CN112980483A - 一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法 - Google Patents

一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，步骤包括：按设定配比配备物料；将物料混合后进行闷料处理，然后冷压成型制得冷压块；将冷压块干燥后置于外热式炭化炉内炭化；炭化完成后的冷压块装入密闭容器中冷却至室温制得高反应性焦炭。本发明提供的一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，原料来源广泛、工艺流程简单、生产成本低、环境友好。

Description

一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法。
背景技术
随着钢铁冶炼过程的基础研究的提高，人们对高炉原料之一焦炭的性质有了新的认识，提出使用高反应性焦炭技术，为企业寻找到了节能降耗的新途径。高反应性焦炭是与普通焦炭相比具有更高热反应性且强度能够满足高炉生产的焦炭，具有起始反应温度低、反应速率快的特点。使用高反应性的焦炭可使碳的气化反应在较低温度下提前进行，进而降低热储备区的温度水平，改善高炉内铁矿石还原反应效率，提高了煤气利用率。此外，高炉使用高反应性焦炭可以减少CO2的排放。因此，高反应性焦炭被认为是一种新型的高炉炼铁原料。
高反应性焦炭是将催化剂添加到炼焦煤中炼制的具有高反应性的焦炭。碱土金属、过渡元素金属均可作为催化剂提高焦炭的反应性。
另一方面，钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物。目前，钢铁工业产生的大量钢渣以达约10亿吨，大部分以堆积为主，其综合利用率不超过30％。钢渣中含有大量的氧化钙、氧化镁和含铁物质，这对焦炭气化反应有很好的催化作用。因此可以利用钢渣制备高反应性焦炭。既能达到废物利用，又能得到高反应性焦炭。
目前，关于高反应性焦炭的制备的方法有很多种，如专利CN103756701所述，以配合煤为原料，加入钢渣做催化剂，利用焦炉炼焦。所加钢渣粒度不超过0.2mm，钢渣添加量不超过配合煤质量的1％，制备高反应性焦炭。
专利CN101910364中所述，将含有铁氧化物的物质和含碳物质混合并进行成型，然后使所述成型物的表面温度在550-600℃的温度范围内，以不大于20℃/min的加热速度进行来制造高反应性焦炭。
专利CN102827624所述，其原料以赤泥10％～40％、煤粉60％～90％的比例混合，在300-900g/cm2的压力下采用对辊压球机冷压成型，得到强度不低于20N/球的高反应性焦炭，然后采用混装方式将及散装物料装于焦炉中，在保护气氛下加热至焦饼中心温度达到900-1100℃，并保温1～2小时，最终得到高强度高反应性焦炭。
如CN103468287所述，将粒径小于74μm的钢渣作为催化剂与煤样分别烘干后均匀混合形成混料，占混料质量的9％～11％的水放入炼焦反应罐中并捣固密封得到煤饼，钢渣占混料质量的0～15％，混料放入炼焦反应罐中的堆积密度为950～1150kg/m3，将炼焦炉升温至900℃时将炼焦反应罐置入炉膛中心，炉温升至1000～1100℃后恒温6～8h，取出反应罐，冷却即得高反应性焦炭。
如CN103468289所述，将5％～20％钢渣和80％～95％配合煤加水混合均匀，捣固在900℃时放入焦炉，按2～3℃/min速率升温，950～1050℃时出焦；并采用湿法熄焦而得到高反应性焦炭，其所述的配合煤是由25％～29％1/3焦煤、40％～44％焦煤、7％～11％瘦煤、6％～10％气肥煤和12％～16％肥煤混合而成。
但上述方法主要存在以下问题：(1)有的方法采用热压的方法，操作困难，并且消耗了更多的热能。(2)有的方法配加了将近一半或者更多的焦煤，节焦效果有限，同时限制了无焦煤地区的推广使用。(3)有的方法生产高反应性焦炭的添加剂为含铁物质，对焦炭的催化作用较为有限。
因此，为了降低能耗，简化工艺流程，降低环境负荷，实现钢铁工业的可持续发展，有必要积极探索研究高反应性焦炭的制备新方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种原料来源广泛、工艺流程简单、生产成本低、环境友好的用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，包括如下步骤：
以质量百分比计，按5％～25％的钢渣、50％～65％的1/3焦煤煤粉、10％～20％的瘦煤、10％～15％的无烟煤配备原料，再加入原料总质量0.5％～2％的粘结剂和5％～10％的水；
将上述物料混合后进行闷料处理，然后冷压成型制得冷压块；
将所述冷压块干燥后置于外热式炭化炉内炭化；
炭化完成后的冷压块装入密闭容器中冷却至室温制得高反应性焦炭。
进一步地，所述钢渣中氧化钙含量不低于50％；所述1/3焦煤中固定碳含量不低于55％、灰分不高于9％、挥发分不超过35％、胶质层指数不低于10；所述瘦煤中固定碳含量不低于65％、灰分不高于10％、挥发分不超过15％、胶质层指数不低于10；所述无烟煤中固定碳含量不低于75％、灰分不高于10％、挥发分不超过7％。
进一步地，所述钢渣粒度不超过0.5mm；所述1/3焦煤、瘦煤及无烟煤的粒度均不超过0.15mm。
进一步地，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、纤维素、玉米糊、木质素等粘结剂。
进一步地，所述物料混合后的闷料处理时间为40～60min。
进一步地，所述冷压块在外热式炭化炉内的炭化是以不大于5℃/min的升温速率加热至900～1100℃进行高温炭化，高温炭化时间为2～4h。
进一步地，所述高反应性焦炭的挥发分Vdaf含量不超过1.8％，全硫含量不超过0.5％，反应性CRI不低于50％，抗碎强度M40不低于85.3％，耐磨强度M10不超过6.9％。
本发明提供的一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，具有如下优点：
(1)利用固体废弃物钢渣制备高反应性焦炭，不仅实现了炼钢废物的充分利用，减少了对环境的污染，而且在高温炭化过程中，钢渣中的氧化钙和被还原出来的金属铁在焦炭的气化反应过程中能够起到双重催化作用，可提高制得的焦炭的反应性。
(2)不使用焦煤，仅在廉价的钢渣中添加国内广泛分布的1/3焦煤、无烟煤、瘦煤等煤粉，不仅原燃料来源广泛，摆脱了无焦煤地区受到的原料焦煤的限制，具有广阔的推广应用前景，而且，还可降低物料中的挥发分的含量，减小环境污染，安全环保。
(3)加入粘结剂，提高了焦炭的强度，操作简便，易于实现。
(4)使用外热式炭化炉高温炭化处理，可以利用国内大量闲置的外热式炭化炉，能耗低，生产率高，能够满足钢铁生产低能耗、低成本的要求。并且通过控制外热式炭化炉的升温速率，可以降低升温过程挥发分的分解析出速率，保证制得的高反应性焦炭在升温过程中不出现裂纹，从而确保产品高反应性焦炭的强度能够达到要求。
(5)生产工艺大量使用非焦煤，并配加了廉价的钢渣，在煤资源应对措施上和炼铁厂的环保措施强化等方面具有良好的效果。并且，生产工艺流程简单，节能环保，具有广阔的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法流程图；
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，包括如下步骤：
以质量百分比计，按5％～25％的钢渣、50％～65％的1/3焦煤煤粉、10％～20％的瘦煤、10％～15％的无烟煤配备原料，再加入原料总质量0.5％～2％的粘结剂和5％～10％的水；
将上述物料混合后进行闷料处理，然后冷压成型制得冷压块；
将所述冷压块干燥后置于外热式炭化炉内炭化；
炭化完成后的冷压块装入密闭容器中冷却至室温制得高反应性焦炭。
其中，所述钢渣中氧化钙含量不高于60％；所述1/3焦煤中固定碳含量不低于55％、灰分不高于9％、挥发分不超过35％、胶质层指数不低于10；所述瘦煤中固定碳含量不低于65％、灰分不高于10％、挥发分不超过15％、胶质层指数不低于10；所述无烟煤中固定碳含量不低于75％、灰分不高于10％、挥发分不超过7％。
其中，所述钢渣粒度不超过0.5mm；所述1/3焦煤、瘦煤及无烟煤的粒度均不超过0.15mm。
其中，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠。
其中，所述物料混合后的闷料处理时间为40～60min。
其中，所述冷压块在外热式炭化炉内的炭化是以不大于5℃/min的升温速率加热至900～1100℃进行高温炭化，高温炭化时间为3～5h。
其中，所述高反应性焦炭的挥发分Vdaf含量不超过1.8％，全硫含量不超过0.5％，反应性CRI不低于50％，抗碎强度M40不低于85.3％，耐磨强度M10不超过6.9％。
下面通过实施例对本发明提供的一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法做具体说明。
实施例1
钢渣主要成分见表1，1/3焦煤煤化学成分见表2，无烟煤的化学成分见表3，瘦煤的化学成分见表4。钢渣的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占60％。1/3焦煤粉的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占80％。瘦煤中粒度小于0.15mm的占90％，其中粒度小于0.075mm的占80％。无烟煤的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占70％。
表1钢渣主要成分(质量分数)
Figure BDA0002952473210000061
表2 1/3焦煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952473210000062
表3无烟煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952473210000063
表4瘦煤粉的工业分析
Figure BDA0002952473210000064
按照质量分数钢渣15％、1/3焦煤煤粉60％、瘦煤煤粉15％、无烟煤煤粉10％的比例配备原料，外配原料总质量0.5％的羧甲基纤维素钠作粘结剂，再加原料总质量5％的水。物料充分混合均匀后静置闷料50min，然后冷压成型，干燥，制成冷压块。
将冷压块置于外热式炉内，在非氧化性气氛下，经过升温与高温炭化，然后在密闭容器中冷却至室温制得高反应性焦炭。其中，升温速率为3℃/min，高温炭化温度为900℃，高温炭化时间为4小时。所得高反应性焦炭的反应性为55.5％，CaO含量为7.66％，SiO2含量为7.33％，抗碎强度M40为85.4％，耐磨强度M10为6.6％。
实施例2
钢渣主要成分见表5，1/3焦煤煤化学成分见表6，无烟煤的化学成分见表7，瘦煤的化学成分见表8。钢渣的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占70％。1/3焦煤粉的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占75％。瘦煤中粒度小于0.15mm的占85％，其中粒度小于0.075mm的占85％。无烟煤的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占75％。
表5钢渣主要成分(质量分数)
Figure BDA0002952473210000071
表6 1/3焦煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952473210000072
表7无烟煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952473210000073
Figure BDA0002952473210000081
表8瘦煤粉的工业分析
Figure BDA0002952473210000082
按照质量分数分别为钢渣10％、1/3焦煤煤粉65％、瘦煤15％、无烟煤煤粉10％的比例配备原料。外配原料总质量2％的羧甲基纤维素钠作粘结剂，再加原料总质量10％的水。物料充分混合均匀后静置闷料40min，然后冷压成型，干燥，制成冷压块。
将冷压块置于外热式炉内，在非氧化性气氛下，经过升温与高温炭化，然后在密闭容器中冷却至室温制得高反应性焦炭。其中，升温速率为4℃/min，高温炭化温度为1000℃，高温炭化时间为5小时。所得高反应性焦炭的反应性为53.6％，CaO含量为7.66％，SiO2含量为7.33％，抗碎强度M40为85.5％，耐磨强度M10为6.3％。
实施例3
钢渣主要成分见表9，1/3焦煤煤化学成分见表10，无烟煤的化学成分见表11，瘦煤的化学成分见表12。钢渣的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占65％。铁矿粉中粒度不超过0.15mm的占90％。1/3焦煤粉的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占78％。瘦煤中粒度小于0.15mm的占94％，其中粒度小于0.075mm的占85％。无烟煤的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占75％。
表9钢渣主要成分(质量分数)
Figure BDA0002952473210000083
Figure BDA0002952473210000091
表10 1/3焦煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952473210000092
表11无烟煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952473210000093
表12瘦煤粉的工业分析
Figure BDA0002952473210000094
按照质量分数分别为钢渣10％、1/3焦煤煤粉60％、瘦煤20％、无烟煤煤粉10％的比例配备原料。外配原料总质量1％的羧甲基纤维素钠作粘结剂，再加原料总质量的8％水。物料充分混合均匀后静置闷料60min，然后冷压成型，干燥，制成冷压块。
将冷压块置于外热式炉内，在非氧化性气氛下，经过升温与高温炭化，然后在密闭容器中冷却至室温制得高反应性焦炭。其中，升温速率为5℃/min，高温炭化温度为1100℃，高温炭化时间为3小时。所得高反应性焦炭的反应性为54.6％，CaO含量为7.56％，SiO2含量为7.24％，抗碎强度M40为86.5％，耐磨强度M10为6.2％。
从上述实施例制备的高反应性焦炭的性能及成分参数可以看出，本发明提供的一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，以非焦煤和钢渣、外配羧甲基纤维素钠作粘结剂生产高反应性焦炭，不仅能够处理钢渣、原料来源广泛、生产成本低、工艺流程简单、环境友好，具有广阔的工业应用前景，而且，制得的高反应性焦炭具有优良的耐磨强度、抗碎强度、及较高的反应性，可作为优良的高炉炼铁原料。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
以质量百分比计，按5％～25％的钢渣、50％～65％的1/3焦煤煤粉、10％～20％的瘦煤、10％～15％的无烟煤配备原料，再加入原料总质量0.5％～2％的粘结剂和5％～10％的水；
将上述物料混合后进行闷料处理，然后冷压成型制得冷压块；
将所述冷压块干燥后置于外热式炭化炉内炭化；
炭化完成后的冷压块装入密闭容器中冷却至室温制得高反应性焦炭。
2.根据权利要求1所述的用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，其特征在于：所述钢渣中氧化钙含量不低于50％；所述1/3焦煤中固定碳含量不低于55％、灰分不高于9％、挥发分不超过35％、胶质层指数不低于10；所述瘦煤中固定碳含量不低于65％、灰分不高于10％、挥发分不超过15％、胶质层指数不低于10；所述无烟煤中固定碳含量不低于75％、灰分不高于10％、挥发分不超过7％。
3.根据权利要求2所述的用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，其特征在于：所述钢渣粒度不超过0.5mm；所述1/3焦煤、瘦煤及无烟煤的粒度均不超过0.15mm。
4.根据权利要求1所述的用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，其特征在于：所述粘结剂可以为羧甲基纤维素钠、纤维素、玉米糊、木质素等粘结剂。
5.根据权利要求1所述的用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，其特征在于：所述物料混合后的闷料处理时间为40～60min。
6.根据权利要求1所述的用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，其特征在于：所述冷压块在外热式炭化炉内的炭化是以不大于5℃/min的升温速率加热至900～1100℃进行高温炭化，高温炭化时间为2～4h。
7.根据权利要求1～6任一项所述的用钢渣冷压制备高反应性焦炭的方法，其特征在于：所述高反应性焦炭的挥发分Vdaf含量不超过1.8％，全硫含量不超过0.5％，反应性CRI不低于50％，抗碎强度M40不低于85.3％，耐磨强度M10不超过6.9％。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210618

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