CN110804449B - 铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，属于利用化工副产物作粘结剂制造型煤生产焦炭技术领域，包括以下步骤：先将铁酸钙造球，然后在铁酸钙球团外部包裹非焦煤形成大球团，最后将大球团在隔绝空气的条件下加热到900～1300℃焦化，即得焦炭。本发明以铁酸钙作为粘结剂，铁酸钙与非焦煤中的灰分在炼焦的过程中结合生成Fe2O3‑CaO‑SiO2‑Al2O3四元系复合铁酸钙(SFCA)，不仅可以有效降低焦炭的灰分，还可以提高焦炭强度，提高焦炭的质量。
Description
技术领域
本发明属于利用化工副产物作粘结剂制造型煤生产焦炭技术领域，具体涉及一种铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法。
背景技术
按我国现行煤炭分类的国家标准，根据煤化程度将煤炭分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类，目前烟煤中的贫瘠煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤及1/2中黏煤等煤种在传统炼焦中得到广泛应用，可统称为炼焦煤，其余在室式焦炉中不能结焦的弱、非黏结煤均可称为非焦煤。
高炉炼铁需要高强度焦炭，生产高强度焦炭必须使用大量强黏结性的焦煤。2017年我国焦化消耗炼焦洗精煤约5.7亿吨，折合原煤约10.3亿吨。其中钢铁行业消耗高强度焦炭约3.73亿吨，折合消费炼焦煤(原煤)约9亿吨，占炼焦煤消费总量的87.4％。如果采用弱黏结性煤生产高强度焦炭则可以节省10％～50％的强黏结性焦煤，即9000～45000万t/年。若强黏结性煤与弱黏结性煤的差价为200元/t，则每年节省入煤成本180～900亿元，经济效益巨大。
我国煤炭资源储量丰富，其中炼焦煤资源占煤资源储量的37％左右，品种齐全，但分布很不平衡，其中一半以上为高挥发分气煤，粘结性较弱，强粘结性的肥煤、焦煤不足30％，优质、易选的炼焦煤更少，且集中分布在华北地区，资源分布及储量与需求不相适应的矛盾较为突出。而成型煤炼焦可以扩大炼焦煤资源，将弱粘结煤或不粘煤用于炼焦，摆脱或减轻焦炭生产受煤种制约的被动局面，特别是对于缺少炼焦煤却有非炼焦煤的地区，利用当地煤炭生产型煤，进行配型块炼焦，可以减轻运输负担，降低生产成本，提高经济效益。具体的，成型煤炼焦是将炼焦原料煤的一部分，加一定量的粘结剂混捏(或不加粘结剂)，压制成具有一定形状大小的型块，再按一定比例和原料煤配合，装入焦炉炼焦。目前采用的粘结剂通常有煤焦油和煤焦油沥青等。
焦炭的灰分对高炉冶炼的影响是十分显著的。焦炭灰分的主要成分是SiO2、Al2O3等酸性氧化物及少量的CaO、MgO等碱性氧化物，焦炭在高炉内被加热到高于炼焦温度时，由于焦质与灰分的热膨胀性不同，焦炭沿灰分颗粒周围产生并扩大裂纹，使焦炭碎裂粉化，强度降低。另外，焦炭灰分中的碱金属氧化物对焦炭反应性有正催化作用，所以降低焦炭灰分有利于提高焦炭的热强度。另外，焦炭灰分增加1％，焦炭用量增加2％～2.5％。因此，焦炭灰分的降低是十分必要的。然而，目前的成型镁炼焦所用的粘结剂无法降低焦炭的灰分，甚至会在炼焦过程中增加灰分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，包括以下步骤：
先将铁酸钙造球，然后在铁酸钙球团外部包裹非焦煤形成大球团，最后将大球团在隔绝空气的条件下加热到900～1300℃焦化，即得焦炭。
其中，上述铁酸钙和非焦煤共焦化制备焦炭的方法，所述铁酸钙是工业石膏煅烧的副产物。
其中，上述铁酸钙和非焦煤共焦化制备焦炭的方法，所述铁酸钙为铁酸半钙、铁酸一钙或铁酸二钙中的一种以上。
其中，上述铁酸钙和非焦煤共焦化制备焦炭的方法，非焦煤是指不能结焦的弱黏结煤或者非黏结媒。
其中，上述铁酸钙和非焦煤共焦化制备焦炭的方法，所述铁酸钙和非焦煤的粒径为3～6mm。
其中，上述铁酸钙和非焦煤共焦化制备焦炭的方法，所述铁酸钙与非焦煤中灰分的重量比为1～1.05:1。
其中，上述铁酸钙和非焦煤共焦化制备焦炭的方法，所述焦化时间为10～18h；优选的，所述焦化时间为17h。
其中，上述铁酸钙和非焦煤共焦化制备焦炭的方法，所述焦化的温度为1100℃。
本发明的有益效果是：
本发明以铁酸钙作为粘结剂，铁酸钙与非焦煤中的灰分在炼焦的过程中结合生成Fe2O3-CaO-SiO2-Al2O3四元系复合铁酸钙(SFCA)，不仅可以有效降低焦炭的灰分，还可以提高焦炭强度，提高焦炭的质量。
具体实施方式
具体的，一种铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，包括以下步骤：
先将铁酸钙造球，然后在铁酸钙球团外部包裹非焦煤形成大球团，最后将大球团在隔绝空气的条件下加热到900～1300℃焦化，即得焦炭。
采用铁酸钙与非焦煤制备球团必须采用非焦煤包裹铁酸钙的方式。如果将非焦煤与铁酸钙混合后造球，在焦化时，由于铁酸钙及其复合体系熔融流动，会导致球团形变。采用包裹法，焦化时铁酸钙球芯熔融，沿着非焦煤球团缝隙与灰分结合，提高焦炭强度。
本发明方法中，铁酸钙与非焦煤的比例是依据非焦煤灰分含量确定的，灰分与铁酸钙的重量比为1:1～1.05，如果此比例过高，灰分不能完全与铁酸钙结合；如果比例过低，铁酸钙剩余，不仅增加了成本，同时还影响成焦质量。
本发明方法中，焦化温度过低及时间过短，焦化不充分，成焦率低，焦炭粘结性差，影响焦炭质量；焦化温度过高及时间过长，能耗高，焦炭形状受复合铁酸钙影响导致变形。因此，本申请将焦化温度设置为900～1300℃，焦化时间设置为10～18h；优选的，焦化温度为1100℃，焦化时间为17h。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
铁酸钙购自湖北万得化工有限公司，成分为CaO·Fe2O3 99wt.％，SiO2 0.7wt.％，Al2O30.3.％。
非焦煤为永城无烟煤，其成分为固定碳81.51wt.％，水分1.08wt.％，灰分9.6wt.％，挥发分7.81wt.％
铁酸钙和非焦煤在使用前均需保证粒径为3～6mm。
成焦率计算公式为：Kd.j＝(Ad.m/Ad.j)×100％，式中的Kd.j为煤的成焦率(干基)；Ad.m为煤的干基灰分；Ad.j为焦炭的干基灰分。
焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，用M40值表示；焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。以下实施例中焦炭的机械强度采用德国米贡转鼓试验的方法测定，将50公斤粒度60毫米的焦炭试样，装入米贡转鼓中，以25转每分钟的转速转100转(4分钟)后，用孔径为40mm和10mm的筛子筛分，大于40mm粒级的百分数为M40值，小于10mm粒级的百分数为M10值。
实施例1
(1)称取14g铁酸钙加水造球，球团直径为17mm，球团的含水量为10％；
(2)将140g非焦煤(水分含量为8％)均匀包裹在铁酸钙球团外部，形成直径为60mm的球团。
(3)将非焦煤铁酸钙球团置于模拟焦炉(管式炉)中。
(4)隔绝空气加热到900℃，焦化时间为17h。
(5)熄焦，取出产品。
(6)计算成焦率为67％，测试焦炭机械强度，其中M40为73％，M10为9.5％，焦炭灰分含量为5.7wt.％。
实施例2
(1)称取14g铁酸钙加水造球，球团直径为17mm，球团的含水量为10％；
(2)将140g非焦煤(水分含量为8％)均匀包裹在铁酸钙球团外部，形成直径为60mm的球团。
(3)将非焦煤铁酸钙球团置于模拟焦炉(管式炉)中。
(4)隔绝空气加热到1100℃，焦化时间为17h。
(5)熄焦，取出产品。
(6)计算成焦率为73％，测试焦炭机械强度，其中，M40为85％，M10为6％，焦炭灰分含量为2.4wt.％。
实施例3
(1)称取14g铁酸钙加水造球，球团直径为17mm，球团的含水量为10％；
(2)将140g非焦煤(水分含量为8％)均匀包裹在铁酸钙球团外部，形成直径为60mm的球团。
(3)将非焦煤铁酸钙球团置于模拟焦炉(管式炉)中。
(4)隔绝空气加热到1300℃，焦化时间为17h。
(5)熄焦，取出产品。
(6)计算成焦率为75％，测试焦炭机械强度，其中，M40为86％，M10为5％，焦炭灰分含量为2.2wt.％。
Claims (7)
1.铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
先将铁酸钙造球，然后在铁酸钙球团外部包裹非焦煤形成大球团，最后将大球团在隔绝空气的条件下加热到900~1300℃焦化，即得焦炭；
所述铁酸钙与非焦煤中灰分的重量比为1~1.05：1；
所述非焦煤是指不能结焦的弱黏结煤或者非黏结煤。
2.根据权利要求1所述铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，其特征在于：所述铁酸钙是工业石膏煅烧的副产物。
3.根据权利要求1或2所述铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，其特征在于：所述铁酸钙为铁酸半钙、铁酸一钙或铁酸二钙中的一种以上。
4.根据权利要求1所述铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，其特征在于：所述铁酸钙和非焦煤的粒径为3~6mm。
5.根据权利要求1所述铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，其特征在于：所述焦化时间为10~18h。
6.根据权利要求5所述铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，其特征在于：所述焦化时间为17h。
7.根据权利要求1、5或6所述铁酸钙与非焦煤共焦化制备焦炭的方法，其特征在于：所述焦化的温度为1100℃。
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Granted publication date: 20201027 |