CN101144023A - 炼制焦炭用粘结成焦剂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炼制焦炭用粘结成焦剂组合物。该组合物由粘结成焦剂、焦煤以及非焦煤组成，粘结成焦剂选自丁苯橡胶胶粉、废弃轮胎粉、废弃聚碳酸酯颗粒、PET颗粒、废弃SAN树脂颗粒、废弃聚苯乙烯树脂颗粒、废弃胶乳混合物颗粒、废弃聚乙烯颗粒、废弃聚丙烯颗粒、废弃化学纤维颗粒。本发明的组合物中采用贫瘦煤、瘦煤、肥煤、气煤、1/3焦煤、气肥煤进行炼焦，达到生产合格焦炭的要求。

Description

炼制焦炭用粘结成焦剂组合物

技术领域

本发明涉及一种炼制焦炭用粘结成焦剂组合物。

背景技术

钢铁生产需要消耗大量的优质焦炭，焦炭生产又需要大量品质优良的炼焦用煤。炼焦用煤品质要求特殊且苛刻，只有采用具有较好的粘结性和结焦性的煤才能够炼出优质的焦炭。由于焦炭需求上升和资源限制，炼焦用煤价格不断攀升，品质难以保障，焦炭生产面临着难以逆转的优质炼焦用煤资源短缺和品质下降问题，为了扩大炼焦用煤资源，将弱粘结煤或不粘结煤用于炼焦，是今后焦炭生产中长期存在和面对的挑战之一。

有一定粘结性的烟煤，在隔绝空气中被加热到950～1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段转化为一定质量焦炭的原料煤称为炼焦用煤。炼焦用煤是性质非常特殊的一类煤炭，品质要求很高，要有适当的挥发性、粘结性和结焦性，和尽可能低的灰分、硫含量和磷含量。煤的粘结性是指在隔绝空气加热条件下，经过熔融胶质状态时粘结其本身或外来惰性物质，形成块状半焦的能力。结焦性是在高温炼焦条件下可形成一定块度和强度焦炭的能力。煤的粘结性和结焦性是炼焦用煤最重要的工艺参数，因此，从理论上讲，如果能有效改善煤的粘结性和结焦性，就有可能使不适于炼焦的煤用于炼焦。人们试图通过各种方法，解决焦炭生产的各种问题，以便用较差的炼焦煤炼出优质焦炭。

焦煤(coking coal)属烟煤中煤化程度中等或偏高的一类煤，受热后能产生热稳定性较好的胶质体，具有中等或较强的粘结性，单种煤炼焦时，可炼成熔融好、块度大、裂纹少、强度高而耐磨性又好的焦炭，是一种优质炼焦用煤。由于焦煤资源有限且分散，又难以找到替代资源，造成炼焦用煤价格居高不下，特别是优质炼焦用煤。焦煤资源短缺对钢铁企业造成了巨大的成本压力，因此，解决焦煤来源或扩大焦煤资源是钢铁企业所面临的迫切问题。

焦煤在炭化室内被加热，受热的煤料首先释放出吸附的气体和水分。随着温度升高，煤料开始软化，有机质开始分解形成塑性体或胶质体，并析出大量焦油和气体，生成气、液、固三相为一体的胶质体，胶质体内热解生成的挥发物不能很快溢出，造成胶质体膨胀，挥发分溢出后留下气孔，因此，胶质层固化后生成的半焦是多孔结构。温度进一步升高，胶质体分解，缩聚反应加快，半焦逐渐收缩，形成裂纹并转化成焦炭。

在上述炼焦或成焦过程中，焦煤产生的胶质体的性能最为关键，在由胶质体形成半焦，半焦形成焦炭的地程中起着承上启下的确关键作用。焦煤区别于其它煤的关键就在于焦煤在成焦过程中可以形成完整的焦质体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炼制焦炭用粘结成焦剂组合物。

本发明的关键在于选择适当的粘结成焦剂并进行配伍，这些化合物可以在炼焦过程中形成我们所期待的胶质体，由胶质体形成半焦，由半焦形成焦炭。

本发明还有一个关键点在于，找到不同粘结成焦剂和煤炭之间的配伍工艺，制成炼制合格焦炭的炼焦配煤。

本发明的思想，选择适当的粘结成焦剂，或许可以将煤化程度高于焦煤的瘦煤(lean coal)或者煤化程度低于焦煤的肥煤(fat coal)、气煤(gas coal)、1/3焦煤(1/3coking coal)、气肥煤(gas-fat coal)等各类煤炭资源用于炼制优质焦炭。

本发明所述的粘结成焦剂可以选自塑料(包括树脂)、橡胶(包括胶乳)、沥青、纤维高分子化合物或聚合物。

本发明所述的炼焦配煤可以是上述中国煤炭分类国家标准(GB5751-86)中的一种或一种以上，包括贫瘦煤(lean coal)、瘦煤(lean coal)、焦煤(coking coal)、肥煤(fat coal)、气煤(gas coal)、1/3焦煤(1/3 coking coal)、气肥煤(gas-fas coal)。我们把它称作非焦煤。

我们按一定比例对煤与粘结成焦剂进行混合，配制成本发明所需的炼焦配煤。

本发明所述的炼焦配煤中的粘结成焦剂选自塑料(包括树脂)、橡胶(包括胶乳)、沥青、纤维等高分子聚合物。

本发明所述的粘结成焦剂可以是上述有机化合物或聚合物的一种或一种以上。

本发明所述的炼焦配煤中，粘结成焦剂所占比例为5～40重量％，为了提高质量，还可以加入焦煤，余量选择非焦煤。

本发明所述的塑料选自聚乙烯、聚丙烯、ABS、PET、PMMA、聚苯乙烯、聚碳酸脂、SAN树脂、EVA树脂、Noryl树脂、聚酯树脂。

本发明所述的橡胶选自丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、天然胶乳、合成胶乳、人造胶乳。

本发明所述的塑料(包括树脂)、橡胶(包括胶乳)、沥青、纤维等高分子化合物或聚合物作为本发明所述的炼焦配煤的成分时，并不限制其化学组成，除非其裂解成焦产物或裂解残留产物对成品焦炭质量造成重大影响，以至不能生产出合格的焦炭产品。

本发明所述的塑料(包括树脂)、橡胶(包括胶乳)、沥青、纤维等高分子化合物作为本发明所述的炼焦配煤组分时，其粒度十分重要。如果可能其粒级与炼焦煤相似，即细度控制范围小于3mm级所占的比例为85重量％以上。

本发明所述的塑料(包括树脂)、橡胶(包括胶乳)、沥青、纤维等高分子化合物作为本发明所述的炼焦配煤组分时，其来源也可以选择回收的废弃物。按本发明所述的技术解决方案，当用废弃物用于炼焦时，既可减少环境污染，又可回收裂解产物，如各种烃类化合物，使之成为新的化工原料或产品，从而得以循环利用，一举两得。

本发明所述非焦煤选自：贫瘦煤、瘦煤、肥煤、气煤、1/3焦煤、气肥煤。在实施本发明时，上述炼焦配煤组成中的有机聚合物粘结成焦剂即可以单独添加，也可以混合添加。

本发明所涉及的粘结成焦剂可以选自一种，也可以选自多种。

本发明的实施方案为，选定一种或一种以上炼焦煤，炼焦煤可以不含焦煤，但最好含焦煤。选定一种或一种以上的粘结成焦剂，粘结成焦剂最好被粉碎到较小的颗粒或粉末。将选定好的炼焦煤和粘结成焦剂之间，煤与成焦剂之间充分混合，再进行适当的捣固。捣固后的配煤炼焦组分被装入焦炉中炼制，直至炼制成所需的焦炭。

以上我们阐述了炼制焦炭用粘结成焦剂组合物的组分，罗列了较多的物质和广泛的配伍，理论上这些物质都是可行的，通过实验，我们进一步优化了组合物配方：

一种炼制焦炭用粘结成焦剂组合物，其特征在于，该组合物的组成以及含量为：粘结成焦剂5～40％、焦煤0～10％以及余量的非焦煤，以重量百分含量计；其中粘结成焦剂选自丁苯橡胶胶粉、废弃轮胎粉、废弃聚碳酸酯颗粒、PET颗粒、废弃SAN树脂颗粒、废弃聚苯乙烯树脂颗粒、废弃胶乳混合物颗粒、废弃聚乙烯颗粒、废弃聚丙烯颗粒、废弃化学纤维颗粒中一种或者任意组合；非焦煤选自贫瘦煤、瘦煤、肥煤、气煤、1/3焦煤、气肥煤中一种或者任意组合。

以上所述的粘结成焦剂的细度要求：85重量％以上的粘结成焦剂粒度小于3mm。

以上所述的非焦煤的粒度小于3mm。

以上所述的焦煤的粒度小于3mm。

本发明所述的炼制焦炭的工艺按温度分三个阶段，第一个阶段为～300℃，第二个阶段为300～550℃，第三个阶段为950～1050℃，其中第二个阶段最重要，必要时应适当控制温度，保温停留。在第二阶段中，400～500℃是关键温度段，适当的温度可有效促成焦剂体的形成。

本发明的优点

1、组合物中采用非焦煤，即贫瘦煤、瘦煤、肥煤、气煤、1/3焦煤、气肥煤，达到生产合格焦炭的要求。

2、组合物中粘结成焦剂大多采用废弃物，节约了成本。

具体实施方式

为更好地理解本发明所提出的技术解决方案，本发明举出如下实施例：

实施例1

丁苯橡胶胶粉15kg、贫瘦煤25kg，粒度均<3mm，均匀混合后捣固10分钟，制成炼焦配煤，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温10小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性能评价和强度评价。

实施例2

丁苯橡胶胶粉12kg、瘦煤18kg，粒度匀<3mm，均匀混合后捣固10分钟，制成炼焦配煤原料，其余同例1。

实施例3

废弃轮胎制成的混合胶粉18kg，废弃轮胎制成的混合胶粉主要含丁苯橡胶、顺丁橡胶和天然橡胶成分，再各选取贫瘦煤、瘦煤、肥煤、气煤、1/3焦煤、气肥煤22kg，配成40kg不同的炼焦用煤原料，其余用例1。

实施例4

废弃轮胎制成的混合胶粉15kg，选取不同的煤种配成40kg炼焦用煤原料，其余同例3。

实施例5

废弃轮胎制成的混合胶粉12kg，选取不同的煤种配成40kg炼焦用煤原料，其余同例3。

实施例6

废弃轮胎制成的混合胶粉10kg，选取不同的煤种配成40kg炼焦用煤原料，其余同例3。

实施例7

废弃轮胎制成的混合胶粉5kg，选取不同的煤种配成40kg炼焦用煤原料，其余同例3。

实施例8

丁苯橡胶胶粉5kg，瘦煤10kg，焦煤5kg，肥煤20kg，均匀混合后捣固10分钟，制成炼焦用配煤，然后装入实验用小焦炉，1小时升温至500℃，保温30分钟，3小时升温至1050℃，保温6小时，熄焦后对得到的成品进行评价。

实施例9

丁苯橡胶胶粉5kg，瘦煤20kg，焦煤5kg，肥煤10kg，其余同例8。

实施例10

丁苯橡胶胶粉5kg，瘦煤10kg，焦煤10kg，肥煤10kg，其余同例8。

实施例11

丁苯橡胶胶粉5kg，瘦煤30kg，焦煤5kg，其余同例8。

实施例12

丁苯橡胶胶粉5kg，焦煤5kg，肥煤30kg，其余同例8。

实施例13

丁苯橡胶胶粉5kg，贫瘦煤30kg，焦煤5kg，其余同例8。

实施例14

丁苯橡胶胶粉5kg，1/3焦煤30kg，焦煤5kg，其余同例8。

实施例15

按实施例8～实施例14的配方比例，将丁苯橡胶胶粉替换为废弃轮胎制成的混合胶粉，形成七个不同的实施方案，其余同例8。

实施例16

按实施例8～实施例15的配方比例，配成14种不同的炼焦配煤后，3小时升温至1050℃后，保温10小时，熄焦后对产品焦炭进行评价。

实施例17

按实施例8～实施例15的配方比例，配成14种不同的炼焦配煤后，1小时升温至450℃后，保温1小时，2小时升温至1050℃后，保温8小时，熄焦后对产品焦炭进行评价。

实施例18

按实施例8～实施例15的配方比例，配成14种不同的炼焦配煤后，1小时升温至400℃后，保温1小时，3小时升温至1050℃后，保温8小时，熄焦后对产品焦炭进行评价。

实施例19

废弃聚碳酸酯，粉碎成尽可能小的颗粒，作为粘结成焦剂备用，按实施例1～实施例18的实验配方比例，分别将丁苯橡胶胶粉和废弃轮胎混合胶粉替换为废弃聚碳酸酯，形成不同比例和工艺的废弃聚碳酸酯实施例。

实施例20

废弃PET，粉碎成尽可能小的颗粒，作为粘结成焦剂备用，按实施例1～实施例18的实验配方比例，分别将丁苯橡胶胶粉和废弃轮胎混合胶粉替换为废弃PET，形成不同比例和工艺的废弃PET实施例。

实施例21

废弃SAN树脂，粉碎成尽可能小的颗粒，作为粘结成焦剂备用，按实施例1～实施例18的实验配方比例，分别将丁苯橡胶胶粉和废弃轮胎混合胶粉替换为废弃SAN树脂，形成不同比例和工艺的废弃SAN树脂实施例。

实施例22

废弃聚苯乙烯树脂，粉碎成尽可能小的颗粒，作为粘结成焦剂备用，按实施例1～实施例18的实验配方比例，分别将丁苯橡胶胶粉和废弃轮胎混合胶粉替换为废弃聚苯乙烯树脂，形成不同比例和工艺的废弃聚苯乙烯树脂实施例。

实施例23

废弃胶乳混合物，粉碎成尽可能小的颗粒，作为粘结成焦剂备用，按实施例1～实施例18的实验配方比例，分别将丁苯橡胶胶粉和废弃轮胎混合胶粉替换为废弃胶乳混合物，形成不同比例和工艺的废弃胶乳实施例。

实施例24

废弃聚乙烯，粉碎成尽可能小的颗粒，作为粘结成焦剂备用，按实施例1～实施例18的实验配方比例，分别将丁苯橡胶胶粉和废弃轮胎混合胶粉替换为废弃聚乙烯，形成不同比例和工艺的废弃聚乙烯实施例。

实施例25

废弃聚丙烯，粉碎成尽可能小的颗粒，作为粘结成焦剂备用，按实施例1～实施例18的实验配方比例，分别将丁苯橡胶胶粉和废弃轮胎混合胶粉替换为废弃聚丙烯，形成不同比例和工艺的废弃聚丙烯实施例。

实施例26

废弃化学纤维，粉碎成尽可能小的颗粒，作为粘结成焦剂备用，按实施例1～实施例18的实验配方比例，分别将丁苯橡胶胶粉和废弃轮胎混合胶粉替换为废弃化学纤维，形成不同比例和工艺的废弃化学纤维实施例。

实施例27

废弃聚碳酸酯5kg，PET 5kg，瘦煤30kg，均匀混合后捣固10分钟，制成炼焦配煤，其余同实施例1。

实施例28

废弃聚碳酸酯5kg，SAN 5kg，瘦煤25kg，焦煤5kg，均匀混合后捣固10分钟，制成炼焦配煤，其余同实施例1。

实施例29

废弃PET 5kg，聚苯乙烯5kg，肥煤25kg，焦煤5kg，均匀混合后捣固10分钟，制成炼焦配煤，其余同实施例1。

实施例30

废弃聚乙烯1kg，聚丙烯1kg，聚碳酸酯1kg，SAN 1kg，PET 1kg，瘦煤10kg，焦煤5kg，肥煤10kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例31

废弃聚乙烯2kg，聚丙烯2kg，聚碳酸酯2kg，SAN 2kg，PET 2kg，瘦煤10kg，肥煤10kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例32

废弃聚乙烯2kg，聚丙烯2kg，聚碳酸酯2kg，SAN 2kg，PET 2kg，瘦煤20kg，焦煤5kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例33

废弃聚乙烯2kg，聚丙烯2kg，聚碳酸酯2kg，SAN 2kg，PET 2kg，焦煤5kg，肥煤10kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例34

废弃聚乙烯2kg，聚丙烯2kg，聚碳酸酯2kg，SAN 2kg，PET 2kg，贫瘦煤10kg，焦煤5kg，气煤10kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例35

废弃聚乙烯2kg，聚丙烯2kg，聚碳酸酯2kg，SAN 2kg，PET 2kg，瘦煤20kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例36

废弃聚乙烯2kg，聚丙烯2kg，聚碳酸酯2kg，SAN 2kg，PET 2kg，肥煤20kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例37

废弃聚乙烯2kg，聚丙烯2kg，聚碳酸酯2kg，SAN 2kg，PET 2kg，气煤20kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例38

废弃聚乙烯2kg，聚丙烯2kg，聚碳酸酯2kg，SAN 2kg，PET 2kg，1/3焦煤20kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例39

废弃轮胎胶粉2kg，聚苯乙烯树脂2kg，胶乳2kg，瘦煤10kg，焦煤10kg，肥煤10kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例40

废弃轮胎胶粉2kg，聚苯乙烯树脂2kg，胶乳2kg，瘦煤20kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例41

废弃轮胎胶粉2kg，聚苯乙烯树脂2kg，胶乳2kg，肥煤20kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

实施例42

废弃轮胎胶粉2kg，聚苯乙烯树脂2kg，胶乳2kg，气肥煤20kg，均匀混合后捣固10分钟，然后装入实验用小焦炉，按炼焦工艺进行操作，3小时升温至1050℃，保温8小时，熄焦后得到成品焦炭，对成品焦炭按GB4000-83进行反应性评价和强度评价。

Claims (4)

1.一种炼制焦炭用粘结成焦剂组合物，其特征在于，该组合物的组成以及含量为：粘结成焦剂5～40％、焦煤0～10％以及余量的非焦煤，以重量百分含量计；其中粘结成焦剂选自丁苯橡胶胶粉、废弃轮胎粉、废弃聚碳酸酯颗粒、PET颗粒、废弃SAN树脂颗粒、废弃聚苯乙烯树脂颗粒、废弃胶乳混合物颗粒、废弃聚乙烯颗粒、废弃聚丙烯颗粒、废弃化学纤维颗粒中一种或者任意组合；非焦煤选自贫瘦煤、瘦煤、肥煤、气煤、1/3焦煤、气肥煤中一种或者任意组合。

2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于85重量％以上的粘结成焦剂粒度小于3mm。

3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于非焦煤的粒度小于3mm。

4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于非焦煤的粒度小于3mm。