CN110093503B - 一种防止冷压铁焦炭化粘结的方法 - Google Patents

一种防止冷压铁焦炭化粘结的方法 Download PDF

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Abstract

一种防止冷压铁焦炭化粘结的方法，包括以下步骤：S1、将煤粉与铁矿粉混合后冷压成型，制得第一铁焦生球；S2、向第一铁焦生球的表面喷涂防粘剂分散液，获得第二铁焦生球，防粘剂分散液为水泥分散液和/或消石灰分散液和/或冶金石灰分散液；S3、对第二铁焦生球进行干馏处理，制得铁焦产品。所采用的防粘结工艺方法简单有效，所使用的防粘剂较易获得且价格低廉，可以有效防止冷压铁焦的炭化粘结现象，大大提高铁焦成品率。

Description

一种防止冷压铁焦炭化粘结的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种防止冷压铁焦炭化粘结的方法。
背景技术
近年来，全球气候变化异常，温室效应加剧，CO2减排被认为是应对气候变化异常的有效手段。钢铁工业是全国碳排放的大户，其中，高炉炼铁系统CO2排放占整个钢铁生产流程的80％，因此，高炉是钢铁工业CO2减排的关键。但是，目前依靠精料、高风温、富氧喷煤等技术实现高炉节能减排的潜力已接近极限，难以真正突破；并且随着钢铁工业的高速发展，对炼焦煤资源的需求越来越热切，而国内炼焦煤资源越来越匮乏。因此，加强对非炼焦煤资源的综合利用对实现我国钢铁工业可持续发展具有重要意义。
铁焦是将含铁物质加入到煤中混合均匀后，经过成型和炭化处理制得的碳铁复合炉料。铁焦具有综合利用含铁废料和非炼焦煤的优点，而且铁焦能够代替部分焦炭参与高炉冶炼，具有保护焦炭，减少焦炭消耗，降低焦比，减少CO2排放的优点。铁焦作为低碳炼铁前沿技术逐渐被推崇。
铁焦的制备方法包括冷压成型-焦炉或竖炉炭化。冷压成型需要添加粘结剂进行成型，多采用沥青作为粘结剂，在采用沥青作为粘结剂时，经竖炉炭化得到的铁焦存在严重的粘结问题，冷压铁焦生球在炭化过程由于煤焦油和沥青的析出，粘结在一起，炉料下行困难，严重时会出现悬料情况，对生产带来严重危害，严重影响竖炉的透气性、炉况顺行以及生产效率，降低了铁焦的成品率，对铁焦的工业化应用带来不利影响。
现有中针对自熔性球团和COREX竖炉内球团的粘结问题，提出了一些防粘结的方法，如中国专利CN102912119公开了一种防止自熔性球团矿焙烧粘结的方法，具体为将白云石粉和硼铁精粉混匀制成阻粘膜腹A，将石灰粉、铁磷和羧甲基纤维素钠混匀制成阻粘膜腹B，然后将其先后裹在生球上，再将生球放入焙烧炉或回转窑焙烧，使得自熔性球团焙烧过程不易粘结。如中国专利CN106191430公开了一种抑制COREX竖炉内球团黏结的涂层材料及其制备和使用方法，该涂层材料由轻烧白云石、Ca(OH)2、无烟煤和水组成，将生球球团焙烧形成氧化球团，在氧化球团表面喷涂制涂层材料成涂层球团，再将干燥后涂层球团放入COREX竖炉进行还原，能够有效避免COREX竖炉内球团的粘结现象。但由于球团与冷压铁焦在成分及粘结机理上差别较大，并不适用于冷压铁焦；并且在抑制竖炉内球团粘结的方法中，抑制剂的制备及使用方法较繁琐，制备的生球还需要干燥，使得工艺复杂，生产成本增加。
因此，亟需一种可有效防止冷压铁焦炭化粘结的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种防止冷压铁焦炭化粘结的方法。所采用的防粘结工艺方法简单有效，所使用的防粘剂较易获得且价格低廉，可以有效防止冷压铁焦的炭化粘结现象，大大提高焦炭成品率。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种防止冷压铁焦炭化粘结的方法，包括以下步骤：S1、将煤粉与铁矿粉混合后冷压成型，制得第一铁焦生球；S2、向第一铁焦生球的表面喷涂防粘剂分散液，获得第二铁焦生球，防粘剂分散液为水泥分散液和/或消石灰分散液和/或冶金石灰分散液；S3、对第二铁焦生球进行干馏处理，制得铁焦产品。
作为本发明防止冷压铁焦炭化粘结的方法的一种改进，步骤S2中，采用压力为0.6～1.0MPa的压缩空气将防粘剂分散液喷涂到第一铁焦生球的表面。
作为本发明防止冷压铁焦炭化粘结的方法的一种改进，步骤S2中，防粘剂分散液为重量分数为13.5％～20％的水泥分散液。
作为本发明防止冷压铁焦炭化粘结的方法的一种改进，步骤S2中，防粘剂分散液为重量分数为18％～20％的水泥分散液，其喷涂量为第一铁焦生球质量的2％～5％。
作为本发明防止冷压铁焦炭化粘结的方法的一种改进，水泥分散液采用市售复合硅酸盐水泥制成；市售复合硅酸盐水泥中，MgO的含量在5.0％以下，SO3的含量在3.5％以下，粒度小于74μm的硅酸盐颗粒含量在80％以上。
作为本发明防止冷压铁焦炭化粘结的方法的一种改进，步骤S1中，冷压成型为对辊冷压成型。
作为本发明防止冷压铁焦炭化粘结的方法的一种改进，步骤S1包括：将铁矿粉、烟煤和无烟煤混合并加热，获得第一混合物；按质量百分数计，第一混合物中铁矿粉占10％～40％、烟煤占55％～80％、无烟煤占5％～10％；向第一混合物中喷入占第一混合物质量5％～7％的热沥青粘结剂并混合均匀，获得第二混合物；对第二混合物冷压成型，获得第一铁焦生球。
作为本发明防止冷压铁焦炭化粘结的方法的一种改进，第一混合物的温度为60℃～150℃。
作为本发明防止冷压铁焦炭化粘结的方法的一种改进，在步骤S3中，干馏处理是在CO2和CO的混合气气氛下进行，混合气中，CO2气体的分压在10％以下，混合气的流量为4～6L/min。
作为本发明防止冷压铁焦炭化粘结的方法的一种改进，步骤S3包括：在干馏处理过程中，第二铁焦生球以3～5℃/min的升温速率从室温升到530～600℃，第二铁焦生球以5～7℃/min的升温速率从530～600℃升到900～1100℃，然后恒温3～5h。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
1、本发明的方法，向第一铁焦生球表面喷涂水泥分散液后，由于水泥主要成分为硅酸三钙、硅酸二钙等硅酸盐，相当于灰分，熔点较高；干馏过程中，水泥分散液不会软化熔融，不会产生粘结相，也不会与焦油和沥青反应，从而在铁焦表面形成一层隔膜，将铁焦隔开，阻止了焦油和沥青粘结剂流动到表面，从而有效防止冷压铁焦的炭化粘结现象，保证炭化竖炉顺行，提高竖炉生产效率，大大提高了焦炭成品率。
2、本发明方法，所使用的防粘剂较易获得且价格低廉，而且可以有效防止冷压铁焦的炭化粘结现象。
3、本发明方法直接将第二铁焦生球进行干馏处理，无需对第二铁焦生球进行干燥，节约工序，简单有效。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
在本发明的具体实施方式中涉及的百分数含量，除特别说明之外，均为重量百分数含量。
本发明提供一种防止冷压铁焦炭化粘结的方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、第一铁焦生球的制备：按照10％～40％铁矿粉、55％～80％烟煤和5％～10％无烟煤，均匀混合铁矿粉、烟煤和无烟煤，并加热至60～150℃，获得第一混合物；向第一混合物中喷入占第一混合物质量5％～7％蒸汽加热的沥青粘结剂并混合均匀，获得第二混合物；以3t/cm～6t/cm的压力对第二混合物进行对辊冷压成型，获得第一铁焦生球。
烟煤和无烟煤为非炼焦煤，以其作为制备铁焦的原料，不仅价格低廉，而且极大提高原料来源及废料综合利用。对混合均匀的铁矿粉和煤粉进行加热，保证了沥青加入到第一混合物中仍然具有良好的流动性，以促进沥青与第一混合物的均匀混合。
步骤S2、第二铁焦生球的制备：按照水泥分散液的喷涂量为第一铁焦生球质量的2％～5％，采用压力为0.6～1.0MPa的压缩空气将13.5％～20％的防粘剂分散液喷涂到第一铁焦生球的表面，获得第二铁焦生球。
防粘剂分散液为水泥分散液和/或消石灰分散液和/或冶金石灰分散液，优选地，防粘剂分散液为水泥分散液。干馏过程中，沥青粘结剂或者析出的焦油会沿着缝隙、气孔流动到铁焦表面，使铁焦粘结。喷涂水泥分散液后，由于水泥主要成分为硅酸三钙、硅酸二钙等硅酸盐，相当于灰分，熔点较高；干馏过程中，水泥不会软化熔融，不会产生粘结相，也不会与焦油和沥青反应，水泥分散液会在铁焦表面形成一层隔膜，将铁焦隔开，阻止了焦油和沥青粘结剂流动到表面。
进一步优选地，水泥为市售复合硅酸盐水泥；其中，MgO的含量在5.0％以下，SO3的含量在3.5％以下，粒度小于74μm的硅酸盐颗粒含量在80％以上。来源广泛且成本低。
步骤S3、铁焦产品的制备：将第二铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，控制CO2气体的分压在10％以下，CO2和CO混合气的总气体流量为4～6L/min；第二铁焦生球在竖炉内以3～5℃/min的升温速率从室温加热至530～600℃，然后以5～7℃/min的升温速率从530～600℃加热至900～1100℃，之后恒温3～5h，经冷却后获得铁焦产品。
直接将第二铁焦生球进行干馏处理，无需对第二铁焦生球进行干燥，节约工序，简单有效。
控制干馏气氛中CO2气体的分压在10％以下，降低了碳气化反应的发生，从而提高铁焦的冶金性能。并且申请人研究发现，在铁焦生球的干馏过程中，550℃之前，煤剧烈分解、解聚，析出大量的焦油和气体，焦油几乎全部在这一阶段析出，升温速度过快，会产生裂纹，破坏其强度，申请人优化选择一个适宜的升温速率范围为3～5℃/min；从550℃加热至1000℃，会产生半焦收缩和铁矿还原，升温过快，收缩应力会更大，申请人优化选择一个适宜的升温速率范围为5～7℃/min。
综上所述，本发明提供的铁焦制备方法工艺简单、原料来源广泛、绿色环保且成本低。本发明提供的防止冷压铁焦炭化粘结的方法中，所采用的防粘结工艺方法简单有效，所使用的防粘剂较易获得且价格低廉，可以有效防止冷压铁焦的炭化粘结现象，保证炭化竖炉顺行，提高竖炉生产效率，大大提高了焦炭成品率。采用本发明方法制备的铁焦产品冶金性能优良，可以代替部分焦炭用于高炉冶炼，降低焦炭消耗，减少CO2排放。
在本发明实施例中，所使用的铁矿粉的化学成分见表1，该铁矿粉粒度小于0.074mm的占80％；所使用的烟煤和无烟煤的工业分析见表2，该烟煤和无烟煤的煤粉粒度均在4mm以下；所使用的粘结剂为沥青。定义铁焦的粘结性指数为炭化后粘结的铁焦质量占炭化后铁焦总质量的百分比。
表1铁矿粉化学成分(重量百分数/％)
Figure BDA0002085545750000061
表2煤粉工业分析(重量百分数/％)
Figure BDA0002085545750000062
对比例1
步骤S1、第一铁焦生球的制备：按照30％铁矿粉、55％(烟煤1+烟煤2)、5％无烟煤和10％烟煤3，均匀混合铁矿粉、烟煤和无烟煤，并加热至60℃，获得第一混合物；向第一混合物中喷入5％蒸汽加热的沥青粘结剂并混合均匀，获得第二混合物；以6t/cm的压力对第二混合物进行对辊冷压成型，获得第一铁焦生球。
步骤S2、铁焦产品的制备：将第一铁焦生球直接装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，控制CO2气体的分压在10％以下，CO2和CO混合气的总气体流量为5L/min；第二铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。
经测试，对比例1中获得的铁焦产品粘结性指数为92.5％，抗压强度为2856N，I型转鼓指数
Figure BDA0002085545750000071
为76.5％。
对比例2
步骤S1、第一铁焦生球的制备同对比例1。
步骤S2、第二铁焦生球的制备：按照水泥分散液的喷涂量为第一铁焦生球质量的5％，采用压力为0.6～1.0MPa的压缩空气将4.5％的市售水泥分散液喷涂到第一铁焦生球的表面，获得第二铁焦生球。
步骤S3、铁焦产品的制备：将第二铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，控制CO2气体的分压在10％以下，CO2和CO混合气的总气体流量为5L/min；第二铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。
经测试，对比例2中获得的铁焦产品的粘结性指数为41.1％，抗压强度为3087N，I型转鼓指数
Figure BDA0002085545750000072
为78.1％。
实施例1
步骤S1、第一铁焦生球的制备同对比例1。
步骤S2、第二铁焦生球的制备：按照水泥分散液的喷涂量为第一铁焦生球质量的5％，采用压力为0.6～1.0MPa的压缩空气将13.5％的市售水泥分散液喷涂到第一铁焦生球的表面，获得第二铁焦生球。
步骤S3、铁焦产品的制备：将第二铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，控制CO2气体的分压在10％以下，CO2和CO混合气的总气体流量为5L/min；第二铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。
经测试，实施例1中获得的铁焦产品的粘结性指数为13.7％，抗压强度为3120N，I型转鼓指数
Figure BDA0002085545750000081
为78.3％。
实施例2
步骤S1、第一铁焦生球的制备同对比例1。
步骤S2、第二铁焦生球的制备：按照水泥分散液的喷涂量为第一铁焦生球质量的5％，采用压力为0.6～1.0MPa的压缩空气将18％的市售水泥分散液喷涂到第一铁焦生球的表面，获得第二铁焦生球。
步骤S3、铁焦产品的制备：将第二铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，控制CO2气体的分压在10％以下，CO2和CO混合气的总气体流量为5L/min；第二铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。
经测试，实施例2中获得的铁焦产品不粘结，抗压强度为3135N，I型转鼓指数
Figure BDA0002085545750000082
为80.2％。
实施例3
步骤S1、第一铁焦生球的制备同对比例1。
步骤S2、第二铁焦生球的制备：按照水泥分散液的喷涂量为第一铁焦生球质量的2％，采用压力为0.6～1.0MPa的压缩空气将18％的市售水泥分散液喷涂到第一铁焦生球的表面，获得第二铁焦生球。
步骤S3、铁焦产品的制备：将第二铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，控制CO2气体的分压在10％以下，CO2和CO混合气的总气体流量为5L/min；第二铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。
经测试，实施例3中获得的铁焦产品的粘结性指数为8.2％，抗压强度为3218N，I型转鼓指数
Figure BDA0002085545750000091
为79.1％。
实施例4
步骤S1、第一铁焦生球的制备同对比例1。
步骤S2、第二铁焦生球的制备：按照水泥分散液的喷涂量为第一铁焦生球质量的3％，采用压力为0.6～1.0MPa的压缩空气将18％的市售水泥分散液喷涂到第一铁焦生球的表面，获得第二铁焦生球。
步骤S3、铁焦产品的制备：将第二铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，控制CO2气体的分压在10％以下，CO2和CO混合气的总气体流量为5L/min；第二铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。
经测试，实施例4中获得的铁焦产品不粘结，抗压强度为3118N，I型转鼓指数
Figure BDA0002085545750000092
为80.2％。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种防止冷压铁焦炭化粘结的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将煤粉与铁矿粉混合，然后以沥青作为粘结剂，再与煤粉和铁矿粉混合，之后冷压成型，制得第一铁焦生球；
S2、向所述第一铁焦生球的表面喷涂防粘剂分散液，获得第二铁焦生球，所述防粘剂分散液为重量分数为13.5％～20％的水泥分散液，所述水泥分散液采用市售复合硅酸盐水泥制成；
S3、对所述第二铁焦生球进行干馏处理，制得铁焦产品；
步骤S3包括：在干馏处理过程中，所述第二铁焦生球以3～5℃/min的升温速率从室温升到530～600℃，所述第二铁焦生球以5～7℃/min的升温速率从530～600℃升到900～1100℃，然后恒温3～5h。
2.根据权利要求1所述的防止冷压铁焦炭化粘结的方法，其特征在于，步骤S2中，采用压力为0.6～1.0MPa的压缩空气将防粘剂分散液喷涂到所述第一铁焦生球的表面。
3.根据权利要求1所述的防止冷压铁焦炭化粘结的方法，其特征在于，步骤S2中，所述防粘剂分散液为重量分数为18％～20％的水泥分散液，其喷涂量为所述第一铁焦生球质量的2％～5％。
4.根据权利要求1至3任一项所述的防止冷压铁焦炭化粘结的方法，其特征在于，所述市售复合硅酸盐水泥中，MgO的含量在5.0％以下，SO3的含量在3.5％以下，粒度小于74μm的硅酸盐颗粒含量在80％以上。
5.根据权利要求1所述的防止冷压铁焦炭化粘结的方法，其特征在于，步骤S1中，所述冷压成型为对辊冷压成型。
6.根据权利要求1所述的防止冷压铁焦炭化粘结的方法，其特征在于，步骤S1包括：
将铁矿粉、烟煤和无烟煤混合并加热，获得第一混合物；按质量百分数计，第一混合物中铁矿粉占10％～40％、烟煤占55％～80％、无烟煤占5％～10％；
向所述第一混合物中喷入占第一混合物质量5％～7％的热沥青粘结剂并混合均匀，获得第二混合物；
对所述第二混合物冷压成型，获得第一铁焦生球。
7.根据权利要求6所述的防止冷压铁焦炭化粘结的方法，其特征在于，所述第一混合物的温度为60℃～150℃。
8.根据权利要求1所述的防止冷压铁焦炭化粘结的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述干馏处理是在CO2和CO的混合气气氛下进行，所述混合气中，CO2气体的分压在10％以下，混合气的流量为4～6L/min。
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