CN101619387A - 一种用于冷压铁焦的低温固结粘结剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于冷压铁焦的低温固结新型粘结剂及其制备方法。开发了一种成型性好、杂质含量低、不产生二次污染的低成本高效粘结剂。使用该粘结剂能大比例的利用焦粉制备铁焦,并使铁焦在冷压成型的条件下具有满足运转、跌落的冷态强度,在低温固结的条件下具有满足冶炼要求的热态强度。粘结剂的制备是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按照0.5-1.5∶5-7∶11-13的比例混合,再加入占混合溶液0.05-0.6wt%的稳定剂;在1.2-1.4Mpa、170-190℃的反应釜中反应1.5-3h后得到,粘结剂中的组分由于接枝、桥连成网状结构而使得溶液具有高粘度,并在0.05-0.6wt%稳定剂的作用下具有高分散性。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域,涉及一种用于冷压铁焦的低温固结新型粘结剂以及制备方法。
背景技术
高炉冶炼需要大量的优质冶金焦炭,其生产依赖于结焦性能良好的焦煤,由于我国焦煤资源分布很不均衡,以及焦碳产量因炼焦工序能耗高、环境污染严重被严格限制,加上钢铁工业高速发展,造成不少厂家焦碳资源紧缺。而化学成份、发热量等物化性能与焦炭差异不大的焦粉,因粒度太小影响高炉料柱的透气性而得不到很好的利用。在大块焦炭破碎过程中可产生20-25%的焦粉,而且焦炭入炉前由于整粒还将筛分出部分焦粉,目前我国焦碳产量超过3亿吨,即使按照焦粉产生比例20%计算,我国每年的焦粉数量在7500万吨以上,焦粉主要作为燃料用于烧结,按照年产5亿吨烧结矿、烧结中焦粉配比5%计算,每年消耗量为2500万吨左右,因此还剩余5000万吨左右的焦粉由于没有较好的成型技术,只能堆积甚至废弃,不但资源得不到利用,还污染环境,若能对这些资源加以开发利用作高炉燃料,可高效利用焦粉资源,而且焦粉的价格仅为焦碳的1/10-1/3,如果用焦粉替代部分焦碳用于高炉冶炼,将有利于大幅降低生铁成本。所以对焦粉深加工,开发技术含量高、附加值大的产品是焦粉高效利用的重要课题。
国外从20世纪50年代起开始进行利用焦粉生产冶金型焦的实验研究,方法主要有热压型焦、冷压型焦和铁焦。热压型焦是在炼焦配煤中加入适量的弱结焦煤、气煤、长焰煤、贫煤和焦粉,快速加热到烟煤塑性温度430-500℃,并保持一段时间,采用机械的方法将处于胶质状态煤料压制成型块,然后在850-950℃的高温炉中炭化或热焖以提高型焦的强度。冷压型焦是在炼焦配煤中配入适量的焦粉,以水玻璃、膨润土、腐植酸盐、中温焦油、沥青或淀粉等为粘结剂,在常温下机械挤压成型,然后将型块在1000℃以上的高温下炭化成型焦。焦粉制铁焦是在炼焦配煤中加入部分焦粉和高炉除尘灰,炼钢污泥、铁精粉、富矿粉等含铁原料,在900-1000℃的炼焦炉内干馏后得到的一种含铁的块状焦炭。以上三种方法虽然能利用部分焦粉,但仍对配煤提出了要求,不能任意比例的配入焦粉,焦粉的用量受到了限制,而且需要高温处理才能达到冶炼的强度要求,焦粉再次回炉造成二次耗能、二次污染。如果能够采用一种新的技术,在冷压成型的条件下团块能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落,在低温固结的条件下团块能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重。要具备这些性能,粘结剂是关键,目前市场上很难找到能同时满足冷态和热态机械强度要求的粘结剂。
目前国内外开发的用于成型的粘结剂分为无机粘结剂和有机粘结剂,无机粘结剂有硅酸盐水泥、高铝水泥、硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、氯化镁、氯化钙、硅藻土、膨润土等,有机粘结剂有蜡、糖浆、沥青、中温焦油、高粘重油、各种胶、淀粉、纤维素酶等。应用无机粘结剂存在用量大,给产品带来大量杂质元素的缺点(Na、Si、Al、Cl都为杂质元素甚至为有害元素),且大部分粘结剂由于熔点低或在高温下结构被破坏,而不具备高温强度。而应用有机粘结剂,尽管在常温下团块有较高的机械强度,但由于在高温过程中粘结作用失效,使得团块不具备冶炼所需的高温强度。
因此本发明解决的关键问题是开发成型性好、杂质含量少、不产生二次污染的低成本高效粘结剂,使之在冷压成型、低温固结的条件下,能在较大比例范围内利用焦粉制备铁焦,获得满足运转、冶炼所要求的冷态和热态强度,并提供该粘结剂的制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是开发一种成型性好、杂质含量少、不产生二次污染的低成本高效粘结剂及其制备方法,使用该粘结剂能大比例的利用焦粉制备铁焦,制得的铁焦在冷压成型的条件下具有满足运转、跌落的冷态强度,在低温固结的条件下具有满足冶炼要求的热态强度。
本发明的技术解决方案如下:
一种用于冷压铁焦的低温固结粘结剂是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5-1.5∶5-7∶11-13添加得混合溶液,再加入占混合溶液0.05-0.6wt%的稳定剂;搅拌均匀,反应釜温度170-190℃,1.2-1.4Mpa压力下,反应1.5-3小时,冷却分离沉降不溶物得到。
所述的有机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠;所述的硅溶胶或硅胶中SiO2的质量百分数为30-60%。
所述的稳定剂为NaOH、KOH或NH4OH。
本发明的特征及带来的有益效果:
1)粘结剂的特点
①SiO2微细粒子与有机高分子聚合物中的活性基团接枝反应生成凝胶粘液,凝胶的两个组成部分都具有粘结作用,其协同作用大幅增加了溶液的粘结性能;
②高分子聚合物溶于水后有助于增大SiO2微细粒子的溶解度,通过抑制凝胶聚结降低了SiO2微细粒子的粒度,并提高SiO2水溶胶体的稳定性,而SiO2微细粒子负载有机高分子聚合物,有利于提高高分子聚合物的分散性。
2)粘结剂应用到铁焦生产中具备的功能
①通过凝胶粘液中的硅醇羟基、吸附水、高分子活性基团可大幅度提高铁焦生产原料的润湿性,凝胶良好的吸附、粘结性能和网状结构使铁焦湿块能满足湿强度的要求;
②可形成具有表面积大(50-400m2)及均匀细孔的凝胶,高度分散在物料中,通过干燥可形成固态凝胶,牢固地附着在固体表面并形成坚固的膜。粘结剂具有的低温固结性能使铁焦干块能满足干强度的要求。
③铁焦进入高炉后,在高温下形成硅氧烷网络结构产生较强的结合强度,使铁焦具有热稳定性,能耐高温。进一步升温,SiO2微细粒子在铁焦自热还原过程中参与形成粘结相,以及快速还原形成的金属铁连晶使铁焦具有还原强度。
3)粘结剂应用到铁焦生产中具有的特征
①具有粘结、固结、耐高温、抗氧化、化学性质稳定等特性;
②具有使用方便,成本低,用量小的特点;
③粘结剂由于高分子聚合物在高温下分解,不会给铁焦带来有害杂质,虽带入了少量的SiO2,但带入量不多,仅相当于球团造块膨润土给球团矿带入的SiO2量,甚至更低,对铁焦质量的影响不大。
4)用粘结剂制备的铁焦产品性能
应用粘结剂可制备得到湿块落下强度大于3次/(0.5m·个)、干块抗压强度大于2000N/个、热强度1300℃不溃散、两米高落下不碎的铁焦。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面实例是对本发明的进一步说明,而不是限制发明的范围。
具体操作方法:
实施例1:生产粘结剂的原料配比SHN∶硅溶胶∶水为1∶5∶12,加入0.2%NaOH为稳定剂,硅溶胶质量百分数为40.0%。反应条件为:反应釜反应温度180℃,蒸汽压1.3Mpa,反应时间为2.5小时,冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
实施例2:生产粘结剂的原料配比SHN∶硅胶∶水为1∶5∶12,加入0.3%KOH为稳定剂,硅胶质量百分数为50.5%。反应条件为:反应釜反应温度185℃,蒸汽压1.2Mpa,反应时间为3小时,冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
实施例3:生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠∶硅溶胶∶水为1.2∶6∶12,加入0.2%NaOH为稳定剂,硅溶胶质量百分数为40%。反应条件为:反应釜反应温度190℃,蒸汽压1.2Mpa,反应时间为2.5小时,冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
实施例4:生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠∶硅胶∶水为0.6∶5.5∶12,加入0.2%KOH为稳定剂,硅胶质量百分数为50.5%。反应条件为:反应釜反应温度190℃,蒸汽压1.3Mpa,反应时间为3小时,冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
采用上述实例制备得到的粘结剂制备得到的铁焦性能如下:湿块落下强度3-6.5次/(0.5m·个)、干块抗压强度2000-3500N/个、热强度1300℃不溃散、两米高落下不碎。应用该粘结剂可制备得到满足冷态、热态强度要求的铁焦。
Claims (6)
1.一种用于冷压铁焦的低温固结粘结剂,其特征在于,所述的粘结剂是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5-1.5∶5-7∶11-13添加得混合溶液,再加入占混合溶液0.05-0.6wt%的稳定剂;搅拌均匀,反应釜温度170-190℃,1.2-1.4Mpa压力下,反应1.5-3小时,冷却分离沉降不溶物得到。
2.根据权利要求1所述的粘结剂,其特征在于,所述的有机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠;所述的硅溶胶或硅胶中SiO2的质量百分数为30-60%。
3.根据权利要求1所述的粘结剂,其特征在于,所述的稳定剂为NaOH、KOH或NH4OH。
4.权利要求1所述的粘结剂的制备方法,其特征在于,所述的制备方法如下:
将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5-1.5∶5-7∶11-13添加得混合溶液,再加入占混合溶液0.05-0.6wt%的稳定剂;搅拌均匀,反应釜温度170-190℃,1.2-1.4Mpa压力下,反应1.5-3小时,冷却分离沉降不溶物即为粘结剂。
5.根据权利要求4所述的粘结剂的制备方法,其特征在于,所述的有机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠;所述的硅溶胶或硅胶中SiO2的质量百分数为30-60%。
6.根据权利要求4所述的粘结剂的制备方法,其特征在于,所述的稳定剂为NaOH、KOH或NH4OH。
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