CN110699099A - 一种利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，利用预研磨，混料，加压造粒，表面喷涂，滚动粘结，烘干硬化，高温炼焦手段制备高强度炼铁用焦炭，尤其是利用含碳废弃物粘结剂在加热炼焦过程中析出液相对焦粉的粘结作用，以及表面黏连的焦粉在加热过程中减少造粒物料表面的烧损，实现焦粉等化工废弃物高价值再利用，改善焦炭强度质量。经过高温干馏装置炼焦后得到的焦炭抗碎强度M40≥91.2％，耐磨强度M10≤5.5％，反应后强度CSR≥67％，均达到高炉炼铁用焦炭一级标准，实现炼铁高炉原料供应。

Description

一种利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，特别涉及一种利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法。
背景技术
在炼焦、推焦、熄焦及转运焦过程中都会产生大量焦粉尘。由于这些焦粉尘粒度小，用于炼铁生产会影响高炉的透气性，甚至导致高炉出铁困难，因此钢铁、焦化企业一般利用布袋除尘将这些废弃物收集处理，主要以普通的燃料应用在烧结、耐火领域。煤粉经1100～1150℃高温干馏后得到焦粉被用作为普通燃料，利用价值低，经济性欠缺。为此，需要找到一种将这些焦粉高附加值再利用方法，进而在保证高炉原料需求的同时，提高焦粉利用的经济性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，利用预研磨，混料，加压造粒，表面喷涂，滚动粘结，烘干硬化，高温炼焦手段制备高强度炼铁用焦炭，尤其是利用含碳废弃物粘结剂在加热炼焦过程中析出液相对焦粉的粘结作用，以及表面黏连的焦粉在加热过程中减少造粒物料表面的烧损，实现焦粉等化工废弃物高价值再利用，改善焦炭强度质量，实现炼铁高炉原料供应。
为了实现发明目的，本发明的技术方案为：
一种利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，利用预研磨、混料、加压造粒、表面喷涂、滚动粘结、烘干硬化、高温炼焦手段制备高强度炼铁用焦炭，具体步骤如下：
(1)预研磨处理：分别将焦粉、煤粉、粘结剂通过粉碎研磨机研磨过筛至1mm及以下；
(2)混料处理：通过混料机将研磨后的焦粉、煤粉混合0.5～4h，混料中煤粉质量占比为30％～80％，焦粉质量占比为20％～70％，干料混合完成后，依次添加质量占比为1％～5％的水和1％～8％的粘结剂，继续混料0.5～4h；
(3)加压造粒：利用造粒设备对混匀好的物料进行加压造粒，施加压力5～20MPa，成型物料最短轴径≥25mm；
(4)表面喷涂：造粒后的物料表面喷涂占物料质量比为1％～2％的液态焦油，焦油灰分≤0.5％，水分≤5.0％；
(5)滚动粘结：将表面喷涂焦油的粒状物料置于装有焦粉的旋转圆盘中，随着粒状物料在旋转圆盘中的匀速滚动，通过表面喷涂粘结剂使焦粉黏连在粒状物料外表面；
(6)烘干硬化：将表面粘结焦粉的粒状物料置于烘箱中40～70℃烘干，表面板结、硬化；
(7)高温炼焦：将烘干硬化后的物料置于密封的石墨坩埚中，石墨坩埚置于高温干馏装置中，或物料直接置于氮气气氛保护的高温干馏装置中，高温干馏装置升温至850～1150℃，保温5～21h。
进一步的，所述焦粉为炼焦、熄焦、转运焦过程中产生的焦粉尘中的一种或者几种，焦粉挥发分≤2.0％，灰分≤13.0％，硫份≤0.85％。
进一步的，步骤(1)、(2)中的煤粉种类包括气煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤中的一种或多种，煤粉挥发分≤24.0％，灰分≤11.0％，硫份≤0.75％。
进一步的，步骤(1)、(2)中的粘结剂为沥青尾料、废树脂化工废弃物中的一种或多种混合物，常温条件下为固态，利于与煤粉、焦粉固体物料均匀混合，化工废弃物软化点≤140℃，灰分≤0.5％，水分≤5.0％。
进一步的，步骤(3)造粒为球状或椭球状，造粒后的物料体积密度为0.85～1.2g/cm3，耐压强度≥40kg。
进一步的，步骤(4)、(5)、(6)可进行一次或多次重复操作，直至造粒后的物料外表面全部固结均匀的焦粉。
进一步的，经过高温干馏装置炼焦后得到的焦炭抗碎强度M40≥91.2％，耐磨强度M10≤5.5％，反应后强度CSR≥67％，均达到高炉炼铁用焦炭一级标准。
本发明的有益效果是：将化工废弃物再加工重新制备出适用于高炉炼铁要求的高强度焦炭，利用煤干馏过程中膨胀收缩原理，在煤干馏收缩过程中液态粘结剂及细颗粒焦粉渗入半焦膨胀收缩缝，与原料中的焦粉形成亲和性，减少焦炭气孔率，同时干馏过程中颗粒物料表面固结的焦粉很大程度降低焦炭的烧损，改善焦炭质量强度及焦粉利用价值，满足高炉用焦炭的质量要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做详细说明。本发明的保护范围不限于以下实施方式，列举这些方式仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
实施例1：
(1)分别将炼焦过程中产生的焦粉、煤粉、沥青尾料预研磨处理至1mm以下。煤粉包括气煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤。具体配比如下：
煤种 气煤 1/3焦煤 肥煤 焦煤 瘦煤
比例 5％ 15％ 15％ 50％ 15％
配合煤粉挥发分为22.0％，灰分为10.0％，硫份为0.60％；焦粉中挥发分为1.5％，灰分为12.5％，硫份为0.75％。
(2)混料处理。通过混料机将研磨后的焦粉、煤粉混合2h，其中焦粉20％，煤粉80％。干料混合完成后，添加质量占比为1％的水和8％沥青尾料，继续混料2h。沥青尾料软化点为120℃，灰分为0.4％，水分为3.5％。
(3)加压造粒。利用造粒设备对混匀好的物料施加20MPa压力，造成粒度最短轴径为30mm的球状物料。造粒后的物料体积密度为0.85g/cm3，耐压强度为40kg。
(4)表面喷涂。造粒后的物料表面喷涂占物料质量比为2％的液态焦油，焦油灰分为0.4％，水分为3.5％。
(5)滚动粘结：将表面喷涂粘结剂的球状物料置于装有焦粉的旋转圆盘中，随着球状物料在旋转圆盘中的匀速滚动，通过表面喷涂粘结剂使焦粉黏连在球状物料外表面。
(6)烘干硬化。将表面粘结焦粉的球状物料置于烘箱中70℃烘干，表面板结、硬化。
(7)高温炼焦：将造粒后的球状物料置于高温干馏装置中，全程氮气气氛保护，升温至1150℃，保温时间21h。炼焦结束后对焦炭质量强度、硫份和灰分进行检测，其中抗碎强度M40为92％，耐磨强度M10为5.0％，反应后强度CSR为68％，硫份0.68％，灰分11.3％，均达到高炉用一级焦炭质量要求。
实施例2：
(1)分别将炼焦过程中产生的焦粉、煤粉、废树脂预研磨处理至0.1mm以下。煤粉包括气煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤。具体配比如下：
煤种 气煤 1/3焦煤 肥煤 焦煤 瘦煤
比例 5％ 10％ 20％ 45％ 20％
配合煤粉挥发分为24.0％，灰分为11％，硫份为0.62％；焦粉中挥发分为2.0％，灰分为11.5％，硫份为0.75％。
(2)混料处理。通过混料机将研磨后的焦粉、煤粉混合4h，其中焦粉50％，煤粉50％。干料混合完成后，添加质量占比为2％的水和5％废树脂，继续混料1h。废树脂软化点为140℃，灰分为0.5％，水分为5.0％。
(3)加压造粒。利用造粒设备对混匀好的物料施加5MPa压力，造成粒度最短轴径为25mm的椭球状物料。椭球状物料体积密度为1.0g/cm3，耐压强度为50kg。
(4)表面喷涂。椭球状物料表面喷涂占物料质量比为1％的液态焦油，焦油灰分为0.4％，水分为3.5％。
(5)滚动粘结：将表面喷涂粘结剂的椭球状物料置于装有焦粉的旋转圆盘中，随着椭球状物料在旋转圆盘中的匀速滚动，通过表面喷涂粘结剂使焦粉黏连在椭球状物料外表面。
(6)烘干硬化。将表面粘结焦粉的椭球状物料置于烘箱中40℃烘干，表面板结、硬化。
(7)高温炼焦：将烘干硬化的椭球状物料置于高温干馏装置中，全程氮气气氛保护，升温至1000℃，保温时间14h。炼焦结束后对焦炭质量强度、硫份和灰分进行检测，其中抗碎强度M40为93％，耐磨强度M10为4.8％，反应后强度CSR为67％，硫份0.70％，灰分11.6％，均达到高炉用一级焦炭质量要求。
实施例3：
(1)分别将炼焦过程中产生的焦粉、煤粉、废树脂预研磨处理至0.2mm以下。煤粉包括1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤。具体配比如下：
煤种 1/3焦煤 肥煤 焦煤 瘦煤
比例 15％ 24％ 45％ 16％
配合煤粉挥发分为20.5％，灰分为11％，硫份为0.67％；焦粉中挥发分为1.8％，灰分为11.8％，硫份为0.70％。
(2)混料处理。通过混料机将研磨后的焦粉、煤粉混合2h，其中焦粉70％，煤粉30％。干料混合完成后，添加质量占比为2％的水和5％废树脂，继续混料3h。废树脂软化点为140℃，灰分为0.5％，水分为5.0％。
(3)加压造粒。利用造粒设备对混匀好的物料施加20MPa压力，造成粒度最短轴径为25mm的球状物料。造粒后的物料体积密度为1.2g/cm3，耐压强度为65kg。
(4)表面喷涂。造粒后的球状物料表面喷涂占物料质量比为1.5％的液态焦油，焦油灰分为0.4％，水分为3.5％。
(5)滚动粘结：将表面喷涂粘结剂的球状物料置于装有焦粉的旋转圆盘中，随着球状物料在旋转圆盘中的匀速滚动，通过表面喷涂粘结剂使焦粉黏连在球状物料外表面。
(6)烘干硬化。将表面粘结焦粉的球状物料置于烘箱中70℃烘干，表面板结、硬化。
(7)高温炼焦：将造粒后的球状物料置于密封的石墨坩埚中，将坩埚置于高温干馏装置中，升温至850℃，保温时间5h。炼焦结束后对焦炭质量强度、硫份和灰分进行检测，其中抗碎强度M40为92％，耐磨强度M10为4.9％，反应后强度CSR为68％，硫份0.69％，灰分12.0％，均达到高炉用一级焦炭质量要求。

Claims (7)

1.一种利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，其特征在于利用预研磨、混料、加压造粒、表面喷涂、滚动粘结、烘干硬化、高温炼焦手段制备高强度炼铁用焦炭，具体步骤如下：
(1)预研磨处理：分别将焦粉、煤粉、粘结剂通过粉碎研磨机研磨过筛至1mm及以下；
(2)混料处理：通过混料机将研磨后的焦粉、煤粉混合0.5～4h，混料中煤粉质量占比为30％～80％，焦粉质量占比为20％～70％，干料混合完成后，依次添加质量占比为1％～5％的水和1％～8％的粘结剂，继续混料0.5～4h；
(3)加压造粒：利用造粒设备对混匀好的物料进行加压造粒，施加压力5～20MPa，成型物料最短轴径≥25mm；
(4)表面喷涂：造粒后的物料表面喷涂占物料质量比为1％～2％的液态焦油，焦油灰分≤0.5％，水分≤5.0％；
(5)滚动粘结：将表面喷涂焦油的粒状物料置于装有焦粉的旋转圆盘中，随着粒状物料在旋转圆盘中的匀速滚动，通过表面喷涂粘结剂使焦粉黏连在粒状物料外表面；
(6)烘干硬化：将表面粘结焦粉的粒状物料置于烘箱中40～70℃烘干，表面板结、硬化；
(7)高温炼焦：将烘干硬化后的物料置于密封的石墨坩埚中，石墨坩埚置于高温干馏装置中，或物料直接置于氮气气氛保护的高温干馏装置中，高温干馏装置升温至850～1150℃，保温5～21h。
2.根据权利要求1所述的利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，其特征在于所述焦粉为炼焦、熄焦、转运焦过程中产生的焦粉尘中的一种或者几种，焦粉挥发分≤2.0％，灰分≤13.0％，硫份≤0.85％。
3.根据权利要求1所述的利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，其特征在于步骤(1)、(2)中的煤粉种类包括气煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤中的一种或多种，煤粉挥发分≤24.0％，灰分≤11.0％，硫份≤0.75％。
4.根据权利要求1所述的利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，其特征在于步骤(1)、(2)中的粘结剂为沥青尾料、废树脂化工废弃物中的一种或多种混合物，常温条件下为固态，利于与煤粉、焦粉固体物料均匀混合，化工废弃物软化点≤140℃，灰分≤0.5％，水分≤5.0％。
5.根据权利要求1所述的利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，其特征在于步骤(3)造粒为球状或椭球状，造粒后的物料体积密度为0.85～1.2g/cm3，耐压强度≥40kg。
6.根据权利要求1所述的利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，其特征在于步骤(4)、(5)、(6)可进行一次或多次重复操作，直至造粒后的物料外表面全部固结均匀的焦粉。
7.根据权利要求1所述的利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法，其特征在于经过高温干馏装置炼焦后得到的焦炭抗碎强度M40≥91.2％，耐磨强度M10≤5.5％，反应后强度CSR≥67％。
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