（矿物加工工程专业论文）焦炭粉制备高强度型焦的工艺及机理研究.pdf

!- fi ； 【一 分类号u d c 硕士学位论文 嬲f f | j l li t | j i i i ；i l o i l j l y 17 19 2 4 0 密级 焦炭粉制备高强度型焦的工艺及机理研究 s t u d yo nt e c h n o l o g y a n dm e c h a n i s mo f p r e p a r i n g h i g hs t r e n g t hf o r m e dc o k e f r o mc o k eb r e e z e 作者姓名： 学科专业： 学院( 系、所) ： 指导教师： 郑琼香 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 姜涛教授杨永斌副教授 论文答辩日期丝丝：皇：垄答辩委员会主席苣堕走 中南大学 2 0 10 年5 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：日期：2 型生年月羔日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学 位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以 采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 作者签名： 甄期：丝幽羔日 摘要 近年来，国际焦炭供求紧张，价格不断攀升，而焦炭在生产、破碎、 运输和使用过程中不可避免产生的焦粉，却大量地被廉价处理甚至被废 弃。因此，利用焦粉制备型焦，恢复其焦炭的功能，对于提高焦粉的使 用价值，保护环境，节约炼焦所需的焦煤和肥煤等优质煤资源具有重要 的意义。 本研究以焦粉为原料，煤沥青为粘结剂，通过添加助剂b j ，研究开 发了由成型、挥发、炭化焙烧等主要环节组成的新工艺，制备出高强度 型焦，研究探讨了焦粉制备型焦的固结机理。 研究发现，助剂b j 对煤沥青具有活化作用，使煤沥青在常温下表 现出良好的粘结性能。通过添加助剂b j ，实现了以煤沥青为粘结剂的焦 粉常温成型，并获得了质量良好的湿块和干块。在煤沥青用量1 2 ，成 型压力3 5 m p a ，成型水分1 3 ，0 4 5 m m 占3 2 5 ，l o 4 5 m m 占1 6 7 5 ， 3 l m m 占4 8 2 ，5 - 3 m m 占2 5 5 的焦粉粒度分布的成型条件下，未添 加b j 时，湿块落下强度为o ，干块强度为1 0 6 次( 2 m ) 、5 5 4 m p a ，通 过添加2 4 m l ( 1 0 0 9 焦粉) 以的助剂b j ，湿块；茗下强度达至吟5 0 次( m ) ，干块 强度达到4 4 7 次( 2 m ) 、1 1 3 8 m p a 。 基于粘结剂热行为的研究结果，开发了以焦粉为原料、煤沥青为粘 结剂的挥发一炭化焙烧热处理工艺。研究表明，与一般工艺中对型块直 接进行高温炭化焙烧相比，本工艺基于助剂b j 的作用，先采用空气气 氛对型块进行挥发热处理，再采用n 2 气氛对型块进行炭化焙烧，型焦 达到了良好固结的效果，并降低了炭化温度，缩短了炭化时间。成型后 的湿块在3 7 0 中先挥发2 0 m i n ，挥发块的强度达到1 4 0 7 m p a ，再在5 5 0 中炭化焙烧3 0 m i n ，型焦的强度继续提高至21 3 0 m p a 。而成型后的湿 块直接在5 5 0 中炭化焙烧3 0 m i n ，型焦的强度仅为1 2 6 4 m p a 。可见， 挥发缩聚是实现型焦充分固结的一个关键技术环节。 采用本工艺可制备出抗压强度 2 1 m p a 、反应性和反应后强度分别为 3 0 31 和3 0 8 8 的高强度型焦产品，其强度与普通冶金焦和d k s 工艺的 型焦产品相当。 本型焦工艺产品性能好，在常温下成型，热处理温度低，热处理时 间短，工艺流程简单，混捏前不需对原料预热，可省略干燥流程，能耗 小，成本低，具有许多优势，其应用前景广阔。 型焦的固结机理研究表明：在挥发炭化过程中，助剂b j 促进煤沥 青进行一系列的分解、聚合、缩合反应，在焦粉颗粒表面形成硬化膜， 并在焦粉颗粒间形成粘结剂“碳链桥 ，从而将焦粉颗粒牢固地粘结起 来，形成具有一定强度的宏观均质的焦块。型焦的固结作用机理可由 c + c x a + c _ c c n c + c m a 表示。 关键词焦粉，型焦，煤沥青，助剂，炭化 i i a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，c o k eh a sb e e ni n c r e a s i n g l yd e m a n d e da n di t sp r i c eh a s b e e nr i s i n ga r o u n dt h ew o r l d h o w e v e gal a r g eq u a n t i t yo fc o k eb r e e z ei s t r e a t e dc h e a p l yo re v e na b a n d o n e d ，w h i c hi sg e n e r a t e df r o mt h ep r o c e s so f p r o d u c t i o n ，c r u s h i n g ，t r a n s p o r t a t i o na n da p p l i c a t i o no fc o k e t h e r e f o r e ，i f c o k eb r e e z ec a nb er e c y c l e dt o p r e p a r ef o r m e dc o k e ，w h i c hr e c o v e r si t s f u n c t i o na sl u m pc o k e ，i tw o u l db eo f g r e a ts i g n i f i c a n c eo nv a l u ep r o m o t i o n o fc o k eb r e e z e ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds a v i n gf i n ec o a lr e s o u r c es u c h a sc o k i n gc o a l ，f a tc o a l ，a n de t c i nt h i sp a p e r , s t u d yw a sc o n d u c t e do nt h ep r e p a r a t i o no fh i g hs t r e n g t h f o r m e dc o k ew i t hc o k eb r e e z ea sr a wm a t e r i a l ，c o a lt a rp i t c ha sb i n d e r a c t i v a t e db ya na s s i s t a n t r e a g e n tb j at e c h n o l o g i c a l f l o w i n c l u d i n g c o m p r e s s i n g ，v o l a t i l i z i n g a n d c a r b o n i z i n g a sm a i n p r o c e d u r e s w a s d e v e l o p e d 。刀j ec o n s o l i d a t i o nm e c h a n i s mo ff o r m e dc o k ew a s a l s os t u d i e d t h es t u d ys h o w e dt h a t ，t h er e a g e n tb jh a sa c t i v a t i n ge f f e c to nc o a lt a r p i t c h ，w h i c he n a b l e st h ep i t c ht os h o wg o o db o n d i n ga c t i o na t a m b i e n t t e m p e r a t u r e b ya d d i n gr e a g e n tb j ，i t r e a l i z e dt h a tc o k eb r e e z e b e c o m p r e s s e da t a m b i e n tt e m p e r a t u r ew i t hc o a lt a rp i t c ha sb i n d e r , a n d b r i q u e t t eb ep r o d u c e dw i t hh i g hm e c h a n i c a ls t r e n g t hb o t hi nw e to rd r i e d s t a t e u n d e rt h ec o n d i t i o no fc o k eb r e e z ec o m p r e s s i n gw i t hp i t c ha d d i t i o no f 12w t ，c o m p r e s s i n gp r e s s u r eo f35 m p a ，m o i s t u r eo f13w t ，a n dt h e p a r t i c l e s i z ed i s t r i b u t i o no f3 2 5 o f 一0 4 5 m m ，16 7 5 o f1 - 0 4 5 m m ， 4 8 2 o f3 - 1 r a m ，2 5 5 o f5 - 3 m m ，w i t h o u ta d d i n gb j ，t h ed r o pr e s i s t a n c e o fw e tb d q u e t t ew a s0 ，d r 叩r e s i s t a n c ea n dc o m p r e s s i v er e s i s t a n c eo fd r i e d b r i q u e t t ew e r e10 6 ( 2 m ) a n d5 5 4 m p ar e s p e c t i v e l y w h i l er e a g e n tb jw a s a d d e db y2 4 m l ( 10 0 9c o k eb r e e z e ) ，t h ed r o pr e s i s t a n c eo fw e tb r i q u e r e r e a c h e dm o r et h a n50 m ，a n dt h ed r o pr e s i s t a n c ea n dc o m p r e s s i v er e s i s t a n c e o fd r i e db r i q u e t t er e a c h e d4 4 7 ( 2 m ) a n d1 1 38 m p ar e s p e c t i v e l y b a s e do nt h e r m a lb e h a v i o ro fb i n d e r s ，h e a tt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo f v o l a t i l i z a t i o nf o l l o w e db yc a r b o n i z a t i o nw a sd e v e l o p e df o rf o r m e dc o k e f r o mc o k eb r e e z ew i t hb ja c t i v a t e dc o a lt a rp i t c ha sb i n d e r t h er e s l u l t s s h o w e dt h a t ，w h e nc o m p a r i n gw i t ht y p i c a lt e c h n o l o g i e sw h o s e b r i q u e t t e sa r e i i ! c a r b o n i z e dd i r e c t l ya th i g l lt e m p e r a t u r e ，t h en e wp r o c e s sl o w e r e dt h e c a r b o n i z a t i o nt e m p e r a t u r ea n ds h o r t e n e dc a r b o n i z a t i o nt i m ea n dp r o d u c e d w e l lb o n d e df o r m e dc o k eb yv o l a t i l i z i n ga ta i ra t m o s p h e r ep r i o rt o c a r b o n i z i n ga tn 2a t m o s p h e r e t h es t r e n g t hr e a c h e d 14 0 7 m p aa sw e t b i q u e t t ew a sv o l a t i l i z e da t3 7 0 4 cf o r2 0 m i n ，a n dt h e nr e a c h e d2 1 3 0 m p a a f t e rc a r b o n z e da t5 5 0 。cf o r3 0 m i n ，w h i l ei tw a so n l y1 2 6 4m p aw h e nt h e w e t b r i q u e t t e w a s d i r e c t l y c a r b o n i z e da t5 5 0 f o r3 0 m i n t h u s ， v o l a t i z a t i o nw a sak e y p r o c e d u r e t om a k ef o r m e dc o k ec o n s o l i d a t e c o m p l e t e l y t h eh i g h s t r e n g t h f o r m e dc o k e p r e p a r e d i nt h i s s t u d y e x h i b i t e d f a v o r a b l eq u a l i t ya st h ec o m p r e s s i o ns t r e n g t hw a sa b o v e21m p a ，c o k e r e a c t i v i t yi n d e xw a s3 0 3l a n dc o k es t r e n g t ha f t e rr e a c t i o nw a s3 0 8 8 ， w h i c hw a s e q u i v a l e n tw i t hc o m m o nc o k ea n dd k s f o r m e dc o k e t h e r ea r em a n ya d v a n t a g e so ft h i sf o r m e dc o k ep r o c e s s ，s u c ha sg o o d p r o d u c tq u a l i t y , c o m p r e s s i n g a ta m b i e n tt e m p e r a t u r e ，l o wt e m p e r a t u r e h e a t i n g ，s h o r tt i m eh e a t i n g ，s i m p l ep r o c e s sf l o w , r a wm a t e r i a lp r e h e a t i n g f r e e ，d r y i n gp r o c e d u r en e g l i g i b l e ，l o we n e r g y , a n dl o wc o s t t h e r e f o r e ，i th a s ab r o a d a p p l i c a t i o np r o s p e c t s t u d yo nc o n s o l i d a t i o nm e c h a n i s mo f f o r m e dc o k es h o w e dt h a t ，i nt h e p r o c e s so fv o l a t i l i z a t i o n a n dc a r b o n i z a t i o n ，r e a g e n tb j p r o m o t e d t h e d e c o p o s i t i o n ，p o l y m e r i z a t i o na n dc o n d e n s a t i o no fp i t c h ，w h i c hr e s u l t e di n t h ef o r m a t i o no fs c l e r o t i cf i l m so nt h es u r f a c eo fc o k eb r e e z ep a r t i c l e sa n d c a r b o nc h a i nb r i d g e sa m o n gt h ep a r t i c l e s t h u st h ep a r t i c l e sw e r eb o n d e d f i r m l y ，a n d f o r m e dc o k ew i t hs u i t a b l e s t r e n g t h a n d m a c r o s c o p i c h o m o g e n o u sq u a l i t yw a so b t a i n e d t h ec o n s o l i d a t i o nm e c h a n i s mc a nb e p r e s e n t e db yt h ef o r m u l ac + c x a + c _ c c n c + c m a k e y w o r d sc o k eb r e e z e ，f o r m e dc o k e ，c o a l t a r p i t c h ，r e a g e n t ， c a r b o n i z a t i o n i v 目录 摘曼荽i a b s t r a c t 第一章文献综述。1 1 1 国内外回收利用焦粉的研究现状。l 1 1 1 普通工业燃料l 1 1 2 配入炼焦原料2 1 1 3 制备活性炭2 1 1 4 型焦配料3 1 2 型焦制备技术的研究进展4 1 2 1 型焦成型的主要工艺4 1 2 2 型焦粘结剂的技术研究7 1 2 3 冷压型焦的粘结和成焦机理1 2 1 3 煤沥青粘结剂的研究1 4 1 3 1 煤沥青的组成1 4 1 3 2 焙烧过程中煤沥青粘结剂的热分解缩聚行为1 5 1 3 3 煤沥青的成焦机理的研究1 6 1 4 本课题的研究目的和意义1 7 第二章原料性能及研究方法1 8 2 1 原料性能1 8 2 1 1 焦粉l8 2 1 2 煤沥青18 2 1 3 助剂18 2 2 试验研究方法19 2 2 1 试验流程19 2 2 2 试验方法1 9 2 2 3 型焦质量检测方法2 0 2 3 粘结成焦机理的研究方法2 l 2 3 1 型块的化学组成和显微结构2 1 2 - 3 2 煤沥青的化学组成和结构2 2 第三章焦粉成型的工艺研究2 4 3 1 模压成型的理论基础。2 4 3 2 焦粉成型的粘结剂技术研究。2 5 3 2 1 助剂的作用2 5 3 2 2 煤沥青种类的影响2 6 3 2 3 粘结剂用量的影响2 7 3 3 成型工艺条件的研究。2 8 3 3 1 原料粒度分布的影响2 8 3 3 2 成型压力的影响2 9 3 3 3 成型水分的影响3 1 3 4 成型过程中粘结剂的粘结机理研究3 2 3 4 1 粘结剂的化学成分3 2 3 4 2 粘结剂的化学结构3 3 3 4 3 粘结剂的粘结状态3 6 3 5 本章小结3 8 第四章型块的热处理技术研究4 0 4 1 粘结剂的热行为研究4 0 4 1 1 粘结剂在n 2 中的热行为4 l 4 1 2 粘结剂在空气中的热行为4 3 4 1 3 粘结剂在n 2 气氛与空气气氛中的热行为比较4 4 4 2 型块的热挥发缩聚技术的研究4 5 4 2 1 挥发气氛的影响4 5 4 2 2 挥发温度的影响。4 6 4 2 3 挥发时间的影响4 7 4 2 4 助剂的作用4 8 4 2 5 粘结剂用量的影响4 9 4 3 型焦炭化焙烧固结技术的研究5 0 4 3 1 炭化温度的影响5 2 4 3 2 炭化时间的影响5 3 4 3 3 挥发温度的影响5 3 4 3 4 挥发时间的影响5 4 4 3 5 助剂的作用5 5 4 3 6 粘结剂用量的影响5 6 4 4 型焦产品的质量分析5 7 4 5 本章小结5 9 第五章型焦的固结机理研究6 1 5 1 粘结剂的化学成分和化学结构的演变过程6 1 5 1 1 粘结剂的化学成分6 1 5 1 2 粘结剂的化学结构6 2 5 2 型块的内部结构的演变过程6 4 5 2 1 型块的内部形貌6 4 5 2 2 型块的气孔结构6 7 5 3 型焦的固结机理。6 8 5 4 本章小结7 0 第六章结论7 1 参考文献7 3 致谢7 7 攻读硕士期间主要研究成果7 9 第一章文献综述 1 1 国内外回收利用焦粉的研究现状 焦粉是焦炭在生产、破碎、运输和使用过程不可避免的产物。焦粉由于粒径小，用 焦企业对其缺乏有效的回收利用技术，因此大量的焦粉被廉价地处理甚至被废弃，从而 造成资源的巨大浪费和严重的环境污染。 焦粉是焦化企业在生产过程中产生的，一般出粉率按焦炭成品计有4 左右【l l ，以 2 0 0 9 年焦炭产量3 4 8 亿吨【2 】计，那么2 0 0 9 年焦粉量达到1 3 9 2 万吨。但大量焦粉却被废弃， 只有部分作为普通燃料，因此焦粉的市场价格很低，根据文献【3 】可知在2 0 0 4 年时焦粉的 价格为2 0 0 元吨左右，就是发热量达至u 2 8 m j k g 的米焦，每吨也仅3 0 0 元左右，而2 0 0 4 年 的二级冶金焦价格早已突破1 0 0 0 元吨【2 】，此时上海地区的二级冶金焦价格达至u1 4 1 0 元 吨【2 1 。由于国际焦炭供求紧张，焦炭价格不断抬升，表1 1 【2 】为2 0 1 0 年5 月7 日我国部分地 区二级冶金焦的价格汇总，可知目前我国二级冶金焦价格达到了1 7 8 0 - 2 0 0 0 元吨，但焦 粉的价格上涨幅度很小，依然保持在低位。 表1 12 0 1 0 年5 月7 日中国部分地区二级冶金焦价格 t a b l e1 - ip r i c eo f s e c o n d a r ym e t a l l u r g i c a lc o k ei ns o m ea r e a so f c h i n ao n2 0 1 0 5 7 随着资源的日益紧张以及人们环保意识的加强，人们越来越重视焦粉的回收利用， 加大了焦粉变废为宝的技术研究的力度。目前，国内外回收利用焦粉的方法有将焦粉 作为普通工业燃料，配入炼焦原料，制备活性炭，型焦配料用等。 1 1 1 普通工业燃料 目前，由于大多数企业未能找到解决焦粉利用的有效办法，部分焦粉只能作为普通 工业燃料使用。焦粉作为普通工业燃料较多地应用于烧结厂的铁矿粉烧结工艺t 4 1 ，适 宜的焦粉粒度，焦粉配加方式【5 1 ，可提高烧结矿质量，烧结中一般希望焦粉固定碳高，灰 分和硫含量低，粒度为3 - 4 ) m m ，而对其机械强度和灰分软熔温度没有明确要求。 焦粉作为普通工业燃料使用，部分解决了焦粉回收利用的问题。但仍存在着以下问 题：第一、用作烧结的焦粉为粗焦，大量过细的焦粉未能得到利用；第二、将焦粉直接 利用为普通燃料，不需附加技术，但没有附加值或附加值很低。 1 1 2 配入炼焦原料 焦粉是炼焦过程的副产品，将其回配到炼焦中，可扩大炼焦原料来源。根据国内的 焦粉回配炼焦的试验和实际应用【6 - 1 0 ，结合配煤的实际情况，按配煤总量计，可以配入 2 0 0 , - , 5 的焦粉，而焦粉的粒度达到0 2 0 5 m m ，小于0 2 m m 的占8 0 ，可在不影响焦炭 质量的前提下，提高m 4 0 指标l 屯。其中焦粉的配入粒度是焦粉回配最重要的参数【5 1 。 在焦煤供应紧张的局面下，将焦粉回配到炼焦中，可扩大配煤品种，降低成本，节 约焦煤，对焦化行业有重要意义。但据目前已有的研究，焦粉回配技术尚未成熟，还只 停留在实验室试验或小工业炉试验，且其配入量较少，因此实际上焦粉配入到炼焦中的 利用率很低，消耗量很少。 1 1 3 制备活性炭 由于焦粉具有固定碳含量高，灰分和挥发份含量低等特点，因此是制备优良活性碳 的材料【l l 】。雒和明【1 2 州】用废弃焦粉制备焦粉活性炭，其工艺流程见图1 1 ，所制备的焦 粉活性炭处理质量浓度为6 0 m g l 的模拟含c r 6 + 废水，在废水p h 为3 4 、焦粉活性炭加入 l 为4 9 l g 、吸附时间为5 0 m i n 的条件下，c ，去除率达9 3 2 。 0 0 5 m m 焦粉 图1 1 制备焦粉活性炭的工艺流程 f i g1 1t h ef l o wc h a r to fp r e p a r a t i o no fa c t i v a t e dc a r b o nf r o mc o k eb r e e z e 刘宪【1 5 】利用焦粉代替常规活性炭对焦化厂废水进行二次吸附深度处理，可以有效地 脱除废水的色度和c o d ( 化学需氧量) ，使处理后废水c o d 1 0 0 m g l ，色度去除率达 6 0 以上，深度处理后的废水达到了企业回用水质的要求。而吸附后的焦粉不经再处理 而直接用于烧结生产，对烧结成品矿的转鼓强度、利用系数和成品率等指标没有明显影 响。 用焦粉制备活性碳，其附加值较高。但目前焦粉制备活性炭及其在废水处理方面的 应用还只处于探索阶段，无论是理论依据还是实际经验都十分缺乏。因此，采用焦粉制 备活性炭，对焦粉的回收利用还十分有限。 2 1 1 4 型焦配料 型焦技术1 6 1 1 7 l ，是以炭质粉料( 半焦粉、焦粉和木炭等) 和或粉煤为主体原料， 配入或不配入粘结剂加压成型煤，再经炭化等后处理制备成具有一定性状，一定强度和 块状均匀的制品。针对不同的应用方面，对型焦性能有不同的要求，一般而言，要求型 焦必须具备较高的冷强度、热强度、耐热性及耐水性能【1 8 】。目前国内外的研究中，有将 焦粉与其它煤粉配j i i $ i 备型焦，或单独采用焦粉为原料制备型焦，作为铸造焦、铁合金 焦或高炉焦用。 湖南科技大学罗道成【1 9 】采用6 0 o , - , 1 0 焦粉，配力n 3 5 - - 4 5 无烟煤和3 5 0 0 , - 4 5 瘦煤， 以1 0 - 1 4 改性焦油洗油残渣为粘结剂，冷压成型后以3 m i n 升温至1 0 0 0 ，恒温6 h ， 制备出优质的二级铸造型焦。其工艺过程见图1 2 。 焦粉 无烟煤 瘦煤 改性焦油洗油残渣型焦 图1 2 湖南科技大学型焦制备工艺流程示意图 f i g1 - 2t h ef l o wc h a r to fp r e p a r a t i o nf o rf o r m e dc o k ei nh u n a nt e c h n o l o g i c a lu n i v e r s i t y 图1 - 3 酒泉钢铁公司焦粉压块工艺流程 f i g1 - 3 t h ef l o wc h a r to f c o k eb r e e z eb r i q u e t t i n gi nj i u q u a ni r o na n ds t e e lc o r p o r a t e 硅铁冶炼目前主要使用铁合金用焦，国内最常用铁合金焦为蓝炭。一般要求铁合金 焦气孔率高、比电阻高、反应能力( 即活性) 强，并且对块度及强度有一定要求。酒泉 钢铁公司【2 0 1 研究了高炉用焦焦粉压块再加工制备成型焦，其工艺流程见图1 3 ，并在1 8 0 k v a 单相矿热炉上用焦粉压块和蓝碳进行生产硅铁的对比试验，结果表明，用焦粉压块 法生产硅铁满足铁合金冶炼要求，而且炉料熔化和反应速度加快，电极消耗降低，节能 明显。因此利用焦粉压块生产硅铁具有可行性，对于焦粉的有效利用提出了一个新途径。 a y s eb e n k l 2 1 】以纯焦粉为原料，以甲阶酚醛树脂和酚醛树脂的催化混合物作为粘结 剂，成型后型块在2 0 0 c 下的空气气氛中熟化2 h ，其抗拉强度可达n 7 0 0 8 + 1 8 1 m p a ，将 型块在4 7 0 c 的氮气气氛中炭化l h ，其强度有些微损失，为6 7m p a ，在5 7 0 c 的氮气气氛 中炭化1 h ，其强度又开始改善，达至1 1 7 2m p a ，所以a y s eb e n k 认为型块从高炉中降落的 过程中，炉中温度上升，不会恶化型块的强度甚至有可能提高型块的性能。因此此强度 的型焦足以作为高炉冶金焦的取代物。 以上研究表明了，将焦粉配煤粉或焦粉单独作为原料，成型制备型焦，部分或全 部替代焦炭在技术上具有一定的可行性。同时随着钢铁工业在世界各地尤其是在我国 快速发展，焦炭的需求迅猛增加，而炼焦煤供应紧张的趋势越来越严重，导致了炼焦 成本高昂，因此在强大的经济刺激下将推动以焦粉和或低级煤制备型焦技术的发展， 而以焦粉为原料的型焦技术可充分提高焦粉的回收利用率，降低工业生产成本。型焦 技术已在实验室及工业上取得了一定的进展，在下一节中将进行具体的阐述。 1 2 型焦制备技术的研究进展 以炭质粉料( 半焦粉、焦粉、石油焦粉和木炭等) 和或非炼焦煤为主体原料，通 过不同的工艺制备成型焦，型焦产品可用为工业或民用块状燃料和气化原料，也可代 替常规焦炭用于炼铁和铸造等工业。由于型焦工艺具有连续生产、污染少、自动化程 度高等优点，很多国家进行了大量的研究与开发，目前世界上已开发了二十多种型焦 工艺【1 7 1 。 1 2 1 型焦成型的主要工艺【2 2 2 5 】 因成型时原料的状态不同，目前国内外生产型焦的工艺可分为热压型焦和冷压型 焦。 ( 1 ) 热压型焦工艺 对于采用热压法成型技术的煤料，在成型前进行挥发处理，即低温炭化处理，使 煤料在软化温度范围内成型，一般煤料预处理温度在4 0 0 - , 5 0 0 c 之间。如果只有一种 组分，即1 0 0 的煤在软化状态下被加热成型时，这种热成型就叫无粘结剂热成型法， 但单组分的煤热压成型很难控制。如果原煤为双组分，那么主原料煤必须有粘结性， 首先被低温炭化，在它的软化状态下，必须能使次要成分的煤均匀掺和到热的煤中， 在热压成型中起到粘结剂的作用。热压成型后，型煤经炭化、热焖处理后变成为型焦 产品。 4 热压型焦的工艺优点是不外加粘结剂、固定碳含量高、强度高、灰分增加少。但 是只适合粘结性的单种或配合煤，不适合于焦粉、无烟煤、瘦煤等惰性或低粘结性的 单种煤料，且其工艺复杂，工艺过程需保温，设备材质要求高，工业化难度大。而冷 压型焦工艺由于低耗能、低成本等优点，成为目前型焦成型研究应用的热点。 ( 2 ) 冷压型焦工艺 上 预炭化 上 半焦 r 、r1 r 混捏 0 成型 迭丝型筮 图l - 4 加粘结剂冷压型焦工艺图 f i g1 - 4t h ef l o wc h a r to fc o l db f i q u e r i n gf o r m e dc o k ew i t hb i n d e r 冷压法成型工艺成型前不需要对原料煤进行挥发处理。冷压成型分为无粘结剂成 型和加粘结剂成型两种类型。无粘结剂成型只靠压力成型，多用于低变质程度的褐煤 和泥煤，因为这类煤可塑性大，煤结构中具有大量氧键，故成型时容易形成“固体搭 桥，型煤强度较高。无粘结剂成型一般是在成型压力为1 0 0 - - - 2 0 0 m p a 的较高压力下成 型。加粘结剂成型是以不粘结性和弱粘结性煤为主体配料，配入一定比例的粘结剂经 混合和通蒸汽加热混捏后，混合料在低温或常温下成型。所得冷压型煤有3 种后处理 方式制成型焦：经深度氧化、经一次炭化和先经轻度氧化再经高温或中温炭化制成型 焦。由于借助粘结剂的作用，成型压力较低( 一般为1 5 5 0 m p a ) ，低温或常温下成型， 工业上便于实现，因此粘结剂冷压成型是目前型焦技术研究的重点。加粘结剂冷压型 焦工艺的一般基本流程如图1 - 4 。 目前世界上典型的粘结剂冷压型焦工艺有d k s 法、f m c 法和h b n p c 法等。 s d k s 法 d k s 法为1 9 6 9 年西德迪第尔公司、京阪炼焦公司和住友金属公司联合创建发展 起来的。该流程为：将粉碎 1 0 m m 的型焦质量，g 。 2 3 粘结成焦机理的研究方法 2 3 1 型块的化学组成和显微结构 ( 1 ) 工业分析 型焦产品的工业分析是指测定其水分、灰分( a ) 、挥发分( v ) 和固定碳( c ) 等化学组成。 水分和灰分的测定方法为g b 2 0 0 2 8 0 ，挥发分的测定方法为g b 2 0 0 3 8 0 。 固定碳c = 1 0 0 ( 水分+ 灰分+ 挥发分) ( 2 ) 显微结构分析 2 1 硕士学位论文第二章原料性能及研究方法 采用环境扫描电镜仪，对型块中微观形貌进行观察分析。 ( 3 ) 孔径分布 采用美国康塔p m a 3 3 型压汞仪测定型块中孔径分布( 测定范围为直径6 4 纳米 9 5 0 微米的气孑l ) ，以各孔径区间孔容占总孔容的百分数表示。 ( 4 ) 真密度