CN1208429C - 低粘结指数碳材料填充料及以该填充料为主要原料的型焦及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低粘结指数碳材料填充料及以该填充料为主要原料的型焦及其生产方法。本发明的低粘接指数碳材料填充料，是由粘结指数小于40或膨胀序数小于3粒度小于100mm的含碳材料经850-1300℃温度干馏制得。以上述填充料为主要原料生产的型焦，其密度为1.2-1.6克/cm³，挥发份含量0.5-2%。所述的型焦，其形状为圆球体形状且直径大于30mm。本发明的低粘结指数碳材料填充料强度低，易粉碎，挥发份含量很低。以本发明的填充料为主要原料制得的型焦产品具有高密度和高强度以及低挥发份，适合大型高炉使用，球形体型焦可增加高炉内炉料间孔隙度，提高炉温，节省燃料和提高焦比系数。本发明的方法可使现有技术条件下不能炼焦的无烟煤与贫煤作为主要炼焦原料。

Description

低粘结指数碳材料填充料及以该填 充料为主要原料的型焦及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种固体含碳材料与沥青或焦油或是它们的类似物的混合物的焦化产物及其生产方法。

背景技术

传统的焦炭是采用不同品种的烟煤经配煤后进行干馏的产物。这些烟煤品种通常都属于中等煤化(变质)程度的煤种，也就是含有较高的挥发份和具有较高的粘结指数及结焦性能较好的煤种。由于主焦煤及其它适合配煤炼焦的煤种储量有限，采掘成本较高，因而价格亦很高。而大量的不适合炼焦的低粘结性煤或高变质程度的煤如贫煤、无烟煤则价格很低。为此，人们提出了许多利用弱粘结性煤或不粘煤制成型煤进行炼焦的技术方案。其核心内容是通过配煤和掺入添加剂提高入炉原料煤的粘结指数和结焦性能并通过压力成型以提高型焦强度和密度，以下列举是较为典型的示例。

中国专利96122322公开的“一种用无烟煤生产的铸造焦及其制造方法”，其由无烟煤或贫煤与焦粉、石油焦、焦煤或肥煤、焦油沥青、高温焦油组成，主要工艺为粉碎→配料→搅拌→模压成型→炭化→熄焦。这种型焦原料成份多，配制工艺复杂。虽然无烟煤或贫煤含量最高可达57％，但由于这两种煤的粘结指数在0-20之间，结焦性很差，如果采用原煤直接炼焦，必须提高其粘结指数和结焦性，即配入焦煤或肥煤、焦油沥青和高温焦油等价格较高的原料成份，其成本价格仍然在一个较高的水平。此外，由于添加较多的高挥发份原料，在炭化过程中易产生较多的裂纹，降低型焦的强度与块度。第三方面的不足是由于原料成分较多，配煤过程复杂，配煤中稍有不当，就会造成焦炭质量下降，尤其原煤产地经常变化，每次均必须经过精密的分析化验和精确的计算来调整各成份含量，增加经营成本。中国专利01114966公开的“一种瘦煤生产的型焦及其制法”，是由瘦煤与高温煤焦油组成的，该型焦同样是由原煤与高温焦油混合后压力成型，经炭化成焦制成的。虽然其成份较为简单，但瘦煤的挥发份在20-65％之间，再用挥发份较高的煤焦油作为粘接剂时型焦的收缩比很大，成焦时产生大量裂纹导致焦块极易破碎。以焦油作粘结剂时因其粘稠度较低，粘结强度亦低，使得型焦在成焦时完整性难以保持，焦块粒径不能做大，且产品质量不能保证。

中国专利99126265公开的一种“低灰高挥发份长焰煤生产型焦的方法”，该方法是将小于100mm粒度的原料煤在500-700℃温度下干馏制得V^r＜15％的半焦，再将上述半焦配以焦煤或肥煤和中高温焦油，加压成型，然后入炉在900-1100℃下炭化成焦。这种方法虽然将含挥发份较高的长焰煤进行过一次低温干馏，但该半焦成分中仍含有较高的挥发分，再加配焦煤或肥煤和煤焦油，其中的挥发分大大提高，结焦收缩比增加，在成焦过程中仍会产生大量裂纹，降低型焦强度和块度，型焦质量难以保证。

中国专利93112040公开的“一种用焦粉制造铸造型焦的方法”，是采用焦化厂家的焦炭副产品废焦粉加入沥青或焦油等粘结剂加压成型，再进行焙烧而成。这种方法解决了采用原煤加粘结剂直接成型的型焦在焦化过程中因收缩比大造成裂纹增加和容易破碎的缺陷，但是焦化厂家的废焦粉有限，其产品质量与产量也受原料限制，即原料的来源不特定。同时所用的废焦粉都是高粘结性原料煤(配煤)的干馏产物，其粒度比较单一，不利于生产不同块径的型焦。而且所有的这类焦粉在其产生过程中会混入大量的外灰和其它杂质，因而以它为原料的型焦质量不能保证。第三，由于废焦粉来自不同的厂家，成份复杂，难以调配所需质量指标的型焦，只能以原料定产品。

现有技术的生产方法由于原料的高粘结性和成型焦的气孔率高、裂纹多和炭化过程中的变形等问题，以及型焦之间的隔离问题，导致只能生产方形、长方形或圆柱体形状的型焦，特别是不能生产大直径的圆球体状的型焦。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的不足，提出一种低粘结指数碳材料填充料及以该填充料为主要原料的型焦及其生产方法。本发明的低粘结指数碳材料填充料解决了以焦粉为原料生产型焦中的焦粉来源不确定的问题和焦粉粒度太过均一，不利于不同块度型焦生坯料成型的问题以及焦粉灰份高的不足；利用本发明的填充料生产的型焦解决了目前型焦生产中普遍存在的产品孔隙度大，强度低，易破碎和型焦块度难以提高的不足。本发明的方法解决了现有技术条件下尚不能利用低粘结指数和/或低膨胀序数碳材料特别是低粘结性/低膨胀性原煤为主要原料或单一原料生产高品质型焦产品的问题或选用该类原料生产型焦必须添加大量的主焦煤和煤焦油等粘结剂的问题；本发明的方法还解决了现有技术条件下生产的型焦存在大量气孔和裂纹以及强度低，型焦块度小形状单调的不足；本发明提出了型焦及其型焦原料(下一个批量型焦的原料即本炉的型焦填充料)同炉生产的新工艺，同时解决了型焦生产过程中必须在型焦块之间另外添加隔离层料的问题。本发明的方法还解决了球状型焦在炭化过程中的变形和粘连问题和现有技术条件下不能生产大直径(直径大于30mm以上)圆球状型焦的问题。

本发明的低粘结指数碳材料填充料，是由粘结指数小于40或膨胀序数小于3粒度小于100mm的含碳材料经850-1300℃温度干馏制得。

以上述填充料为主要原料生产的型焦，其密度为1.2-1.6g/cm³，挥发份含量0.5-2％。

所述的型焦，其形状为圆球体形状且直径大于30mm。

上述低粘结指数碳材料填充料及以该填充料为主要原料的型焦的生产方法，其主要工艺过程包括配煤、成型、炭化；本发明的方法还包括如下特征：

a.所述填充料是由低粘结指数碳材料制得的生填充料经850-1300℃温度干馏所得；

b.以上述填充料为主要原料制得型焦生坯料；

c.上述生填充料20-100wt％与型焦生坯料0-80wt％混装入炉经850-1300℃温度炭化；

d.将上述炭化所得产品筛分得填充料与型焦，所述填充料经粉碎后二次筛分并分级保存。

本发明的低粘结指数碳材料填充料由于采用低粘结指数含碳材料为原料制得，因此其强度低，易粉碎，由于其粘结性差，干馏温度高，因而其挥发份含量亦很低。

以本发明的填充料为主要原料制得的型焦产品具有高密度和高强度以及低挥发份，属于高档焦炭制品。由于其密度高因此强度亦高，适合大型高炉使用，由于其挥发份很低，避免了在高炉内由于挥发份过早逸出使型焦强度降低而体积收缩或破裂造成的炉料密实度增加，影响炉温的提高。由于型焦形状为圆球体，可增加高炉内炉料间孔隙度，提高炉温，节省燃料和提高焦比系数。

使用本发明的方法，由于大部或全部使用低粘结指数或低膨胀序数的原煤如无烟煤、贫煤、瘦煤等碳材料作为炼焦原料，且不必需另外添加主焦煤等高粘结指数原煤，可节省大量宝贵的焦煤资源，为炼焦原料开辟了广阔的来源。本发明采用了二次成焦方式，完全避免了由原煤与添加剂混合成型后直接成焦或用半焦加添加剂成型后入炉成焦带来的型焦裂纹多，强度低，易破碎等不足；由于应用本发明的方法可大量采用低价原煤因而能大幅度降低焦炭成本，同时还可提高焦炭质量。由于采用二次成焦方式，原煤内的挥发份在第一次入炉干馏时已基本去除，因而，型焦在加压成型时，可以加大型焦的成型压力，提高型焦的密实度，使得型焦在炉内成焦时提高结焦速度，减少成焦时间，提高焦炉效率。由于将生填充料与型焦生坯料混合入炉，使得型焦生坯料周围充满生填充料，型焦生坯料在入炉时软着陆，不会发生破碎；在焦化过程中可增加煤气发生量，有利于提高炉温；型焦生坯料间不会产生粘连和变形，冷却出焦时基本保持入炉时的形态，因此使得生产球状体型焦成为可能。利用本发明的方法制得的填充料可以直接用作高炉增炭剂，扩大了上述原料煤的适用范围。利用本发明的方法生产的型焦密度达到1.2-1.6克/cm³，挥发份低于2％，是其它方法所难以达到的。

具体实施方式

本发明可通过下述方式实现：

首先是选择原煤或其它碳材料比如石油焦，沥青焦或天然石墨，并测定其粘结指数和膨胀序数；这里以粘结指数为主要测定指标，膨胀序数为参考指标。

第二步是配煤，将不同粘结指数或膨胀序数的原煤和/或其它碳材料混合，使其粘结指数调整至40以下，膨胀序数至3以下，并粉碎至粒度小于100mm；至此得到本发明的生填充料。

将上述生填充料入炉干馏至形成填充料，干馏温度为850-1300℃，即通常的成焦温度或略高；由于入炉生填充料的粘结指数和膨胀序数很低，因此干馏后形成的填充料十分疏松，基本保持入炉时的分散状颗粒形态，不会形成焦块。

将填充料粉碎后筛分并分级保存，筛分粒径为小于1mm；1-2mm；2-5mm；5-10mm；10-20mm；20-30mm六个等级。

取上述填充料80-95wt％与沥青5-20wt％分别加热后混合或混合后加热，加热温度80-300℃，所述沥青可以为焦油沥青、石油沥青或天然沥青等任意选择；混合料的粒度选择标准是根据不同型焦产品的块度和强度要求确定，见下表参考范围。

表1  到不同块度型焦生坯料成型配料粒度参考选择表  100wt％  单位mm

将上述混合料在50-400kg/cm²的压力机内成型得成型生焦制品，此处的成型压力依欲成型的生焦制品确定，如果产品密度要求不高，则成型压力可以较低，但最低不应低于50kg/cm²，否则产品强度太低。如果需高密度型焦，则应加大成型压力，最高至400kg/cm²，在此压力之内成型的型焦生坯料经干馏后得到的型焦产品密度与强度基本可以满足现有高炉或其它炉对型焦密度的要求。成型的形状可任意选定，更换不同的型模即可，本发明的形状选定为圆球体。

将上述成型的型焦生坯料与第二步得到的未成型的多余生填充料混合均匀并入炉干馏，干馏温度在850-1300℃。此一步骤的混合比例即生填充料与型焦生坯料混合比例中填充料可达20-100wt％，型焦生坯料的比例为0-80wt％即在某种特定状况下型焦生坯料为零。但生填充料最低不能低于20％。其具体比例根据对二者的需求状况确定，如果对填充料需求多，则加大生填充料的入炉比例。如果对型焦的需求大，则加大型焦生坯料的入炉比例。

将上述干馏产物筛分得两部分产品，其中填充料经二次筛分为表1的六个等级并入库保存以备下一个循环使用；型焦为本发明的最终产品。如果以生产填充料为主，则填充料亦为最终产品。

实施例1  选100吨二号无烟煤，其粘结指数为0，挥发份9％，灰份10％，粉碎至100mm以下的颗粒，以此为生填充料入炉在850-1000℃温度下干馏15小时，得92吨填充料。将该填充料粉碎后筛分为如表1的六个不同粒径级别的原料保存备用。此填充料可作为高炉增炭剂直接使用。亦是生产本发明型焦的主要原料。其理化指标为灰份11％，挥发份1.6％。

实施例2  选用粘结指数为84，挥发份25％，灰份8％的山西古县2号主焦煤20吨；粘结指数为0，挥发份1.5％，灰份10％的煅后无烟煤60吨；粘结指数为0，挥发份1.3％，灰份0.5％的煅后沥青焦20吨混合粉碎至粒径小于100mm，得到100吨生填充料。

取实施例1  所得的填充料，按表1的分类参考数据和欲制型焦块径进行配料，比如型焦块径设计为160mm，在参考数据100-200mm之间，按表1所列参考例2配料范围选配，取填充料50吨，高温沥青10吨分别加热，其中填充料加热温度为300℃，沥青加热温度为100℃，将加热后的填充料与沥青混合均匀。用70kg/cm²的压力在圆形型模内成型得60吨型焦生坯料，将上述60吨型焦生坯料与100吨上述生填充料均匀混合，装入炉温为1000℃的焦炉内干馏9小时，干馏温度最高升至1300℃，得型焦56吨；填充料95吨。型焦理化指标为密度1.2g/cm³；挥发份1.4％；灰份10％。

实施例3  选用粘结指数为83，挥发份34％，灰份8％的山西洪洞2号肥焦煤60吨与粘结指数为0，挥发份1.4％，灰份0.3％的40吨煅后石油焦混合，该混合料灰份5％，挥发份21％，粘结指数30，粉碎至粒度100mm以下，得100吨生填充料。

取实施例2  所得填充料欲产粒径为135mm的球状焦，按表1中参考例3选料共60吨，取石油沥青15吨，二者混合后加热至200℃充分搅拌，用240kg/cm²压力机加压成型，制得75吨型焦生坯料。取本例所得100吨生填充料混合后入炉干馏，入炉温度900℃，干馏温度1100-1200℃，干馏14小时，得80吨填充料，67吨型焦。上述型焦的理化指标如下：密度1.4g/cm³；挥发份1.8％；灰份7.4％。

实施例4  选用粘结指数为0，挥发份36％，灰份6％的神木贫煤100吨，粉碎至粒径小于65mm作为生填充料；

取实施例3  得到的填充料欲生产85mm粒径的球状焦，按表1中参考例1的选料配比，共用68吨；取14吨天然沥青，将填充料加热至250-300℃，沥青加热至其软化点1.2-2倍温度，本实施例为90℃，二者混合后至成型机内成型，成型压力400kg/cm²，得82吨型焦生坯料，将前述100吨生填充料与82吨型焦生坯料混合后装入炉温为800℃的炼焦炉内加温干馏，最高干馏温度为1200℃，干馏时间12小时，得70吨填充料，78吨型焦。该型焦的理化指标如下：密度1.6g/cm³；挥发份1.5％，灰份8.2％。

实施例5  选用粘结指数为0的天然石墨100公斤，粉碎至粒径小于5mm作为配制型焦生坯料的填充料；欲生产直径50mm高50mm的圆柱体型焦。参考表1中的参考例1的选料配比，共用100公斤上述天然石墨填充料；与10公斤中温焦油沥青，90公斤山西寿阳瘦煤粉碎至5mm粒径。将石墨料与原煤料混合加热至200℃，中温沥青加热至150℃后进行混合搅拌。成型压力400kg/cm²，得200公斤型焦生坯料，按实施例1所述方法配制100公斤生填充料，将所得型焦生坯料与生填充料混合后装入干馏炉内，干馏温度为850-1300℃，干馏时间16小时，得92公斤填充料，180公斤型焦。该型焦的理化指标如下：密度1.23g/cm³；挥发份1.0％。

Claims (6)

1、一种低粘结指数碳材料填充料，其特征在于由粘结指数小于40或膨胀序数小于3，粒径小于100mm的含碳材料经850-1300℃温度干馏制得。

2、一种以权利要求1的填充料为主要原料生产的型焦，其特征在于所述型焦的密度为1.2-1.6g/cm³，挥发份含量0.5-2％。

3、根据权利要求2的型焦，其特征在于所述型焦的形状为圆球体形状且直径大于30mm。

4、一种同时生产权利要求1的填充料和权利要求2的型焦的方法，其主要工艺过程包括配煤、成型、炭化；本发明的特征在于：

a.所述填充料是由低粘结指数碳材料制得的生填充料经850-1300℃温度干馏所得；

b.以上述填充料为主要原料制得型焦生坯料；生坯料是由80-95wt％的填充料与5-20wt％沥青的混合料在80-300℃温度下，经50-400kg/cm²的压力成型机加压制得；

c.上述生填充料20-100wt％与型焦生坯料0-80wt％混装入炉经850-1300℃温度炭化；

d.将上述炭化所得产品筛分得填充料与型焦，所述填充料经粉碎后二次筛分并分级保存。

5、根据权利要求4的方法，其特征在于所述碳材料的粘结指数为0-40；粒径小于100mm。

6、根据权利要求4的方法，其特征在于所述填充料经二次筛分按粒径分级分别为小于1mm；1-2mm；2-5mm；5-10mm；10-20mm；20-30mm六个等级。