CN101870898A - 高炉炼铁专用的压制碳块及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

一种高炉炼铁专用的压制碳块及其制造和使用方法，属于能够在高炉炼铁过程中部分乃至全部替代焦炭的压制碳块的产品及其制造和使用方法的技术领域。其中所述的压制碳块的特征在于：它是以煤为基本原料并经过压制和干馏固化加工得到的；它的视密度≥980kg/m³；它的粒度≥15mm，且≤290mm。所述的压制碳块的制造方法包括配煤的步骤，粉磨的步骤、混合的步骤、冷却的步骤等，其特征在于：它还包括压制的步骤和干馏固化的步骤；在所述的配煤的步骤中，需要保证在配煤后的煤中含有适量的黏性成分；在所述的粉磨的步骤中要求煤粉的粒度控制在0～1.2mm的范围内。所述的压制碳块的使用方法是利用所述的高炉炼铁专用的压制碳块替代不少于3％的焦炭。

Description

高炉炼铁专用的压制碳块及其制造和使用方法

技术领域

本发明涉及一种高炉炼铁专用的压制碳块及其制造和使用方法，属于能够在高炉炼铁过程中部分乃至全部替代焦炭的压制碳块的产品及其制造和使用方法的技术领域。

背景技术

一方面，高炉炼铁使用焦炭似乎是天经地义的事。焦炭在高炉冶炼过程中的主要作用有三：一是为高炉冶炼提供燃料，以便产生热量，二是用作料柱和骨料；三是为高炉提供还原剂和渗碳剂。随着热风温度和高炉喷煤强度的不断提高，焦比的降低，大部分焦炭的燃料功能和用作还原剂和渗碳剂的功能逐渐被代替，但是，对其用作料柱和骨料方面的功能要求却更高，因此，焦炭的质量已成为喷煤量提升的限制性因素。

随着高炉的大型化、高利用系数操作、高煤比、低焦比和低成本生产的发展，高炉对焦炭质量的要求越来越高。因此，提高焦炭质量，对降低高炉冶炼成本、提高经济效益有重要的意义。

另一方面，焦炭的生产离不开焦煤。随着钢铁产量的日益增加，对焦煤的需求量也越来越大，价格较高已经不在话下，资源的短缺才是问题的关键，这也是催生非高炉炼铁的原动力之一。以熔融还原炼铁技术为例，虽然经过了近百年的努力，但是，距离该技术的真正的成熟，还有一段路要走。

现有技术的主要不足之处在于：

1.受炼焦用煤的资源、价格和炼焦工艺的限制，焦炭的内部裂纹难以避免，内部组织的均匀程度较低，内部孔隙较大，空隙率较高，视密度较低，因此，其质量，特别是它的高温下的抗磨性、抗碎性和强度进一步提高难度较大。

2.成品焦炭的粒度或块度是由破碎、筛分的方法得到的，一方面，数量较大的碎焦和焦粉的产生不可避免，需要返回进行再加工的量也较大，这一过程的存在本身就是一种浪费；另一方面，采用破碎方法生产的焦炭的粒度或块度是按一定的规律分布的，若对其粒度或块度按照纯理论上的最佳化提出要求，会导致产生更多的碎焦，进一步加大焦炭的成本，因此，目前对焦炭的粒度或块度的要求，是最佳方案与成本之间妥协的产物，而不是真正的最佳。

3.在目前的生产条件下，焦炭的形状是在破碎过程中自然形成的，要想对它形状提出特别要求是不可想象的。

4.焦炭的生产需要大量的、在世界范围内都紧缺的焦煤资源。

5.在现有技术的条件下，对焦煤的需求是一种日益增加的刚性需求，因此，焦煤的价格不断攀升，已经成为钢铁企业的沉重负担。

6.炼焦过程中，会产生较严重的污染，已经与日益严格的环保要求不相适应。

7.如果上述问题不能够在较短的时间内解决，高炉炼铁被非高炉炼铁淘汰是必然的，这就意味着人们经过几百年积累起来的高炉炼铁经验将可能被废弃，这是一种对社会公共资源的极大浪费。

发明内容

本发明的任务，是寻找高炉炼铁所需的焦炭的替代物及其制造和使用方法，在满足高炉炼铁的基本需求的基础上，克服现有技术的缺点，提升焦炭的替代物满足高炉炼铁需要的能力，以获得更理想的冶炼效果。

本发明的目的，是要提供一种在高炉冶炼过程中具有更好的适用性的高炉炼铁专用的压制碳块(及其制造和使用方法)，以便在高炉炼铁的过程中部分乃至全部替代焦炭，以减轻或摆脱高炉炼铁技术对世界性的紧缺资源——焦煤的依赖、降低炼铁成本、使人们经过几百年积累起来的高炉炼铁的经验继续发扬光大。同时，与炼焦环节相比，该压制碳块的制造过程对环境的污染也有所减轻。

本发明要解决的技术问题，是解决当前高炉炼铁必需使用焦炭和耗用焦煤的问题；与焦炭相比，是解决焦炭的替代物对高炉冶炼工艺所提出的质量要求，特别是它在高温下的抗磨性、抗碎性和降低其反应性、提高其反应后强度的能力进一步提高的问题，使之更能够适应由于高炉日益大型化和冶炼工艺中日益提高的喷煤强度所带来的新的情况；与焦炭相比，是解决焦炭的替代物的尺寸(粒度或块度)和/或形状不能够完全根据高炉冶炼工艺的要求，实现最佳化的问题；与焦炭相比，是解决焦炭的替代物能够使炼铁的成本进一步降低的问题；等等。

本发明的基本构思之一是关于一种高炉炼铁专用的压制碳块的。关于本压制碳块的基本构思是：一种高炉炼铁专用的压制碳块，其特征在于：它是以煤为基本原料并经过压制和干馏固化加工得到的；它的视密度≥980kg/m³；它的粒度≥15mm，且≤290mm。

这里所说的“以煤为基本原料”是指制作压制碳块的原料是以煤为主，因为其他的可用的添加物，例如焦粉等，其来源是有限的，且一般来说，价格并不比煤更便宜。通常，煤的用量≥75％(重量百分比)、85％、90％、95％或98％，直至100％。当然，只要在经济上合算，也可以添加更多的其他含碳物质，如碎焦和/或焦粉、压制碳块的生产过程中产生的返回料、其他类型的碳，如植物的干馏炭等。关于“压制和干馏固化”的基本含义，请参见本发明的基本构思之二以及综合实施例中的有关介绍。

为了进一步满足相应的冶炼工艺的要求，特别是对压制碳块的强度要求，它的视密度也可以按照≥1020kg/m³、≥1100kg/m³、≥1200kg/m³、≥1280kg/m³、≥1360kg/m³、≥1420kg/m³、≥1480kg/m³、≥1550kg/m³、≥1600kg/m³、≥1800kg/m³来要求。可以采用提高压制时单位压制力的手段来实现。

为了与高炉的规格和/或冶炼工艺相匹配，它的粒度也可以按照≥15mm，且≤200mm；≥15mm，且≤160mm；≥20mm，且≤120mm；≥20mm，且≤100mm；≥30mm，且≤60mm；≥40mm，且≤60mm；≥50mm，且≤80mm；≥60mm，且≤90mm来要求。当高炉冶炼的工艺需要时，它的粒度还可以按照单一的基本尺寸来制作(当然，其制造公差不可避免)，以便彻底实现其粒度方面的最佳化。

关于压制碳块的形状，可以不要求具有特定的形状，也可以要求其具有特定的形状。所谓特定的形状，可以是球形、圆柱形、棱柱形、球冠与圆柱的结合形、椭球形及其分割组合等等，不一而足。

为了使该压制碳块在加入高炉后不影响、甚至提高高炉炉膛内，特别是软熔带内的气体通透能力，以更好地解决高炉软熔带内部的炉气通透性不足的问题，可以使它的外部有人为制造的沟槽和/或使它的内部制有孔；所述的人为制造的外部沟槽可以是沿三维方向的某一个或两个或三个特定方向制作，也可以是任意制作的；既可以分布在压制碳块某一个或者某些个特定表面上，也可以分布在整个表面上；所述的人为制造的内部的孔，可以是沿三维方向的某一个或两个或三个特定方向制作，也可以是任意制作的，所述的孔的数量，可以是一个，也可以是多个，只是要注意，开孔后不要对碳块的强度影响太大。

本发明的基本构思之二是关于所述的高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法的。关于本制造方法的基本构思是：一种高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法，包括配煤的步骤，粉磨的步骤、混合的步骤、冷却的步骤等，其特征在于：它还包括压制的步骤和干馏固化的步骤，且在配煤的步骤中，需要保证在配煤后的煤中含有适量的黏性成分，以及在粉磨的步骤中要求煤粉的粒度控制在0～1.2mm的范围内。由于本发明的基本命题本身就是新的，它的基本构思也可以是：一种高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法，其特征在于：包括配煤的步骤，粉磨的步骤、混合的步骤、压制的步骤、干馏固化的步骤和冷却的步骤，且在配煤的步骤中，需要保证在配煤后的煤中含有适量的黏性成分，以及在粉磨的步骤中要求煤粉的粒度控制在0～1.2mm的范围内。

本发明所述的压制的步骤是将已经备好的煤粉压制成块的过程。在本步骤中，可以将煤粉先压制成大块，也可以将煤粉直接压制成所需大小和形状的小块，还可以采用其二者相结合的形式，也就是部分压制成大块、部分压制成小块。当高炉冶炼的工艺需要时，它的粒度还可以按照单一的基本尺寸来制作(当然，其制造公差不可避免)，以便彻底实现其粒度方面的最佳化。这是现有技术无法实现的。当将煤粉先压制成大块时，需要在将其干馏固化后增加破碎的步骤，以满足对粒度的要求，这时，破碎后的压制碳块就属于“不要求具有特定的形状”的情形之一。在本步骤中使用的作用在人造碳块上的单位压力，一般可在1MPa～160MPa之间选择，推荐在7MPa～120MPa的范围内选取，最好选定在15MPa～120MPa或15MPa～30MPa、30MPa～50MPa、50MPa～80MPa、80MPa～120MPa的范围内。

本发明所述的干馏固化的步骤是一个多功能的步骤。一方面，通过该步骤去除压制碳块中的气体及挥发分，包括部分有害杂质，例如硫分、低熔点金属等，另一方面，还具有类似粉末冶金的烧结功能，通过黏性成分的融(熔)融、渗透、粘结过程的发生，当压制碳块中的气体及挥发分逃逸后，干馏后的遗留物质(主要是固定碳)，将进一步强化压制碳块的内部结合力，以增加其高温强度。由于碳块是采用细粉并在压力下成形，因此，它本身就具有一定的强度，且它的密实度越高，初始强度也越高。当进入较高的温度段之后，其中的黏性成分便呈现出微融(熔)体的形态，又由于其内部的成分是细化的、均匀的，加上一定的扩散、渗透和粘结作用，将进一步提高其强度，特别是碳块中的气体及挥发分逃逸后，将使其高温强度更高。

干馏固化的步骤包括升温过程和保温过程；也可以经过多次的升温过程和保温过程，然后达到最终要求的干馏温度。由于碳块的密实度较高，气体及挥发分较多，建议采用较低的升温速度，以防止碳块的爆裂。干馏步骤的最终温度，建议在850℃～1200℃的范围内选取，推荐在950℃～1150℃的范围内选取，最好在1000℃～1100℃的范围内选取。

在本发明的配煤的步骤中，或者说在本发明中，在它的原料煤中，现有技术意义上的非黏性煤所占的比例一般应≥65％(重量比，以下均为重量比)，依据采用的煤种的不同，该非黏性煤所占的比例还可以≥75％、≥85％、≥90％≥95％、≥98％，甚至≥99％直至100％。

在本发明的配煤的步骤中，或者说在本发明中，可以通过添加一定量的粘结剂的形式来增加煤的黏性。例如，可以是浆糊和/或糊精和/或其它有机粘结剂，例如，焦油、塑料粉，特别是指由回收的废弃塑料制成的粉，和/或树脂等。当然，也可以在其它步骤中添加一定量的粘结剂，例如，可以在混合的步骤中进行等。需要特别指出的是，这里所述的粘结剂，重要的并不是其常温状态下的粘性，而是主要是指在高温状态下，其干馏的残留物所表现出来的粘结性，例如，在150℃～750℃的温度范围内，其干馏的残留物所表现出来的粘结性等。

由于本发明中不存在传统的炼焦工艺中焦煤的融(熔)融过程，不同的煤种的颗粒之间实现渗透、融合的机会相对有限，因此，对“粉磨的步骤”的要求也有别于传统的粉磨的步骤，主要表现在对煤粉的粒度要求上。在传统的炼焦工艺中，对煤粉的粒度要求一般为0～3mm；而在本发明中，对煤粉的粒度要求一般为0～1.2mm或0～1mm，建议在实际操作时，按照0～0.16mm控制，最好按0～0.057mm控制。当然，在理论上，煤粉的粒度是越细越好，以上数值仅仅是与煤粉加工的经济性互相妥协的结果。当有了新的、较为经济的细煤粉的加工手段以后，对煤粉的粒度要求还可以提高到0～0.025mm甚至更细的范围内。

需要注意的是，本发明所述的混合的步骤，可以是独立的显性的步骤，例如，设置专门的搅拌混合的工序等，也可以融合到其它步骤中去，例如，融合到配煤以及后续的粉磨的步骤中去等，虽然这一步骤可以是隐性的，但是，其混合的功能是不能缺失的。

在本发明的冷却的步骤中，应注意到干馏后的压制碳块在高温下的燃烧性能，因此，可以参照干熄焦的冷却工艺进行。

有必要特别予以明确的是关于“在配煤后的煤中含有适量的黏性成分”的含义。

这首先要从本发明的基本原理说起。本发明是注意到粉末冶金制品的制造思路后引发的，当压制成形的粉末冶金的生坯被送入烧结炉后，随着部分组成颗粒的微熔，实现了颗粒间的进一步粘结，进而可以得到能够维持原来的生坯形状、强度相当高的制成品。

在这一基本思路下，当混合好的、被磨碎的细煤粉被压制成形后，便被送入干馏固化炉，随着炉内温度的不断升高，煤粉中所含的黏性成分就开始软化并呈现出胶体状态和/或流动状态，同时，它还表现出粘结性并将相邻的煤粒粘连在一起，随着炉内温度的进一步升高，当黏性成分中的挥发物逃逸以后，留存的固定碳仍然保持着对相邻的颗粒的粘接状态，且这种粘接状态再遇到高温时，也不会出现前述的软化并呈现出流态的过程，这也是本压制碳块获得高温强度的基础。在上述过程中，有可能出现两种较极端的情况，一是煤粉中所含的黏性成分的量太高，当被压制成形后的压制碳块的坯料被送入干馏固化炉后，随着炉内温度的不断升高，可使压制成形后的压制碳块严重变形、坍塌、粘连、流态化等，这在技术本质上已经倾向于现有的炼焦技术范畴，也失去了本发明的优点和价值；二是煤粉中所含的黏性成分的量太低，当被压制成形后的压制碳块的坯料经过干馏固化后，其粘结效果不理想，不能取得预期的效果，特别是它的高温强度和耐磨性不足。

在“在配煤后的煤中含有适量的黏性成分”中的所谓的“适量”是指这样一种量：既能够使压制出的压制碳块的初始坯料在“干馏固化的步骤”中保持初始坯料的原始形状，例如，使其总的变形量不超过总尺寸的2％、5％、20％甚至30％，又能使压制出的压制碳块的初始坯料在“干馏固化的步骤”之后获得与焦炭相当或高于焦炭的强度的那种量。换句话说，当压制出的压制碳块的初始坯料在“干馏固化的步骤”之后，既能够基本保持“干馏固化的步骤”之前的形态，又能够获得与焦炭相当或高于焦炭的强度的时候，就可以说在配煤后的煤中含有的黏性成分是“适量”的。

一般来说，上述所谓的“适量”的范围是比较宽泛的，当煤粉中所含的黏性成分的量，使得干馏固化后的压制碳块的强度能够满足高炉冶炼的工艺要求时，宜尽量保持其较低的水平，以便尽可能多地使用非黏性煤。

由于煤种的多样性和/或煤的成分的复杂性及其不稳定性；又由于所谓的“黏性成分”并不是指某一种具体的化合物，而是对具有“黏性”的多种化合物的统称，即使不同品种的煤表现出了相同的黏性，其黏性成分的化学组分也可能存在显著的差别。因此，建议采用试验的方法来确定其是否“适量”。

推荐采用正交试验方法来确定所述的“黏性成分”是否“适量”。具体试验的要点包括：

首先，故意增加非黏性煤的用量，减少经过配煤后煤中的“黏性成分”，使压制碳块在干馏后粘结效果过差；并以此作为“黏性成分”的下限。

其次，故意减少非黏性煤的用量，增加经过配煤后煤中的“黏性成分”，使压制碳块的坯料在干馏过程中因“黏性成分”过高而产生流动倾向并使得压制碳块具有超过预期的变形量，例如，其变形量超过其总尺寸的5％、8％、12％、22％或更多；并以此作为“黏性成分”的上限。

最后，按照正交试验方法进行优选。试验因素的数量，可以与进行配煤试验时所选的煤种的种数相对应。

当经过“干馏固化的步骤”之后的压制碳块进入合格范围之后，即可认为“在干馏固化的步骤中能够起到固化粘结作用的成分”的含量是“适量”的。如前所述，须注意的是，当煤粉中所含的黏性成分的量，使得干馏固化后的压制碳块的强度能够满足高炉冶炼的工艺要求时，宜尽量保持其较低的水平，以便尽可能多地使用非黏性煤。

还要注意的是，与焦炭生产的现有技术相比，本发明所需的煤中的“黏性成分”要低得多，由此带来的必然后果是，配煤步骤中使用的现有技术的意义上的非黏性煤的比例可以达到较高的水平，例如，非黏性煤所占的比例一般要≥65％(重量比，以下均为重量比)，依据采用的煤种的不同，非黏性煤所占的比例还可以≥75％、≥85％、≥90％≥95％、≥98％甚至≥99％，乃至于可以全部使用非黏性煤。这是因为，有些种类的现有技术的意义上的非黏性煤，在本发明中已经进入了黏性煤的范围。

综上所述，本发明虽然是由于看到了粉末冶金制品的制造过程而引发，但是，它们仅仅是形式上的相似，而其内在的作用的机理却是不同的。

本发明的基本构思之三是关于一种高炉炼铁专用的压制碳块的使用方法的。本发明所述的高炉炼铁专用的压制碳块的使用方法非常简单，就是利用本发明所述的高炉炼铁专用的压制碳块替代不少于3％的焦炭，并在与其余的焦炭混合后装入高炉进行正常的炼铁作业。当然，其替代焦炭的比例是越高越好，也可以是不少于7％、12％、20％、35％、50％、75％、90％，并包括100％地使用本发明所述的压制碳块进行正常的炼铁作业。当然，本压制碳块也可以分批次地使用，即：每隔若干个焦炭批次，加入一个压制碳块的批次；需要时，可全部批次均采用压制碳块。

本发明的主要优点在于：

1.由于压制碳块制造原理完全不同于焦炭，所需的煤中的黏性成分与炼焦所需的原料煤相比要少很多；许多在现有技术中被称为非黏性煤的煤种在应用到本发明中时，其黏性已经富富有余了。虽然本发明并不排斥焦煤，但它已经不是必须的选择，且即使选用焦煤，其用量也很少，这是因为，在正常情况下，如果不是有意而为，它完全可以不需要既紧缺、价格又较高的焦煤的。

2.由于压制碳块制造原理完全不同于焦炭，可以避免其内部裂纹的出现，从而提高其抵抗碎裂的能力。

3.压制碳块的尺寸是可以完全可控的，因此，对它的粒度或块度的要求，可以完全按照冶炼工艺的最佳方案来提出。当高炉冶炼的工艺需要时，它的粒度还可以按照单一的基本尺寸来制作(当然，其制造公差不可避免)，以便彻底实现其粒度方面的最佳化，这是现有技术无法实现的。

4.压制碳块的形状是可以完全可控的，因此，对它的形状要求，也可以完全按照冶炼工艺的最佳方案来提出。

5.由于压制碳块可以直接成形，不再使用破碎工艺，因此，基本不产生碎末，因此，它需要返回进行再加工的量非常少，有助于进一步降低成本。

6.由于压制碳块是在较高、甚至是很高的压力下成形，因此，其密实度相对于焦炭是很高的；由于它采用的原料煤粉较细，根据纳米理论，这也成为其强度提高的另一个原因。

7.当在压制碳块上制有槽和/或孔时，将显著改善炉气的通透能力，这对改善高炉软熔带内的冶炼状态、降低炉气压降都有重要意义。这对进一步提高高炉产量、降低鼓风压力都具有重要价值；特别是，降低炉气压降或者是降低鼓风压力都意味着对炼铁电耗的较大的节约。

8.值得特别一提的是，随着原料煤粉的细化，压制碳块的孔隙大小的降低和密实度的提高，压制碳块的单位宏观表面面积上的实际外露微观表面面积不但没有减少，反而有较大的增加，这就提高了它的表面的化学活性，有利于高炉内部还原过程的进行；又由于压制碳块的孔隙大小的降低和密实度的提高，又可以使其内部的反应性降低，导致反应后强度的提高。同时，压制碳块的单位断面面积内的有效支承面积将显著增加，这也是其强度提高的物理基础。

9.由于压制碳块的强度、耐磨性，特别是在高温下抵抗碎裂的能力较高，因此，与使用焦炭相比，有利于发挥其作为料柱和骨料时的性能，更能适应高炉的喷煤强度日益提高的应用环境和高炉的大型化。

10.当使用表面制有槽和/或内部制有孔的压制碳块时，与使用焦炭相比，其宏观外表表面面积将会有显著的增加，这也有助于提高其还原能力，增加高炉的产量。

11.由于生产压制碳块的特点之一是使用大量的低挥发分煤，因此，有利于降低其反应性、提高其反应后强度；同时，还有助于提高其抵抗高温碱侵蚀的能力。

12.由于在生产压制碳块的过程中可以不使用焦煤，因此，在炼铁生产中，将不再需要大量的、在世界范围内都紧缺的焦煤资源，且最终将做到完全不需要焦煤。

13.由于消减了对焦煤的刚性需求，因此，焦煤与非黏性煤的价差必将减少，有利于较大幅度地降低钢铁企业的炼铁成本。

14.与炼焦过程相比，对环境的污染程度较低。

15.有助于继续、充分地利用人们经过几百年积累起来的高炉炼铁经验，这是对社会公共资源的节约。

16.本发明的应用，不需要对现有的炼铁系统进行技术改造，具有良好的推广前景。

17.具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

本发明有附图2页，共18幅，它们都是用于表示高炉炼铁专用的压制碳块的几何形状的。

图1～图6所示的压制碳块均具有内部为实心、外形简单的特点。其中，图1所示的压制碳块为球形；图2所示的压制碳块为椭球形；图3所示的压制碳块为两个半球形(或球冠)与圆柱形的结合形；图4所示的压制碳块为圆柱形；图5所示的压制碳块为三棱柱形；图6所示的压制碳块为六棱柱形。

图7～图10所示的压制碳块均具有内部有孔、外形简单的特点。其中，图7所示的压制碳块的外形为球形，且内部具有三个互相垂直的孔；图8所示的压制碳块的外形为椭球形，且内部也具有三个互相垂直的孔；图9所示的压制碳块的外形为两个半球形(或球冠)与圆柱形的结合形，且内部仍具有三个互相垂直的孔；图10所示的压制碳块的外形为圆柱形，且内部具有一个沿其轴线所开的孔。

图11～图18所示的压制碳块的特点在于在它们的外表面上都制有槽。其中，图11所示的压制碳块仅在外圆柱面上制有简单的纵向槽，至于槽的数量，还可以根据需要加以变更(以下均同理，不再说明)；图12所示的压制碳块仅在其端面上制有简单的横向槽；图13所示的压制碳块除了在其端面上制有简单的横向槽外，还在其端面的中心处制有一个较浅的圆柱孔，此孔的作用，一是消除各个槽的相贯线处形成的尖角，二是作为各个槽共用的串气空间；图14所示的压制碳块是在外圆柱面上制有简单的纵向槽的基础上增加了环形槽，以改善其横向的串气效果；图15所示的压制碳块是在外圆柱面上制有简单的纵向槽的基础上，又在其两端面上增加了一小段圆柱，目的是利用该圆柱面与相邻的大端面间的台阶处来改善该压制碳块的串气能力，特别是横向串气能力；图16所示的压制碳块是图11和图13所开之槽的结合型；图17所示的压制碳块是在基本形状为球形的基础上增加了四条环槽的情形，其中有两个环槽是沿互相垂直的两个大圆制出，另外两个环槽是在上、下半球的大约中间部位上各开一个，如图所示，该环槽为角形环槽，它是由一个平面和一个圆柱面与球面相贯切割而成；图18所示的压制碳块是在图13所示的压制碳块的基础上增加了一个孔的情形。

需要特别说明的是，本发明所述的压制碳块的形状和/或其上的槽和/或其上的孔的具体方案的选择及其组合是难以穷尽的，因此，上述各图给出的也仅仅是一种思路。另外还需要补充的是，为了防止压制碳块角部碰碎产生碎屑，其上的凸出的尖角部分宜制成圆角；为了防止压制碳块由于热应力集中而碎裂，其上的凹槽内的尖角部分也宜制成圆角。

具体实施方式

本发明的具体实施方式可通过实施例进行说明。由于压制碳块及其制造方法具有较强的相关性，因此，采用综合实施例的方式进行联合说明。

综合实施例1

首先确定压制碳块。在本综合实施例中，所述的压制碳块选择如附图15所示的形状，并确定它的大圆柱直径为65mm，总长度为70mm，槽的数量为6条，外圆处的槽宽约为14mm，槽深约12mm，槽底的圆弧直径为9mm，其两端的小段圆柱的直径为40mm、轴向长度为12mm。同时，为了防止尖角处易碎，形成碳粉；也为了防止由小段圆柱和直径65mm大圆柱的端面处形成的角形槽底部的尖角处产生热应力集中而发生断裂，所有的角均按半径3mm做圆滑。本压制碳块的成品视密度指标确定在≥1100kg/m³的范围内。

制造本综合实施例所述的压制碳块的方法包括：

配煤的步骤：选用年轻无烟煤为基料，该无烟煤所占的重量百分比为96％；其余成分为气煤。在本步骤的注意事项是：由于煤种的产地、批次、储存方式和储存时间等等的不同，其成分的波动是正常的，因此，首次应用本配煤方案时，最好先进行样品的试制验证。

粉磨的步骤：要求粉磨后的粒度控制在0～0.057mm的范围内。

混合的步骤：不采用独立的显性混合的步骤，而是在配煤的步骤中进行粗混合，在粉磨的步骤中实现最终的混合。当然，增设一道独立的搅拌混合工序，效果会更好。

压制的步骤：利用专用模具在压力机上进行，采用逐件制造的生产方式，作用在碳块上的单位面积压力控制在36MPa～50MPa的范围内。

干馏固化的步骤：散装在干馏固化炉中进行。在环境温度～120℃的温度段内，升温速度控制在每分钟3℃左右；在＞120℃～250℃的温度段内，升温速度控制在每分钟5℃左右；在＞250℃～650℃的温度段内，升温速度控制在每分钟3℃左右；在＞650℃～750℃的温度段内，升温速度控制在每分钟5℃左右；在＞750℃的温度段内，升温速度控制在每分钟12℃左右。最终的干馏固化温度确定为1050℃～1100℃，保温时间为60分钟。

冷却的步骤：可借鉴干熄焦的技术进行。

其它未提及的事项，可采用在焦化行业、粉末冶金行业以及现有的其它技术来解决。

按照本实施例生产的压制碳块的尺寸和形状是相对一致的，并可根据高炉冶炼的工艺的最佳要求对压制碳块的尺寸和形状进行更改。

综合实施例2

首先确定压制碳块。在本综合实施例中，所述的压制碳块压制坯型为100mm×1000mm×1000mm的方形。产成品的视密度确定在≥1120kg/m³的范围内。

制造本综合实施例所述的压制碳块的方法包括：

配煤的步骤：选用典型无烟煤为基料，该无烟煤所占的重量百分比为90％；加入7％(重量百分比)的破碎步骤产生的细碎粉渣；加入3％(重量百分比)的焦粉。

粉磨的步骤：要求粉磨后的粒度控制在0～0.05mm的范围内，并要求将经过配煤步骤后的煤混合在一起进行粉磨。

混合的步骤：设立独立的搅拌混合站，并在搅拌混合的过程中添加1％(重量百分比)的焦油作为补充黏性成分。

压制的步骤：采用专用模具在压力机上进行，作用在碳块上的单位面积压力控制在50MPa～60MPa的范围内。

干馏固化的步骤：码装在干馏固化炉中进行。在环境温度～120℃的温度段内，升温速度控制在每分钟2℃左右；在＞120℃～250℃的温度段内，升温速度控制在每分钟3℃左右；在＞250℃～650℃的温度段内，升温速度控制在每分钟2℃左右；在＞650℃～750℃的温度段内，升温速度控制在每分钟5℃左右；在＞750℃的温度段内，升温速度控制在每分钟10℃左右。最终的干馏固化温度确定为1030℃～1080℃，保温时间为80分钟。需要注意，升温速度和保温时间应根据压制的坯料的码装情况进行调整，当码装后的缝隙量较少时，可以将升温速度再调低一些，将保温时间再延长一些；反之亦然。

冷却的步骤：可借鉴干熄焦的技术进行。

增加破碎筛分的步骤：建议先利用气锤将其破解成较大的块状，然后再利用其他方法将其破碎到所需的粒度。可借鉴焦炭的破碎工艺。需注意的是，烧结碳块所需的破碎力较大。同时，应注意破碎步骤产生的细碎粉渣的回收利用。

本综合实施例所生产的压制碳块的形状属于“不要求具有特定的形状”的那一类，其粒度分布与焦炭相似，因此，可以直接用于高炉。

本综合实施例的注意事项也是：由于煤种的产地、批次、储存方式和储存时间等等的不同，其成分的波动是正常的，因此，首次应用本配煤方案时，也最好先进行样品的试制验证。

综合实施例3

首先确定压制碳块。在本综合实施例中，要制造的压制碳块为如附图17所示的直径70mm的球形。沿互相垂直的两个大圆制出环槽的断面半径为12mm，槽深也是12mm；在上、下半球的大约中间部位上各开一个的槽形为角形的环槽，环槽内的圆柱面的直径约为50mm，圆柱面的轴向长(深)度也为12mm。同时，为了防止尖角处易碎，形成碳粉；也为了防止角形槽底部的尖角处产生热应力集中而发生断裂，所有的角均按半径3mm做圆滑。本压制碳块成品的视密度指标确定在≥1200kg/m³的范围内。

制造本综合实施例所述的压制碳块的方法包括：

配煤的步骤：选用100％的年轻无烟煤为基料。本步骤的注意事项请参见综合实施例1的配煤的步骤中的注意事项。

粉磨的步骤：要求粉磨后的粒度控制在0～0.05mm的范围内。

混合的步骤：不采用独立的显性混合的步骤，而是通过粉磨的步骤中实现最终的混合。

压制的步骤：利用专用模具在压力机上进行，采用多模同时压制的生产方式，作用在碳块上的单位面积压力控制在80MPa～100MPa的范围内。

干馏固化的步骤：散装在干馏固化炉中进行。在环境温度～650℃的温度段内，升温速度控制在每分钟2℃左右；在＞650℃～750℃的温度段内，升温速度控制在每分钟3℃左右；在＞750℃的温度段内，升温速度控制在每分钟10℃左右。最终的干馏固化温度确定为1070℃～1120℃，保温时间为60分钟。

冷却的步骤：可借鉴干熄焦的技术进行。

其它未提及的事项，可采用在焦化行业、粉末冶金行业以及现有的其它技术来解决。

按照本实施例生产的压制碳块的尺寸和形状是相对一致的，并可根据高炉冶炼的工艺的最佳要求对压制碳块的尺寸和形状进行更改。

需要特别说明的是：一方面，上述各实施例都是本发明的个案，它们的作用之一是对本发明起解释的作用，而不应理解为对本发明做出的任何限制；另一方面，在上述各实施例以及在发明内容中所列举的技术参数和技术方案之间还可以进行新的组合等。

Claims (12)

1.一种高炉炼铁专用的压制碳块，其特征在于：

1.1它是以煤为基本原料并经过压制和干馏固化加工得到的，

1.2它的视密度≥980kg/m³；

1.3它的粒度≥15mm，且≤290mm。

2.如权利要求1所述的高炉炼铁专用的压制碳块，其特征在于：

2.1该碳块上有人为制造的通气孔。

3.如权利要求1所述的高炉炼铁专用的压制碳块，其特征在于：

3.1它的粒度≥20mm，且≤120mm。

4.如权利要求1、2或3所述的高炉炼铁专用的压制碳块，其特征在于：

4.1它的外表面上具有人为制造的沟槽。

5.一种所述的高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法，包括配煤的步骤，粉磨的步骤、混合的步骤、冷却的步骤等，其特征在于：

5.1它还包括压制的步骤和干馏固化的步骤，

5.2在所述的配煤的步骤中，需要保证在配煤后的煤中含有适量的黏性成分，

5.3在所述的粉磨的步骤中要求煤粉的粒度控制在0～1.2mm的范围内。

6.如权利要求5所述的高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法，其特征在于：

6.1在所述的粉磨的步骤中要求煤粉的粒度控制在0～0.16mm的范围内。

7.如权利要求5所述的高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法，其特征在于：

7.1在所述的压制的步骤中使用的作用在人造碳块上的单位压力，在1MPa～160MPa之间。

8.如权利要求7所述的高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法，其特征在于：

8.1在所述的压制的步骤中使用的作用在人造碳块上的单位压力，在7MPa～120MPa之间。

9.如权利要求5、6、7或8所述的高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法，其特征在于：

9.1它的原料煤中，非黏性煤所占的比例≥65％。

10.如权利要求5、6、7或8所述的高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法，其特征在于：

10.1它通过添加粘结剂的形式来增加煤的黏性。

11.如权利要求9所述的高炉炼铁专用的压制碳块的制造方法，其特征在于：

11.1它通过添加粘结剂的形式来增加煤的黏性。

12.一种所述的高炉炼铁专用的压制碳块的使用方法，其特征在于：

12.1利用所述的高炉炼铁专用的压制碳块替代不少于3％的焦炭，并在与其余的焦炭混合后装入高炉进行正常的炼铁作业。

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