CN1112952A - 1/3焦煤配焦粉单独炼焦：生产优质冶金焦和冶金铸造焦 - Google Patents

Abstract

1/3焦煤配焦粉单独炼焦：生产优质冶金焦和 冶金铸造焦发明专利属扩大炼焦用煤和生产质优价 廉的冶金铸造焦技术。该技术主要解决1/3焦煤 炼焦时焦炭强度低、气孔率高等弱点，同时合理、经 济、充分利用焦粉，生产化铁炉用的代用焦炭。该技 术与预热装煤炼焦、型焦、捣固炼焦、选择性粉碎等技 术相比具有工艺极简单又科学、投资少、运行维修费 低、工业化生产易实施、降低炼焦煤料成本等优点。 该技术适用于1/3焦煤、气煤、气肥煤炼焦。

Description

本发明属煤化工学科领域，从技术上说，属炼焦技术领域，是利用常规焦炉扩大炼焦用煤和生产质优价廉的冶金铸造焦的炼焦技术方法。

就本人所知，对本发明阐述如下：

一、对 1/3 焦煤的合理粉碎：即与反击式粉碎机或锤式粉碎机相比，能显著提高 1/3 焦煤＜3mm的细度达90%-95%以上，同时减少 1/3 焦煤＜0.5mm的细度。

（一）.理论依据：

1.在最细粒级产生最少的情况下降低煤颗粒尺寸的上限。

粉碎细度对入炉煤性质的影响。

（1）.塑性物质粘度越小，颗粒之间的接触越好，焦炭物质本身的强度就越大。随着煤粉碎程度的提高，塑性物质粘度增加，因此，煤的粘结性就下降。这主要是同炼焦过程中未软化的煤的硬颗粒总面积的增加有关系。

（2）.随着粉碎程度的提高，塑性层对折出气体流动的阻力也减小，因而膨胀压力降低。由此可见，煤的过分粉碎对于煤的粘结过程是不利的。

（3）.降低粉碎度上限会导致最细粒级比例的增加，而最细颗粒主要影响颗粒外表面的扩展，有利于增大内聚力，使煤料疏松和气孔率增大，同时，最细颗粒也使装煤操作条件恶化，煤尘进入集气管使焦油质量变坏。

（4）.当粉碎得当时获得较高的散密度有利于煤粒接触，塑性相渗透和对焦炭强度有好影响的膨胀压力局部形成。

（5）.细度过低时，配合煤混合不均，输送和装煤时容易产生偏折，造成焦炭内部结构不均一，降低耐磨强度和抗碎强度。

（6）.在半焦向焦炭转变期，粉碎程度具有重要意义。当细粉碎时，煤颗粒尺寸上限下降的结果使焦炭内应力和裂纹率减少。

综上所述，合理粉碎是在最细粒级产生最少的情况下，降低煤颗粒尺寸的上限，这样使煤有足够的细度而又不致太细。

2.活性成分宜粗粉碎，惰性成分宜细粉碎。

“接煤岩学观点，煤是非均一的物质，根据各种实体的热性质，可分成活性物和惰性物两类。在结焦过程中，活性物形成焦炭内部的粘结物，犹如混凝土中水泥，惰性物形成焦炭内部的骨骼，好比混凝土中的砂石。

根据煤岩学理论可得出以下两点：

（1）.惰性物为配煤所不可缺少。

煤岩学将惰性物看作结焦中的“砂石”。因此，除了矿物质应尽可能少以外，对于惰性物的看法应该是组成比例适宜。

（2）.结焦时各组分间发生界面作用

按煤岩学理论，结焦过程中并非煤粒互熔成均一的焦块，而是活性物和惰性物之间的界面作用和界面反应。因此，焦炭的强度既决定于活性物的组型和各种组型的含量，又决定于惰性物相对含量”[1]

实际炼焦过程正如煤岩学理论所阐述的一样，炼焦过程中，活性成分软化并包裹惰性成分，煤粒子因而结合生成焦炭，在此情况下，惰性成分起骨架作用，使焦炭气孔壁增厚，提高焦炭强度。但从焦炭强度和焦块内龟裂两方面分析焦炭的宏观强度时，则要求惰性成分比例适当，以保证惰性成分被活性成分恰当地湿润，分散和粘结，并最后形成组织均一的焦块，由此，惰性成分应细粉碎。

以上说明，活性成分宜粗粉碎，惰性成分宜细粉碎。

另一方面，由岩相理论[2]可知：

煤的岩相组分有：

（1）.镜煤：性脆易碎，是粘结性和结焦性最好的一种煤岩组分，活性较大。（2）.亮煤：脆易磨碎，其粘结性良好，活性较大。（3）.暗煤：性很硬且韧，不易破碎，其粘结性差，挥发分含量较高。（4）.丝炭：性脆易碎，无粘结成分。

对于同一变质程度的煤的各岩相组分来说，暗煤的硬度最大，不易破碎，其次是亮煤和镜煤，丝炭的硬度最小，在四种岩相组成中，一般认为亮煤和镜煤是活性组成，而暗煤和丝炭是惰性组分。故活性成分硬度较低，粉碎性好，惰性成分有的硬度较低，粉碎性好，有的硬度很大，不易破碎。

由此可见，采用反击式粉碎机或锤式粉碎机时，尤其粉碎硬度较大的 1/3 焦煤、气煤时，当提高＜3mm的细度时，往往是不应细碎的活性组分被细碎，而应细粉碎的惰性组分（暗煤）却没被细碎，因此，如何尽量粉碎惰性成分而又不使活性成分过度粉碎的办法之一就是在最细粒级产生最少的情况下降低煤颗粒尺寸的上限。

（二）.目前，国内外解决上述问题的办法主要有：

1.采用选择粉碎工艺：即煤料先进入混合转筒，然后经过电热筛。筛下物就是制备好的炼焦煤料。筛上物进入粉碎机进行粉碎，然后再次进入混合转筒。其它选择粉碎工艺更复杂，维修运行费用更高。[3]

2.采用差别粉碎工艺：它是基于配合煤各组分单独粉碎，结焦性差的煤和瘦化组分细粉碎，好的焦煤则粗粉碎。粉碎后的各组分送入搅拌机搅拌。[4]此法同样存在同一煤种活性成分被细碎而惰性成分相对来说没被细碎。

（三）.本发明解决上述问题的办法：

将一般焦化厂粉碎煤料的反击式粉碎机或锤式粉碎机更换成笼型粉碎机等能显著提高 1/3 焦煤＜3mm的细度，同时，减少 1/3 焦煤＜0.5mm的细度的粉碎机。

下面列举常用粉碎机的性能比较：[5]

虽然笼型粉碎机与其它粉碎机相比，耗电量大，结构笨重，机体庞大，传动装置复杂，钢棒易磨损或打断等。但笼型粉碎机具有粉碎粒度较细且均匀，最细粒级的比例相对较低，大于3mm细粒级的比例明显较低，且煤的水分对细度和生产能力影响不显著，故本发明优选笼型粉碎机以合理粉碎 1/3 焦煤。

二.于 1/3 焦煤中配入足够细（粒度最好小于0.2mm）的焦粉3%-7%。

（一）.理论依据：

由烟煤的结焦机理[6]知：

“烟煤结焦过程，最主要的是胶质体生成并固化形成半焦的粘结阶段和半焦收缩形成焦炭的收缩阶段，焦炭的耐磨性和焦粉含量，主要决定于粘结阶段，焦炭的抗碎性能和粒度组成，主要决定于收缩阶段。

继续升高温度，半焦内的有机质进一步热分解和热缩聚……热分解产生游离键使固态产物之间进一步热缩聚，碳网不断增大，碳网间的排列向着石墨结构发展……由于半焦和焦炭内各点的温度和升温速度不同，各点收缩不同，由此产生内应力。当此内应力超过半焦和焦炭物质的强度时，形成裂纹。因此，由热缩聚所引起的碳网缩合增大及由此产生的裂纹是半焦收缩阶段的主要特征。实验表明，煤的挥发分越高，其半焦收缩阶段的热分解和热缩聚越剧烈，热缩聚产生的收缩量和收缩速度也越大。”

（二）.根据烟煤的结焦机理及焦粉的属性可知焦粉在 1/3 焦煤中所起的作用：

1.对于高挥发分的 1/3 焦煤，焦粉可以降低配煤的挥发分，减少半焦收缩性，缓和能够引起焦炭碎裂的内应力，从而减少焦炭裂纹，提高焦炭抗碎强度和块度。

2.对于高流动度的 1/3 焦煤，由于焦粉在转变为塑性状态前可以吸附一定数量的液相，提高挥发分高的煤的热稳定性，使胶质体流动度和膨胀度降低，气体产物容易折出，使气孔率降低;而且由于胶质体粘度增加，使气孔壁增厚，改善焦炭的多孔结构，提高显微强度，减少焦炭中产生裂纹的可能性。

3.由于焦粉具有较好的导热性，因此可以降低相邻层的温度梯度，减少热应力。

由此可见，于 1/3 焦煤中配加焦粉后，焦炭的抗碎强度、块度、显微强度、焦炭密度、气孔率、反应性等指标都将得以改善。

（三）.焦粉配入粒度及配入比例：

根据煤岩学理论，惰性成分应细碎，以保证惰性成分被活性成分恰当地湿润，分散和粘结，更好地结合在焦炭结构中，并最后形成组织均一的焦块;同时，尽量缓和焦粉和煤的收缩差，所以焦粉应单独细粉碎，粒度最好小于0.2mm。

根据煤岩学理论，惰性成分比例应适当。同时由于焦粉的挥发分过低，本身收缩性过小，故它和煤料的收缩差增大，会引起焦炭局部断裂，而 1/3 焦煤本身粘结性能就不很好，因此，焦粉的配入比例不宜过高，以5%为宜。

综上所述，于 1/3 焦煤中配入足够细的焦粉3%-7%有利于提高焦炭的抗碎强度、块度、气孔率等指标。

三.在生产高强度冶金焦时，配入少量肥煤和焦煤的主要作用是对煤料起改质增粘的作用，因而对气孔分布及加固气孔壁产生有利的影响，这样，它的加入就为添加惰性物-焦粉创造了有利条件。

肥煤容纳焦粉的能力比焦煤强，因此，在有条件的情况下，尽量选择肥煤作改质增粘剂。

四.焦炭整粒并分级使用

焦粉回配后，焦炭质量指标如大块焦强度、反应后M

、块度、焦炭密度、气孔率、反应性等指标都得以改善和提高，这就为焦炭整粒并分级使用，生产＞60mm或＞80mm的焦炭（其性能介于铸造焦和冶金焦之间，称之为冶金铸造焦）供化铁炉用创造了良好条件。

1.焦炭整粒后，将25-60mm或25-30mm的焦炭筛分出来供高炉用，因其焦炭“块度趋于均匀，转鼓强度也相应提高。进入高炉后，可以改善炉料的透气性，有利于高炉增产，降低焦比。

例如，日本用粒度40-80mm的焦去代替含有20%大于100mm的普通焦炭，则在相同的焦比下，增产约10%，或者当产量不变时，焦比约下降10Kg。

这种例子很多，说明不同规格的高炉，采用经调整成不同粒度的焦炭，可相应增加产量及降低焦比。”[7]

2.焦炭整粒后，将＞60mm或＞80mm的焦炭筛分出来供化铁炉用，因其性能鉴于冶金焦和铸造焦之间，命名为冶金铸造焦。使用此焦与使用冶金焦相比，可获得如下技术经济效益：

（1）.提高铁水温度，高温持续时间长，铁水温度波动小。

（2）.提高冲天炉热效率，降低鼓风机动力消耗。

（3）.焦炭投炉利用率提高。

（4）.提高铁水增碳率。

（5）.硅、锰的烧损可降低，但采用多排风口的则例外。

（6）.废钢用量可增加。

（7）.提高铸件的内在质量，降低废品率。

五.在一定范围和可能的情况下，可通过加快或减慢加热升温速度，提高炼焦最终温度与延长焖炉处理时间来改善冶金焦，冶金铸造焦的M 、M 显气孔率、反应性等质量指标。

烟煤结焦过程的热分解和热缩聚反应，与一般高分子有机化合物类似，反应速度较慢，反应需要一定时间。因此，加快升温速度，烟煤中基本结构单位周围的侧链和低分子化合物，由于很快地获得足够的热能，很快离开了煤大分子的骨架结构因而软化温度降低，同时，它们之间的碰撞机会增多，呈气相物质的分子来不及克服阻力而离开热软化状态的煤便结合成分子量更大的化合物，这些产物一般为液态，故增加了液态产物。同时，在加快升温速度时，胶质体中一部分与液态产物往往来不及热分解和热缩聚，这样一来，胶质体的固化温度提高，温度间隔增宽，同时单位气体折出量增加，膨胀压力增大。故此改善了胶质体内变形粒子的接触而有利于粘结。所以，提高升温速度能改善高挥发分弱粘结性煤（如 1/3 焦煤）的粘结性，提高焦碳的耐磨强度。

同时，提高加热速度，则焦炭的收缩裂纹增加，碳结构缩聚和有序化作用减弱（这些过程要求时间），从而导致焦炭块度和抗碎强度降低。而减慢加热速度，则在更大程度上发生焦炭物质的缩聚，结果焦炭物质的硬度就越大，M

值越大。

提高炼焦最终温度与延长焖炉处理时间，使结焦后期的热分解与热缩聚程度增高。从焦炭显微结构参数来看，气孔壁材质更加致密，碳结构中氢含量减少，因此，显微强度、耐磨强度和反应后强度均有所提高。随着气孔壁的致密化，微裂纹扩展，则使抗碎强度稍有降低。[8]

本发明的目的有三个：

一是利用常规焦炉，用 1/3 焦煤配焦粉单独炼焦，生产合格冶金焦。

目前，我国炼焦用煤的储量只占全国煤炭总储量的39.77%，其中弱粘结性气煤又占炼焦用煤总量的58.17%。[9]由于我国的高挥发分弱粘结性煤如 1/3 焦煤多为低灰、易选煤，硫分较低，贮量较大，价格较低的煤种;而肥煤、焦煤则多属高灰、难选煤，硫分较高，贮量较小，价格较高的煤种。如何多用 1/3 焦煤，降低肥煤和焦煤用量，且降低焦炭成本，是摆在我国焦化行业的一个重要课题。本发明正是基于以上考虑，利用常规焦炉，用 1/3 焦煤配焦粉单独炼焦，生产合格冶金焦以解决上述问题，同时，还为焦炭降灰、降硫创造了条件。

二是生产冶金铸造焦。

由于我国铸造焦生产量很少，且价格高出冶金焦价格近一倍以上，故铸造行业一直使用冶金焦，制气焦和土焦，致使铸造行业的技术发展受到很大限制，导致铸件废品率高，质量差，原材料消耗高。

鉴于此，本发明生产一种新型焦炭-冶金铸造焦，其性能介于冶金焦和铸造焦之间，而价格远低于铸造焦，仅比冶金焦高出数拾元/吨。

三是充分、合理地利用好焦化厂自身的焦粉。

一般地，炼焦煤料的费用要占焦炭生产单位费用的80%-85%以上。因此，如何降低炼焦煤料的费用具有举足轻重的意义。本发明降低炼焦煤料费用的途径之一是利用价格较低的 1/3 焦煤炼焦，途径之二则是利用焦化厂自身价格低廉的焦粉配入 1/3 焦煤炼焦，以提高焦炭强度，生产冶金铸造焦。

目前，许多焦化厂都作了焦粉回配实验和工业化生产，但除生产铸造焦外，生产冶金焦的焦化厂在工业化生产中基本上没有成功地回配焦粉，主要原因有：

1.对焦粉回配的适宜条件认识不够。在配焦粉作用不佳的情况下回配焦粉。

2.对回配焦粉的量和粒度要求认识不够。

3.回配焦粉的工艺选择不当。

关于第1、2两点前面已作阐述，工艺选择见“本发明的主要内容和技术方案”部分。

本发明的主要内容和技术方案：

1.采用笼型粉碎机合理粉碎 1/3 焦煤。即与反击式粉碎机或锤式粉碎机相比能显著提高 1/3 焦煤＜3mm的细度达90%-95%以上，同时减少 1/3 焦煤＜0.5mm的细度。

2.焦粉经干燥后粉碎至粒度小于0.2mm的粉末由风送至焦粉贮罐内或皮带上。于入炉煤中掺入焦粉的方式可选用电磁振动给料机或采用自动计量配煤技术。配煤比例为3%-7%。

干燥设备可选择回转圆筒，直立炉和沸腾炉等将焦粉干燥至水分小于2%-3%。

粉碎设备可选择棍式磨粉机（雷蒙磨）或球磨机等粉碎焦粉粒度小于0.2mm以下或0.2mm左右。

在生产三级冶金焦^＊时，若此方法已满足要求，则第1条方法可暂不实施。

3.在生产高强度冶金焦时，配入肥煤或焦煤（24JM除外）8%-15%，焦粉3%-7%。

4.焦炭整粒并分级使用。在筛焦系统增设60mm或80mm（视用户要求而定）的筛分系统，将＞60mm或＞80mm的焦炭筛分出来获得冶金铸造焦供化铁炉用，将25-60mm的焦炭筛分出来供高炉冶炼用。

5.在一定范围和可能的情况下，可通过加快或减慢加热升温速度，提高炼焦最终温度与延长焖炉处理时间来改善冶金焦，冶金铸造焦的M

、M

，显气孔率等质量指标。

本发明技术与现有技术相比具有的优点和积极效果：

1.本发明技术在扩大炼焦用煤方面比煤干燥，预热装炉炼焦技术、型焦技术、配型煤炼焦技术、捣固炼焦技术、选择性粉碎技术等相比具有工艺极简单又合理，投资少、运行维修费用低，工业化生产容易实现等优点，同时能明显降低入炉煤料的成本。

2.本发明能充分、经济、合理地利用好焦化厂自身的焦粉，提高焦炭强度，改善焦炭气孔率等性能，同时降低焦炭生产单位费用。

3.本发明技术还能生产一种新产品-冶金铸造焦供化铁炉用。

实现本发明的最佳方式：

1.将焦化厂粉碎入炉煤的反击式粉碎机或锤式粉碎机换成笼型粉碎机。

2.增设焦粉回配系统。分两部分：

（1）.焦粉干燥装置：

选择回转圆筒干燥机，其生产过程如下：将焦炉烟道高温废气或利用焦炉煤气燃烧产生的高温烟气经回转圆筒与从湿焦粉斗经下料管进入回转圆筒的焦粉顺流运动进行热交换，使焦粉干燥至水分小于2%-3%，被干燥的焦粉在排料箱中经排料口排出，烟气由排料箱上部经旋风分离器收尘至烟囱排至大气。

（2）.焦粉粉碎及配合系统：

选择棍式粉碎机，根据回配焦粉量可选择3R2714、4R3216、5R4119等型号。工艺过程如下：

粗焦粉经鄂式破碎机破碎后，由单斗提升机将物料垂直送到储料斗，再由电磁振动结料机把物料定量，均匀连续地送入主机内，进行研磨，研磨后的粉子被鼓风机循环之风流带出，经置于主机上方的分析器进行分级，细度合于规格的粉子，随风流进入大旋风收集器，收集后经出粉管排至配合煤料的皮带上与入炉煤料混合。

该系统具有占地面积小，成套性强，采用电磁振动给料机给料均匀，易于调节，体积小、重量轻、省油省电、维修方便等优点。

3.在筛焦系统增设60mm或80mm（视用户要求而定）的筛分系统。

4.在生产高强度焦炭时，使用8%-15%的肥煤，肥气煤，焦煤等作改质增粘剂。

名词解释：

1.单独炼焦：本发明专利资料中所说的单独炼焦是指在生产合格三级冶金焦时仅用 1/3 焦煤和焦粉混合炼焦，在生产高强度焦炭时用3%-7%的焦粉和8%-15%肥煤或者焦煤（24JM除外）与 1/3 焦煤混合炼焦。

2.冶金铸造焦：是指焦炭质量指标如M 、反应后M

、块度、焦炭密度、气孔率、反应性等指标优于冶金焦质量指标，但其中部份指标如气孔率等达不到铸造焦质量指标的一种新产品，即介于冶金焦和铸造焦之间的一种新焦炭供化铁炉用。

Claims (3)

1. 本发明专利主要通过合理粉碎 1/3 焦煤，回配焦粉来提高焦炭强度，改善焦炭气孔率等属性，同时采用焦炭整粒并分级使用生产优质冶金焦和质优价廉的冶金铸造焦。

   请求保护的范围和权利：

   1、利用 1/3 焦煤配焦粉单独炼焦或以气煤为主的配合煤炼焦生产冶金焦(包括冶金铸造焦)技术。其特征是：(1).将焦粉经干燥后细碎至0.2mm左右或更细配入 1/3 焦煤(或以气煤为主的配合煤中)。配入比例为3%-7%。(2).在生产高强度焦炭时，使用8%-15%的肥煤、肥气煤、焦煤等作改质增粘剂。(3).当还生产冶金铸造焦时，于筛焦部分增设60mm或80mm的筛分系统将＞60mm或＞80mm的焦炭筛分出来供化铁炉用。(4).有时，也具有如下特征：采用笼型粉碎机合理粉碎 1/3 焦煤、气煤等炼焦煤料。
2. 2、生产冶金铸造焦技术，其特征是：（1）.用经干燥后细碎之焦粉回配至炼焦煤料中以改善焦炭的块度、抗碎强度、气孔率、反应性等指标，回配焦粉比例为3%-7%。（2）.于筛焦部分增设60mm或80mm的筛分系统将＞60mm或＞80mm的焦炭筛分出来供化铁炉用。（3）.炼焦煤料除8%-15%左右的肥煤、肥气煤、焦煤和3%-7%的焦粉外，其余煤料都为 1/3 焦煤，且不用沥青和延迟焦等添加剂。（这是区分生产冶金铸造焦技术与生产铸造焦技术的关健点，正因为这一点，使冶金铸造焦成本远比铸造焦成本低得多。）
3. 3、利用笼型粉碎机合理粉碎 1/3 焦煤、气煤、肥气煤。其特征是：当用常规焦炉炼焦生产冶金焦和铸造焦时，使用笼型粉碎机来合理粉碎 1/3 焦煤、气煤、气肥煤等炼焦用煤。说明：目前，除捣固炼焦外，常规焦炉所用的炼焦煤料都已不再使用笼型粉碎机而使用反击式粉碎机或锤式粉碎机来粉碎煤料。本发明采用笼型粉碎机来合理粉碎上述煤料以提高焦炭抗碎强度等指标，属目前国内首创，故请示保护上述提高焦炭抗碎强度，从而扩大炼焦用煤的方法。