CN102392134B - 铸造用高效还原剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸造用高效还原剂及其制备方法，它由如下质量百分含量的各组分构成，生无烟煤28-30%；煅烧无烟煤57-60%；沥青10-15%。制备方法为：1）备料；2）混捏；3）成型得到半成品；4）将填料和半成品装炉炭化；填料为粒径2～8mm的生无烟煤。将炭化过程中产生的挥发份通入废气净化塔，废气净化塔使用的填料为之前炉次炭化处理后分离的填料，由填料对挥发份进行吸附净化，吸附后的填料再作为后面批次的煅烧无烟煤原料。本产品灰分少、硫份低、气孔率少、密度高、强度高，更环保，成本更低。本方法实现了填料与粘结剂的回收利用，也实现了二次煅烧后产品气孔率降低，强度增大，也实现了废气处理问题。

Description

铸造用高效还原剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种还原剂产品，具体指铸造行业冲天炉熔铁用的高效还原剂。本发明同时还涉及该高效还原剂的制备方法。

背景技术

铸造焦是铸造行业冲天炉熔铁的主要还原剂产品，但我国对这一材料的研究起步较晚，自建国后的30多年，铸造行业一直使用的是灰分在12%—16%的冶金焦，甚至使用灰分大于16%的化工焦或土焦，其铸件的质量和效益都很低，直到上世纪80年代才开始进行铸造焦的研制和应用。

铸造焦生产技术和工艺经过近30年的发展，虽然取得了一定的成绩和经验，在强度、块度、固定炭含量及硫含量方面有了较大的提高。但是，到目前为止，其生产技术工艺仍大多采用常规炼焦方式生产，结构不合理，工艺落后，采用倒烟炉生产，在燃烧过程中释放了大量的二氧化硫，环境污染严重。同时，产品在高技术标准要求方面仍存在一些问题。

随着我国铸造行业的不断发展，对铸造焦的需求量也在不断增长，其结果势必会增加对优质焦煤的依赖程度。由于炼焦煤需求量不断增加，粘接性烟煤的供应日趋紧张，价格不断上涨，同时，供给的原料煤质量也不稳定，使我国本来就硫份和灰分偏高的炼焦煤又雪上加霜。同时，国家进一步加大了环境保护力度，建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济，加大自然生态和环境保护力度，强化资源管理等一系列政策的出台，亦威胁着传统炼焦厂的生存。

为了促进我国铸造行业整体水平，提升铸件产品质量，必须改变我国现阶段铸造焦生产制备工艺、技术、生产成本、环境污染等问题。

高效还原剂是一种新型材料产品，主要用于铸造化铁炉等需要增温还原的工艺，它可以保证化铁炉出炉铁水的温度达到1500℃以上。长期以来我国铸造化铁炉使用铸造焦、冶金焦等一般焦炭，致使不少化铁炉的温度停留在1400℃左右，由于铁水温度偏低，导致铸件内在质量差、废品率高，尤其影响优质铸铁件、薄壁铸铁件、球墨铸铁件的生产。

高效还原剂在化铁炉中的作用主要是供给铸铁融化和铁水过热的热量，同时也使铁水渗碳、造渣及承担炉内床层进风的填料。而冶金焦在高炉中除了起燃料的作用外，还具有将铁矿石还原为生铁的作用。由于两者的作用不同，所以高效还原剂比冶金焦有更严格的要求，主要如下：

有较高的碳含量（即灰分含量更低），以保证铁水过热；

要求块度大，强度大，以防止过早燃尽而难以保证铁水过热；

冶金焦作为还原剂，要求有良好的反应性和较大的气孔率，而高效还原剂要求低的反应性和低的气孔率。

开发应用高效还原剂，是我国继冶金焦、铸造焦之后的又一种新的品种，国内从80年代初开始高效还原剂的研制，取得了一定的成绩。但由于生产工艺等诸多原因，至今国内仍无正式投入规模化生产的高效还原剂厂。主要是因为高效还原剂需要采用灰分少、挥发份低、热值高的无烟煤为原料，但无烟煤无粘结性和结焦性；添加焦煤、肥煤、瘦煤等又会降低还原剂的性能。为增加其成型性能和烧结后的强度，势必加入粘结剂，而粘结剂和无烟煤中的挥发份对大气污染重。现有的工艺往往采取挥发份逆流回烧的方式处理挥发份，但挥发份中的沥青和焦油燃烧又会产生新的污染问题，往往使得后面废气处理成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种块度大、强度高、灰分和硫分低、气孔率和反应性较低的铸造用高效还原剂。

本发明同时还提供该高效还原剂的制备方法。

     本发明的技术方案是这样实现的：铸造用高效还原剂，它由如下质量百分含量的各组分构成，生无烟煤28-30%；煅烧无烟煤57-60%；软化点为65-90℃的中温沥青10-15%。

上述铸造用高效还原剂的制备方法为：

1）备料--将需要的生无烟煤、煅烧无烟煤和沥青进行备料，其中生无烟煤和煅烧无烟煤的粒径小于2mm；

2）混捏--将生无烟煤和煅烧无烟煤按要求的配比加入混捏锅内，在110-130℃条件下搅拌8-12分钟，再将加温融化后的沥青加入混捏锅搅拌8-12分钟，混捏完毕；

3）成型--混捏后的原料加工成需要的形状，得到半成品；

4）装炉炭化--将预先准备的填料和第3）步得到的半成品一起装入碳化炉中进行炭化，炭化结束的半成品即为所述高效还原剂；所述填料为粒径2～8mm的生无烟煤，填料与半成品质量比为4：6。

将炭化过程中产生的挥发份通入废气净化塔，废气净化塔使用的填料为之前炉次炭化处理后分离的填料，由填料对挥发份中的沥青和焦油组分进行吸附净化，吸附了沥青和焦油等组分的填料再作为后面生产批次的煅烧无烟煤这种原料。

所述作为填料的生无烟煤在炭化过程中产生的可燃气体被净化后供炭化炉使用，作为填料的生无烟煤在炭化过程中即煅烧为煅烧无烟煤，破碎为粒径小于2mm的产品后直接作为后面生产批次煅烧无烟煤这种原料。

本方法将碳化炉中的碳化室和燃烧室完全隔离，燃烧室通过烟道向碳化室传热，燃烧产生的烟气不进入碳化室。

炭化炉每25分钟排料一次，第七层火道温度1150-1250℃，第五层火道温度950-1050℃，第三层火道温度500-650℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的高效还原剂和现有的高效还原剂相比，灰分少、硫份低、气孔率少、密度高、强度高，更环保，成本更低。

本发明以无烟煤为填料，与产品一起煅烧，以煅烧的无烟煤填料净化挥发份气体，实现了填料与粘结剂的回收利用，也实现了二次煅烧后产品气孔率降低，密度增加，强度增大，也实现了废气处理问题。使得本工艺成本低，产品质量好。

本产品采用先进热回收及热补充技术，采用逆流式炭化炉通过总负压将可燃气体引入集合道，通过分负压及气体拉板分配到各层及不同的火道燃烧；未能完全引入集合道的气体，在出料口安装回收管道再次引入火道燃烧，减少对环境的污染，在有效提高铸件质量的同时，降低铸件产品的废品率，减少焦炭的能源消耗。

附图说明

图1是本发明产品制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明铸造用高效还原剂由如下质量百分含量的各组分构成，生无烟煤28-30%；煅烧无烟煤（生煤在1000℃以上高温煅烧，致挥发份控制在3%以内）57-60%；软化点为65-90℃的中温沥青10-15%。

上述高效还原剂的制备步骤如下，同时结合图1：

1）备料--将需要的生无烟煤、煅烧无烟煤和中温沥青进行备料，其中生无烟煤和煅烧无烟煤的粒径小于2mm；

2）混捏--将生无烟煤和煅烧无烟煤按要求的配比加入混捏锅内，在110-130℃条件下搅拌8-12分钟，再将加温融化后的中温沥青加入混捏锅搅拌8-12分钟，混捏完毕；

3）成型--混捏后的原料冲压成需要的形状，得到半成品，半成品密度大于1.3g/cm??；混捏后的原料可采用对辊成型或冲压成型，实施例选用冲压成型方案。按照铸造焦炭国家标准GB8729-88要求，焦炭块度选择80mm，100mm、120mm或者根据用户要求改变形状、尺寸，冲压成型生产出的产品为圆柱形。

4）装炉炭化--将预先准备的填料和第3）步得到的半成品一起装入碳化炉中进行炭化，炭化结束的半成品即为所述高效还原剂，高效还原剂与填料可以直接筛分；所述填料为粒径2～8mm的生无烟煤，填料与半成品质量比为4：6。

所述作为填料的生无烟煤在炭化过程中产生的可燃气体被净化后供炭化炉使用。作为填料的生无烟煤在炭化过程中即煅烧为煅烧无烟煤，破碎为粒径小于2mm的产品后直接作为后面生产批次煅烧无烟煤这种原料。该工艺可以实现填料的二次利用，不用为了得到煅烧无烟煤而通过另外的手段对生无烟煤特别进行煅烧。

进一步地，为了更大程度地发挥填料功效，本发明将炭化过程中产生的挥发份通入废气净化塔，同时废气净化塔使用的填料为之前炉次炭化处理后分离的填料，由填料对挥发份中的沥青和焦油组分进行吸附，实现了沥青和焦油的回收循环利用，同时吸附了沥青和焦油组分的填料再作为后面生产批次的煅烧无烟煤这种原料，当然作为原料需要加工为粒径小于2mm方可使用。即填料最开始加入炭化炉在炭化过程进行煅烧（此时虽然也可以作为原料煅烧无烟煤使用，但对填料利用不够充分），炭化结束分离出来后，该填料又进入后面批次的废气净化塔吸附炭化产生挥发份中的沥青和焦油，吸附了沥青和焦油组分的填料再作为后面生产批次的煅烧无烟煤。一方面填料实现了循环利用，同时也很好地对现有技术难以处理的有毒有害气体（沥青和焦油）进行了吸附处理，而且通过填料的吸附，使沥青实现回收利用，有利于减少沥青的加入量，后面批次混捏的沥青只需要补充因炭化和没有被吸附而损失的沥青即可。也避免了沥青和焦油组分燃烧产生有毒有害气体，降低了废气的处理难度。本工艺实现了无烟煤的二次煅烧，第一次作为填料在炭化炉中煅烧，煅烧后的填料作为后面批次的煅烧无烟煤以混捏后半成品的身份进入炭化炉在炭化过程中实现第二次煅烧。第二次煅烧时，沥青进入第一次煅烧形成的空隙中，沥青碳化后，填充部分气孔，增加产品的密度和强度。

本方法将碳化炉中的碳化室和燃烧室完全隔离，燃烧室通过烟道向碳化室传热，燃烧产生的烟气不进入碳化室。

作为一个炭化温度控制的实施例：炭化炉每25分钟排料一次，每次100公斤，第七层火道温度1200℃，第五层火道1000℃，第三层火道600℃。

本发明生无烟煤与煅烧无烟煤的比例基本维持在1：2的样子（当然也可以改变），考虑的主要是后面产生的煅烧无烟煤的量不够。生无烟煤+煅烧无烟煤重量为85-90%, 生无烟煤可以补充煅烧无烟煤。

本发明采用无烟煤单煤成型，在逆流式斜底炉炭进行炭化的生产技术。该技术与传统的铸造焦生产的不同在于：不配入其他煤种；先加工成型煤；炭化工艺采用先进的厌氧技术和精确的高温温控技术对产品进行炭化。

传统铸造焦生产是以优质主焦煤为主要原料，添加一定的降灰剂和瘦化剂，通过捣固炼焦的方式加工成一定块度，再通过破碎、筛分得到一定粒度的铸造焦。

本高效还原剂的生产是以无烟煤为主要原料，添加一定的粘结剂（沥青），先加工成一定的形状，再进行炭化处理，息焦冷却后成品。无烟煤高效还原剂比传统的铸造焦强度更好，块度更均匀，气孔率更低，灰分和硫分低。使用高效还原剂，可得到1500℃左右的高温优质铁水，从而降低废品率，减少能源的消耗。

本发明工艺技术特点说明：

1、灰分低发热量高

工艺采用无烟煤为原料，不配入其他煤种，无烟煤为煤化程度最深的煤，含碳量最多，灰分不多，水分较少，发热量很高。

2、气孔率低、密度高、强度高、反应活性低

无烟煤煅烧后，挥发份逸出，形成多孔结构。本工艺采用了二次煅烧工艺，在高温下煅烧混捏后的无烟煤与沥青，沥青进入一次煅烧形成的空隙中，沥青碳化后，填充部分气孔；碳化炉的分离设计：碳化室和燃烧室，燃烧室通过烟道向碳化室传热，烟气不进入碳化室，减少碳化室气体的流动传质，延长沥青聚合结焦时间，沥青的碳收率更高；在碳化过程中，煅烧后的无烟煤成型体挥发份气体少于生无烟煤成型体，由挥发份气体引起的体积膨胀较小。三方面因素使得产品气孔率低、密度高、强度高、反应活性低。

3、废品少、环保、节能、成本低

空气是造成还原剂产品表面氧化的最大技术难题，确保半成品厌氧状态炭化，工艺采用了无烟煤作填料，保护型焦不被氧化。碳化炉的分离设计：碳化室和燃烧室，燃烧室通过烟道向碳化室传热，烟气不进入碳化室，避免了烟气中氧气进入到碳化室内。另外本工艺还采取了更精准的温控技术。炉温过低，产品煅烧不透；炉温过高，又会产生过火现象。适当的炉温控制，既能保证产品的质量，又能保证产品的单位产量。炉温控制取决于负压、空气、煤气三者的合理调配。炭化炉每25分钟排放一次100公斤，第七层火道温度1200℃，第五层火道1000℃，第三层火道600℃。若排放时间及排放量发生变化时，各层火道温度做相应调整。因此成品率高。

采用煅烧无烟煤吸收碳化室产生的挥发份中的沥青和焦油组分，实现了沥青和焦油的回收循环利用，避免了沥青和焦油燃烧产生有毒气体，因此更环保。

热回收及热补充技术。逆流式炭化炉通过总负压将可燃气体引入集合道，通过分负压及气体拉板分配到各层及不同的火道燃烧；未能完全引入集合道的气体，在出料口安装回收管道再次引入火道燃烧，既环保又节能。若火道温度偏低，则在缺温火道外加天然气补充。

工艺中采用无烟煤为填料，取代别的填料，既实现了无烟煤的一次煅烧，又降低了填料消耗费。以上几方面使得产品成本低。

Claims (5)

1.铸造用高效还原剂，其特征在于：它由如下质量百分含量的各组分构成，生无烟煤28-30%；煅烧无烟煤57-60%；软化点为65-90℃的中温沥青10-15%；

本铸造用高效还原剂制备步骤为：

1）备料--将需要的生无烟煤、煅烧无烟煤和沥青进行备料，其中生无烟煤和煅烧无烟煤的粒径小于2mm；

2）混捏--将生无烟煤和煅烧无烟煤按要求的配比加入混捏锅内，在110-130℃条件下搅拌8-12分钟，再将加温熔化后的沥青加入混捏锅搅拌8-12分钟，混捏完毕；

3）成型--混捏后的原料加工成需要的形状，得到半成品；

4）装炉碳化--将预先准备的填料和第3）步得到的半成品一起装入碳化炉中进行碳化，碳化结束的半成品即为所述高效还原剂；所述填料为粒径2～8mm的生无烟煤，填料与半成品质量比为4：6。

2.根据权利要求1所述的铸造用高效还原剂，其特征在于：将碳化过程中产生的挥发份通入废气净化塔，废气净化塔使用的填料为之前炉次碳化处理后分离的填料，由填料对挥发份中的沥青和焦油组分进行吸附净化，吸附了沥青和焦油组分的填料再作为后面生产批次的煅烧无烟煤这种原料。

3.根据权利要求1所述的铸造用高效还原剂，其特征在于：所述作为填料的生无烟煤在碳化过程中产生的可燃气体被净化后供碳化炉使用，作为填料的生无烟煤在碳化过程中即煅烧为煅烧无烟煤，破碎为粒径小于2mm的产品后直接作为后面生产批次煅烧无烟煤这种原料。

4.根据权利要求1或2或3所述的铸造用高效还原剂，其特征在于：制备时将碳化炉中的碳化室和燃烧室完全隔离，燃烧室通过烟道向碳化室传热，燃烧产生的烟气不进入碳化室。

5.根据权利要求4所述的铸造用高效还原剂，其特征在于：碳化炉每25分钟排料一次，第七层火道温度1150-1250℃，第五层火道温度950-1050℃，第三层火道温度500-650℃。

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