，俗称白煤或红煤，是煤化程度最大的煤。无烟煤是一种坚硬、致密且高光泽的煤矿品种。在所有的煤品种中，尽管无烟煤的发热量较低，但碳含量最高，杂质含量最少。无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。黑色坚硬，有金属光泽。以脂摩擦不致染污，断口成贝壳状，燃烧时火焰短而少烟。不结焦。一般含碳量在90％以上，挥发物在10％以下。无胶质层厚度。热值约6000-6500千卡/公斤。有时把挥发物含量特大的称做半无烟煤；特小的称做高无烟煤。

石油焦

石油的减压渣油，经焦化装置，在500-550℃下裂解焦化而生成的黑色固体焦炭。其外观为黑色或暗灰色的蜂窝状结构，焦块内气孔多呈椭圆形，且互相贯通。一般认为它是无定形炭体；或是一种高度芳构化的高分子碳化物中，含有微小石墨结晶的针状或粒状构造的炭体物。碳氢比很高，为18-24。相对密度为0.9-1.1，灰分为0.1-1.2％，挥发物为3-16％。

本发明中，通过加入无烟煤后可以替代一部分焦煤和肥煤，由于无烟煤的市场价格远远低于焦煤和肥煤，进而降低了焦炭的生产成本。无烟煤的灰分较低，同时石油焦灰分也极低，因此本发明焦炭灰分下降。

硼化合物

本发明中，所述硼化合物选自硼酸、硼酐、硼砂、氧化硼、碳化硼、硼化钛、硼酸钙、偏硼酸钡中的一种或多种的组合。

作为优选，所述硼化合物为硼酸和碳化硼的组合。

作为更优选，所述硼酸和碳化硼的质量比为1：(0.3-1.2)。

作为最优选，所述硼酸和碳化硼的质量比为1：0.9。

本发明中，硼化合物的添加明显提高了焦炭的强度。发明人认为可能的原因是：1.碳化硼具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点，其覆盖在焦炭的表面可以起到保护膜的作用。2.硼酸从焦炭表面迅速渗透，形成充填焦炭表面孔道的硼化膜，强化焦炭表面强度。3.硼酸随着焦炭加热到1100℃时，两次脱水得到B₂O₃。B₂O₃是酸性物质，其加热脱水后形成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；同时碳化硼在高温条件下迁移到焦炭表面缺陷部位，协同阻碍溶损反应，这种阻碍作用因B-O-B和B-C-B键数量的增多而得到加强。这不但可修整焦炭的孔隙结构，减少焦炭CO₂反应的面积，而且生成难氧化的热解炭附着与焦炭的内外表面，以增强焦炭抗碳溶反应能力，从而改善焦炭强度增强。

硼化合物的添加提高了焦炭的强度，但焦炭原料组分间的粘结性没有得到明显的提高，发明人通过煤炭系粘结料和石油系粘结料的复配使用提高焦炭原料间的粘结性，进一步加强焦炭的强度和稳定性。

填料

本发明中，所述填料为煤炭系粘结料和/或石油系粘结料。

作为优选，所述煤炭系粘结料为焦油和/或沥青。

作为优选，所述石油系粘结料为溶剂脱沥青和/或重质残渣。

作为更优选，所述石油系粘结料和煤炭系粘结料的质量比为1：(0.4-1.5)。

作为最优选，所述填料为沥青和重质残渣，其质量比为1：1.2。

本发明中，填料的加入使焦炭的强度得到进一步加强。发明人认为可能的原因是：炭中焦煤、肥煤、气煤、无烟煤等煤炭软化熔化前到软化熔化初期与煤炭系粘结料发生相互粘结作用；此时，石油系粘结料和煤炭间几乎没有任何相互作用；但在煤炭软化熔化后，石油系粘结料对其产生粘结作用，这意味着在煤炭的软化熔化开始后发生石油系粘结料和煤炭的相互作用；煤炭系粘结料和石油系粘结料产生协同作用，在煤炭软化熔化前期、中期、后期形成的强力的相互协同作用，进一步抑制干馏时的膨胀压，使焦炭强度显著提高。

本发明的第二个方面提供了一种高强度焦炭的制备方法，至少包括以下步骤：

(1)按照重量份，称取焦煤、肥煤、气煤、无烟煤、石油焦、硼化合物、填料；

(2)先将焦煤、肥煤、气煤、无烟煤、石油焦进行混合，再进行破碎，然后加入硼化合物和填料进行捣固，再进行炭化炼焦，炼焦温度为950-1150℃，结焦时间为18-20h，得到红焦，出焦后冷却即得。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。

实施例

实施例1

实施例1提供了一种高强度焦炭，至少包括以下组分：焦煤30份、肥煤20份、气煤15份、无烟煤25份、石油焦10份、硼化合物8份、填料10份；

所述硼化合物为硼酸和碳化硼的组合，其质量比为1：0.9；

所述填料为沥青和重质残渣的组合，其质量比为1：1.2。

所述高强度焦炭的制备方法，至少包括以下步骤：

(1)按照重量份，称取焦煤、肥煤、气煤、无烟煤、石油焦、硼化合物、填料；

(2)先将焦煤、肥煤、气煤、无烟煤、石油焦进行混合，再进行破碎，然后加入硼化合物和填料进行捣固，再进行炭化炼焦，炼焦温度为1150℃，结焦时间为20h，得到红焦，出焦后冷却即得。

实施例2

实施例2提供了一种高强度焦炭，至少包括以下组分：焦煤20份、肥煤10份、气煤10份、无烟煤10份、石油焦2份、硼化合物3份、填料5份；

所述硼化合物为硼酸和碳化硼的组合，其质量比为1：0.3；

所述填料为沥青和重质残渣的组合，其质量比为1：0.4。

所述高强度焦炭的制备方法同实施例1。

实施例3

实施例3提供了一种高强度焦炭，至少包括以下组分：焦煤45份、肥煤25份、气煤20份、无烟煤30份、石油焦15份、硼化合物10份、填料15份；

所述硼化合物为硼酸和碳化硼的组合，其质量比为1：1.2；

所述填料为沥青和重质残渣的组合，其质量比为1：1.5。

所述高强度焦炭的制备方法同实施例1。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，所述硼化合物为硼酸。

实施例5

实施例5与实施例1的区别在于，所述硼化合物为碳化硼。

实施例6

实施例6与实施例1的区别在于，所述硼化合物为氧化硼。

实施例7

实施例7与实施例1的区别在于，所述硼化合物为硼酸和碳化硼的组合，其质量比为1：0.1。

实施例8

实施例8与实施例1的区别在于，所述焦炭原料不含硼化合物。

实施例9

实施例9与实施例1的区别在于，所述填料为重质残渣。

实施例10

实施例10与实施例1的区别在于，所述填料为沥青。

实施例11

实施例11与实施例1的区别在于，所述填料为沥青和重质残渣的组合，其质量比为1：0.1。

实施例12

实施例12与实施例1的区别在于，所述焦炭原料不含填料。

实施例13

实施例13与实施例1的区别在于，所述焦炭原料不含石油焦。

性能测试

焦炭强度测试：参照JISK 2151测试标准。实施例1-13制备得到的焦炭性能测试结果见表1。

表1.实施例1-13制备得到的焦炭的性能测试结果

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。