CN107406782A - 型煤、制备型煤的方法和装置、制备铁水的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种型煤、制备型煤的方法和装置、制备铁水的方法和装置。型煤装入铁水制备装置中熔融气化炉的穹顶部被快速加热，所述铁水制备装置包含：i)装入还原铁的熔融气化炉、及ii)连接于熔融气化炉且提供还原铁的还原炉。制备型煤的方法包含：i)提供粉煤的步骤、ii)粉煤中混入粉末型纤维素醚化合物以提供混合物的步骤、iii)混合物中加入水进行混合的步骤、以及iv)对混合物进行成型以提供型煤的步骤。在提供型煤的步骤中，型煤中包含的纤维素醚化合物的量为0.7wt％至2.0wt％。

Description

型煤、制备型煤的方法和装置、制备铁水的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种型煤、制备型煤的方法和装置、制备铁水的方法和装置。更具体地，本发明涉及一种使用粉末型纤维素醚化合物作为粘合剂的型煤、制备型煤的方法和装置、制备铁水的方法和装置。
背景技术
在熔融还原炼铁法中使用用于还原铁矿石的还原炉和用于熔化经过还原的铁矿石的熔融气化炉。在熔融气化炉中熔化铁矿石时，型煤作为熔化铁矿石的热源被装入熔融气化炉中。还原铁在熔融气化炉中经过熔化而转化为铁水及熔渣之后，被排出至外部。被装入熔融气化炉的型煤形成煤填充床。氧气通过设置在熔融气化炉上的风口吹入之后，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的同时转化为高温还原气体。高温还原气体排出至熔融气化炉的外部，并作为还原气体被供应到还原炉。
型煤是将粉煤和粘合剂混合后压缩而成。为了制备铁水，需要制备出具有优异的冷强度和热强度的型煤。因此，使用具有优异的粘度的粘合剂如糖蜜等制备型煤。
发明内容
技术问题
本发明提供一种使用纤维素醚化合物等作为粘合剂制备的具有优异的热强度和冷强度的型煤。本发明还提供一种制备所述型煤的方法。另外，本发明提供一种制备铁水的方法，其包含所述制备型煤的方法。
技术方案
本发明的一个实施例的型煤装入铁水制备装置中熔融气化炉的穹顶部被快速加热，所述铁水制备装置包含：i)装入还原铁的熔融气化炉、及ii)连接于熔融气化炉且提供还原铁的还原炉。制备型煤的方法包含：i)提供粉煤的步骤、ii)粉煤中混入粉末型纤维素醚化合物以提供混合物的步骤、iii)混合物中加入水进行混合的步骤、以及iv)对混合物进行成型以提供型煤的步骤。在提供型煤的步骤，型煤中包含的纤维素醚化合物的量为0.7wt％至2.0wt％。
更优选地，纤维素醚化合物的量可为0.8wt％至1.5wt％。在提供型煤的步骤中，型煤中包含的水分的量可为5wt％至15wt％。更优选地，型煤中包含的水分的量可为7wt％至12wt％。
型煤中包含的水分的量与型煤中包含的纤维素醚化合物的量之比可为5至40。而且，型煤中包含的水分的量与型煤中包含的纤维素醚化合物的量之比可为7至20。
在提供混合物的步骤中，纤维素醚化合物的平均粒度可为50μm至100μm。更优选地，在提供混合物的步骤中，粉煤的平均粒度与纤维素醚化合物的平均粒度之比可为7至30。粉煤的平均粒度与纤维素醚化合物的平均粒度之比可为10至20。
提供混合物的步骤中的混合时间小于混合物中加入水进行混合的步骤中的混合时间，混合物中加入水进行混合的步骤中的混合时间与提供混合物的步骤中的混合时间之比可为2至5。纤维素醚化合物可包含选自甲基纤维素(MC)、羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)及羟乙基甲基纤维素(HEMC)中的至少一种化合物。
纤维素醚化合物可以不包含羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose，CMC)。纤维素醚化合物的粘度可为4,000cps至80,000cps。本发明的一个实施例的制备型煤的方法，其在混合物中加入水进行混合的步骤之后，还可以包含对混合物进行干燥的步骤。
在提供混合物的步骤中，粉煤中还可以混入选自聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、木质素(lignin)及淀粉中的一种以上粘合剂。在提供型煤的步骤中，型煤中包含的水分的量可为5wt％至15wt％。
本发明的一个实施例的制备型煤的方法还可以包含以下步骤：将型煤在80℃至150℃下加热1小时至24小时，以将型煤中包含的水分的量控制为5wt％以下，并将型煤的压缩载荷控制为100kgf以上。型煤可由选自热风、蒸汽、近红外线、微波、液化天然气(liquidnatural gas，LNG)、液化丙烷气(liquid propane gas，LPG)、炼铁废气(Finex off gas，FOG)、焦炉煤气(cokes oven gas，COG)及高炉煤气(blast furnace gas，BFG)中的一种以上的热源进行加热。
本发明的一个实施例的制备铁水的方法包含：i)提供根据前述方法制备的型煤的步骤、ii)提供铁矿石在还原炉中被还原而成的还原铁的步骤、以及iii)将型煤和还原铁装入熔融气化炉以提供铁水的步骤。在提供还原铁的步骤中，还原炉可为流化床还原炉或填充床还原炉。
本发明的一个实施例的型煤装入铁水制备装置中的熔融气化炉的穹顶部被快速加热，所述铁水制备装置包含：i)装入还原铁的熔融气化炉、及ii)连接于熔融气化炉且提供还原铁的还原炉。型煤包含0.7wt％至2.0wt％的纤维素醚化合物、5wt％至15wt％的水分及余量粉煤。更优选地，纤维素醚化合物的量可为0.8wt％至1.5wt％。
本发明的一个实施例的型煤制备装置包含：i)粉煤料斗，所述粉煤料斗用于储存粉煤；ii)粘合剂料斗，所述粘合剂料斗用于储存水溶性粘合剂；iii)混合机，所述混合机用于从粉煤料斗接收粉煤以及从粘合剂料斗接收水溶性粘合剂，以制备粉煤和水溶性粘合剂混合而成的混合物；iv)供水单元，所述供水单元用于向混合机供水；v)成型装置，所述成型装置用于从混合机接收混合物而制备型煤；vi)储料仓，所述储料仓用于从成型装置接收型煤以及对型煤进行加热干燥，且所述储料仓从下往上直径逐渐减小；以及vii)热源，所述热源用于向储料仓的下方供应使型煤干燥的热风。
本发明的一个实施例的铁水制备装置包含：i)前述的型煤制备装置；ii)还原炉，所述还原炉用于提供还原铁；以及iii)熔融气化炉，所述熔融气化炉连接于还原炉接收还原铁且连接于型煤制备装置接收型煤而制备铁水。还原炉可为流化床还原炉或填充床还原炉。
发明效果
根据本发明的一个实施例，作为粘合剂使用纤维素醚化合物，从而可以大大提高型煤的热强度和冷强度。而且，通过使用纤维素醚化合物，可以避免碱沉积在流化床还原炉上。对型煤进行热处理提高型煤的压缩载荷，从而可以大大提高用水溶性粘合剂或水制成的型煤的热强度和冷强度。另外，通过迅速有效的热处理，可在较快的时间内提高型煤的压缩载荷。此外，通过利用现有的储料仓和炼铁厂的热源，可以将费用降至最低，而且可以有效地对型煤进行热处理。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的制备型煤的方法的示意性流程图。
图2是采用图1的制造型煤的方法的型煤制备装置的示意图。
图3是包含图2的型煤制备装置的铁水制备装置的示意图。
图4是包含图2的型煤制备装置的另一铁水制备装置的示意图。
图5至图8是分别示出本发明实验例10至实验例13的实验结果的图表。
具体实施方式
本文中术语第一、第二、第三等用于描述各种部分、成分、区域、层和/或段，但这些部分、成分、区域、层和/或段不应该被这些术语限制。这些术语仅用于区分某一部分、成分、区域、层和/或段与另一部分、成分、区域、层和/或段。因此，在不脱离本发明的范围内，以下描述的第一部分、成分、区域、层和/或段也可以描述为第二部分、成分、区域、层和/或段。
本文所使用的术语只是出于描述特定实施方案而不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包含复数形式。还应该理解的是，术语“包含”具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，但是并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
虽然没有另作定义，但本文使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)的含义与所属领域的技术人员通常理解的意思相同。对于辞典里面有定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式，以使所属领域的技术人员容易实施本发明。本发明能够以各种不同方式实施，并不局限于下述实施方式。
图1示意性地示出了本发明的一个实施例的制备型煤的方法的流程图。图1的制备型煤的方法的流程图仅用于本发明的示例，本发明不限于此。因此，可以对制备型煤的方法进行各种变形。另外，本发明所属领域的普通技术人员容易理解用于实现图1的制备型煤的方法的型煤制备装置结构，因此省略其详细说明。
如图1所示，制备型煤的方法包含：提供粉煤的步骤S10、将粉末型纤维素醚化合物进行混合以提供混合物的步骤S20、混合物中加入水进行混合的步骤S30、以及对混合物进行成型以提供型煤的步骤S40。除此之外，根据需要制备型煤的方法还可以包含其他步骤。
首先，在步骤S10中提供粉煤。作为粉煤可以使用烟煤(bituminous coal)、次烟煤(subbituminous coal)、无烟煤(anthracite)、焦煤等含碳原料。粉煤的粒度可以控制为4mm以下。
其次，在步骤S20中，粉煤中混入纤维素醚化合物，以提供混合物。即，将纤维素醚化合物加入到粉煤后，搅匀混合物使其均匀地混合。
在此，使用粉末型纤维素醚化合物，而非液态化合物。如果使用粘合剂溶液，则可以使用粘合剂本身的粘度低的羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose，CMC)溶液，以提高流动性。然而，由于使用粘度低的粘合剂，存在型煤的强度降低的问题。另外，溶液形式的粘合剂因层分离而难以均匀地保持粘合剂成分，而且运输时需要液罐车等特殊的运输车辆，因此存在运输费用高的缺陷。此外，粘合剂溶液在冬季会结冰，因此不易储藏。
相比之下，使用粉末型纤维素醚化合物作为粘合剂时，由于纤维素醚化合物本身的粘度高，可以制备出强度优异的型煤。另外，由于所使用的纤维素醚化合物为粉末型，可以将体积降至最小，从而易于保存，运输也方便。再者，冬季也不需要担心结冰等问题。因此，适合使用粉末型纤维素醚化合物。
纤维素醚化合物的粘度可为4,000cps至80,000cps。纤维素醚化合物的粘度是指使用博勒飞(Brookfield)公司的DV-II+Pro(spindle HA)在20±0.1℃下测定浓度为2重量％的纤维素醚化合物水溶液的粘度的值。当纤维素醚化合物的粘度过低时，包含纤维素醚化合物的溶液如水溶液的粘度会过低，从而导致对粉煤的粘结力下降，其结果是型煤的强度会降低。另外，当纤维素醚化合物的粘度过高时，纤维素醚化合物的分子量过高导致水溶性下降，对粉煤的粘结力不够充分。因此，优选将纤维素醚化合物的粘度控制在前述的范围。
纤维素醚化合物可包含甲基纤维素(MC)、羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)或羟乙基甲基纤维素(HEMC)等。甲基纤维素(MC)具有18wt％～32wt％的甲基取代度，羟乙基纤维素(HEC)具有20wt％～80wt％的羟乙基取代度。另外，羟丙基纤维素(HPC)具有20wt％～80wt％的羟丙基取代度，羟丙基甲基纤维素(HPMC)具有18wt％～32wt％的甲基取代度及2wt％～14wt％的羟丙基取代度。此外，羟乙基甲基纤维素(HEMC)具有18wt％～32wt％的甲基取代度及2wt％～14wt％的羟乙基取代度。
另外，粉末型纤维素醚化合物的平均粒度可为50μm至100μm。当粉末型纤维素醚化合物的粒度过小时，其制备工艺费用会上升。另外，当纤维素醚化合物的粒度过大时，纤维素醚化合物的比表面积变小，其水溶性下降，用此制备出的型煤的强度会降低。因此，优选将粉末型纤维素醚化合物的粒度控制在前述的范围。更具体地，粉末型纤维素醚化合物的平均粒度可为78μm。此时，粉末型纤维素醚化合物中粒度为0.18mm以下的可占97％以上。
粉煤的平均粒度与纤维素醚化合物的平均粒度之比可为7至30。更具体地，粉煤的平均粒度与纤维素醚化合物的平均粒度之比可为10至20。当平均粒度之比过大或过小时，纤维素醚化合物作为粘合剂在粉煤中无法充分地发挥粘结能力。因此，优选将平均粒度之比保持在前述的范围。
接着，在步骤S30中将水加入混合物进行混合。当粉末型纤维素醚化合物均匀分布的混合物中加入水时，分散于粉煤中纤维素醚化合物溶解在水中，其结果纤维素醚化合物被溶解而发挥与粉煤的粘结力，从而可以大大提高后续工艺中制备的型煤的强度。如上所述，不是将液态粘合剂直接混入粉煤，而是先将粉末型纤维素醚化合物混入粉煤而得到的混合物中再混合水，从而分开各工艺，由此可以制备出具有优异的强度且工艺费用降至最低的型煤。
另外，步骤S30中的混合时间大于步骤S20中的混合时间。在步骤S20中，由于使用粉煤和粉末型纤维素醚化合物，通过固体和固体的混合在短时间内也可以均匀地进行混合。相比之下，在步骤S30中，加入液态水使其接触与粉煤混合在一起的粉末型纤维素醚化合物，使得粉末型纤维素醚化合物均匀地溶解于粉煤中，因此与步骤S20相比，长时间进行混合在工艺效率方面更为有利。更优选地，步骤S30中的混合时间与步骤S20中的混合时间之比可为2至5。当所述的混合时间之比过小时，与粉煤混合在一起的粉末型纤维素醚化合物与水不会充分接触，可能会导致型煤的强度降低。相反地，当所述的混合时间之比过大时，在工艺效率方面不可取。因此，优选适当地控制所述的混合时间之比。
虽然图1中未示出，但是在步骤S30之后，还可以增加对混合物进行干燥的步骤。也就是说，当需要对加入粉煤、粉末型纤维素醚化合物及水的混合物的成型性进行控制时，可以通过对混合物进行干燥去除部分水分，其结果可以大大提高后续工艺中制备的型煤的强度。
最后，在步骤S40中对混合物进行成型以提供型煤。例如，将混合物装入一对压辊之间进行压制，从而可以制备出小块(pocket)或条状型煤，其结果可以制备出具有优异的热强度和冷强度的型煤。型煤中包含的纤维素醚化合物的量可为0.7wt％至2.0wt％。更优选地，纤维素醚化合物的量可为0.8wt％至1.5wt％。当纤维素醚化合物的量过多时，型煤制备费用上升。另外，当纤维素醚化合物的量过少时，无法发挥充分的粘结力，从而导致型煤的强度降低。因此，优选将纤维素醚化合物的量控制在前述的范围。
另外，型煤中包含的水分的量可为5wt％至15wt％。更优选地，水分的量可为7wt％至12wt％。当水分的量过多时，存在混合物的成型困难的问题。此外，当水分的量过少时，型煤的冷强度会降低。因此，水分的量控制在前述的范围。
通过前述的方法制备的型煤包含0.7wt％至2.0wt％的纤维素醚化合物、5wt％至15wt％的水分及余量粉煤。更具体地，纤维素醚化合物的量可为0.8wt％至1.5wt％。当纤维素醚化合物的量过多时，型煤的制备费用会大幅增加。另外，当纤维素醚化合物的量过少时，型煤的强度会降低。因此，优选将纤维素醚化合物的量控制在前述的范围。此外，当水分的量过多时，型煤的成型性会下降。另外，当水分的量过少时，型煤的冷强度会降低。因此，型煤的水分量控制在前述的范围。
虽然图1中未示出，但是在步骤S20中除了混入纤维素醚化合物之外，还可以进一步混入聚乙烯醇(polyvinylalcohol，PVA)、木质素(lignin)或淀粉等粘合剂。这种粘合剂与纤维素醚化合物一样具有水溶性。使用这种粘合剂制备的型煤中包含的水分的量可为5wt％至15wt％。由于使用水溶性粘合剂或步骤S30中加入水，在制备型煤之后，可以对型煤进行加热，以减少型煤中包含的水分的量。即，将型煤在80℃至150℃下加热1小时至24小时，以将型煤中包含的水分的量控制为5wt％以下。
对于热处理条件，根据型煤的水分含量可以加强或缓解。当型煤的加热温度过低时，型煤中所包含的水分不会顺利地蒸发，导致热处理效果下降，热处理所需时间增加，从而造成生产性下降。另外，当型煤的加热温度过高时，型煤上产生裂纹，可能会产生型煤中所含有的挥发分的损失，而且暴露在高温下只会降低水分含量，压缩载荷反而下降。因此，将型煤的加热温度控制在前述的范围。另外，型煤加热温度越高越能缩短热处理时间，但是为了将加热时间缩短至少于1小时，需要施加高温热风，因此型煤所含有的挥发分也会被释放而损失。此外，当热处理时间过长时，生产性会下降。因此，将型煤的加热时间控制在前述的范围。另外，型煤的压缩载荷可以控制100kgf以上。下面通过图2对型煤的加热单元等进行更详细的说明。
图2示意性地示出了采用图1的制备型煤的方法的型煤制备装置60。图2的型煤制备装置60的结构仅用于示例本发明，本发明不限于此。因此，型煤制备装置也可以变形为不同结构。
如图2所示，型煤制备装置60包含粉煤料斗61、粘合剂料斗62、供水单元63、混合机64、成型装置65及热处理单元66。除此之外，根据需要型煤制备装置60还可以包含其他装置。粉煤料斗61中储存粉煤，而粘合剂料斗62中储存粘合剂。粘合剂例如有所述的纤维素醚化合物、聚乙烯醇、木质素或淀粉等。混合机64将分别由粉煤料斗61和粘合剂料斗62供应的粉煤和粘合剂进行混合而制备混合物。供水单元63与混合机64连接，用于向混合机64供水。成型装置65从混合机64接收混合物，并对该混合物进行成型，以制备型煤。成型装置65利用彼此反向旋转的一对压辊，将混合物装入该一对压辊之间进行压制后向下排出。热处理单元66对型煤进行干燥，以提高型煤的压缩载荷。
更具体地，热处理单元66包含储料仓661、鼓风机663、热源665及集尘器667。除此之外，热处理单元66还可以包含其他装置。储料仓661用于储存从成型装置65向下排出的型煤，并将干燥后的型煤向下排出。将储存在储料仓661的型煤等级保持在适当水平，以使型煤不会因热处理时间或压缩载荷而受到破坏。储料仓661具有漏斗形状，以增加热风与型煤的接触面积。
如图2所示，鼓风机663从生产热能的热源665接收热量，再强制输送到储料仓661。作为热源可使用蒸汽、近红外线或微波等生产热风。
热风还可以使用液化天然气(liquid natural gas，LNG)或液化丙烷气(liquidpropane gas，LPG)等商用燃料来生产，或者还可以使用炼铁厂的炼铁废气(Finex offgas，FOG)、焦炉煤气(cokes oven gas，COG)或高炉煤气(blast furnace gas，BFG)等。另外，热源665还可以如电热器直接进行加热，或者回收利用熔渣显热、还原铁粉被氧化时产生的废热等炼铁厂中产生废热。
储料仓661具有从下向上截面积逐渐变宽的结构。因此，热风从储料仓661的底部向顶部上升，从而可以去除型煤中含有的水分，有效地对型煤进行干燥。干燥后的型煤排出到储料仓661的下方。
虽然图2中未示出，但是储料仓661的底部上也可以设置排出装置。排出装置以50t/h以内的速度定量排出型煤。另外，从储料仓661排出的型煤的水蒸气通过集尘器667滤除粉尘后向外排出。当水蒸气的温度下降至饱和水蒸气压以上时，就会产生冷凝水。因此，虽然图2中未示出，但是可以设置保温装置，以使冷凝水不会再流回储料仓661。
如上所述，利用型煤输送过程中起到中间缓冲器功能的储料仓661对型煤进行热处理，从而不需要投入其他设备，可以在短时间内有效地制备出具有充分的强度的型煤。因此，并用粘合剂和水或者粘合剂本身为水溶性具有高水分含量，由此即使起先没有确保充分强度的型煤，也可以通过对型煤进行加热，在短时间内可以确保型煤的冷强度。
图3示意性地示出了包含图2的型煤制备装置的铁水制备装置200。图3的铁水制备装置200的结构仅用于例示本发明，本发明不限于此。因此，可以将图3的铁水制备装置200变形为各种形式。
如图3所示，铁水制备装置200包含熔融气化炉60和填充床还原炉20。除此之外，根据需要可以包含其他装置。填充床还原炉20中装入铁矿石进行还原。装入填充床还原炉20的铁矿石被预干燥后经过填充床还原炉20制成还原铁。填充床还原炉20作为填充床还原炉从熔融气化炉60接收还原气体而在其内部形成填充床。
通过图1的制备方法来制备的型煤装入熔融气化炉60，因而在熔融气化炉60的内部会形成煤填充床。在熔融气化炉60的顶部形成有穹顶部601，与熔融气化炉60的其他部分相比形成较宽的空间，其中存在高温还原气体。因此，由于高温还原气体，装入穹顶部601的型煤通过热解反应转变成煤焦(char)。通过型煤的热解反应而产生煤焦移至熔融气化炉60的下方与通过风口30供应的氧气进行发热反应。因此，型煤可以作为将熔融气化炉60保持高温的热源来使用。另外，煤焦提供透气性，因此在熔融气化炉60的下方产生的大量气体和从填充床还原炉20供应的还原铁可以更容易且均匀地通过熔融气化炉60内的煤填充床。
除了所述的型煤之外，还可以根据需要将块煤或焦煤装入熔融气化炉60。熔融气化炉60的外壁上设置风口30用于吹入氧气。氧气被吹入煤填充床而形成燃烧带。型煤在燃烧带燃烧会产生还原气体。
图4示意性地示出了包含图2的型煤制备装置的另一铁水制备装置300。图4的铁水制备装置300的结构仅用于例示本发明，本发明不限于此。因此，可以将图4的铁水制备装置300变形为各种形式。图4的铁水制备装置300的结构与图3的铁水制备装置200的结构类似，因此相同的部分采用相同的附图标记并省略其详细说明。
如图4所示，铁水制备装置300包含熔融气化炉60、流化床还原炉22、还原铁压缩装置40及压缩还原铁储存槽50，其中压缩还原铁储存槽50可以省略。
所制备的型煤装入熔融气化炉60。型煤在熔融气化炉60产生还原气体，而产生的还原气体供应到流化床还原炉22。粉铁矿供应到具有流化床的多个还原炉22，粉铁矿通过从熔融气化炉60供应到流化床还原炉22的还原气体流动而还原成还原铁。还原铁通过还原铁压缩装置40被压缩后储存到压缩还原铁储存槽50。压缩后的还原铁与型煤一起装入熔融气化炉60，从压缩还原铁储存槽50装入的还原体在熔融气化炉60中熔融。型煤供应到熔融气化炉60转变成具有透气性的煤焦，因此在熔融气化炉60的下方产生的大量气体和压缩后的还原铁会更容易且均匀地通过熔融气化炉60内的煤填充床，从而可以提供优质的铁水。
另外，型煤中使用纤维素醚化合物作为粘合剂而非糖蜜，因而可以极大地减少碱成分。因此，可以预防因碱成分含量高的糖蜜而在流化床还原炉22内的分配板(未图示)或旋流器(未图示)上沉积钾等碱金属造成堵塞的现象。
下面通过实验例更详细地说明本发明。下述实验例仅用于例示本发明，本发明不限于下述实验例。
型煤的热强度和冷强度测定实验
实验例
将3.4mm以下的粉煤和0.2mm以下的纤维素醚化合物粉末均匀地混合1分钟，然后加入水再混合3分钟，以制备混合物。作为粉煤混合使用硬焦煤、软焦煤和粉焦煤，而纤维素醚化合物使用了三星精密化学株式会社的羟丙基甲基纤维素(HPMC，甲基纤维素(mecellose))产品。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。此时，一对压辊以20kN/cm的压力对混合物施加压力，从而制备出大小为64.5mm×25.4mm×19.1mm的枕头状型煤。其他制备型煤的具体工艺是本发明所属领域的普通技术人员容易理解的，因此省略其详细说明。
实验例1
将水分含量为7.6％、平均粒度为1.1mm的粉煤100g和平均粒度为78μm、粘度为28,000cps的HPMC粉末1g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例相同。
实验例2
将水分含量为7.7％、平均粒度为1.1mm的粉煤100g和平均粒度为78μm、粘度为28,000cps的HPMC粉末0.8g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
实验例3
水分含量为1.4％、平均粒度为1.1mm的粉煤100g和平均粒度为78μm、粘度为28,000cps的HPMC粉末1g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
实验例4
水分含量为0.1％、平均粒度为0.9mm的粉煤100g和平均粒度为78μm、粘度为28,000cps的HPMC粉末1g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
实验例5
水分含量为5.7％、平均粒度为1.0mm的粉煤100g和平均粒度为82μm、粘度为60,000cps的HPMC粉末1g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
实验例6
水分含量为6.0％、平均粒度为1.0mm的粉煤100g和平均粒度为75μm、粘度为12,200cps的HPMC粉末1g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
实验例7
水分含量为6.1％、平均粒度为1.0mm的粉煤100g和平均粒度为77μm、粘度为49,000cps的HPMC粉末1g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
对比例1
水分含量为7.6％、平均粒度为1.1mm的粉煤100g和平均粒度为78μm、粘度为28,000cps的HPMC粉末0.6g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
对比例2
水分含量为5.7％、平均粒度为1.0mm的粉煤100g和平均粒度为82μm、粘度为60,000cps的HPMC粉末0.2g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
对比例3
水分含量为1.4％、平均粒度为1.1mm的粉煤100g和平均粒度为75μm、粘度为2,080cps的HPMC粉末1g先进行混合，然后加入水10g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
对比例4
水分含量为0.1％、平均粒度为1.0mm的粉煤100g和平均粒度为70μm、粘度为6,000cps的羧甲基纤维素(CMC)(亚什兰公司，AQUALONTM)粉末1g先进行混合，然后加入水12g再进行混合，以制备混合物。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。其他实验过程与所述的实验例1相同。
实验结果
测定了根据所述实验例1至实验例6制备的型煤的落下强度和压缩载荷。型煤的落下强度如下算出：将型煤2kg从5m高度自由落下4次后，以具有+20mm以上粒度的型煤比例进行计算。此外，对于型煤的压缩载荷，测定了施加特定速度的压力直至型煤破碎为止的最高载荷，并由20个型煤试样的平均值算出，其结果示于下表1中。
【表1】
如表1所示，在实验例1至实验例7中，粘度为12,200cps至60,000cps的HPMC使用0.8重量份至1.0重量份时，型煤的落下强度和压缩载荷显示为优异。由此可知，优选将HPMC的粘度控制在前述的范围。相比之下，根据对比例1至对比例4制备的型煤的落下强度和压缩载荷远远小于根据实验例1至实验例7制备的型煤的落下强度和压缩载荷相比。由此可以确认，用HPMC制备的型煤与用CMC制备的型煤相比，落下强度和压缩载荷方面更加优秀。
型煤灰分(Ash)制备操作实验
实验例8
将通过所述的实验例1制备的型煤破碎成微粉，30ml的瓷坩埚中装入约7g的微粉化的型煤，并在850℃的箱式炉(Box Furnace)中加热燃烧10小时。其他实验过程是本发明所属领域的普通技术人员容易理解的，因此省略其详细说明。
实验例9
粉煤中均匀地混入HPMC和CMC溶液，以制备混合物。使用了水分含量为0.1％、平均粒度为1.0mm的粉煤100g、羟丙基甲基纤维素(HPMC，三星精密化学株式会社，甲基纤维素，粘度为28,000cps)的4％水溶液7.5g和羧甲基纤维素(CMC，亚什兰社，AQUALONTM，粘度为6,000cps)的6％水溶液7.5g。将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。此时，一对压辊以20kN/cm的压力对混合物施加压力，从而制备出大小为64.5mm×25.4mm×19.1mm的枕头状型煤。将如此制备的型煤破碎成微粉，30ml的瓷坩埚中装入约7g的微粉化的型煤，并在850℃的箱式炉(Box Furnace)中加热燃烧10小时。其他实验过程与所述的实验例8相同。
对比例5
将通过所述的对比例4来制备的型煤破碎成微粉，30ml的瓷坩埚中装入约7g的微粉化的型煤，并在850℃的箱式炉(Box Furnace)中加热燃烧10小时。其他实验过程与所述的实验例8相同。
实验结果
对根据实验例8、实验例9和对比例5进行操作时剩下的灰分成分进行了分析。将所述的实验例8、实验例9和对比例5的实验结果示于下表2中。表2中示出了根据实验例8、实验例9和对比例5制备的型煤中包含的灰分成分。
【表2】
如表2所示，实验例8中灰分所含有的碱中Na2O的含量为0.39，但对比例5中Na2O的含量为2.64，非常高。此外，实验例9中Na2O的含量为1.59，稍微偏高。由此可知，CMC的官能基上结合有Na离子，当使用CMC溶液制备型煤时，还原气体中会包含碱，可能对流化床还原炉操作产生恶劣影响。
型煤的压缩载荷测定实验
准备好用于熔化还原铁的具有平均性状的型煤用粉煤和粘合剂进行混合。粉煤具有3.4mm以下的粒度。粉煤中进一步混入碳源添加剂。纤维素醚化合物粘合剂使用了三星精密化学株式会社提供的FerrobineTM粘合剂。相对于粉煤100重量份，加入粘合剂1重量份以及加入7重量份的水均匀地进行混合。然后，将混合物装入一对压辊之间以制备型煤。此时，一对压辊以20kN/cm的压力对混合物施加压力，从而制备出大小为64.5mm×25.4mm×19.1mm的枕头状型煤。所制备的型煤在通风好的热处理烤箱中进行热处理，以蒸发掉水分。用所制备的型煤(20个)测定了水分和压缩载荷。对于型煤的压缩载荷，测定了施加特定速度的压力直至型煤破碎为止的最高载荷，并由20个型煤试样的平均值算出。其他实验过程是本发明所属领域的普通技术人员容易理解的，因此省略其详细说明。
实验例10
将初始水分含量为8.8wt％、压缩载荷为40kgf的型煤在热处理烤箱中以80℃的温度进行热处理24小时，以对型煤进行干燥。
实验例11
将初始水分含量为10.1wt％、压缩载荷为51kgf的型煤在热处理烤箱中以100℃的温度进行热处理5小时，以对型煤进行干燥。
实验例12
将初始水分含量为9.7wt％、压缩载荷为52kgf的型煤在热处理烤箱中以120℃的温度进行热处理5小时，以对型煤进行干燥。
实验例13
将初始水分含量为9.2wt％、压缩载荷为51kgf的型煤在热处理烤箱中以150℃的温度进行热处理5小时，以对型煤进行干燥。
对比例6
将通过与所述的实验例10相同的方法制备的型煤在常温下保存24小时。
对比例7
对通过与所述的对比例6相同的方法制备的型煤在60℃下进行热处理。
对比例8
对通过与所述的对比例6相同的方法制备的型煤在200℃下进行热处理。
实验结果
从实验结果来看，对于未经过热处理的对比例6，型煤最初显示出40kgf的压缩载荷，而在常温下经过24小时后压缩载荷为70kgf，没有显示出充分的强度提高效果。如对比例7，对型煤在60℃下进行热处理的情况下也没有获得充分的压缩载荷。以200℃的高温进行热处理的对比例8也产生了裂纹，没有保持住型煤的外形。
图5至图8是分别示出了根据实验例10至实验例13的型煤的压缩载荷测定实验结果。
如图5至图8所示，对于型煤的压缩载荷，实验例10中压缩载荷为294kgf，实验例11中压缩载荷为217kgf，实验例12中压缩载荷为349kgf，实验例13中压缩载荷为307kgf，分别显示出优异的压缩载荷。在实验例11至实验例13中，随着时间的推移型煤的压缩载荷有所减小，但是优选将型煤的热处理条件控制在前述的范围。
相比之下，根据对比例6至对比例8制备的型煤的压缩载荷远远小于根据实验例10至实验例13制备的型煤的压缩载荷。由此可以确认，根据热处理与否，型煤的压缩载荷会改变。
如上所述对本发明进行了说明。但是在不脱离权利要求书所要求保护的本发明的概念和范围内，本领域技术人员进行的多种修饰及变更均属本发明的保护范围内。

Claims (24)

1.一种制备型煤的方法，所述型煤装入铁水制备装置中熔融气化炉的穹顶部被快速加热，所述铁水制备装置包含：装入还原铁的熔融气化炉、以及连接于所述熔融气化炉且提供所述还原铁的还原炉，所述方法包含：
提供粉煤的步骤；
所述粉煤中混入粉末型纤维素醚化合物以提供混合物的步骤；
所述混合物中加入水进行混合的步骤；以及
对所述混合物进行成型以提供型煤的步骤，
在所述提供型煤的步骤中，所述型煤中包含的纤维素醚化合物的量为0.7wt％至2.0wt％。
2.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
所述纤维素醚化合物的量为0.8wt％至1.5wt％。
3.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
在所述提供型煤的步骤中，所述型煤中包含的水分的量为5wt％至15wt％。
4.根据权利要求3所述的制备型煤的方法，其中，
所述型煤中包含的水分的量为7wt％至12wt％。
5.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
所述型煤中包含的水分的量与所述型煤中包含的纤维素醚化合物的量之比为5至40。
6.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
所述型煤中包含的水分的量与所述型煤中包含的纤维素醚化合物的量之比为7至20。
7.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
在所述提供混合物的步骤中，所述纤维素醚化合物的平均粒度为50μm至100μm。
8.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
在所述提供混合物的步骤中，所述粉煤的平均粒度与所述纤维素醚化合物的平均粒度之比为7至30。
9.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
所述粉煤的平均粒度与所述纤维素醚化合物的平均粒度之比为10至20。
10.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
所述提供混合物的步骤中的混合时间小于所述混合物中加入水进行混合的步骤中的混合时间，所述混合物中加入水进行混合的步骤中的混合时间与所述提供混合物的步骤中的混合时间之比为2至5。
11.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
所述纤维素醚化合物包含选自甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素及羟乙基甲基纤维素中的至少一种化合物。
12.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
所述纤维素醚化合物不包含羧甲基纤维素。
13.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
所述纤维素醚化合物的粘度为4,000cps至80,000cps。
14.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
在所述混合物中加入水进行混合的步骤之后，还包含对所述混合物进行干燥的步骤。
15.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，其中，
在所述提供混合物的步骤中，所述粉煤中还混入选自聚乙烯醇、木质素及淀粉中的一种以上的粘合剂。
16.根据权利要求15所述的制备型煤的方法，其中，
在所述提供型煤的步骤中，所述型煤中包含的水分的量为5wt％至15wt％。
17.根据权利要求1所述的制备型煤的方法，还包含以下步骤：
将所述型煤在80℃至150℃下加热1小时至24小时，以将所述型煤中包含的水分的量控制为5wt％以下，并将所述型煤的压缩载荷控制为100kgf以上。
18.根据权利要求17所述的制备型煤的方法，其中，
所述型煤由选自蒸汽、近红外线、微波、液化天然气、液化丙烷气、炼铁废气、焦炉煤气及高炉煤气中的一种以上的热源进行加热。
19.一种制备铁水的方法，包含：
提供根据权利要求1所述的方法制备的型煤的步骤；
通过铁矿石在还原炉中被还原而提供还原铁的步骤；以及
将所述型煤和所述还原铁装入熔融气化炉以提供铁水的步骤。
20.根据权利要求19所述的制备铁水的方法，其中，
在所述提供还原铁的步骤中，所述还原炉为流化床还原炉或填充床还原炉。
21.一种型煤，所述型煤装入铁水制备装置中的熔融气化炉的穹顶部被快速加热，所述铁水制备装置包含：装入还原铁的熔融气化炉、及连接于所述熔融气化炉且提供所述还原铁的还原炉，
所述型煤包含0.7wt％至2.0wt％的纤维素醚化合物、5wt％至15wt％的水分及余量粉煤。
22.根据权利要求21所述的型煤，其中，
所述纤维素醚化合物的量为0.8wt％至1.5wt％。
23.一种型煤制备装置，包含：
粉煤料斗，所述粉煤料斗用于储存粉煤；
粘合剂料斗，所述粘合剂料斗用于储存水溶性粘合剂；
混合机，所述混合机用于从所述粉煤料斗接收粉煤以及从所述粘合剂料斗接收水溶性粘合剂，以制备所述粉煤和所述水溶性粘合剂混合而成的混合物；
供水单元，所述供水单元用于向所述混合机供水；
成型装置，所述成型装置用于从所述混合机接收所述混合物而制备型煤；
储料仓，所述储料仓用于从所述成型装置接收所述型煤以及对所述型煤进行加热干燥，且所述储料仓从下往上直径逐渐减小；以及
热源，所述热源用于向所述储料仓的下方供应使所述型煤干燥的热风。
24.一种铁水制备装置，包含：
根据权利要求23所述的型煤制备装置；
还原炉，所述还原炉用于提供还原铁；以及
熔融气化炉，所述熔融气化炉连接于所述还原炉接收所述还原铁且连接于所述型煤制备装置接收型煤而制备铁水，
所述还原炉为流化床还原炉或填充床还原炉。
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