CN101191088A - 一种型煤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种型煤，其组分重量百分比为：粉煤：100；糖蜜：+5～15；生石灰：+0.5～1.5；无机硬化剂：+1～4。所述的无机硬化剂是消石灰、氧化铁、石灰石中的一种或几种。另外，本发明还提供了一种该型煤的制备方法，包括下列步骤：将粉煤筛分到3mm以下；干燥粉煤，使粉煤水分＜5％；将上述粉煤与生石灰和无机硬化剂混合均匀；将上述混合物再与糖蜜进一步搅拌混合；将上述步骤所形成的混合物送入成型机，辊压成型，得到生球。生球在常温下存放20～60分钟，形成型煤生球。该型煤由于加入了生石灰与糖蜜中的水分发生反应释放热量来干燥型煤生球，使型煤生球无需长时间进行常温养护即可使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种型煤，尤其涉及一种在钢铁冶金领域中利用粉煤成型的型煤及其制备方法。
背景技术
在熔融还原铁生产工艺中，为了保证下部熔炼气化炉中填充床的透气性，该工艺要求使用具有一定粒度、颗粒尺寸在5～8mm以上的块状燃料，即块煤或块焦。然而，天然的块煤资源非常有限，而煤炭在开采、运输、筛分等过程中会产生大量的粉煤，因此，在实际生产中，一般都是将粉煤加工成具有一定形状和尺寸的“块煤”，这种“块煤”称为型煤。型煤被广泛应用于民用、化工和冶金等领域。
在现有的粉煤成型过程中，都要使用粘结剂，粘结剂的选择对型煤的性能指标有着至关重要的影响。在目前已使用的众多的粘结剂中，一种以糖蜜为基础的复合粘结剂应用比较广泛。其原因是：糖蜜是糖业生产的副产品，资源广泛、价格低廉、安全环保。如果单纯使用糖蜜作为粘结剂在常温下使粉煤成型，成型后粉煤颗粒间仅依靠糖蜜本身的粘性结合在一起，结合的效果非常差，型煤强度达不到实际使用要求。
为了解决单纯使用糖蜜产生的型煤强度差的问题，人们在用糖蜜制造型煤时会同时使用各种无机硬化剂来提高最终型煤产品的强度。例如，美国专利US4,738,685公开了采用粉煤、糖蜜和无机硬化剂的混合物生产型煤的方法。混合物中糖蜜的比例占5～15％，无机硬化剂的比例小于5％。此专利中所用的无机硬化剂是碳酸钙、磷酸钙、氧化铁、氧化铝中的一种或几种。因为糖蜜与无机硬化剂反应需要一定的时间和反应条件，如温度。因此，刚压制出的生球初始强度较差，不能马上使用，要在常温下自然养护1～3天，或者在200～300℃的温度下强制养护1小时以上。经过如此处理后的型煤才能具有足够的强度以保证在输送和贮存时不产生大量的破碎。然而在大规模生产时，养护1～3天要占用很大的养护场地，因为初始强度差，生球又不能堆得过高。如果使用高温养护来缩短养护时间，则需要大型加热设备，从而导致高的能源消耗及低的生产能力。
另一项中国专利CN1173018C公开了采用粉煤、糖蜜和生石灰的混合物制备型煤的方法。混合物中粉煤的重量份为100，糖蜜的重量份为7～15，生石灰的重量份为1～5。在此生石灰起到了调节粉煤中水分的作用，粉煤无需干燥。这是因为：生石灰与粉煤中所含的水分发生消化反应，消化反应放出大量的热量可以起到干燥粉煤的作用。
但是，上述利用生石灰精确调节混合物的水分在理想状态下是可行的，在实际生产过程中很难精确地、实时地控制生石灰的配入量。一旦生石灰的配入量与粉煤的水分、糖蜜的配入量相互之间不能很好地匹配，原料条件和粘结剂配方偏离了工艺设计的优化范围，型煤的质量就无法保证。水分与粘结剂配入量不匹配后会出现两种问题：一种情况是粉煤的表面水分较高而生石灰的配入量较少，消化反应无法去除全部表面水，多余的表面水分会进入糖蜜，糖蜜被大量稀释后粘度下降，成型后型煤强度变差。还有一种情况是粉煤的表面水分本身很低，生石灰的加入量过高，产生的后果是有大量的生石灰在压制前无法消化，也会导致型煤质量变差。另外，生石灰的消化反应需要一定的时间。在该项专利给出的原料条件及粘结剂配比情况下，消化反应所需的时间有可能从2分钟到2小时。在连续生产条件下这是一个很难判断和有效控制的参数。一旦在成型前生石灰的消化不充分，成型以后残留在型煤中的生石灰将与空气中的水分接触，继续发生消化反应从而引起型煤的胀裂，导致型煤强度下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种型煤，该型煤无需长时间养护就可使用。
本发明的另一目的在于提供一种型煤的制备方法，使得用该制备方法生产出的型煤
为实现上述目的，本发明提供了一种型煤，其组分重量百分比为：
粉煤：100；糖蜜：+5～15；生石灰：+0.5～1.5；无机硬化剂：+1～4。
所述的无机硬化剂是消石灰、氧化铁、石灰石中的一种或几种。粉煤中的水分＜5％。
优选地，糖蜜的配比(Wt％)为：+8～10。
以下是本发明主要元素的作用及其限定说明：
糖蜜：5～15重量份
糖蜜配入量＜5将不足以有效覆盖所有煤粉颗粒，起不到理想的粘结效果。糖蜜配入量＞15，粘结能力则太强，将导致粘结剂成本升高。
生石灰：0.5～1.5重量份
生石灰在本发明中的作用是：与糖蜜中的水发生消化反应，其从内部放出的热量均匀，可以缩短型煤生球养护周期。如＞1.5重量份，则可能因为水分和反应时间的限制导致消化反应不充分，影响型煤质量。如＜0.5重量份，则消化反应放热的效果变差，养护时间相应延长。
生石灰能起到常规意义上的硬化剂作用，但生石灰又是一种非常特殊的硬化剂，它的特殊之处在于当生石灰与水充分接触的条件下，生石灰会发生非常剧烈的消化反应，放出的热量非常大。在粉煤成型过程中，如果生石灰的量控制得好，放出的热量会加快糖蜜的硬化，提高型煤强度。如果控制得不好，生石灰的消化反应不能在成型前结束，而在成型后发生，则放出的热量反而会使也压好的型煤胀裂，破坏型煤的强度。如果全部采用生石灰作硬化剂在实际应用中很难控制消化反应进行得恰到好处。本专利中将生石灰配入量控制在0.5～1.5，从硬化剂的数量角度来说是欠少的，但却保证了消化反应可以控制在成型前基本反应完全，不足的硬化剂数量由其它反应不是很剧烈的硬化剂替代，如消石灰。
无机硬化剂：1～4重量份
无机硬化剂可以是消石灰，氧化铁，石灰石，起到与糖蜜发生硬化反应提高型煤强度的作用。因为糖蜜在常温下为液态，不经过硬化反应型煤的强度难以提高。
本发明还提供了一种该型煤的制备方法，具体步骤如下：
准备如下原料：粉煤100重量份，外加糖蜜5～15重量份，外加生石灰0.5～1.5重量份，再外加无机硬化剂2～6重量份。将上述原料准备好后，开始按如下步骤制备：
(a)首先，将粉煤筛分，挑选出粉煤颗粒在3mm以下的粉煤100重量份；
(b)干燥该100重量份的粉煤，使粉煤水分＜5％；
(c)将上述粉煤与上述生石灰和无机硬化剂混合均匀；
(d)将上述步骤产生的混合物再与糖蜜进一步搅拌混合；
(e)将(d)步骤产生的最终混合物送入成型机，辊压成型，得到型煤生球；
(e)型煤生球在常温下存放20～60分钟即可使用。
所述无机硬化剂是消石灰、氧化铁、石灰石中的一种或几种。外加糖蜜的重量份优选为8～10。
上述步骤中，筛选出3mm以下的粉煤作为本发明的原料，这样的话，粉煤颗粒空隙就非常小，存在于空隙中的水分可以忽略不计。此外，将粉煤干燥到水分＜5％，这样就基本去除掉粉煤表面水分。在粉煤成型前，原料条件保持相对稳定，不会因为水分含量的波动影响糖蜜、硬化剂配入量。这样就避免了生石灰和粉煤中的水分发生消化反应，而是发挥本发明中生石灰应有的作用：即和糖蜜中的水分发生作用。
本发明提供的型煤，其优点在于：
粉煤干燥，基本去除掉表面水分。在粉煤成型前，原料条件保持相对稳定。表面水分基本去除以后，不会因为水分含量的波动影响糖蜜、硬化剂配入量，导致型煤质量受到影响，简化了工艺控制和操作。
配入生石灰的目的是与糖蜜中的水发生消化反应，而不是为了去除粉煤的表面水分。与生石灰先与粉煤中的水分消化以后再与糖蜜混合的生产方法不同的是：生石灰与糖蜜中的水发生消化反应后，可以去除糖蜜中2～5％的水分，一方面提高了糖蜜的粘度，加强了糖蜜与粉煤颗粒之间的结合力，改善了型煤强度，另一方面消化反应放出的热量会加快糖蜜与无机硬化剂之间的硬化反应速度，缩短生球的养护周期。
无机硬化剂中不含P和S，这样所生产的型煤，在铁水冶炼时没有额外的P和S带入到铁水中，提高了铁水质量。
附图说明
图1为本发明所涉及的制备型煤的工艺流程图。
具体实施方式
表1分别列出了本发明的实施例1～3的配比组成、制备好的型煤生球所需养护时间、生球的抗压强度以及落下强度的综合性能测试表。
表1
| 本发明型煤组分 | 养护时间 | 抗压强度 | 落下强度 | |
| 实施例1 | 10％糖蜜，1％生石灰，2％消石灰 | 1小时 | 21kg/球 | +20mm：81％-6mm：6％ |
| 实施例2 | 5％糖蜜，0.5％生石灰，1％消石灰 | 1小时 | 9kg/球 | +20mm：61％-6mm：28％ |
| 实施例3 | 15％糖蜜，1.5％生石灰，4％消石灰 | 1小时 | 32kg/球 | +20mm：92％-6mm：4％ |
| 实施例4 | 8％糖蜜，1％生石灰，2％消石灰 | 1小时 | 20kg/球 | +20mm：78％-6mm：8％ |
| 实施例5 | 9％糖蜜，1％生石灰，2％消石灰 | 1小时 | 20kg/球 | +20mm：80％-6mm：7％ |
实施例1
取粉煤100重量份，外加糖蜜10重量份，外加生石灰1重量份，外加消石灰2重量份。
将上述原料按照如下方法进行制备
如图1所示，将粉煤筛分，挑选出粉煤颗粒在3mm以下的粉煤，取该粉煤100重量份；
将上述经筛选的粉煤进行干燥，使其所含水分＜5％；将上述配比的生石灰和消石灰与粉煤混合；然后再将此混合物与糖蜜进行混合。此时，生石灰与糖蜜中的水发生消化反应，去除糖蜜中2～5％的水分，消石灰则与糖蜜发生硬化反映，以提高型煤强度；将上述混合物进行搅拌；最后送入成型机中辊压成型，得到刚成型的型煤(或者称为生球)，生球在封闭的贮仓内常温下存放20～60分钟以后即可投入生产使用。
对本发明的型煤进行性能测试，衡量型煤的强度一般有两个指标：一项指标是抗压强度，每次一个球，每组测50个球，最终取50个球的平均值；另一项指标是落下强度，每组取2kg型煤从5米高处自由摔落到10mm厚钢板上，共落下4次，然后筛分大于20mm和小于6mm颗粒的比例。
由表1中数据可见，实施例1自然养护1小时后抗压强度超过20kg/球，5米4次落下后+20mm的颗粒占81％，落下后产生的-6mm粉末仅占6％。实施结果表明型煤强度优良。
实施例2
取粉煤100重量份，外加糖蜜5重量份，外加生石灰0.5重量份，外加消石灰1重量份。
制备方法同实施例1。
由表1得知，由于粘结剂和硬化剂的用量减少，煤粉颗粒之间依靠粘结剂产生的结合力下降，抗压强度减小到9kg/球，落下后+20mm的颗粒减少到61％，-6mm的颗粒增加到28％。
实施例3
取粉煤100重量份，外加糖蜜15重量份，外加生石灰1.5重量份，外加消石灰3重量份。
制备方法同实施例1。
实验表明，煤粉颗粒之间依靠粘结剂生产的结合力增强，抗压强度增加到32kg/球，落下后+20mm的颗粒增加到92％，-6mm颗粒减少到4％。
实施例4
取粉煤100重量份，外加糖蜜8重量份，外加生石灰1重量份，外加消石灰2重量份。
制备方法同实施例1。
实验表明，煤粉颗粒之间依靠粘结剂生产的结合力增强，抗压强度增加到20kg/球，落下后+20mm的颗粒增加到78％，-6mm颗粒减少到8％。
实施例5
取粉煤100重量份，外加糖蜜9重量份，外加生石灰1重量份，外加消石灰2重量份。
制备方法同实施例1。
实验表明，煤粉颗粒之间依靠粘结剂生产的结合力增强，抗压强度增加到20kg/球，落下后+20mm的颗粒增加到80％，-6mm颗粒减少到7％。
表2为对比例1～6的化学组分、抗压强度和落下强度的综合性能测试表。用来对比与最佳实施例的性能指标。
表2
| 型煤粘结剂 | 养护时间 | 抗压强度 | 落下强度 | |
| 对比例1 | 10％糖蜜，1％生石灰，2％消石灰 | 24小时 | 23kg/球 | +20mm：80％-6mm：7％ |
| 对比例2 | 10％糖蜜，3％生石灰 | 1小时 | 17kg/球 | +20mm：82％-6mm：6％ |
| 对比例3 | 10％糖蜜，3％生石灰 | 24小时 | 18kg/球 | +20mm：76％-6mm：14％ |
| 对比例4 | 10％糖蜜，3％消石灰 | 1小时 | 18kg/球 | +20mm：68％-6mm：16％ |
| 对比例5 | 10％糖蜜，3％消石灰 | 24小时 | 20kg/球 | +20mm：78％-6mm：10％ |
| 对比例6 | 5％糖蜜，0.5％生石灰 | 1小时 | 6kg/球 | +20mm：52％-6mm：31％ |
对比例1
对比例1的配比同实施例1相同，不同之处在于：将自然养护时间延长到24小时，，对比结果表明存贮24小时以后型煤强度没有太大的显著变化。说明本发明所述的型煤无需靠长时间地常温养护来增强其抗压强度和落下强度。
对比例2
使用3重量份的生石灰，不再添加消石灰或其它无机硬化剂，其余条件与实施例1相同。对比结果可以发现在1小时的自然养护周期内，型煤的抗压强度略低于实施例，落下强度与实施例1相当。
对比例3
对比例3将自然养护周期延长到24小时，其余条件与对比例2完全相同。对比结果表明型煤的抗压强度变化不明显，但落下强度明显变差，主要原因是成型时仍有一定量的残留生石灰，这部分生石灰与空气中的水分会继续发生消化反应，一定时间之后会引起型煤强度变差。本对比例说明如全部使用生石灰很难控制消化反应进行的完全程度，因为消化反应需要一定的反应时间以及生石灰与水的接触条件。一旦生石灰在成型前不能完全消化，未消化的生石灰压成球后再发生消化反应就会引起型煤强度差。
对比例4
对比例4成分中不含生石灰，只使用占总混合物3％重量份的消石灰作为硬化剂，其余条件与实施例1相同。对比结果表明自然养护1小时后型煤的强度较差，尤其是落下后产生的粉末较多。说明只有硬化剂而没有添加生石灰，在养护时间较短的情况下，型煤的强度较差。
对比例5
将自然养护时间延长到24小时，其余条件与对比例4相同，可以发现型煤的强度明显改善。说明仅使用消石灰，型煤需要经过一定的养护周期才能提高强度。
对比例6
糖蜜的加入量减少到5％，同时只加0.5％的生石灰，与实施例2相比存在硬化剂数量不足的问题，抗压强度只有6kg/球，落下后+20mm的颗粒仅有52％，落下后-6mm颗粒高达31％。
Claims (9)
1.一种型煤，其特征在于，其组分重量百分比为：
粉煤：100；
糖蜜：+5～15；
生石灰：+0.5～1.5；
无机硬化剂：+1～4。
2.如权利要求1所述的型煤，其特征在于：所述的无机硬化剂是消石灰、氧化铁、石灰石中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的型煤，其特征在于：粉煤中的水分＜5％。
4.如权利要求1所述的型煤，其特征在于，所述的糖蜜的重量百分比为：+8～10。
5.如权利要求1所述的型煤的制备方法，包括下列步骤：
(a)将粉煤筛分到3mm以下；
(b)干燥粉煤，使粉煤水分＜5％；
(c)将上述粉煤与生石灰和无机硬化剂混合均匀；
(d)将上述混合物再与糖蜜进一步搅拌混合；
(e)将上述步骤(d)所形成的混合物送入成型机，辊压成型，得到生球。
(f)生球在常温下存放20～60分钟，形成型煤。
6.如权利要求5所述的型煤的制备方法，其特征在于：所述的步骤(e)所形成的混合物的组分重量百分比为：粉煤：100；糖蜜：+5～15；生石灰：+0.5～1.5；无机硬化剂：+1～4。
7.如权利要求5或6所述的型煤的制备方法，其特征在于：所述的无机硬化剂是消石灰、氧化铁、石灰石中的一种或几种。
8.如权利要求5所述的型煤的制备方法，其特征在于：粉煤中的水分＜5％。
9.如权利要求5所述的型煤的制备方法，其特征在于：所述的糖蜜的组分重量百分比为：+8～10。
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