CN1774514B - 使用直接用宽粒度范围的煤生产的煤压块制造铁水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用直接用宽粒度范围的煤生产的煤压块生产铁水的方法，通过使用煤形成煤填充床，将被还原铁装入煤填充床中，并包括对第一煤组做初次粒度筛选以制备煤粉；将控制煤压块热强度的平均反射度0.8或以上的第二煤组混入煤粉；干燥含第一煤组的煤粉及第二煤组的混合煤并对混合煤做二次粒度筛选；向混合煤加入硬化剂并混合硬化剂与混合煤；向混合煤加入糖蜜粘合剂并混合糖蜜粘合剂与混合煤；通过使混合煤成型生产煤压块，以保证煤压块具有制造铁水的预定热分化率水平；用初次粒度筛选中分离出的块煤和煤压块形成煤填充床，并装入被还原铁以混合至煤填充床；将氧气供至煤填充床以在煤填充床中燃烧煤并使用燃烧热通过熔化被还原铁生产铁水。

Description

使用直接用宽粒度范围的煤生产的煤压块制造铁水的方法
发明背景 
(a)发明领域
本发明涉及生产煤压块的方法及使用其生产铁水的方法和设备。更具体地说，本发明涉及用宽粒度范围的煤直接生产煤压块的方法，以及使用其生产铁水的方法和设备。 
(b)相关技术描述
钢铁工业是核心工业之一，为建筑和制造汽车、船舶、家用器具以及人类使用的许多其他产品提供所需的基本材料。它也是与人类一起发展的、历史最悠久的工业之一。铸铁厂在钢铁工业中起着关键的作用，在铸铁厂中，在使用铁矿石和煤作为原料生产铁水(即熔融状态的生铁)之后，由铁水生产出钢，随后供应给消费者。 
现在，世界上大约60％的铁的生产是通过采用在14世纪开发的鼓风炉熔炼法实现的。在鼓风炉熔炼法中，将以烟煤作为原料生产出的焦炭和经历烧结过程的铁矿石一起置于鼓风熔炉中，并向熔炉提供氧气以还原铁矿石，由此制造铁水。鼓风炉熔炼法是生产铁水中最主要的一个方面，它要求原料具有预定的硬度和粒度，以保证熔炉中的透气性。作为用作燃料和还原剂的碳源，使用由原煤制得的焦炭，而作为铁源，已经使用经历过连续压制过程的烧结矿。因而，在现代的鼓风炉熔炼法中，需要包括原料预处理装置，例如焦炭制造装置和处理铁矿石的烧结装置，并且，不仅需要具有除鼓风炉之外的辅助装置，还需要防止辅助装置中污染生成和使污染最小化的装置。因此，投资额相当大，最终增加了制造成本。为了解决鼓风炉熔炼法的这些问题，现有很多研究致力于直接以原煤作为燃料和还原剂、并直接以铁矿石作为铁源来生产铁水。 
美国专利USP4,409,023和5,534,046均公开了一种用块状铁源生产生铁铁水的方法和装置。所述生产铁水的装置采用一个连接到填充床反应器或流化床反应器上的熔炉-气化器来实现。从填充床反应器或流化床反应器中出来的被还原的铁加入到熔炉-气化器中熔化，然后转化成铁水和炉渣并排放。向熔炉-气化器提供煤以形成煤填充床，并通过煤填充床下部的鼓风口提供氧气以使煤燃烧。燃烧气体在上升通过煤填充床的同时转变成热的被还原气体。热的被还原气体排出熔炉-气化器之外并作为被还原气体提供给填充床反应器或流化床反应器。 
图4是示出上述熔炉-气化器性能的示意图。如图4所示，煤和被还原铁提供到熔炉-气化器40中，熔炉-气化器40主要包括一个位于其上部的穹形部分和位于其下部的煤填充床。 
提供到熔炉-气化器40中的室温的煤在穹形部分中直接接触大约1000℃的热气流，以被快速加热，然后下落到煤填充床的上表面。当向煤填充床的下部移动时，煤通过初级热解区、次级热解区、气化区和燃烧区，转变成热的被还原气体。在初级热解区中，生成焦油和热解气体，在次级热解区中，炭(char)被浓缩(condensed)并生成氢气。 
进一步，在气化区中，如图4中化学式所示发生化学反应。而且，向熔炉-气化器40提供的被还原铁熔化形成熔融的生铁，并发生反应，在该反应中，煤中包含的粉尘和被还原铁中包含的脉石转变成炉渣。熔化和炉渣反应中消耗的热量由被还原铁和煤之间的热交换和燃烧区中煤的燃烧所产生的热的燃烧气提供，所述煤的燃烧是由于化学式中所示的化学反应之故。 
为了使熔炉-气化器具有令人满意的性能，重要的是形成能保持合适的渗透性的煤填充床。为此，需要将煤的粒度控制在特定的范围内。 
美国专利US4,409,023和5,534,046公开了将熔炉-气化器中的煤的粒度限制在8mm到35mm之间。然而，来自不同国家的用于生产铁的煤包括相当数量的粒度小于8mm的煤粉。因此，在加入到熔炉-气化器之前，需要筛选和除去这些煤，导致原煤的相当数量的损失。这也对原煤的粒度施加了过度的限制。 
为了克服这些问题，美国专利US6,332,911公开了在熔炉-气化器中使用煤粉的方法。在该方法中，在具有相同组成和性质的原煤中，粒度等于或大于8mm的块煤被直接加入到熔炉-气化器中，而粒度小于8mm的煤粉在加入沥青作为粘合剂以形成预定尺寸或大于该尺寸的煤压块之后被加入到熔炉-气化器中。 
采用这种方法，组成和性质相同的原料在根据粒度分类后使用。结果，在铁水生产过程中，熔炉-气化器的性能受原煤的影响，使得必须更多地考虑原煤的选择，也就是说，原煤的选择受到限制。另外，在熔炉-气化器中使用煤压块的情况下，必须满足除粒度之外的很多条件以保持合适的透气性。这包括满足耐压强度、热强度、热分化率(hotdifferentiation rate)、粉尘量和固定碳的量等条件。当使用具有相同组成和性质的原煤时，难以满足所有这些条件。 
而且，使用昂贵的沥青作为粘合剂，煤压块的单位成本增加，最终增加了生产铁水的成本。另外，粉尘量难以调整，于是，SiO气体由煤中的SiO2成分在形成于熔炉-气化器中的煤填充床下部的热燃烧区中生成。SiO气体被混入铁水中，所述铁水在煤填充床中的气化区中被还原时熔化，因而增加了铁水中的Si含量，因而降低了铁水的质量。 
发明内容
本发明的用于生产煤压块的方法解决了上述问题，该方法涉及通过向煤粉中加入用于控制质量的煤来生产优质煤压块。 
此外，本发明涉及提供采用生产煤压块的方法来生产铁水的方法。 
更进一步，本发明提供一种更经济的生产铁水的设备，该设备可以应用到实际的装置中，并可使用生产铁水的方法。 
为了达到上述目的，本发明用于生产铁水的生产煤压块的方法包括以下步骤：对第一煤组进行初次粒度筛选以制备煤粉的步骤；将用于控制煤压块的热强度的平均反射度(Rm)等于或大于0.8的第二煤组混入煤粉的步骤；将包括第一煤组的煤粉和第二煤组的混合煤干燥，并对混合煤进行二次粒度筛选的步骤；向混合煤中加入硬化剂并将硬化剂和混合煤混合的步骤；向混合煤中加入糖蜜粘合剂并将糖蜜粘合剂和混合煤混合的步骤；以及通过将混合煤成型以生产煤压块的步骤，从而保证煤压块具有一个用于制造铁水的预定热分化率水平。 
在将第二煤组混入煤粉的步骤中，第二煤组可以混合至占混合煤的15-80重量％。 
在加入硬化剂的步骤中，优选的是，一种或多种硬化剂选自生石灰、熟石灰、石灰石、碳酸钙、水泥、膨润土、粘土、硅石、硅酸盐、 白云石、磷酸、硫酸和氧化物。 
更优选硬化剂是熟石灰。 
在加入硬化剂的步骤中，硬化剂可以是生石灰，且生石灰可以按照下面的化学式转变为熟石灰： 
CaO+H2O→Ca(OH)2
在加入硬化剂的步骤中，硬化剂可以是生石灰，且生石灰和糖蜜粘合剂可以形成糖二酸钙(calcium saccharate)键。 
在加入硬化剂的步骤中，可以按每100重量份经过干燥和粒度筛选的混合煤中加入1-5重量份的硬化剂；在加入糖蜜粘合剂的步骤中，可以加入5-15重量份的糖蜜粘合剂。 
在将混合煤干燥并对混合煤进行二次粒度筛选的步骤中，混合煤的水含量优选控制为混合煤的4-10重量％。 
在生产煤压块的步骤中，煤压块优选含有20-40％的挥发性物质、20％或更少的煤灰和45-70％的固定碳，以干重计。 
在生产煤压块的步骤中，煤灰优选含有50％或更少的SiO2。 
在生产煤压块的步骤中，煤压块可以含有80％或更多的以冷强度测定法测得的10mm或更大的煤压块。所述冷强度测定法为：使2kg样品煤压块四次从5m高处自由下落到钢板上，并测量剩余煤压块的粒度。 
在生产煤压块的步骤中，煤压块可以含有60％或更多的以热强度测定法测得的粒度为15mm或更大的炭。所述热强度测定法为：使氮气通过1000℃的反应炉，以在惰性气氛中得到炭，并测量炭的粒度。 
为达到上述目的，本发明的生产铁水的过程涉及生产铁水的方法，在所述方法中，用煤形成煤填充床，并将经过初步还原的被还原铁加入到煤填充床中。生产铁水的方法包括以下步骤：对第一煤组进行初次粒度筛选以制备煤粉的步骤；将用于控制煤压块的热强度的平均反射度(Rm)等于或大于0.8的第二煤组混入煤粉的步骤；将包括第一煤组的煤粉和第二煤组的混合煤干燥，并对混合煤进行二次粒度筛选的步骤；向混合煤中加入硬化剂并将硬化剂和混合煤混合的步骤；向混合煤中加入糖蜜粘合剂并将糖蜜粘合剂和混合煤混合的步骤；通过将混合煤成型以生产煤压块的步骤，从而保证煤压块具有一个用于制造铁水的预定热分化率水平；用初次粒度筛选时分离出的块煤和煤压块形 成煤填充床，并加入被还原铁以混合入煤填充床的步骤；以及向煤填充床提供氧气以使煤在煤填充床中燃烧，并用燃烧的热量熔化被还原铁以生产铁水的步骤。 
在将第二煤组混入煤粉的步骤中，第二煤组优选混合至占混合煤的15-80重量％。 
将混合煤干燥并对混合煤进行二次粒度筛选的步骤可以包括将混合煤干燥的步骤和将干燥的混合煤中粒径大于4mm的混合煤粉碎的步骤，以选取粒径等于或小于4mm的混合煤。 
在加入硬化剂的步骤中，一种或多种硬化剂选自生石灰、熟石灰、石灰石、碳酸钙、水泥、膨润土、粘土、硅石、硅酸盐、白云石、磷酸、硫酸和氧化物。 
在加入硬化剂的步骤中，可以按每100重量份经过干燥和粒度筛选的混合煤中加入1-5重量份的硬化剂。另外，在加入糖蜜粘合剂的步骤中，可以加入5-15重量份的糖蜜粘合剂。 
在加入糖蜜粘合剂的步骤中，可以加入固含量为70-85重量％的糖蜜粘合剂。 
在生产煤压块的步骤中，煤压块优选含有20-40％的挥发性物质、20％或更少的煤灰和45-70％的固定碳，以干重计。 
在生产煤压块的步骤中，煤灰优选含有50％或更少的SiO2。 
在生产煤压块的步骤中，煤压块的体积优选为10-50cm3。 
在生产煤压块的步骤中，煤压块优选含有80％或更多的以冷强度测定法测得的10mm或更大的煤压块。所述冷强度测定法为：使2kg样品煤压块四次从5m高处自由下落到钢板上，并测量剩余煤压块的粒度。 
在生产煤压块的步骤中，煤压块优选含有60％或更多的以热强度测定法测得的粒度为15mm或更大的炭。所述热强度测定法为：使氮气通过1000℃的反应炉，以在惰性气氛中得到炭，并测量炭的粒度。 
在形成煤填充床的步骤中，煤压块优选为用以形成煤填充床的煤的20-80重量％范围。 
在生产铁水的步骤中，溶于铁水中的Si含量优选为1重量％或更少。 
可以进一步包括将在生产煤压块过程中产生的煤粉回收，并将所述煤粉与混合煤混合的步骤。 
在生产铁水的步骤中，可以加入通过对块状铁矿石进行初步还原制得的被还原铁和添加剂。另外，可以对小尺寸的铁矿石和添加剂进行初步还原和热压，然后将被还原铁加入。 
本发明涉及生产铁水的设备，在所述设备中，煤和经过初步还原的被还原铁被加入到熔炉-气化器中以生产铁水。生产铁水的设备包括粒度筛选器，用于进行第一煤组的初次粒度筛选；煤储料箱，用于提供用于控制煤压块的热强度的平均反射度等于或大于0.8的第二煤组，所述煤储料箱独立于粒度筛选器进行该操作；连接于粒度筛选器和煤储料箱上的预处理单元，用于将第一煤组的煤粉和第二煤组混合，并进行干燥和二次筛选；至少一个连接于预处理单元上的混合器，引入用于与混合煤混合的糖蜜粘合剂和硬化剂，所述混合煤由第一煤组的煤粉和第二煤组混合；连接于混合器上的辊压机，用于将混合煤成型生产煤压块，从而保证煤压块具有一个用于制造铁水的预定热分化率水平；以及连接于粒度筛选器和辊压机上的熔炉-气化器，其中加有从粒度筛选器中分离出的块煤、在辊压机中成型的煤压块以及被还原铁，并在供以氧气时生产铁水。 
所述生产铁水的设备也可以包括用于提供糖蜜粘合剂的粘合剂罐和提供一种或多种硬化剂的硬化剂罐，所述一种或多种硬化剂选自生石灰、熟石灰、石灰石、碳酸钙、水泥、膨润土、粘土、硅石、硅酸盐、白云石、磷酸、硫酸和氧化物。粘合剂罐和硬化剂罐优选与混合器连接。 
预处理单元可以包括连接于粒度筛选器和煤储料箱的干燥器，以干燥由第一煤组的煤粉和第二煤组混合而成的混合煤；包括另一个粒度筛选器，用于从干燥器中选取粒径等于或小于4mm的煤，并将所述煤运送到混合器中；以及包括粉碎机，用于将经过粒度筛选的粒径大于4mm的煤粉碎。 
混合器优选包括揉和器，用于将混合煤和糖蜜粘合剂揉和。 
本发明的用于生产铁水的设备也可以包括连接于辊压机和混合器的循环装置，所述循环装置收集在生产煤压块过程中生成的煤粉，并将所述煤粉提供给混合器。 
本发明的用于生产铁水的设备也可以包括连接于辊压机上的煤压 块储料箱，用于临时储存在辊压机中成型的煤压块。 
附图说明
图1是本发明第一个实施方案的生产铁水的设备的示意图。 
图2是本发明第二个实施方案的生产铁水的设备的示意图。 
图3是本发明的实验实施例中测量热强度所采用的测试设备的示意图。 
图4是示出了生产铁水过程中熔炉-气化器中的性能的示意图。 
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方案进行详细描述。实施方案示例性说明本发明，但并不是限制性的。 
本发明提供一种用宽粒度分布的煤生产铁水的方法。为了保证熔炉-气化器中的透气性，防止散落，本发明提供了一种用于生产铁水的装置，该装置将供入熔炉-气化器的煤的粒度控制在至少一个预定的尺寸。也就是说，在本发明的用于生产铁水的装置和方法中，将大于预定尺寸的块煤直接加入熔炉-气化器中，将等于或小于预定尺寸的煤粉压制成的煤压块加入熔炉-气化器中，形成煤填充床。另外，在本发明的用于生产铁水的装置和方法中，在生产煤压块过程中，将用于控制质量的煤与煤粉混合，然后将混合煤成型为煤压块，以此保证预定的热强度和冷强度。因而，熔炉-气化器的性能得到改进，并生产出优质的铁水。 
如果以这种方式将用于控制质量的煤和煤粉混合，可以通过控制多个变量使铁水的质量得以提高。具体而言，可以通过控制用于控制质量的煤的反射度、用于控制质量的煤与煤粉的混合比以及块煤与煤压块的比率来生产优质的铁水。 
特别是，在混合用于控制质量的煤以生产具有所需性质的铁水时，由包括在铁水生产装置中的煤供应装置所提供的煤压块必须满足以下条件： 
(1)煤的粒度必须限制在合适的范围内。 
通过满足该条件，燃烧区产生的热燃烧气均匀地分布在熔炉-气化器中的煤填充床中，可以使热燃烧气和被还原铁以及煤之间的热效率提高。而且，由于煤填充床的孔隙度可以适当地保持，生铁水和炉渣可以在煤填充床中均匀地向下流动。 
(2)必须保证煤压块合适的冷强度水平。 
通过满足该条件，可以将供入熔炉-气化器的煤压块在输送和储存过程中因产生粉末而导致的损失最小化。 
(3)必须保证合适的热分化率水平。 
在向熔炉-气化器中加入煤压块的情况下，由在熔炉-气化器穹形部分中的快速加热引起热分化率，从而生成细颗粒。这些细颗粒保证了预定的热分化率，因而将由穹形部分中形成的热气流引起的向熔炉-气化器之外的散落损失最小化。 
(4)必须保证煤压块合适的热强度水平。 
通过满足该条件，可以经受住煤填充床上部加入的物料的负载，并经受住来自熔炉-气化器中煤填充床发生气化区域的下部的燃烧气的压力。 
(5)原煤中必须包括合适量或更少量的煤灰。 
通过满足该条件，可以维持炉渣的量在预定或更低的水平，所述炉渣由发生气化区域中的煤和被还原铁中的脉石成分通过炉渣反应(slag reaction)生成。 
(6)必须保证合适水平的固定碳。 
通过满足该条件，可以防止在发生气化的区域中加热并由该区域提供给发生燃烧的区域的碳量的不足。 
在本发明中，通过粒度筛选过程满足条件(1)，通过将合适的粘合剂与煤混合满足条件(2)，并通过采用合适的用于控制质量的煤满足条件(3)至(6)。如果不将用于控制质量的煤单独用于混合，且仅将块煤和煤压块作为煤提供给熔炉-气化器，将难于满足条件(3)至(6)。 
下面将更详细地描述就煤压块的性质而言满足上述条件的本发明的生产铁水的设备和方法。 
图1和2是分别根据本发明的第一和第二个实施方案的生产铁水的装置的示意图。图1示出了采用填充床反应器100的生产铁水的装置10，图2示出了采用流化床反应器200的生产铁水的装置20。装置10和20都包括一个具有相同结构的煤供应装置400，煤通过煤供应装置400提供给熔炉-气化器300以形成煤填充床。 
在图1所示的根据本发明的第一个实施方案的生产铁水的装置10中，块状铁矿石和添加剂在填充床反应器100中混合，并经过初步还原 以生产被还原铁。然后，被还原铁加入到熔炉-气化器300中的煤填充床中，以此生产铁水。煤填充床由来自煤供应装置400的煤形成。 
在图2所示的根据本发明的第二个实施方案的生产铁水的装置20中，小粒度的铁矿石和添加剂在流化床反应器200中混合，并经过初步还原。然后，热压后的被还原铁由与流化床反应器200连接的热压装置220提供给煤填充床，所述煤填充床由煤供应装置400提供的煤形成。然后在熔炉-气化器300中生产铁水。热压后的原料通过热的中间容器装置240提供给熔炉-气化器300，这样可保持合适的供应量。 
煤供应装置400对于根据本发明的第一和第二个实施方案的生产铁水的装置10和20来说是相同的，下面将要分别说明。 
根据本发明的第一和第二个实施方案的生产铁水的装置包括粒度筛选器411，用于进行第一煤组的初次粒度筛选；煤储料箱417，用于提供反射度等于或大于0.8的用于控制质量的第二煤组，所述煤储料箱417独立于粒度筛选器411进行该操作；预处理单元419，连接于粒度筛选器411和煤储料箱417，在将第一煤组的煤粉和第二煤组混合时进行干燥和二次筛选；至少一个混合器425，连接于预处理单元419，引入用于与混合煤混合的糖蜜粘合剂和硬化剂，所述混合煤由第一煤组的煤粉和第二煤组混合；辊压机427，连接于混合器425，用于将混合煤成型；以及熔炉-气化器300，连接于粒度筛选器411和辊压机427。将从粒度筛选器411中分离出的块煤、在辊压机427中成型的煤压块以及被还原铁加入熔炉-气化器300中。然后，向熔炉-气化器300中提供氧气以生产铁水。以上装置包括在煤供应装置400中。铁水和炉渣在熔炉-气化器300中形成。第一煤组和第二煤组不采用另外的方法混合，而是顺次通过该方法自由混合。例如，可以在用传送带输送第一煤组的时候将第二煤组倾卸到传送带上，从而使第一煤组和第二煤组混合在一起。 
另外，根据本发明的第一和第二个实施方案的生产铁水的装置包括用于提供粘合煤的糖蜜粘合剂的粘合剂罐423，以及提供一种或多种硬化剂的硬化剂罐421，所述一种或多种硬化剂选自生石灰、熟石灰、石灰石、碳酸钙、水泥、膨润土、粘土、硅石、硅酸盐、白云石、磷酸、硫酸和氧化物。硬化剂罐421与粘合剂罐423分开。粘合剂罐423 和硬化剂罐421与混合器425连接。 
混合器425可以包括另一个混合器，用于另行混合甜蜜粘合剂和硬化剂，并可以包括用于将两者揉和在一起的揉和器。 
如图1放大的矩形中所示，预处理单元419包括连接到粒度筛选器411和煤储料箱417上的干燥器459，以干燥由第一煤组的煤粉和第二煤组混合而成的混合煤；包括另一个粒度筛选器461，用于从干燥器459中筛选粒径等于或小于4mm的煤；以及包括粉碎机463，用于将经过粒度筛选的粒径大于4mm的煤粉碎。预处理单元419可以进一步包括混合煤储料箱465，用于选择性和临时性地储存粒径等于或小于4mm的煤。这不仅可以应用于本发明的第一个实施方案，也可以应用于图2所示的本发明的第二个实施方案。 
在原煤中，不能通过粒度筛选器411的粒径大于8mm的块煤通过块煤干燥装置413被干燥，然后直接加入熔炉-气化器300中。块煤在块煤干燥装置413中被干燥，以此控制块煤中的含水量等于或小于4重量％。另一方面，通过粒度筛选器411的第一煤组的煤粉储存在煤粉储料箱415中，然后与储存于煤储料箱417中的用于控制质量的第二煤组混合，并成型为煤压块。然后煤压块临时储存于煤压块储料箱431中，并提供给熔炉-气化器300。 
根据本发明的第一和第二个实施方案的装置进一步包括连接于辊压机427上的循环装置440，所述循环装置收集在生产煤压块过程中生成的煤粉，并将所述煤粉提供给混合器425。循环装置440包括煤粉筛选器429、煤粉储料箱433和循环管435。另外，循环装置440可以包括进行循环所需的附加设备。循环装置440将煤粉筛选器429中筛选的煤粉通过循环管435提供给煤粉储料箱433进行临时储存，然后通过循环管将煤粉提供给混合器425。 
采用根据本发明的第一和第二个实施方案的生产铁水的装置，通过下列各步骤生产铁水。 
生产煤压块的步骤包括：以第一煤组为原煤进行初次粒度筛选以制备煤粉的步骤；将平均反射度(Rm)等于或大于0.8的第二煤组混入煤粉的步骤；将包括第一煤组的煤粉和第二煤组的混合煤干燥的步骤，以及对混合煤进行二次粒度筛选的步骤；向混合煤中加入硬化剂并将 硬化剂和混合煤混合的步骤；向混合煤中加入糖蜜粘合剂并将糖蜜粘合剂和混合煤混合的步骤；以及通过将混合煤成型以生产煤压块的步骤。 
生产铁水的方法包括：用初次粒度筛选时分离出的块煤和煤压块形成煤填充床，并加入被还原铁以混合入煤填充床的步骤，向煤填充床提供氧气以使煤在煤填充床中燃烧的步骤，以及用燃烧的热量熔化被还原铁以生产铁水的步骤。向混合煤中加入糖蜜粘合剂的步骤可以包括揉和过程，以使它们混合得更均匀。 
煤组指的是煤的集合体，其中混合了至少一种或多种类型的煤。初次粒度筛选的8mm粒径标准用于区分块煤和煤粉。在生产铁水的填充床反应器中，由于优选使用粒径大于8mm的块煤，并将其与等于或小于8mm的煤粉分离，因此采用上述标准进行粒度筛选。上述标准仅仅是本发明的一个实例，本发明并不受其限制。因此，可能采用其它标准进行粒度筛选。 
此外，将反射度(Rm)为0.8或以上的煤与煤粉混合。在分析煤结构时，如果使用显微镜计算组分结构组分(constituent structuralcomponents)以及微量结构组分(minute structural components)的含量比，则反射度用反射光的振幅或能量示出，且在光导至材料物体(material object)表面时用入射光的振幅或能量示出。所使用煤的平均反射度用显微镜和波长546nm的光通过测量微量结构组分的最大反射度测定。煤可通过煤的主要组分，即镜质组(vitrinite)的反射度评价，并且平均反射度与热强度成比例。因此，平均反射度越高，煤压块的热强度越大，而熔炉-气化器中煤压块的性能就越有利。 
当用于控制质量的煤的平均反射度(Rm)小于0.8时，用于控制质量的煤迅速分化(differentiate)，导致其不仅热强度低，并且使其不足以用作热源。因此，用于控制质量的煤的平均反射度应优选为0.8或以上。炼焦煤是一种用于控制质量的煤的实例。对于煤而言，其平均反射度通常不超过3.0。 
在本发明中，当将用于控制质量的煤的第二煤组混合至煤粉中时，优选加入第二煤组直至其量为混合煤的15～80重量％。如果用于控制质量的煤小于混合煤的15重量％，则原煤粉特性的改善将变得困难。此外，如果用于控制质量的煤超过混合煤的80重量％，则高温下煤压 块的性能相对于煤压块原材料成本的增大而言，仅有少量提高。 
在本发明中，可加入并混合糖蜜粘合剂和硬化剂。优选地，可以按每100重量份经过干燥和粒度筛选的混合煤中加入1-5重量份的硬化剂以及5-15重量份的糖蜜粘合剂。 
如果作为一种硬化剂将生石灰(CaO)与混合煤混合，则混合煤中残余的水与生石灰(CaO)反应，并通过以下化学式1所示的化学反应转变为氢氧化钙[Ca(OH)2]，从而通过剧烈的发热反应除去水。随后的成型过程由于除去了所含的水得以顺利实现，并且保证了预定的强度。 
[化学式1] 
CaO+H2O→Ca(OH)2
如果水以上述方式除去，并且使用糖蜜粘合剂作为粘合剂，则生石灰和糖蜜粘合剂将通过糖二酸钙键的化学反应提高煤压块的强度，并防止糖蜜粘合剂在水中溶解。 
在本发明中，优选每100重量份的混合煤中加入1～5重量份的硬化剂。如果硬化剂的量小于1重量份，将有可能无法充分除去水，导致糖蜜粘合剂与硬化剂之间不能形成良好的糖二酸钙键，从而使得煤压块的强度下降。此外，如果硬化剂超过5重量份，则煤压块的性能下降。 
优选地，糖蜜粘合剂的加入量为5～15重量份。如果加入的糖蜜粘合剂的量少于5重量份，则煤压块的强度将下降，因为煤粉中糖蜜粘合剂的量不足。并且，如果加入的糖蜜粘合剂的量大于15重量份，则在与煤粉混合的过程中，将出现粘附及其它类似问题。对于糖蜜粘合剂而言，固含量优选为70～85重量％。如果固含量小于70重量％，则表现出粘合性能的糖的含量较低而水的含量较高，导致煤压块的强度下降。并且，如果固体的含量超过85重量％，则粘合剂的粘度上升导致难以实现均匀的混合。 
在以上描述中，虽然加入的是糖蜜粘合剂，但本发明并不限于这一方面，将其它的粘合剂以及改善其它粘合剂性能的其它添加剂与煤压块混合亦可实现本发明。 
此外，在本发明中，干燥混合煤并进行二次粒度筛选的步骤可包括下列步骤：干燥混合煤的步骤，以及将已干燥的混合煤中粒径超过4mm的混合煤碾碎，以使混合煤的粒径为4mm或以下的步骤。考虑到 与硬化剂的混合量，优选混合煤中水的量为总量的4～10重量％。如果混合煤中水的量小于4％，则混合煤与硬化剂之间的反应不充分导致最终生产的煤压块的强度下降。并且，如果混合煤中水的量超过10重量％，则在成型过程中发生粘合和粘结(cohesion)，导致产量和操作效率下降。此外，如果混合煤的粒径超过4mm，则由于粒径较大，煤压块可能在成型的过程中破裂。因此，煤的粒径必须控制在4mm或以下。 
在通过辊压机427成型的煤压块中，挥发性物质的含量优选为20～40％，煤灰的含量为20％或以下，固定碳的含量为45～70％，以干重计。如果挥发性物质的量小于20％，则生成的为还原铁矿所需的气体的量将减至最低，导致无法充分实现还原作用，并且燃料成本增大。如果挥发性物质的量超过40％，则为生产铁水所需的固定碳的量将减少。此外，如果煤灰的含量超过20％，则燃料成本增大，因为炉渣的体积增大。并且，如果固定碳的量低于45％，则燃料成本也将提高，而如果固定碳的量超过70％，则为还原矿石所需的气体的量也将降低，导致还原不充分并且燃料成本增大。 
关于煤压块中所包含的煤灰的组成，优选SiO2的含量应为50％或以下。如果煤灰中SiO2的含量超过50％，则铁水中Si的量增大导致铁水的质量下降。 
此外，煤压块必须具有足够高的冷强度以便于运输和存储，并且必须具有足够高的热强度以将细粒的产生降至最低，从而可在装填至熔炉-气化器的过程中保证渗透速度。 
至于煤压块冷强度的评价方法，将2kg的样品煤压块从5m的高度自由落至钢板上。该过程进行4次。接着，测定粒径保持在10mm或以上的煤压块的量。优选地，粒径保持在10mm或以上的煤压块的量为80％或以上。如果该量小于80％，则煤压块运输和储存过程中分化的速度提高，导致操作费用增大，并且因对生产过程有负面影响之故而导致生产不稳定。并且，由于熔炉-气化器中铁水温度下降，导致产量降低。 
至于煤压块热强度的评价方法，使氮气穿过1000℃的反应炉，将在惰性气氛中获得的炭的粒度分为粒度为15mm或以上的较大粒度的比例以及粒度在10mm或以下的较小粒度的比例。大粒度的比例越大并 且小粒度的比例越小，则煤压块的热强度越大。优选地，大粒度的比例为总数的60％或以上，以保证煤压块具有优良的热强度。如果在煤压块的热强度测定法中，大粒度炭的比例小于60％，则煤压块在熔炉-气化器中不充分燃烧，并且在粉尘收集器中过量收集，导致制造成本和燃料成本增大。 
当装入熔炉-气化器中时，煤压块和块煤的体积是有差异的。制得的煤压块，其均匀体积为10～50cm3，优选20～40cm3。由于获得的天然态的块煤，其尺寸小于煤压块的尺寸，因此考虑到通风，优选使用较大的煤压块。考虑到块煤的体积，则煤压块的上述体积范围是一个适宜的值以便保证优良的通风。 
如果将以上述方式生产的煤压块和粒径大于8mm的块煤一起装入熔炉-气化器中以形成煤填充床，则具有其天然组分和性能的块煤对于熔炉-气化器的组分和性能标准可能并不适宜。因此，优选根据块煤的组分和性能调节所使用的量以满足熔炉-气化器的组分和性能标准。故而，使用总煤量20～80重量％的煤压块装入熔炉-气化器中。如果煤压块的量低于总煤量的20重量％，则难以改善气体的分布、气化、燃烧反应、铁水流及炉渣等等。如果煤压块的量超过80重量％，则所使用的块煤的量将降至非常低，导致有效管理原煤的库存出现问题。 
特别地，如果仅使用块煤生产铁水，则引入的SiO2的量为约100kg/吨煤，导致在煤填充床下部区域形成的热燃烧区中产生SiO2，该SiO2 混合至于煤填充床气化区中被还原并熔化的铁水中，从而导致铁水中[Si]的含量增大。相反地，由于在装入混有用于控制质量的煤的煤压块时，原料煤中煤灰的量是可以降低并控制的，因此SiO2的引入量降低至约55kg/吨煤压块，从而将产生的SiO气体的量降至最低。最终，降低了铁水中[Si]的含量。 
如果使用由上述方法生产的煤压块生产铁水，优选溶解在铁水中的Si的含量为1重量％或以下。如果溶解在铁水中的Si的含量大于1重量％，则铁水的质量下降。 
下面将通过实验实施例详细描述本发明。下述实验实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明。 
实验实施例
在以下实验实施例中，进行下述试验，旨在通过调节用于控制质量的煤的反射度和混合比以及所使用的煤压块的量以生产出质量优良的铁水。在本发明的下述实验实施例中，改变了用于控制质量的煤的反射度和混合比以及所使用的煤压块的量。 
用于控制质量的煤的反射度和混合比
在本发明的实验实施例中，混合有不同平均反射度(Rm)的各种类型的煤以生产煤压块，然后测量其热强度。如下表1所示。为提高煤粉的质量，使用了平均反射度高于煤粉的用于控制质量的煤组与煤粉混合。 
[表1] 
Figure G05800331419950507D000151
在本发明的实验实施例1～8中，以100重量份的混合煤计，先混合粒径为4mm或以下的A型煤组至F型煤组，接着再混入8重量份的作为粘合剂的糖蜜粘合剂以及3重量份的作为硬化剂的生石灰，使用辊压机生产尺寸为64.5mm×25.4mm×19.1mm的枕形煤压块。然后测量煤压块的热强度。此外，为与实验实施例1～10比较，在对比例1～3中，将8重量份的作为粘合剂的糖蜜粘合剂和3重量份的作为硬化剂的生石灰混合至性能与煤粉相似的E型煤组和F型煤组中的一组，使用辊压机生产煤压块。然后测量煤压块的热强度。在G型煤组中，使用块煤代替煤压块，并测量其热强度。 
测量热强度以确定熔炉-气化器中产生的煤压块热解量，热强度的测量采用图3的热解测试设备30。图3是用于测量本发明实验实施例 中煤压块热强度的热解测试设备的示意图。热解测试设备30的温度维持在1000℃，并且氮气以2L/min的速度穿过设备的下部以保持惰性气氛。在这些条件下，每隔10分钟，将煤压块试样36送至直径为60mm的石英管33中，每次两个试样。重复上述操作四次，总共测量8个煤压块试样36。送入煤压块试样36后，提取出样品煤压块并使其冷却，使用标准筛测量粒度分布的变化。由于热解度越低，热强度越高，因此如果有大量的大粒度炭和微量的小粒度炭时，即可确定热强度是优良的。在本发明的实验实施例中，热强度的测定是通过测量粒度高至15mm或以上的炭及粒度低达10mm或以下的炭的分布。 
实验实施例1
参考表1，先混合70重量％的E型煤组和30重量％的A型煤组，接着混入8重量份的作为粘合剂的糖蜜粘合剂以及3重量份的作为硬化剂的生石灰，生产煤压块。然后测量煤压块的热强度。 
实验实施例2
参考表1，除了混合70重量％的E型煤组和30重量％的B型煤组以外，实验实施例2的其它方面与实验实施例1相同。 
实验实施例3
参考表1，除了混合70重量％的E型煤组和30重量％的C型煤组以外，实验实施例3的其它方面与实验实施例1相同。 
实验实施例4
参考表1，除了混合50重量％的E型煤组和50重量％的C型煤组以外，实验实施例4的其它方面与实验实施例1相同。 
实验实施例5
参考表1，除了混合20重量％的F型煤组和80重量％的B型煤组以外，实验实施例5的其它方面与实验实施例1相同。 
实验实施例6
参考表1，除了混合80重量％的E型煤组和20重量％的D型煤组以外，实验实施例6的其它方面与实验实施例1相同。 
实验实施例7
参考表1，除了混合85重量％的E型煤组和15重量％的D型煤组以外，实验实施例7的其它方面与实验实施例1相同。 
实验实施例8
参考表1，除了混合50重量％的E型煤组和50重量％的F型煤组以外，实验实施例8的其它方面与实验实施例1相同。 
实验实施例9
参考表1，除了混合10重量％的E型煤组和90重量％的A型煤组以外，实验实施例9的其它方面与实验实施例1相同。 
实验实施例10
参考表1，除了混合10重量％的E型煤组和90重量％的B型煤组以外，实验实施例10的其它方面与实验实施例1相同。 
对比例1
参考表1，除了使用100重量％的E型煤组以外，对比例1的其它方面与实验实施例1相同。 
对比例2
参考表1，除了使用100重量％的F型煤组以外，对比例2的其它方面与实验实施例1相同。 
对比例3
对于全部G型煤组，仅使用块煤，而不使用煤压块。 
测量根据实验实施例和对比例生产的煤压块的热强度，如下表2所示。 
[表2] 
Figure G05800331419950507D000171
Figure G05800331419950507D000181
当仅使用块煤，而不使用煤压块生产铁水时，如对比例3所示，热强度为约57.0％。因此，通过混合煤生产煤压块时的热强度肯定高于仅使用块煤时的热强度，故而可确保生产更经济。 
如表2所示，在实验实施例1～7以及实验实施例9和10中，粒径为15mm或以上的炭的比例为至少60％，而粒径为10mm或以下的炭的比例不超过3％，因此热强度相对较高。另一方面，在实验实施例8中以及对比例1～3中，粒径为至少15mm的炭的比例低于60％，而粒径为10mm或以下的炭的比例为至少2.7％，这表明热强度相对较低。 
此外，从实验实施例5、9和10中显而易见的是，当混合的用于控制质量的煤分别为80重量％的B型煤组、90重量％的A型煤组和90重量％的B型煤组时，热强度仅有微小的变化，其热强度分别为87.8％、86.5％和90.9％。 
从以上实验实施例中显而易见的是，如果煤压块的生产是通过混合反射度与D型煤组的反射度相当或更高的煤时，可获得较高的热强度。因此，用于质量控制的煤的平均反射度优选应至少为D型煤组的 反射度，即0.8。更优选地，用于质量控制的煤，其平均反射度应为B型煤组的反射度，即1.27，以使热强度高于70.0重量％。 
此外，从实验实施例7中显而易见的是，加入的用于控制质量的煤的量应为至少15％，以获得具有良好热强度的煤压块。 
煤压块的使用比
在本发明的实验实施例中，当生产实验实施例2和3的煤压块时，通过以下试验测定了铁水性能随所使用煤压块的量的变化。 
使用实验实施例2的煤压块
为测定铁水性能随煤压块和块煤的混合比的变化，对所使用的根据实验实施例2生产的煤压块的量进行了调整以进行以下试验。试验结果如表3所示。 
实验实施例2-1
先混合70重量％的E型煤组和30重量％的B型煤组，如实验实施例2所示，然后混合8重量份的作为粘合剂的糖蜜粘合剂和3重量份的作为硬化剂的生石灰，以生产煤压块。在装入的煤中，有20重量％的煤压块，而剩下的80重量％为块煤。 
实验实施例2-2
在装入的煤中，有30重量％的实验实施例2的煤压块，而剩下的70重量％为块煤。 
实验实施例2-3
在装入的煤中，有50重量％的实验实施例2的煤压块，而剩下的50重量％为块煤。 
对比例4
仅将块煤送入熔炉-气化器中，而不使用煤压块。 
[表3] 
Figure G05800331419950507D000191
Figure G05800331419950507D000201
如表3所示，当使用的煤压块的量从20重量％增大时，熔炉-气化器中的风压和压力损失稳定下来，使得气体分布变得均匀并且通风作用有所改善。这是因为当使用煤压块时，装入的煤的粒度逐渐均匀，并且炭粒在高温下变得稳定。因此，从熔炉-气化器下部区域上升的气体和从熔炉-气化器上部区域下降的被还原铁之间的热交换效率得到提高。这导致铁水的生产速度提高，并且降低了燃料成本。 
使用实验实施例3的煤压块
为测定铁水性能随煤压块和块煤的混合比的变化，改变所使用的实验实施例3生产的煤压块的量以进行以下试验。试验结果如下表4所示。 
实验实施例3-1
先混合70重量％的E型煤组和30重量％的C型煤组，如实验实施例3所示，然后混合8重量份的作为粘合剂的糖蜜粘合剂和3重量份的作为硬化剂的生石灰，以生产煤压块。在装入的煤中，有20重量％的煤压块，而剩下的80重量％为块煤。然后，供以少量焦炭以保持熔炉-气化器的操作条件稳定。 
实验实施例3-2
在装入的煤中，有40重量％的实验实施例3的煤压块，而剩下的60重量％为块煤。然后，供以少量焦炭以保持熔炉-气化器的操作条件稳定。 
实验实施例3-3
在装入的煤中，有50重量％的实验实施例3的煤压块，而剩下的50重量％为块煤。 
对比例5
仅将块煤送入熔炉-气化器中，而不使用煤压块。然后，供以少量焦炭以保持熔炉-气化器的操作条件稳定。 
[表4] 
Figure G05800331419950507D000211
从表4显而易见的是，当使用的煤压块的量从20重量％增大时，铁水温度的偏差逐渐减小。此外，当煤压块的量为装入的煤的50％时，如实验实施例3-3所示，铁水中的[Si]的量显著降低至0.59％，并且随着使用的煤压块的量增大，铁水的温度和铁水中[Si]的浓度均显著降低。 
此外，随着所使用煤压块的量增大，气流分布由于煤填充床透气性的提高而变得均匀，并且煤压块炭的强度增大，导致煤填充床下部区域的流体渗透性显著提高。因此，所使用的焦炭的量逐渐降低，直至在使用50％的煤压块时，如实验实施例3-3所示，能在即使不使用焦炭的情况下维持稳定的操作。 
另一方面，当不使用煤压块而仅使用块煤时，如对比例5所示，煤填充床中气流的分布变得均匀，并且其中流体的渗透性得到改善。为控制气化反应，需使用反应活性较弱的高强度焦炭，其量为约12重量份。 
在上述本发明中，使用大粒度分布煤的煤压块适宜于生产铁水，只要使用的用于控制质量的煤，其平均反射度为0.8或以上。 
此外，通过将用于控制质量的煤的平均反射度、糖蜜粘合剂与硬化剂的混合比、煤粉与用于控制质量的煤的混合比、以及所使用的煤压块的量控制为预定量，可在熔炉-气化器中满足生产铁水所需的不同条件，例如热分化率、热强度、煤灰量以及固定碳的量。 
并且，本发明用于生产铁水的设备使用预处理单元以重复进行干 燥和粒度筛选，从而提高煤压块的最终质量。 
本发明用于生产铁水的设备独立地使用粘合剂罐以适当控制送入的糖蜜粘合剂的量，从而使过程更简单。 
而且，在本发明用于生产铁水的设备中，混合器可包括揉和器，以使混合煤和糖蜜粘合剂良好键合，从而提高煤压块的最终质量。 
本发明用于生产铁水的设备还包括煤压块储料箱以临时存储所生产的煤压块。结果，装入熔炉-气化器中的煤压块的量可根据生产条件灵活控制。 
虽然本发明的实施方案已在上文结合特定的示例性实施方案进行了具体描述，但应理解的是本发明并不限于所公开的示例性实施方案，而是相反地，旨在涵盖包括在所附权利要求所定义的本发明主旨和范围内的各种改进和/或等同布置。 

Claims (16)

1.一种生产铁水的方法，其中通过使用煤形成煤填充床，并将已经过预还原的被还原铁装入煤填充床中，所述方法包括如下步骤：
对第一煤组进行初次粒度筛选，以制备煤粉；
将用于控制煤压块的热强度的平均反射度(Rm)为0.8或以上的第二煤组混入煤粉中；
干燥含有第一煤组的煤粉以及第二煤组的混合煤，并对混合煤进行二次粒度筛选；
向混合煤中加入硬化剂，并混合硬化剂与混合煤；
向混合煤中加入糖蜜粘合剂，并混合糖蜜粘合剂与混合煤；
通过使混合煤成型生产煤压块，从而保证煤压块具有一个用于制造铁水的预定热分化率水平；
使用在初次粒度筛选中分离出来的块煤和煤压块形成煤填充床，并装入被还原铁以混合至煤填充床中；
将氧气供至煤填充床，以在煤填充床中燃烧煤，并使用燃烧热通过熔化被还原铁生产铁水。
2.权利要求1的方法，其中在将第二煤组混合至煤粉的步骤中，第二煤组混合至占混合煤的15～80重量％。
3.权利要求1的方法，其中干燥混合煤并对混合煤进行二次粒度筛选的步骤包括如下步骤：
干燥混合煤，
在干燥的混合煤中碾碎粒径超过4mm的混合煤，以筛选出粒径为4mm或以下的混合煤。
4.权利要求1的方法，其中在加入硬化剂的步骤中，一种或多种硬化剂选自生石灰、熟石灰、石灰石、碳酸钙、水泥、膨润土、粘土、硅石、硅酸盐、白云石、磷酸、硫酸以及氧化物。
5.权利要求1的方法，其中在加入硬化剂的步骤中，每100重量份经过干燥和粒度筛选的混合煤中，加入1～5重量份的硬化剂；
其中在加入糖蜜粘合剂的步骤中，加入5～15重量份的糖蜜粘合剂。
6.权利要求1的方法，其中在加入糖蜜粘合剂的步骤中，加入固含量为70～85重量％的糖蜜粘合剂。
7.权利要求1的方法，其中在生产煤压块的步骤中，煤压块中挥发性物质的含量为20～40％，煤灰的含量为20％或以下，固定碳的含量为45～70％，以干重计。
8.权利要求7的方法，其中在生产煤压块的步骤中，煤灰中SiO2的含量为50％或以下。
9.权利要求1的方法，其中在生产煤压块的步骤中，煤压块的体积为10～50cm3。
10.权利要求1的方法，其中在生产煤压块的步骤中，有80％或以上的煤压块根据冷强度测定法为10mm或以上，
其中冷强度测定法为：使2kg的样品煤压块从5m的高度自由下落至钢板上四次，并测量剩余煤压块的粒度。
11.权利要求1的方法，其中在生产煤压块的步骤中，煤压块中有60％或以上的炭根据热强度测定法测得的粒度为15mm或以上，
其中热强度测定法为：使氮气穿过1000℃的反应炉，以在惰性气氛中获得炭，并测量炭的粒度。
12.权利要求1的方法，其中在形成煤填充床的步骤中，煤压块为用于形成煤填充床的煤的20～80重量％。
13.权利要求1的方法，其中在生产铁水的步骤中，溶解在铁水中的S i的量为1重量％或以下。
14.权利要求1的方法，还包括回收在生产煤压块的过程产生的煤粉，并将该煤粉与混合煤混合的步骤。
15.权利要求1的方法，其中在生产铁水的步骤中，装入由块状铁矿石预还原生产的被还原铁以及添加剂。
16.权利要求1的方法，其中在生产铁水的步骤中，对小尺寸的铁矿和添加剂进行预还原并热压，然后装入被还原铁。
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