CN104870618A - 一种型煤制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种型煤制造方法，所述型煤装入铁水制备装置中所述熔融气化炉的穹顶部并被迅速加热，所述铁水制备装置包括：用于装入还原铁的熔融气化炉；以及与所述熔融气化炉连接且用于提供所述还原铁的还原炉。所述型煤制造方法包括：i)提供粉煤；ii)烧成碳源；iii)提供将所述粉煤和所述烧成碳源混合的混合物；以及iv)通过成型所述混合物来提供型煤。在所述混合物提供步骤中，所述混合物中所述碳源的量可以比0大且占所述混合物的30wt％以下。

Description

一种型煤制造方法

技术领域

本发明涉及一种型煤制造方法，更具体地涉及一种具有优异的热质量的型煤制造方法。

背景技术

熔融还原炼铁法使用对铁矿石进行还原的还原炉以及熔融已还原的铁矿石的熔融气化炉。当在熔融气化炉中熔融铁矿石时，将型煤装入熔融气化炉中作为熔融铁矿石的热源来使用。此时，还原铁在熔融气化炉内被熔融之后，转换为铁水和矿渣并向外部排出。熔融气化炉中装入的型煤形成煤填充床。氧气通过熔融气化炉中设置的鼓风机被吹入之后，燃烧煤填充床而生成燃烧气体。燃烧气体通过煤填充床上升并转换成高温的还原气体。高温的还原气体向熔融气化炉的外部排出，并作为还原气体提供到还原炉。

型煤作为热源装入熔融气化炉内。装入到熔融气化炉的煤被穹顶部的高温气体转变为炭的同时，下降到熔融气化炉的下部，并作为熔融还原铁的热源来使用。因此为更好地熔融还原铁，必须确保型煤在熔融气化炉内不被穹顶部的高温气体粉末化，同时向熔融气化炉的下部下降且其形状得到保持。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于，提供一种具有优异的热质量的型煤制造方法。

技术方案

在本发明的一实施例涉及的型煤制造方法中，型煤装入到铁水制备装置中所述熔融气化炉的穹顶部并被迅速加热，所述铁水制备装置包括：用于装入还原铁的熔融气化炉；以及与所述熔融气化炉连接且用于提供所述还原铁的还原炉。本发明的一实施例涉及的型煤制造方法包括以下步骤：i)提供粉煤；ii)烧成碳源；iii)提供将所述粉煤和所述烧成碳源混合的混合物；以及iv)通过成型所述混合物来提供型煤。在混合物提供步骤中，所述混合物中碳源的量可以比0大且占所述混合物的30wt％以下。

在所述碳源的烧成步骤中，所述碳源可以为选自石油焦炭、无烟煤、亚烟煤、烟煤、半无烟煤及褐煤中的至少一种。在所述碳源烧成步骤中，所述碳源可以为选自亚烟煤、烟煤及半无烟煤中的至少一种。

在所述混合物提供步骤中，所述碳源的量可以为5wt％至30wt％。本发明还包括对所述碳源的粒度进行筛选的步骤，在所述混合物的提供步骤中，所述碳源的粒度可以大于0且小于或等于3mm。

在所述碳源的烧成步骤中，所述碳源的烧成温度可以为700℃至1100℃。所述碳源的烧成温度也可以为800℃至1000℃。

在所述碳源烧成步骤中，所述碳源为石油焦炭时，所述混合物中所述石油焦炭的量可以为所述混合物的10wt％至50wt％。在所述碳源烧成步骤中，所述碳源为无烟煤时，所述混合物中所述无烟煤的量可以为所述混合物的5wt％至30wt％。在所述碳源烧成步骤中，所述碳源为褐煤时，所述混合物中所述褐煤的量可以为所述混合物的5wt％至30wt％。

有利效果

将石油焦炭、无烟煤或者褐煤等比较廉价的碳源添加到型煤中，以改善型煤的热强度的同时，可以低廉的价格制造型煤。其结果，不仅可以确保装入到熔融气化炉中的型煤不被高温粉末化，而且还可以增大炭的粒度和强度，所以可有效地进行作业。

附图说明

图1是本发明的一实施例涉及的型煤制造方法的顺序图。

图2是使用图1中制造的型煤的铁水制备装置的示意图。

图3是使用图1中制造的型煤的另一铁水制备装置的示意图。

具体实施方式

第一、第二及第三等术语为了说明多种部分、成分、区域、层及/或分段，但并不局限于此。该术语只在将某一部分、成分、区域、层或分段与其他部分、成分、区域、层或分段区别时使用。因此，下面描述的第一部分、成分、区域、层或分段，在不脱离本发明的范围内可表示为第二部分、成分、区域、层或分段。

在此使用的专业术语只是用来说明特定实施例而提供的，并不是用来限制本发明。在此使用的单数形式在没有表示明确的相反含义的情况下也包含复数形式。在说明书中使用的“包含”的含义细化了特定的特性、区域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，而不是排除其他特定的特性、区域、整数、步骤、动作、要素及/或成分的存在或附加。

虽然没有另作定义，包括在此使用的技术术语及科学术语在内的所有用语具有与本领域中的技术人员一般理解的含义相同的含义。在一般使用的词典中所定义的用语被附加解释为与相关技术文献和当前公开的内容相符的含义，在没有另行定义的情况下，不被解释为理想的或者非常正式的含义。

下面，参照附图详细说明本发明的实施例，以使本领域的技术人员能够容易实施。但本发明并不局限于在此说明的实施例，可用多种形式实现本发明。

图1为示意性地表示本发明的一实施例涉及的型煤制造方法的顺序图。图1的型煤制造方法的顺序图只是为了说明本发明而提供，本发明并不局限于此。而且可以多种方式变形型煤制造方法。

如图1所示，型煤制造方法包括以下步骤：i)提供粉煤；ii)提供将石油焦炭烧成的碳源；iii)提供将粉煤和碳源混合的混合物；以及iv)通过成型所述混合物来提供型煤。除此之外，型煤制造方法还可以包括其他步骤。

首先，在步骤S10中提供粉煤。粉煤作为原料煤来使用。

然后，在步骤S20中烧成碳源。作为碳源可以使用石油焦炭、无烟煤或者褐煤等。各种石油炼制工艺中生成副产物——石油焦炭。石油焦炭包含小于1wt％的煤灰以及10wt％至12wt％的挥发物。即，石油焦炭中包含的煤灰及挥发物的量少，所以石油焦炭的发热量比原料煤的发热量多10％以上。因此，当使用石油焦炭时，不仅会降低型煤的煤灰，而且可增加型煤中含有的固定碳的量。

通常如果煤中含有的煤灰的量多，则可燃性碳和氢的含量相对较低，从而煤的发热量变低。装入到熔融气化炉中的煤的煤灰多时，由于煤灰大部分存在于炭中，所以炭的发热量不仅会减少，而且还需要为熔解炭中包含的煤灰并将其作为矿渣排出所需的热量。这会增加生产铁水所需的煤的使用量，而且提高制造成本，所以不够理想。因此为了减少型煤中包含的煤灰的量，对煤灰含量低的石油焦炭进行加工后再添加。使用这种方法还可提高型煤转变为炭的量，即成炭率(char yield)。

石油焦炭一般在500℃以下的低温下制造。因此比一般低温热处理时的温度高时，石油焦炭会收缩或热膨胀导致变形。因此，制造添加有石油焦炭的型煤时，石油焦炭会在1000℃以上的熔融气化炉内变形，从而型煤被粉末化为非常小的炭。

因此，在步骤S20中，高温烧成通常在500℃以下进行热处理的生石油焦炭(green petroleum coke，G-PC)。即，在700℃至1100℃的高温烧成生石油焦炭。生石油焦炭的烧成温度过低时，不会产生生石油焦炭的挥发物的释放反应和碳架中附着的氢作为气体释放的脱氢反应。另外，生石油焦炭的烧成温度过高时，由于在高温下进行处理，从而会消耗很多能量。因此将生石油焦炭的烧成温度调节到前面所述的范围，这样不仅缩短热处理时间，而且还产生生石油焦炭的挥发物的释放反应和脱氢反应。优选地，生石油焦炭在800℃至1000℃下烧成。

当烧成石油焦炭时，作为气氛气体可使用惰性气体或空气等。更优选地，通过供给空气来燃烧石油焦炭的可燃性成分。石油焦炭的可燃性成分燃烧使石油焦炭的温度上升，所以不需要供给烧成所需的额外的能量。使用煤的工业分析方法进行测量时，石油焦炭的烧成程度在其挥发物小于2％时即可。而且，烧成的石油焦炭的粒度较佳为大于0且小于或等于3mm。石油焦炭的粒度过大时，石油焦炭与粉煤混合地不均匀，从而会降低型煤的质量。因此将石油焦炭的粒度调节到上述范围。

另外，还可以使用无烟煤或褐煤来代替石油焦炭以作为碳源来使用。无烟煤在煤中煤化度最高，而且挥发物的含量最少。因此无烟煤烧成时挥发物的释放量相对少，从而烧成无烟煤之后，可回收的碳源的量较多。可使用煤中煤化度最低的褐煤来改善型煤的热质量。除此之外，还可以选择亚烟煤、烟煤或半无烟煤等作为碳源使用。

然后，在步骤S30中，提供将粉煤和碳源混合的混合物。即，将石油焦炭、无烟煤或褐煤等烧成后的碳源和粉煤进行混合，作为型煤的原料来提供。此时，混合物中碳源的量占混合物的50wt％以下。如果混合物中混合过多的碳源，型煤的制造成本会增加。因此将碳源的量调节到前面所述的范围。更优选地，碳源的量可以为混合物的53wt％以下。

最后，在步骤S40中，通过成型混合物来制造型煤。例如，将糖蜜等的粘结剂添加到混合物之后成型混合物，从而可制造型煤。即，虽然图1中没有图示，但可在沿彼此相反的方向旋转的两辊之间装入混合物，以制造椭圆体状或条状的型煤。其结果，可制造具有优异的热强度及冷强度的型煤。

图2示意性地表示使用图1中制造的型煤的铁水制备装置100。图2的铁水制备装置100的结构只是为了说明本发明而提供，本发明并不局限于此。而且可以多种方式变形图2中的铁水制备装置100。

图2的铁水制备装置100包括熔融气化炉10及还原炉20。除此之外，根据需要可包括其他装置。铁矿石装在还原炉20中被还原。还原炉20中装入的铁矿石被预先干燥后，通过还原炉20的同时制成还原铁。还原炉20为填充床型还原炉，所述还原炉20从熔融气化炉10提供得到还原气体，以在其内部形成填充床。

通过图1的制造方法制造的型煤装入到熔融气化炉10中，因此熔融气化炉10的内部形成煤填充床。熔融气化炉10的上部形成有穹顶部101。即，比熔融气化炉10的其他部分具有更宽的空间，此处存在高温的还原气体。因此装入到穹顶部101的型煤可被高温的还原气体容易粉末化。即，型煤装入温度保持在1000℃的熔融气化炉的上部，所以型煤会受到迅速的热冲击。因此型煤会向熔融气化炉的下部移动并被粉末化。

为克服这种粉末化条件，纵所周知的工艺有将沥青用作型煤的粘结剂以改善型煤强度的工艺。但是，将沥青作为粘结剂使用时，不仅导致制造成本增加，而且还具有在1000℃的熔融气化炉上部型煤容易被粉末化的问题。因此有必要提高型煤的热强度，从而使型煤在熔融气化炉内不容易粉末化。

对此，由于通过图1的方法制造的型煤具有较高的热强度，因此不会在熔融气化炉10的穹顶部粉末化，而下降到熔融气化炉10的下部。通过型煤的热分解反应生成的炭移动至熔融气化炉10的下部，并与通过鼓风机101供给的氧气进行发热反应。其结果，型煤可作为将熔融气化炉10保持为高温的热源来使用。另外，由于炭提供通气性，因此在熔融气化炉10的下部产生的大量的气体与还原炉20供给的还原铁能够更加容易并均匀地通过熔融气化炉10内的煤填充床。

除了上述型煤之外，也可根据需要在熔融气化炉60中装入块状煤材或焦炭。在熔融气化炉60的外壁上设置鼓风机80而吹入氧气。氧气被吹入煤填充床中并形成燃烧区。型煤可在燃烧区中燃烧而产生还原气体。

图3示意性地表示使用图1中制造的型煤的铁水制备装置200。图3的铁水制备装置200的结构只是为说明本发明而提供，本发明并不局限于此。而且可以多种方式变形图3的铁水制备装置200。图3的铁水制备装置200的结构与图2的铁水制备装置100的结构相似，所以相同部分使用相同的附图标记，在此省略其详细说明。

如图3所示，铁水制备装置100包括熔融气化炉10、还原炉22、还原铁压缩装置40及压缩还原铁储存槽50。在此可省略压缩还原铁储存槽50。

已制造的型煤装入到熔融气化炉10。在此，型煤在熔融气化炉10内生成还原气体，而且生成的还原气体向流化床型还原炉提供。铁矿粉被供给到具有流化床的多个还原炉22，并通过从熔融气化炉10向还原炉22提供的还原气体进行流动的同时被制成还原铁。还原铁被还原铁压缩装置40压缩后，储存到压缩还原铁储存槽50中。经压缩的还原铁从压缩还原铁储存槽50供给到熔融气化炉10，并且在熔融气化炉10中熔融。型煤供给到熔融气化炉10后转变为具有通气性的炭，熔融气化炉10的下部生成的大量的气体和压缩的还原铁能够更加容易并均匀地通过熔融气化炉10的煤填充床，从而可制造优质的铁水。

以下通过实验例进一步详细说明本发明。这些实验例只是为说明本发明而提供，本发明并不局限于此。

实验例

添加石油焦炭、无烟煤及褐煤，以制造用于装入到熔融气化炉的型煤。制造型煤时将糖蜜作为粘结剂来使用。为评价制造的型煤的质量，向温度保持在1000℃的反应管装1000g的型煤，并以10次/分进行旋转，即以10rpm的旋转速度热处理60分钟，并对所获得的炭进行分级。计算筛孔10mm以上的炭的重量与全部炭的总重量的百分比，从而评价型煤的热强度指数。

石油焦炭的添加实验

相对于100重量份的粉煤和烧成的石油焦炭的总量，混合8.5的糖蜜，以制造型煤。下表1表示石油焦炭的主要物性。

【表1】

实验例1

将10％的具有表1的物性的未烧成的石油焦炭或者在800℃烧成的石油焦炭添加到具有36％的挥发物的煤A中，从而制造装入到熔融气化炉中的型煤。表2表示型煤的物性和热质量。烧成的石油焦炭表示为C-PC(Calcined Petroleum Coke)。

烧成的石油焦炭以去除挥发物的状态存在，因此当添加烧成的石油焦炭时，添加到型煤中的固定碳的量增加。另外，型煤的热强度指数为54.3％，得到大幅改善，其明显大于比较例1的型煤的热强度指数12.3％、比较例2的型煤的热强度指数8.7％，从而可生成大粒度的炭。因此，型煤中添加烧成的石油焦炭时，高温热处理过程中石油焦炭不发生物性变化，所以型煤可生成大粒度的炭。

实验例2

将型煤中混合的烧成的石油焦炭的量调节为30wt％。型煤的其余制造过程与上述实验例1相同。

如表2中所记载，由于烧成的石油焦炭的添加量增加，型煤中包含的煤灰的量会进一步减少，同时固定碳的量会大幅增加。成炭率也大幅增加，且型煤的高温条件下的粉末化抵抗能力——热强度指数也大幅增加。

比较例1

在煤A中混合糖蜜粘结剂，以制造型煤。此时，型煤的挥发物达到40％，所以型煤的固定碳的量为50.1％，非常低。而且，对型煤在1000℃温度下热处理60分钟，这样得到的成炭率为62.4％，比较低。

比较例2

为减少型煤的煤灰并改善成炭率，煤A中添加10wt％的未烧成的石油焦炭(Green Petroleum Coke，G-PC)。此时，型煤的煤灰稍微减少，而固定碳的量增加。而且，成炭率增加到64.5％，而炭的煤灰减少。但是，尽管这种型煤的物性得到改善，型煤的热强度指数反而减少到8.7％。这是因为，为减少煤灰而添加的没有粘结力的石油焦炭在高温条件下升温的过程中根据热变化而对型煤的结合没有起到作用，而粉末化为小的颗粒。

比较例3

通过混合50wt％的煤A和50wt％的烧成的石油焦炭来制造型煤。其余的实验过程与实验例2相同，因此省略其详细说明。

这种情况，虽然型煤的煤灰的量减少，且固定碳的量增加，成炭率也增加，然而型煤的热强度指数反而下降。当迅速加热型煤时，粉末的粒子互相结合，从而形成块状的炭。但是，根据粘结力低的原料煤A的特性，如果作为固体粉末的烧成的石油焦炭的添加量为50％以上，则不能够获得大粒度的炭。即，石油焦炭为完全没有粘结性的固体粉末，制造型煤时的添加量存在一定的局限性。

【表2】

烧成的无烟煤的添加实验

用无烟煤代替石油焦炭以制造型煤。无烟煤在煤中具有最高的煤化度。将烧成的无烟煤及没有烧成的无烟煤与粉煤混合以制造型煤。

实验例3

将在800℃温度下烧成的5wt％的无烟煤和95wt％的煤A混合，从而制造型煤。其余的实验过程与上述的实验例1相同。表3表示根据实验例3制造的型煤的物性和热质量。

如表3中所记载，随着添加烧成的无烟煤，型煤的煤灰含量多少有点增加，但型煤的固定碳的含量也随之增加。这是因为所添加的无烟煤中包含的煤灰的含量较多，从而在烧成过程中型煤的挥发物减少。如果随着型煤的挥发物的量的减少，型煤的固定碳的量增加，则型煤在熔融气化炉内转换成炭的概率较高。

实验例4

用无烟煤制造型煤。将在800℃温度下烧成的10wt％的无烟煤和90wt％的煤A混合以制造型煤。其余的实验过程与上述的实验例1相同。表3表示根据实验例3制造的型煤的物性和热质量。

随着烧成的无烟煤的使用量的增加，型煤的热强度指数也增加。这是因为无烟煤在800℃温度下烧成，从而具有稳定的热特性，而且随着型煤的固定碳的量增加，挥发物的量相对减少，从而高温中的挥发物释放量就减少。

实验例5

用无烟煤制造型煤。使用在800℃温度下烧成的15wt％的无烟煤制造型煤。其余的实验过程与上述实验例1相同。型煤的热强度指数为58.3％，相对于实验例3增加了一些。

比较例4

使用90wt％的煤A和10wt％的未烧成无烟煤制造型煤。其余的实验过程与实验例1相同。将没有烧成的无烟煤添加到型煤中，其结果，型煤的热强度指数下降。这是因为由于没有烧成无烟煤，所以热特性不稳定。

比较例5

使用85wt％的煤A和15wt％的未烧成的无烟煤制造型煤。其余的实验过程与实验例1相同。将没有烧成的无烟煤添加到型煤中，其结果型煤的热强度指数进一步下降。

【表3】

烧成的褐煤的添加实验

在上述实验例3至实验例5中，使用煤中煤化度最高的无烟煤和煤化度最低的褐煤制造型煤。下表4显示褐煤的物性。如表4中所记载，褐煤包含大量的水分和煤灰，而且不具有粘结力。因此用褐煤制造的型煤具有下降强度或压缩强度等常温强度较低的特性，所以需要增加粘结剂的使用量。

【表4】

固有水分(％)	挥发物(％)	煤灰(％)	固定碳(％)
				6.0	33.6	23.2	37.2

实验例6

使用95wt％的煤A和5wt％的烧成的褐煤制造型煤。在此，褐煤在800℃温度下烧成制成。型煤的制造过程与上述实验例3相同。另外，评价了添加烧成的褐煤的型煤的热质量。下表5显示添加褐煤时的型煤的质量。此时，型煤的热强度指数为23.6％，比根据比较例1制得的型煤的热强度12.3％更优秀。

实验例7

使用90wt％的煤A和10wt％的烧成的褐煤制造型煤。在此，褐煤在800℃温度下烧成制造。型煤的制造过程与上述实验例6相同。制造的型煤的热强度指数为31.5％，由于与实验例6相比褐煤的添加量增加，从而热强度指数也大幅增加。

实验例8

使用85wt％的煤A和15wt％的烧成的褐煤制造型煤。在此，褐煤在800℃温度下烧成制得。型煤的制造过程与上述实验例6相同。制造的型煤的热强度指数为43.8％，由于与实验例7相比褐煤的添加量增加，从而热强度指数也大幅增加。

比较例6

使用90wt％的煤A和10wt％的未烧成的褐煤制造型煤。型煤的制造过程与实验例6相同。制造型煤的热强度指数为8.3％，比没有添加褐煤的比较例1的型煤的热强度指数小。

比较例7

使用85wt％的煤A和15wt％的没有烧成的褐煤制造型煤。型煤的制造过程与比较例6相同。如表5中所记载，制造的型煤的热强度指数为12.9％，随着褐煤的使用量的增加，型煤的热强度多少有点增加。

【表5】

如果制造型煤时使用烧成的褐煤，则由于褐煤具有热稳定性，型煤的热质量得到大幅改善。但是，在相同的添加条件下，烧成的石油焦炭和烧成的无烟煤显示出相同的效果，而烧成的褐煤的添加效果相对低。这是因为与碳源的煤灰含量有关。将烧成的碳源少量添加到型煤中，从而可大幅改善型煤的热质量。

如上所述，如果制造型煤时添加烧成的煤，则型煤的热质量得到改善。因此将石油焦炭、无烟煤及褐煤以外的其他种类的煤烧成后添加到型煤中，可改善型煤的热质量。

虽然通过前述内容说明了本发明，但本领域技术人员能够容易理解在不脱离所附的权利要求书中记载的概念及范围的情况下可以进行多种修改及变形。

Claims (10)

1.一种型煤制造方法，所述型煤装入铁水制备装置中熔融气化炉的穹顶部并被迅速加热，所述铁水制备装置包括：用于装入还原铁的熔融气化炉；以及与所述熔融气化炉连接且用于提供所述还原铁的还原炉，所述型煤制造方法包括以下步骤：

提供粉煤；

烧成碳源；

提供将所述粉煤和所述烧成的碳源混合的混合物；以及

通过成型所述混合物来提供型煤，

在所述混合物提供步骤中，所述混合物中所述碳源的量比0大且占所述混合物的50wt％以下。

2.如权利要求1所述的型煤制造方法，其中，

在所述碳源烧成步骤中，所述碳源为选自石油焦炭、无烟煤及褐煤中的至少一种。

3.如权利要求1所述的型煤制造方法，其中，

在所述碳源烧成步骤中，所述碳源为选自亚烟煤、烟煤及半无烟煤中的至少一种。

4.如权利要求1所述的型煤制造方法，其中，

在所述混合物提供步骤中，所述碳源的量为5wt％至30wt％。

5.如权利要求1所述的型煤制造方法，其中，

还包括对所述碳源的粒度进行筛选的步骤，在所述混合物的提供步骤中，所述碳源的粒度大于0且小于或等于3mm。

6.如权利要求1所述的型煤制造方法，其中，

在所述碳源烧成步骤中，所述碳源的烧成温度为700℃至1100℃。

7.如权利要求6所述的型煤制造方法，其中，

所述碳源的烧成温度为800℃至1000℃。

8.如权利要求1所述的型煤制造方法，其中，

在所述碳源烧成步骤中，当所述碳源为石油焦炭时，所述混合物中所述石油焦炭的量为所述混合物的10wt％至50wt％。

9.如权利要求1所述的型煤制造方法，其中，

在所述碳源烧成步骤中，当所述碳源为无烟煤时，所述混合物中所述无烟煤的量为所述混合物的5wt％至30wt％。

10.如权利要求1所述的型煤制造方法，其中，

在所述碳源烧成步骤中，当所述碳源为褐煤时，所述混合物中所述褐煤的量为所述混合物的5wt％至30wt％。