一、HDN-219反催化助強(qiáng)劑研發(fā)的意義：
焦炭在高爐生產(chǎn)中起著熱源、還原劑、滲碳劑和料柱骨架等重要作用。但隨著煉鐵工藝技術(shù)的發(fā)展，煤粉噴吹技術(shù)在高爐生產(chǎn)中被采用，逐漸削弱了焦炭作為熱源、還原劑和滲碳劑的作用，然而焦炭的料柱骨架作用仍無法替代。由于精料和風(fēng)溫水平的不斷提高，加之富氧，高爐煤粉大噴吹量技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，特別是大型現(xiàn)代高爐的冶煉強(qiáng)度進(jìn)一步強(qiáng)化，焦比不斷降低，焦炭負(fù)荷越來越高（有的高爐焦炭負(fù)荷已經(jīng)提高到4.5以上），焦炭在爐內(nèi)的滯留時間明顯延長，這樣溶損率必然增加，焦炭在爐內(nèi)的相關(guān)質(zhì)量就會惡化。為了保證高爐爐況順行，此時焦炭在爐內(nèi)作為料柱骨架的作用顯得越來越明顯和重要，而與之相關(guān)的焦炭指標(biāo)也越來越受到煉鐵工作者的重視。特別是焦炭的熱反應(yīng)后強(qiáng)度，它能充分、準(zhǔn)確反映焦炭在高爐內(nèi)溶損反應(yīng)的能力，更能反應(yīng)焦炭作為料柱骨架，承擔(dān)負(fù)荷大小的能力，一般來說，反應(yīng)后強(qiáng)度好的焦炭，其抗碎強(qiáng)度（M40）和抗耐磨強(qiáng)度（M10）也好。于是許多旨在改善焦炭熱性能的技術(shù)措施應(yīng)運(yùn)而生。如：提高優(yōu)質(zhì)煉焦用煤的比例，提高配煤質(zhì)量，采用搗固煉焦、型煤壓塊、煤調(diào)濕及干熄焦等提高焦炭質(zhì)量的技術(shù)措施。但是由此而造成選擇煉焦煤的要求更高，工序成本大幅度提高。如果采用以上的技術(shù)必須投入大量設(shè)備改造資金，同時建設(shè)周期也會很長。
焦炭的反應(yīng)性是重要的高溫冶金性能指標(biāo)之一。焦炭反應(yīng)性是指焦炭在一定溫度下與CO2的反應(yīng)速度，其反應(yīng)式為：C+CO2=2CO，在高爐爐身軟熔帶以上高溫（950℃—1100℃）區(qū)，該反應(yīng)在焦炭的氣孔表面激烈進(jìn)行，反應(yīng)性越好則焦炭的溶損越大，使得焦炭形成大量氣孔且氣孔壁變薄，高溫強(qiáng)度降低，產(chǎn)生大量粉末，顯著減弱了焦炭的骨架和支撐作用。直接影響高爐的順行，造成焦比升高。尤其是現(xiàn)代高爐采用大風(fēng)量、高風(fēng)溫和高煤比的強(qiáng)化冶煉措施，焦炭的高溫冶金性能已經(jīng)成為高爐進(jìn)一步強(qiáng)化和擴(kuò)大噴煤量的限制性因素，同時影響高爐一代壽命。因而降低焦炭反應(yīng)性，提高反應(yīng)后強(qiáng)度，改善焦炭高溫冶金性能已經(jīng)成為冶煉鐵界的共識。
二、HDN-219催化助強(qiáng)劑的使用機(jī)理
為了提高焦炭的高溫冶金性能，許多鋼鐵企業(yè)都在進(jìn)行這方面的研究和試驗。在現(xiàn)有的焦炭質(zhì)量條件下，在振動能尾部安裝特制噴頭在焦炭表面噴灑一定量的溶液，使溶質(zhì)經(jīng)過脫水結(jié)晶后吸附在焦炭表面形成了一層保護(hù)膜，溶質(zhì)的部分顆粒填充焦炭氣孔，從而阻止二氧化碳與焦炭的反應(yīng)和向焦炭內(nèi)部擴(kuò)散，以達(dá)到降低焦炭反應(yīng)性，并提高焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度的目的。
為了達(dá)到這樣的目的，我們的科技人員與冶金技術(shù)研究中心經(jīng)過不斷摸索和試驗，研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的HDN-219反催化助強(qiáng)劑。對HDN-219反催化助強(qiáng)劑的選擇和配比進(jìn)行了優(yōu)化，同時采取相應(yīng)的技術(shù)措施，客服了HDN-219反催化助強(qiáng)劑溶液在使用過程中由于溫度變化造成溶質(zhì)沉淀，添加活化劑以改善催化助強(qiáng)劑溶液在焦炭的覆蓋效果和均勻性，有效提高了HDN-219反催化助強(qiáng)劑的使用性能和穩(wěn)定性。
三、使用效果的測算和分析：
鋼鐵企業(yè)使用HDN=219反催化助強(qiáng)劑后使焦炭在爐內(nèi)的高溫冶金性能得到改善，減輕焦炭在爐內(nèi)的溶損反應(yīng)，從而降低了焦炭劣化程度，改善高爐透氣性指數(shù)、增強(qiáng)焦炭在爐內(nèi)的骨架作用和爐缸的透液性，利于高爐爐況穩(wěn)定順行。
根據(jù)反復(fù)試驗及實(shí)用后經(jīng)驗數(shù)據(jù)，焦炭熱反應(yīng)性降低1%，入爐焦比降低2kg/t、反應(yīng)后強(qiáng)度提高1%，生鐵產(chǎn)量提高1%、噴煤量增加2kg/t。以年產(chǎn)50萬噸鐵水的高爐計算，扣除添加劑成本每年可節(jié)省600—800萬元的經(jīng)濟(jì)效益。
四、技術(shù)要點(diǎn)
HDN-219反催化助強(qiáng)劑是從焦炭的生成和其微觀結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合焦炭在高爐內(nèi)發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)，利用屏蔽原理和離子滲透理論研發(fā)的用于改善焦炭質(zhì)量的新技術(shù)，它采用粘附劑為載體，配有失活劑和晶核劑，用60—70°清水或熄焦水配置成約10%的溶液，利用管道泵輸送到振動篩前再利用特制噴頭噴灑于焦炭表面。粘附劑既是載體，也是屏蔽膜主體，它在焦炭表面形成保護(hù)膜并堵塞焦炭微氣孔。失活劑在冷態(tài)條件下與晶格周邊的碳原子結(jié)合，填充焦炭晶格空隙，在高溫狀態(tài)下失活劑在碳結(jié)構(gòu)中的活化點(diǎn)上，還能與碳生成化合物使活化點(diǎn)失活，并在焦炭表面形成高溫屏蔽膜，粘附劑與失活劑的雙重作用，有效抑制了CO2和堿金屬對焦炭的氣化溶損反應(yīng)，明顯降低了焦炭的反應(yīng)性（CRI），焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）得到明顯改善；晶核劑隨焦炭一起進(jìn)入高爐，在中上部參與含鐵爐料的還原反應(yīng)，并嵌入反應(yīng)產(chǎn)物硅酸鹽晶格中，增大陽離子和陰離子團(tuán)之間的比值，提高硅酸鹽的強(qiáng)度，抑制還原粉比率（RDI），因此焦炭噴灑催化助強(qiáng)劑后，在高爐內(nèi)骨架作用增強(qiáng)，透氣透液性改善，含鐵礦料的低溫還原粉化得到抑制，高爐實(shí)現(xiàn)增鐵結(jié)焦。
五、作用效果
1、提高焦炭的抗碎強(qiáng)度（M40），降低耐磨強(qiáng)度，（M10）。
2、降低焦炭反應(yīng)性（CRI），提高反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR），降低爐渣的粘度，增加流動性。
3、減少焦炭在爐內(nèi)的粉化，增強(qiáng)骨架支撐作用，抑制高爐崩料及餡料。
4、改善高爐內(nèi)含鐵爐料低溫還原粉化率（RDI）
5、提高高爐利用系數(shù)，增加產(chǎn)量降低焦比。
在每噸焦炭上噴灑20公斤左右10%的HDN-219反催化助強(qiáng)劑溶液后，焦炭的反應(yīng)性（CRI）可降低3—5個百分點(diǎn)，反應(yīng)后強(qiáng)度提高5—10個百分點(diǎn)，高爐透氣性指數(shù)提高300—500/min·Mpa，焦比降低8—15kg/t鐵，鐵產(chǎn)量增加2—4%理化指標(biāo)
六、理化指標(biāo)
項目 | 指標(biāo) |
外觀 | 淺粉色或白色粉末 |
粒度 | 80目過篩≥95% |
水分含量 | ≤1% |
PH值 | 4.5—6 |
HDN-219反催化助強(qiáng)劑效益分析
一、用法與用量
1.在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件下，在振動篩尾部安裝特制噴頭在焦炭表面噴灑一定量HDN-219反催化助強(qiáng)劑溶液,用清水或熄焦水配置成9-10%的溶液，利用管道泵輸送到振動篩前再利用特制噴頭噴灑于焦炭表面。
2、用量每噸焦炭噴灑藥劑溶液20kg左右,實(shí)際操作時,根據(jù)焦炭的干濕程度稍作調(diào)整。
二、效益分析
每噸焦炭噴灑溶液20kg,置換出20kg焦炭，溶液濃度為9.09%，按照最近的焦炭價格2500元/噸，藥劑價格16.8元/公斤，每噸焦炭效益如下:
每噸焦炭節(jié)約20公斤×焦炭單價2.5元/公斤=50元
20公斤溶液×濃9.09%=1.81公斤
純藥劑造價1.81公斤×單價16.8/公斤=30.4元
節(jié)省焦炭成本50元- 藥劑成本30.4元=節(jié)省焦炭每噸效益為19.6元
直接經(jīng)濟(jì)效益：
結(jié)合貴廠臺 600的高爐，每天消耗焦炭800噸，每天經(jīng)濟(jì)效益如下:
每天節(jié)約焦炭800×20kg=16000kg，即16噸
每天節(jié)焦價值16噸×2500元/噸=40000元
每天噴藥液800×20kg=16000kg,即16噸
每天用藥劑原粉16噸×9.09%=1.45噸
每天用藥造價1.45噸×16800=24360元
每天經(jīng)濟(jì)效益為40000-24360=15640元
每年經(jīng)濟(jì)效益:15640×365天=5708600元，每年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)五佰柒拾萬元，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。
間接效益:
增強(qiáng)焦炭熱強(qiáng)度，增強(qiáng)骨架支撐作用，使高爐順行，料線轉(zhuǎn)好，增加生鐵產(chǎn)量，等間接效益也是非?？捎^的，這里不做計算。
四、HDN-219反催化助強(qiáng)劑效果檢驗：
在現(xiàn)有條件不變的情況下，做爐前硅記錄，假設(shè)爐喉到爐肛需要6小時，噴灑HDN-219反催化助強(qiáng)劑6小時之后，爐前硅只要保持不降低，甚至升高，說明藥劑開始發(fā)揮作用。
實(shí)際操作中，由于噴藥后，該部位爐溫升高，高溫區(qū)會向下輻射傳遞熱量，所以和有藥夜相鄰的部位溫度跟隨升高，通過我們反復(fù)觀察，好多情況下在噴藥后4- 5小時，爐溫就開始升高。其他間接效果會隨使用時間延長逐漸凸顯。
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