专利名称：型煤炼焦联产海绵铁工艺方法
技术领域：
本发明涉及型煤炼焦，还原法生产海绵铁以及炼焦高温废气回收利用生产技术，具体是以上生产技术的组合。
已知的机焦炉由煤气燃烧加热室、炭化室、蓄热室或换热室组成，并配备有装煤机、推焦机、拦焦车、熄焦车等必要的工艺机械设备。其主要工艺是由煤气燃烧加热室加热硅质耐火砖墙，炉墙隔绝空气并将热辐射传导给由装煤机装入炭化室内的洗精煤，洗精煤在高温隔绝空气的条件下经16小时左右逐步干熘成焦炭，焦炭成熟后，打开机侧和焦侧炉门，由推焦机将成熟的焦炭推出至拦焦车，装入熄焦车运至熄焦塔熄焦，产出成品焦炭。用机焦炉只能生产普通焦炭，不能生产型焦。
北京冶金设备研究院研制完成了煤基直接还原法生产海绵铁的竖炉装置和生产方法，并申报了国家专利(专利申请号分别为96205053和98119030)，其主要工艺路线是1)铁精矿粉与粘结剂混合搅拌，压制成型后烘干，制成冷固结铁球团备用；2)煤粉与粘合剂混合，压制成型煤备用；3)将冷固结铁球团、专用型煤、小块烟煤和小块石灰按一定比例混合后，加入还原竖炉中，经外加热和内加热(缺氧燃烧煤)产生煤气，由煤气将冷固结铁球团直接还原成海绵铁，富余煤气用于外加热；4)海绵铁与煤渣经筛分和磁选后实现分离，海绵铁可用于炼钢和铸造，煤渣又分为半焦和灰渣，半焦可做燃料，灰渣可做为建材和铺路的原料。直接还原法生产海绵铁与煤基法回转窑、隧道窑、转底炉生产海绵铁相比，效果好，简单可靠，具有占地少、投资小、生产成本低的优势。但是该工艺装入的型煤只能生产出半焦，生产不出型焦，而半焦的使用范围和价值都远远比不上型焦。
本发明的目的是提供一种利用机焦炉生产型焦，同时联产海绵铁，并且炼焦高温废气可以用于烘干洗精煤、铁矿粉、型煤和冷固结铁球团的工艺方法，达到资源的充分高效综合利用。
本发明首先解决的技术方案是型煤炼焦联产海绵铁，即型煤与冷固结铁球团同时放入生产型焦的机焦炉同一炭化室内，经干熘和还原后生产出型焦和海绵铁。
型焦是由型煤经生产型焦的机焦炉炭化干熘生产的。型煤的制备首先按型焦的用途和质量要求选择配煤方案，将焦煤、瘦煤、非焦煤、石油焦、煤沥青等按一定比例配制，其中原煤(包括焦煤、瘦煤、非焦煤)配合后混在一起经洗煤机洗煤，除去部分灰份和硫份，提高洗精煤质量，混洗后的洗精煤经压滤或干化池脱水后经烘干机烘干，烘干后的洗精煤加入一定比例石油焦，煤沥青或粘结剂混匀后经压力机压制成型煤，烘干后备用。型煤的外型粒度根据用户对型焦的要求制作，并制作相应的模具。
海绵铁是由预制的冷固结铁球团还原后生产的。冷固结铁球团按海绵铁的质量要求选用高品质的铁精矿粉或块矿，块矿粒度应在10～30mm左右，铁矿品质要求如下表
铁精矿粉或达到品质要求的原矿粉经烘干后按一定比例加入粘结剂石灰粉或硝石灰粉经搅拌混匀，再经对辊压力机压制成型，经烘干后制成冷固结铁球团备用。冷固结铁球团的外型粒度根据用户对海绵铁的要求制作，并制作相应的模具。
众所周知，机焦炉只能生产普通焦炭，不能生产型焦。还原法生产海绵铁也只能采用型煤，不能采用煤粉。因此，用机焦炉不能生产型焦，也就谈不上联产海绵铁。然而，发明人在改变了机焦炉的装煤方法后，使得使用机焦炉生产型焦成为了可能，并申请了发明专利“生产型焦机焦炉的装煤方法及装煤装置”，在该项专利申请前提下，利用机焦炉生产型焦并联产海绵铁也变成了现实。
与“生产型焦机焦炉的装煤方法及装煤装置”的专利申请一样，本发明采用了一个能够吊装的装煤铁箱作为将型煤和冷固结铁球团装入炭化室的装置。在装煤铁箱的顶部有用于吊装的钢丝绳，装煤铁箱的底部活动连接有两扇底门，两扇底门之间通过门栓连接，门栓上连接有开门钢丝绳并向上连接吊装机械。装料时，将型煤与冷固结铁球团混合装入装煤铁箱中，通过吊装钢丝绳将装煤铁箱吊起从装煤口放入机焦炉炭化室中，拉紧开门钢丝绳，打开门栓，使两扇底门自动落下，同时吊出装煤铁箱，型煤与冷固结铁球团就以滚落的形式装入到炭化室中。这种装料方式避免了从炉顶装煤口倒入炭化室，使型煤与冷固结铁球团造成破碎的问题，提高了产品的成品率，使得利用机焦炉生产型焦并联产海绵铁得以实现。
装料时，应待装煤铁箱底部距炭化室炉底小于100mm时，再拉起开门钢丝绳，打开底门。
为了保证有足够的还原煤气与冷固结铁球团接触生产海绵铁，在装煤铁箱底部向上500mm以下只装入型煤，不装入冷固结铁球团，冷固结铁球团主要装在装煤铁箱的中部与上部，与型煤混装或分层装入，不同部位可以有不同的比例，在总设计比例不变的前提下，一般顶部冷固结铁球团多于中部。
本发明型煤炼焦联产海绵铁是在炭化室800～1100℃温度与足够的还原气体条件下实现的。型煤炭化产生大量一次煤气时的温度在600℃以下，这时大部分铁的还原温度还达不到900℃以上的最佳温度，即使炭化室炉墙温度达到1300℃，短时内炭化室中心温度、冷固结铁球团的温度也不能马上达到900℃以上，而此时一部分煤气不能参与铁的还原。为此有必要将一次煤气经鼓风机重新吹入另一个炭化室中心温度达到900℃以上的炭化室，或者减少冷固结铁球团装入量，以保证铁还原的必要温度和足够的还原煤气。炭化室温度一般不超过1100℃，超过1100℃时海绵铁与型煤将会发生粘结。
本发明中，由于型煤的配煤不同，以及煤气产量质量的不同，型焦与海绵铁的联产比例也不同。生产厂应根据市场情况和配煤条件确定，以不影响型焦与海绵铁质量为原则。其中，型焦是必不可少的主产品，海绵铁则根据有多少富余煤气，是否有外供煤气等生产技术条件安排适应比例。一般型焦与海绵铁的联产比例在1.8∶1～6∶1之间。
成熟后的型焦与海绵铁同时由推焦机推出，经拦焦车、熄焦车运至熄焦塔，熄焦后经筛分和磁选分离，生产出型焦和海绵铁两种产品。熄焦方式也可采用已知的干熄焦方式。
型煤制造、冷固结铁球团制造和煤气回收利用工艺，与已知工艺没有实质性的区别。
本发明不仅可以还原铁，还可以还原铜、锰、镍、铬等其它金属，用于生产其它海绵金属。
在型煤炼焦联产海绵铁的生产过程中，机焦炉燃烧加热室会产生大量的高温废气，本发明充分利用这部分余热进行发电。发电废气再用于烘干型煤、冷固结铁球团、洗精煤和铁精矿粉；本发明也可以直接利用高温废气烘干型煤、冷固结铁球团、洗精煤和铁精矿粉，使各项资源得到充分的利用。
本发明利用现有机焦炉，改变装料方法，在能够生产型焦的同时，利用炼焦产生的煤气还原生产海绵铁，同时还利用炼焦产生的高温废气发电和烘干型煤、冷固结铁球团、洗精煤、铁精矿粉，多项技术联合运行操作，一举多得，事半功倍。
本发明与现有技术相比，还具有以下优点1、本发明解决了装煤出焦时的环境污染。
传统炼焦法装煤是从焦炉顶部的装煤口倒入的，装煤时会产生大量的粉尘和荒煤气，污染十分严重。污染主要靠建立地面站来治理。本发明中型煤和冷固结铁球团是通过装煤铁箱装入到炭化室中，由于装煤铁箱是封闭的，在装煤铁箱下放到炉底过程中不会有污染产生，只是会挤出部分炭化室中的空气，这部分气体中没有有机挥发物。打开装煤铁箱底门，吊起装煤铁箱的时间少于1分钟，产生的荒煤气又首先要充填型煤或洗精煤之间的空隙，因此，最后溢出的荒煤气量就很少了。这部分荒煤气连同混合空气绝大部分都通过排气孔排出，此时将排气孔与机焦炉燃烧加热室相通，把这部分收集气送入燃烧加热室燃烧，以消除污染。盖上装煤孔炉盖后，型煤或洗精煤进入炭化阶段，产生大量煤气，此时将排气孔接通荒煤气管道，荒煤气进入煤气处理工段。因此基本上解决了装入型煤和冷固结铁球团时的污染问题。
由于主要的装煤污染问题得以解决，出焦时的污染就主要是粉尘污染。只需简单地在拦焦车、熄焦车上加罩和布袋除尘器，定期清除收集粉尘就可以了，解决并简化了出焦时污染处理设施。
本发明免去了建设处理装煤与出焦时产生烟气和粉尘污染的地面站设施，减少了建设投资，降低了运行费用。
2、缩短了结焦时间，提高了生产效率。
传统机焦炉装入湿煤，首先需将湿煤烘干后才能逐步将煤炭化，而炭化室中心湿煤成为干煤要8-15小时。本发明烘干(包括洗精煤、铁矿粉、冷固结铁球团、型煤的烘干)都在装炉前利用焦炉燃烧室高温废气完成，不仅缩短了结焦时间，提高生产效率，而且实现了资源的充分高效利用。
传统机焦炉炭化室内传热速度是2-2.6cm/h，大型机焦炉炭化室宽度400-600mm，每炉结焦时间约16-22小时，炭化时间长的原因除含水量高外，透气性差也是一个原因，因为无论水蒸汽还是煤气主要透过干煤层向炉顶传送。本发明中型焦只产生煤气，型煤与冷固结铁球团形成的空隙比干煤层要大得多，煤气产生后的放散速度也就要快得多，透气性得以改善，因此缩短了结焦时间，提高了生产效率。
煤的干熘是先靠炉墙温度传给炭化室的煤，煤内部的热传导除煤自身外，还有荒煤气也是主要的传热介质之一，煤气的导热性优于空气也优于煤的自身导热。由于改善了透气性，实现了煤气的对流传热，提高了导热效率，也可以进一步缩短结焦时间，提高生产效率。
由于型煤为干煤炼焦，改善了透气性，提高了传热效率，使结焦时间由传统机焦16-20小时左右缩短到5-10小时，焦炉产量增加了1-3倍。
3、延长了焦炉使用寿命由于是干型煤炼焦，与湿煤炼焦相比，紧靠炉墙新装入的型煤比新装入的湿煤降温要小得多，由此可以延长耐火砖的使用时间，也就延长了焦炉的使用寿命。
4、增加了堆密度，提高生产效率。
洗精煤堆密度约0.8t/m3，型煤堆密度略高于洗精煤约0.9t/m3左右，尤其是冷固结铁球团堆密度3.9t/m3，是洗精煤的4～5倍，由于增加了堆密度，焦炉的生产效率也大大提高。
5、煤气中的各种气体可以按需要优化分配利用。
铁球团的还原主要靠煤气中的H2和CO,CH4和其他有机物一般不能用于还原铁，这样可以有选择地利用煤气中的H2和CO，而CH4及其它有机物还可用于燃烧室加热，提高了煤气利用效益。
图1是本发明型煤炼焦联产海绵铁的工艺流程示意图；图2是本发明装煤铁箱的结构示意图。
以下结合附图对本发明的实施例作进一步的详细说明。
如图1所示，首先是型煤的制备，按工艺要求配煤后经洗煤和煤泥浮选工序，除去煤矸石和洗中煤，其中煤矸石送矸石场，洗中煤用于电厂发电或销售。余下的洗精煤经滤干和烘干后加入粘合剂混合均匀，经机压成型制成型煤，再烘干备用。其次是冷固结铁球团的制备，将铁精矿粉烘干后与粘合剂、石灰粉混合均匀，经机压成型制成冷固结铁球团，再烘干备用。根据工艺要求，将型煤和冷固结铁球团混合分层装入装煤铁箱中，其中装煤铁箱底部500mm以下只装型煤，向上混合或分层装入型煤与冷固结铁球团，将装煤铁箱吊装加入到机焦炉的炭化室中，待装煤铁箱底部距炭化室底部小于100mm时，打开装煤铁箱底门，型煤和冷固结铁球团滚落入炭化室中，吊出装煤铁箱，盖上炉盖，开始型煤炼焦，炼焦产生的煤气在800～1100℃高温条件下将冷固结铁球团还原成海绵铁，CH4和富余煤气经回收焦油和除硫后返回机焦炉燃烧室用于加热。成熟的型焦和海绵铁经推焦机推出炭化室，经拦焦车装入熄焦车，熄焦后经筛分和磁选分别得到型焦产品和海绵铁产品。炼焦中产生的大量高温废气(600℃以上)可以用于发电，发电后的废气余热仍可达到180℃温度，再用于烘干洗精煤、型煤、冷固结铁球团和铁精矿粉，达到资源的综合高效利用。
其中，装煤铁箱的结构如图2所示，包括有箱体3和活动连接在箱体3底部的两扇底门8，两扇底门8通过门栓7连接在一起，门栓7连接有开门钢丝绳2，开门钢丝绳2穿过连接在箱体3上部的吊装钢丝绳1，与吊装钢丝绳1一起连接在吊装机械上。在开门钢丝绳外套有钢套管4，箱体3外部包缚有耐火隔热材料5，箱体3内部还焊接有拉筋6，装煤铁箱的两边安装有护板9。操作时，可以通过吊装钢丝绳1移动装煤铁箱，需要时，拉起开门钢丝绳2，打开门栓7，将两扇底门8自动打开，箱体3内的物料通过底门8滚落出来，用吊装钢丝绳1吊起箱体3，型煤与冷固结铁球团完整地装入机焦炉炭化室内。
权利要求
1.一种型煤炼焦联产海绵铁的工艺方法，其特征是在生产型焦的机焦炉炭化室内同时装入经机械预制烘干并具有一定强度的型煤和预制烘干具有一定强度的冷固结铁球团，在炼焦的同时利用炭化室内的高温煤气联产海绵铁。
2.根据权利要求1所述的型煤炼焦联产海绵铁工艺方法，其特征是焦炉中成熟的型焦与海绵铁同时由推焦机推出，经拦焦车、熄焦车至熄焦塔熄焦后，经筛分和磁选分离，分别生产出型焦和海绵铁。
3.根据权利要求1所述的型煤炼焦联产海绵铁工艺方法，其特征是型煤与冷固结铁球团先混合或分层装入装煤铁箱中，再将装煤铁箱吊装入焦炉炭化室内，打开装煤铁箱底门，将型煤与冷固结铁球团滚落装入炭化室中，同时将装煤铁箱吊装出炭化室。
4.根据权利要求3所述的型煤炼焦联产海绵铁工艺方法，其特征是在装煤铁箱底部距离炭化室炉底小于100mm时打开装煤铁箱底门。
5.根据权利要求3所述的型煤炼焦联产海绵铁工艺方法，其特征是装煤铁箱底门向上500mm以下只装入型煤，不装入冷固结铁球团，冷固结铁球团与型煤在装煤铁箱中的中部与上部混装。
6.根据权利要求1所述的型煤炼焦联产海绵铁工艺方法，其特征是焦炉炭化室的温度控制在800～1100℃。
7.根据权利要求1所述的型煤炼焦联产海绵铁工艺方法，其特征是联产的型焦与海绵铁的产量比为1.8∶1～6∶1。
8.根据权利要求1所述的型煤炼焦联产海绵铁工艺方法，其特征是焦炉燃烧加热室产生的大量高温废气可以直接用于烘干洗精煤、冷固结铁球团、铁精矿粉和型煤。
9.根据权利要求1所述的型煤炼焦联产海绵铁工艺方法，其特征是焦炉燃烧加热室产生的大量高温废气还可以在发电后用于烘干洗精煤、冷固结铁球团、铁精矿粉和型煤。
10.根据权利要求1所述的型煤炼焦联产海绵铁工艺方法，其特征是该工艺方法还可以用于联产其它海绵金属。
全文摘要
一种型煤炼焦联产海绵铁的工艺方法，是在可以生产型焦的机焦炉炭化室中同时加入型煤和冷固结铁球团，在炼焦的同时利用炼焦煤气联产海绵铁。同时，焦炉燃烧加热室产生的高温废气可以用于发电和烘干物料。本发明将多项工艺技术联合操作，一举多得，使各项资源得到了充分高效的综合利用，而且解决了生产中的污染问题，并且缩短了结焦时间，提高了生产效率。
文档编号C21B13/00GK1316524SQ0110146
公开日2001年10月10日 申请日期2001年1月15日 优先权日2001年1月15日
发明者苏亚杰, 林原生, 张凤忠, 张国佐, 尹年方 申请人:苏亚杰, 林原生