CN115612761B - 一种低灰分、高强度的铁焦及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低灰分、高强度的铁焦及其制备方法,所述铁焦的组成按照质量百分比包括:沥青5‑15%、磁铁矿粉5%‑10%、焦煤60‑70%和无烟煤5‑15%,其中,磁铁矿粉的Fe3O4含量≥65%。制备方法包括:(1)将沥青预先破碎;(2)按照质量配比,将预先破碎后的沥青与磁铁矿粉、焦煤和无烟煤混合均匀,进行二次破碎;(3)压制成型煤块,装入冷装冷出铁焦炉内,进行高温干馏后,炉内熄焦,降至室温后出焦,筛分整粒,得到铁焦。本发明采用合理的配煤方案配合制备工艺,得到的铁焦灰分低于10%,热强度达65%以上,具有较大的应用优势。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域,具体地说,涉及一种低灰分、高强度的铁焦及其制备方法。
背景技术
焦炭是固体燃料的一种,由煤在约1000℃的高温条件下经干馏而获得;主要成分为固定碳,其次为灰分,所含挥发分和硫分均甚少。焦炭主要用于冶炼钢铁或其他金属,也可用作制造水煤气、气化和化学工业等的原料。
焦炭是高炉炼铁中必不可少的原燃料,可以起到还原剂、骨架、热源的作用。中国的钢铁工业产量巨大,需要消耗大量优质矿产资源和焦煤资源,但是,中国面临优质矿产资源和焦煤资源逐渐枯竭的困境,因此,优化焦炭的性能对于缓解钢铁产量巨大、优质煤焦资源短缺和环境问题严峻之间的矛盾意义重大。
复合铁焦是目前高炉实现低碳炼铁的核心技术之一。复合铁焦是将含铁资源作为催化剂添加至配煤中,利用传统室式焦炉炼焦工艺或矿煤压块竖炉炭化工艺制得。炭化过程铁氧化物还原生成的金属铁弥散分布于碳基质内,对碳气化反应起良好催化作用,使得铁焦具有高反应性,其气化反应在较低温度下即可进行。高炉使用适量复合铁焦代替焦炭后,会使热储备区温度降低,增大煤气中CO实际浓度与平衡浓度的差值,提高铁氧化物还原反应驱动力,进而提高了高炉炉身工作效率,降低了焦比,减少了高炉CO2排放,实现了高炉低碳炼铁。
目前,铁焦的制备工艺主要包括传统室式焦炉工艺和矿煤压块竖炉炭化工艺。传统室式焦炉工艺又分为散料体焦炉工艺、矿煤压块焦炉工艺和捣固焦炉工艺。铁焦的矿煤压块竖炉炭化制备工艺由矿煤压块成型和成型压块竖炉炭化两部分组成。根据矿煤压块成型工艺的不同,又可以将矿煤压块竖炉炭化工艺分为热压型铁焦制备工艺和冷压型铁焦制备工艺。热压型铁焦制备工艺是利用黏结性煤和弱黏结性煤在快速加热条件下黏结性可以明显提高的特性,当达到胶质体最大流动度温度时压制成型,再经竖炉炭化处理的铁焦制备工艺。冷压型铁焦制备工艺是通过使用黏结剂在常温或者较低温度下将矿煤压制成型并固结,再经竖炉炭化处理的铁焦制备工艺。
然而,现有方法生产的铁焦产品,存在灰分高、热强度低的问题,常规铁焦灰分普遍较高,在12%左右;热强度较低,普遍低于40%。若能提供一种灰分低、热强度高的铁焦,则具有重大的经济意义。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,提供一种低灰分、高强度的铁焦及其制备方法。本发明采用合理的配煤方案配合制备适合的工艺,得到的铁焦灰分低于10%,热强度达65%以上,具有较大的应用优势。
为解决上述技术问题,本发明采用技术方案的基本构思是:
本发明的第一目的是提供一种铁焦,所述铁焦的组成按照质量百分比包括:
沥青5-15%、磁铁矿粉5%-10%、焦煤60-70%和无烟煤5-15%,其中,磁铁矿粉中Fe3O4含量≥65%
本发明的铁焦中,利用了沥青和磁铁矿粉对炼焦煤的胶质体进行调节,同时配入无烟煤,无烟煤能起到瘦化作用以进一步提高焦炭强度。本发明的铁焦的内部裂纹少,而且灰分低于10%,热强度达65%及以上,使铁焦在下游的炼铁应用中的优势明显。
发明人经试验发现,当沥青、磁铁矿粉、焦煤和无烟煤的质量配比在上述范围内时,铁焦的灰分低于10%,热强度达65%以上;而当磁铁矿粉、焦煤或无烟煤质量配比低于或者超出上述范围时,铁焦的灰分会提高,热强度有所下降。
进一步的方案,所述磁铁矿粉中Fe3O4含量≥70%;
进一步优选的,所述磁铁矿粉中Fe3O4含量≥73%。
本发明中,铁源采用磁铁矿粉,且磁铁矿粉的Fe3O4含量≥70%,优选方案为≥73%。与其他铁矿源相比(例如赤铁矿粉),采用磁铁矿粉能够降低铁焦的灰分,同时提高热强度。
进一步的,作为一种优选的方案,所述铁焦的组成按照质量百分比包括:
沥青10-15%、磁铁矿粉5%-10%、焦煤65-70%和无烟煤5-10%。
当铁焦的组成成分和配比如上所述时,铁焦的灰分更低,热强度更高。
进一步的方案,无烟煤的可磨指数≥70%,Vdaf%≤12%,St,d%≤1%。
进一步的方案,所述焦煤的黏结指数≥90%,Vdaf%≤30%、St,d%≤0.8%。
进一步的方案,所述铁焦的Ad%<10%,CSR%≥65%。
本发明的第二目的是提供一种如上任意一种方案或者组合方案所述的铁焦的制备方法,包括:
(1)称取沥青,预先破碎;
(2)按照质量配比,将预先破碎后的沥青与磁铁矿粉、焦煤和无烟煤混合均匀,进行二次破碎;
(3)压制成型煤块,装入冷装冷出铁焦炉内,进行高温干馏后,炉内熄焦,降至室温后出焦,筛分整粒,得到铁焦。
进一步的方案,步骤(1)中,沥青预先破碎为粒径<3mm的颗粒占95%及以上。
进一步的方案,步骤(2)中,二次破碎后,原料粒径<3mm的颗粒占98%及以上进一步的方案,步骤(3)中,高温干馏过程包括:800-900℃干馏200-250h,然后1100-1200℃干馏100-150h;
优选的,步骤(3)中,压制成型煤块的密度为1100-1200kg/m3。
进一步的方案,在冷装冷出铁焦炉内,装煤高度控制在2-2.5m。
进一步的方案,铁焦炉内,以3-4℃/min的速率升温达到高温干馏的温度。
采用本发明的组分和配比,经过两次破碎后的混合原料采用冷压成型工艺,并借助冷装冷出铁焦炉中升温速度慢、结焦时间长的工艺,可以使铁焦内部的裂纹极少,而且灰分低于10%,热强度达65%以上。
作为一种具体的实施方式,本发明的铁焦的制备方法包括:
(1)按质量百分比称量沥青,预先破碎为粒径<3mm颗粒占95%及以上;
(2)称量焦煤、无烟煤、磁铁矿粉原料,与破碎后的沥青混合,然后进行二次破碎,二次破碎后粒径<3mm颗粒占98%及以上;
(3)对混合后的物料进行冷压,形成型压密度为1100-1200kg/m3、规格500×450×420cm的型煤,型煤块压制完毕后,码垛成为2×2×3或2×2×2的型煤垛,装入冷装冷出铁焦炉内,使装煤高度控制在2-2.5m,以3-4℃/min的速率升温到800-900℃,恒温干馏200-250h,再以3-4℃/min的速率升温到1100-1200℃,恒温干馏100-150h,直接在炉内熄焦(湿熄焦或干熄焦均可),铁焦温度降至室温后,出焦至筛分装置进行筛分整粒,
采用上述技术方案后,本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明选用Fe3O4含量≥65%的磁铁矿粉作为铁源,采用合理的组分和配比,充分利用沥青和磁铁矿粉对炼焦煤的胶质体进行调节,同时配入无烟煤,无烟煤能起到瘦化作用以进一步提高焦炭强度。铁焦的灰分低,热强度高,具有较大的应用优势。
2、采用本发明的组分和配比,配合二次破碎工艺和冷压成型工艺,再借助冷装冷出铁焦炉中升温速度慢、结焦时间长的工艺,可以使铁焦内部的裂纹极少,而且灰分低于10%,热强度达65%及以上,使铁焦在下游炼铁使用中的优势明显。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明中,所得焦炭质量指标(焦炭水分、灰分、挥发分指标的化验可依据GB/T2001—1991《焦炭工业分析测定方法》;焦炭的焦末和粒度指标的检测可依据GB/T2005—1994《冶金焦炭的焦末含量及筛分组成的测定方法》;焦炭的机械强度M40和M10的测定可依据GB/T 1996—2003《冶金焦炭》中的附录;焦炭硫分指标的测定可依据GB/T 2286—1991《焦炭全硫含量测定方法》;焦炭热性质指标的测定可依据GB/T 4000—1996《焦炭反应性及反应后强度的测定方法》。
Ad%:灰分,测定方法:焦炭试样于815℃下挥发,一起残留物的质量占焦炭试样质量的百分数作为灰分含量。
Vdaf%:挥发分,测定方法:焦炭试样置于带盖干过中,900℃下隔绝空气加热7min,以减少的质量占试样质量的百分数,减去该试样的水分含量作为挥发分含量。
St,d%:硫分,焦炭试样与艾氏卡试剂充分混合,马弗炉内800~850℃下充分灼烧1~1.5h,使试样中的硫转化成硫酸盐,再使硫酸根离子生成硫酸钡沉淀,根据硫酸钡的质量计算试样中的全硫含量。
M40%:抗碎强度,测定方法:焦炭试样置于转鼓中转动100转后,出鼓过40mm圆孔筛,称量大于40mm粒级焦炭质量,用其占试样总质量的百分比作为抗碎强度。
CRI%:反应性,测定方法:焦炭试样置于反应器中,在1000±5℃下与二氧化碳反应2h后,以焦炭质量损失的百分数表示焦炭反应性。
CSR%:反应后强度,测定方法:反应后的焦炭,经I型转鼓试验后,以大于10mm粒级焦炭占反应后焦炭的质量百分数,表示反应后强度。
实施例1
配煤方案(按照质量百分比):
沥青10%、磁铁矿粉10%、焦煤70%、无烟煤10%;
其中,磁铁矿粉的Fe3O4含量为73.5%,
焦煤Ad%=11、Vdaf%=27,St,d%=0.5,G值=91.5;
无烟煤Ad%=8.5、Vdaf%=10、St,d%=0.8、可磨指数=72;
制备方法:
按质量百分比称量沥青,预先破碎,使粒径<3mm颗粒占95%及以上,称量焦煤、无烟煤、磁铁矿粉与破碎后的沥青混合,进行二次破碎,二次破碎后使粒径<3mm颗粒占98%及以上。对混合后的物料进行冷压,形成型压密度1200kg/m3、规格500×450×420cm的型煤,并码垛成2×2×2的型煤垛后,装入冷装冷出铁焦炉内,装煤高度控制在2m,以3℃/min的速率升温到800℃,恒温800℃干馏200h,再以4℃/min的速率升温到1150℃,恒温1150℃干馏150h,炉内熄焦湿熄焦,铁焦温度降至室温后,出焦、筛分整粒。
经检测,所得的铁焦的指标参数为:
Ad%=9.78Vdaf%=1.11St,d%=0.59M40=93.5CRI=45.2CSR=69.1
实施例2
配煤方案(按照质量百分比):
沥青15%、磁铁矿粉10%、焦煤60%、无烟煤15%;
其中,磁铁矿粉的Fe3O4含量73.5%,
焦煤Ad%=11、Vdaf%=27,St,d%=0.5,G值=91.5;
无烟煤Ad%=8.5、Vdaf%=10、St,d%=0.8、可磨指数=72;
制备方法:
按质量百分比称量沥青,预先破碎,使粒径<3mm颗粒占95%及以上,称量焦煤、无烟煤、磁铁矿粉与破碎后的沥青混合,进行二次破碎,二次破碎后使粒径<3mm颗粒占98%及以上。对混合后的物料进行冷压,形成型压密度为1100kg/m3、规格500×450×420cm的型煤,并码垛成2×2×2的型煤垛后,装入冷装冷出铁焦炉内,装煤高度控制在2m,以3℃/min的速率升温到900℃,恒温900℃干馏250h,再以4℃/min的速率升温到1200℃,恒温1200℃干馏100h,炉内熄焦湿熄焦,铁焦温度降至室温后,出焦、筛分整粒。
经检测,所得的铁焦的指标参数为:
Ad%=9.83 Vdaf%=1.24 St,d%=0.58 M40=92.9 CRI=45.1 CSR=65.2
实施例3
配煤方案(按照质量百分比):
沥青15%、磁铁矿粉10%、焦煤60%、无烟煤15%;
其中,磁铁矿粉的Fe3O4含量71.3%,
焦煤Ad%=11、Vdaf%=27,St,d%=0.5,G值=91.5;
无烟煤Ad%=8.5、Vdaf%=10、St,d%=0.8、可磨指数=72;
制备方法:
按质量百分比称量沥青,预先破碎,使粒径<3mm颗粒占95%及以上,称量焦煤、无烟煤、磁铁矿粉与破碎后的沥青混合,进行二次破碎,二次破碎后使粒径<3mm颗粒占98%及以上。对混合后的物料进行冷压,形成型压密度1200kg/m3、规格500×450×420cm的型煤,并码垛成2×2×2的型煤垛后,装入冷装冷出铁焦炉内,装煤高度控制在2m,以3℃/min的速率升温到900℃,恒温900℃干馏250h,再以4℃/min的速率升温到1200℃,恒温1200℃干馏100h,炉内熄焦湿熄焦,铁焦温度降至室温后,出焦、筛分整粒。
经检测,所得的铁焦的指标参数为:
Ad%=9.87Vdaf%=1.19St,d%=0.60M40=93.0CRI=43.2CSR=65.8
实施例4
配煤方案(按照质量百分比):
沥青10%、磁铁矿粉5%、焦煤70%、无烟煤15%;
其中,磁铁矿粉的Fe3O4含量70.5%;
焦煤Ad%=11、Vdaf%=27,St,d%=0.5,G值=91.5;
无烟煤Ad%=8.5、Vdaf%=10、St,d%=0.8、可磨指数=72;
制备方法:
按质量百分比称量沥青,预先破碎,使粒径<3mm颗粒占95%及以上,称量焦煤、无烟煤、磁铁矿粉与破碎后的沥青混合,进行二次破碎,二次破碎后使粒径<3mm颗粒占98%及以上。对混合后的物料进行冷压,形成型压密度1200kg/m3、规格500×450×420cm的型煤,并码垛成2×2×2的型煤垛后,装入冷装冷出铁焦炉内,装煤高度控制在2.5m,以3℃/min的速率升温到900℃,恒温900℃干馏200h,再以4℃/min的速率升温到1100℃,恒温1100℃干馏150h,炉内熄焦湿熄焦,铁焦温度降至室温后,出焦、筛分整粒。
经检测,所得的铁焦的指标参数为:
Ad%=9.96 Vdaf%=1.28 St,d%=0.61 M40=92.7 CRI=47.5 CSR=65.2
实施例5
本实施例中,配比和制备方法与实施例1相同,无烟煤的可磨指数不同。
配煤方案(按照质量百分比):
沥青10%、磁铁矿粉10%、焦煤70%、无烟煤10%;
其中,磁铁矿粉的Fe3O4含量为73.5%;
焦煤Ad%=11、Vdaf%=27,St,d%=0.5,G值=91.5;
无烟煤Ad%=8.5、Vdaf%=10、St,d%=0.8、可磨指数=65;
制备方法:
按质量百分比称量沥青,预先破碎,使粒径<3mm颗粒占95%及以上,称量焦煤、无烟煤、磁铁矿粉与破碎后的沥青混合,进行二次破碎,二次破碎后使粒径<3mm颗粒占98%及以上。对混合后的物料进行冷压,形成型压密度1200kg/m3、规格500×450×420cm的型煤,并码垛成2×2×2的型煤垛后,装入冷装冷出铁焦炉内,装煤高度控制在2m,以3℃/min的速率升温到800℃,恒温800℃干馏200h,再以4℃/min的速率升温到1150℃,恒温1150℃干馏150h,炉内熄焦湿熄焦,铁焦温度降至室温后,出焦、筛分整粒。
经检测,所得的铁焦的指标参数为:
Ad%=9.91 Vdaf%=1.22 St,d%=0.58 M40=93.2 CRI=44.3 CSR=65.9
对比例1
对比例1参照实施例1的制备方法,区别在于配方中各成分的比例不同,具体的:
本对比例的配煤方案为:
沥青10%、磁铁矿粉15%、焦煤55%和无烟煤20%,
其中,磁铁矿粉的Fe3O4含量为73.5%。
焦煤Ad%=11、Vdaf%=27,St,d%=0.5,G值=91.5;
无烟煤Ad%=8.5、Vdaf%=10、St,d%=0.8、可磨指数=72。
经检测,对比例1制备的铁焦的性能参数如下表1中所示。
对比例2
对比例2参照实施例1的制备方法,区别在于配方中各成分的比例不同,具体的:
本对比例的配煤方案为:沥青10%、磁铁矿粉10%、焦煤75%和无烟煤5%,
其中,磁铁矿粉的Fe3O4含量为73.5%;
焦煤Ad%=11、Vdaf%=27,St,d%=0.5,G值=91.5;
无烟煤Ad%=8.5、Vdaf%=10、St,d%=0.8、可磨指数=72;
经检测,对比例2制备的铁焦的性能参数如下表1中所示。
对比例3
对比例3参照实施例1的配煤方案和制备方法,区别在于配方中磁铁矿粉替换成赤铁矿粉,具体的:
本对比例的配煤方案为:沥青10%、赤铁矿粉10%、焦煤70%、无烟煤10%,
其中,赤铁矿粉中的Fe2O3含量为70%;
焦煤Ad%=11、Vdaf%=27,St,d%=0.5,G值=91.5;
无烟煤Ad%=8.5、Vdaf%=10、St,d%=0.8、可磨指数=72;
经检测,对比例3制备的铁焦的性能参数如下表1中所示。
对比例4
对比例4参照实施例1的配煤方案,区别在于,制备方法中,本对比例采用热压成型铁焦制备工艺。
具体的,本对比例的制备方法如下:
按质量百分比称量沥青预先破碎,使<3mm颗粒占95%,称量焦煤、无烟煤、磁铁矿粉与破碎后的沥青混合,再进行二次破碎,二次破碎后<3mm颗粒占98%。然后将混合的煤粉加热到300℃,再进行加压,形成型压密度1200kg/m3、规格500×450×420cm的型煤,并码垛成2×2×2的型煤垛后,装入冷装冷出铁焦炉内,装煤高度控制在2m,以3℃/min的速率升温到800℃,恒温800℃干馏200h,再以4℃/min的速率升温到1150℃,恒温1150℃干馏150h,炉内熄焦湿熄焦,铁焦温度降至室温后,出焦、筛分整粒。
经检测,对比例4制备的铁焦的性能参数如下表1中所示。
对比例5
对比例5参照实施例1的配煤方案,区别在于,本对比例的制备方法中不进行二次破碎。
具体的,本对比例的制备方法如下:
按质量百分比称量沥青,预先破碎,使粒径<3mm颗粒占95%及以上,称量焦煤、无烟煤、磁铁矿粉与破碎后的沥青混合。对混合后的物料进行冷压,形成型压密度1200kg/m3、规格500×450×420cm的型煤,并码垛成2×2×2的型煤垛后,装入冷装冷出铁焦炉内,装煤高度控制在2m,以3℃/min的速率升温到800℃,恒温800℃干馏200h,再以4℃/min的速率升温到1150℃,恒温1150℃干馏150h,炉内熄焦湿熄焦,铁焦温度降至室温后,出焦、筛分整粒。
经检测,对比例5制备的铁焦的性能参数如下表1中所示。
表1
参照对比例1-5和实施例1-5的结果,分析如下:
本发明的实施例1-5中,制备的铁焦的灰分均<10%,热强度均≥65%。其中,实施例1制备的铁焦的灰分最低,同时热强度最高。
对比例1中,焦煤的含量为55%,无烟煤的含量为20%,磁铁矿粉含量为15%,不在本发明的配比范围内;对比例2中,焦煤的含量为75%,也不在本发明的配比范围内。对比例1和对比例2制备的铁焦的灰分(Ad%)均高于10%,而热强度(CSR)低于或等于61%,也就是说得到的铁焦的灰分高,但热强度并不高。
因此,采用本申请的配煤方案,即按照质量百分比计,沥青5-15%、磁铁矿粉5%-10%、焦煤60-70%和无烟煤5-15%,各成分的配比在上述范围内时,制备得到的铁焦的灰分均在10%以下,热强度达到65%以上,性能有较大改善。焦煤、无烟煤或磁铁矿粉的含量过高或者过低时,均影响铁焦的性能,铁焦的灰分会提高,热强度会有所下降。
与采用赤铁矿粉的对比例3相比,本申请实施例1-5采用磁铁矿粉,能够降低铁焦的灰分,同时提高热强度。
与采用热压成型制备工艺的对比例4相比,本申请实施例1-5的配煤方案配合冷压成型工艺,能够进一步提高铁焦的热强度。
将对比例5与实施例1比较可以看出,经过二次破碎步骤后,原料混合更加均匀,有利于降低制备的铁焦的灰分,同时还可以提高热强度。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (9)
1.一种铁焦,其特征在于,所述铁焦的组成按照质量百分比包括:
沥青5-15%、磁铁矿粉5%-10%、焦煤60-70%和无烟煤5-15%,其中,磁铁矿粉中Fe3O4含量≥65%;
所述无烟煤的可磨指数≥70%,Vdaf%≤12%,St,d%≤1%;
所述焦煤的黏结指数≥90%,Vdaf%≤30%、St,d%≤0.8%。
2.根据权利要求1所述的铁焦,其特征在于,所述磁铁矿粉中Fe3O4含量≥73%。
3.根据权利要求1所述的铁焦,其特征在于,所述铁焦的组成按照质量百分比包括:
沥青10-15%、磁铁矿粉5%-10%、焦煤65-70%和无烟煤5-10%。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的铁焦,其特征在于,所述铁焦的Ad%<10%,CSR%≥65%。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的铁焦的制备方法,其特征在于,包括:
(1)称取沥青,预先破碎;
(2)按照质量配比,将预先破碎后的沥青与磁铁矿粉、焦煤和无烟煤混合均匀,进行二次破碎;
(3)压制成型煤块,装入冷装冷出铁焦炉内,进行高温干馏后,炉内熄焦,降至室温后出焦,筛分整粒,得到铁焦。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,将沥青预先破碎为粒径<3mm的颗粒占95%及以上。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,二次破碎后,原料粒径<3mm的颗粒占98%及以上。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,高温干馏过程包括:800-900℃干馏200-250h,然后1100-1200℃干馏100-150h。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,压制成型煤块的密度为1100-1200kg/m3。
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