专利名称：一种用于冷压铁焦的低温固结粘结剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种用于冷压铁焦的低温固结新型粘结剂以及制备方法
背景技术：
高炉冶炼需要大量的优质冶金焦炭，其生产依赖于结焦性能良好的焦煤，由于我国焦煤 资源分布很不均衡，以及焦碳产量因炼焦工序能耗高、环境污染严重被严格限制，加上钢铁 工业高速发展，造成不少厂家焦碳资源紧缺。而化学成份、发热量等物化性能与焦炭差异不 大的焦粉，因粒度太小影响高炉料柱的透气性而得不到很好的利用。在大块焦炭破碎过程中 可产生20-25%的焦粉，而且焦炭入炉前由于整粒还将筛分出部分焦粉，目前我国焦碳产量超 过3亿吨，即使按照焦粉产生比例20%计算，我国每年的焦粉数量在7500万吨以上，焦粉主要 作为燃料用于烧结，按照年产5亿吨烧结矿、烧结中焦粉配比5%计算，每年消耗量为2500万 吨左右，因此还剩余5000万吨左右的焦粉由于没有较好的成型技术，只能堆积甚至废弃，不 但资源得不到利用，还污染环境，若能对这些资源加以开发利用作高炉燃料，可高效利用焦 粉资源，而且焦粉的价格仅为焦碳的1/10-1/3，如果用焦粉替代部分焦碳用于高炉冶炼，将 有利于大幅降低生铁成本。所以对焦粉深加工，开发技术含量高、附加值大的产品是焦粉高 效利用的重要课题。
国外从20世纪50年代起开始进行利用焦粉生产冶金型焦的实验研究，方法主要有热压型 焦、冷压型焦和铁焦。热压型焦是在炼焦配煤中加入适量的弱结焦煤、气煤、长焰煤、贫煤
和焦粉，快速加热到烟煤塑性温度430-50(TC，并保持一段时间，采用机械的方法将处于胶
质状态煤料压制成型块，然后在850-95(TC的高温炉中炭化或热焖以提高型焦的强度。冷压
型焦是在炼焦配煤中配入适量的焦粉，以水玻璃、膨润土、腐植酸盐、中温焦油、沥青或淀
粉等为粘结剂，在常温下机械挤压成型，然后将型块在100(TC以上的高温下炭化成型焦。焦
粉制铁焦是在炼焦配煤中加入部分焦粉和高炉除尘灰，炼钢污泥、铁精粉、富矿粉等含铁原
料，在900-100(TC的炼焦炉内干馏后得到的一种含铁的块状焦炭。以上三种方法虽然能利用
部分焦粉，但仍对配煤提出了要求，不能任意比例的配入焦粉，焦粉的用量受到了限制，而
且需要高温处理才能达到冶炼的强度要求，焦粉再次回炉造成二次耗能、二次污染。如果能够采用一种新的技术，在冷压成型的条件下团块能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落， 在低温固结的条件下团块能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重。要具备这些性能 ，粘结剂是关键，目前市场上很难找到能同时满足冷态和热态机械强度要求的粘结剂。
目前国内外开发的用于成型的粘结剂分为无机粘结剂和有机粘结剂，无机粘结剂有硅酸 盐水泥、高铝水泥、硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、氯化镁、氯化钙、硅藻土、膨润土等，有 机粘结剂有蜡、糖浆、沥青、中温焦油、高粘重油、各种胶、淀粉、纤维素-酶等。应用无 机粘结剂存在用量大，给产品带来大量杂质元素的缺点(Na、 Si、 Al、 Cl都为杂质元素甚至 为有害元素)，且大部分粘结剂由于熔点低或在高温下结构被破坏，而不具备高温强度。而 应用有机粘结剂，尽管在常温下团块有较高的机械强度，但由于在高温过程中粘结作用失效 ，使得团块不具备冶炼所需的高温强度。
因此本发明解决的关键问题是开发成型性好、杂质含量少、不产生二次污染的低成本高 效粘结剂，使之在冷压成型、低温固结的条件下，能在较大比例范围内利用焦粉制备铁焦， 获得满足运转、冶炼所要求的冷态和热态强度，并提供该粘结剂的制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是开发一种成型性好、杂质含量少、不产生二次污染的低成 本高效粘结剂及其制备方法，使用该粘结剂能大比例的利用焦粉制备铁焦，制得的铁焦在冷 压成型的条件下具有满足运转、跌落的冷态强度，在低温固结的条件下具有满足冶炼要求的 热态强度。
本发明的技术解决方案如下
一种用于冷压铁焦的低温固结粘结剂是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量 比例O. 5-1. 5:5-7:11-13添加得混合溶液，再加入占混合溶液O. 05-0. 6wt。/。的稳定剂；搅拌均 匀，反应釜温度170-19(TC， 1.2-1.4Mpa压力下，反应l. 5-3小时，冷却分离沉降不溶物得到
所述的有机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠；所述的硅溶胶或硅胶中Si02的质量 百分数为30-60%。
所述的稳定剂为NaOH、 K0H或NH40H。 本发明的特征及带来的有益效果 1)粘结剂的特点① Si02微细粒子与有机高分子聚合物中的活性基团接枝反应生成凝胶粘液，凝胶的两个 组成部分都具有粘结作用，其协同作用大幅增加了溶液的粘结性能；
② 高分子聚合物溶于水后有助于增大Si02微细粒子的溶解度，通过抑制凝胶聚结降低了 Si02微细粒子的粒度，并提高Si02水溶胶体的稳定性，而Si02微细粒子负载有机高分子聚合 物，有利于提高高分子聚合物的分散性。
2) 粘结剂应用到铁焦生产中具备的功能
① 通过凝胶粘液中的硅醇羟基、吸附水、高分子活性基团可大幅度提高铁焦生产原料的 润湿性，凝胶良好的吸附、粘结性能和网状结构使铁焦湿块能满足湿强度的要求；
② 可形成具有表面积大(50-400m2)及均匀细孔的凝胶，高度分散在物料中，通过干燥 可形成固态凝胶，牢固地附着在固体表面并形成坚固的膜。粘结剂具有的低温固结性能使铁 焦干块能满足干强度的要求。
③ 铁焦进入高炉后，在高温下形成硅氧烷网络结构产生较强的结合强度，使铁焦具有热 稳定性，能耐高温。进一步升温，Si02微细粒子在铁焦自热还原过程中参与形成粘结相，以 及快速还原形成的金属铁连晶使铁焦具有还原强度。
3) 粘结剂应用到铁焦生产中具有的特征
① 具有粘结、固结、耐高温、抗氧化、化学性质稳定等特性；
② 具有使用方便，成本低，用量小的特点；
③ 粘结剂由于高分子聚合物在高温下分解，不会给铁焦带来有害杂质，虽带入了少量的 Si02，但带入量不多，仅相当于球团造块膨润土给球团矿带入的Si02量，甚至更低，对铁焦 质量的影响不大。
4) 用粘结剂制备的铁焦产品性能
应用粘结剂可制备得到湿块落下强度大于3次/ (0. 5m 个)、干块抗压强度大于2000N/ 个、热强度130(TC不溃散、两米高落下不碎的铁焦。
图l为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面实例是对本发明的进一步说明，而不是限制发明的范围。 具体操作方法
实施例l:生产粘结剂的原料配比SHN:硅溶胶水为1:5:12，加入O. 2。/。Na0H为稳定剂， 硅溶胶质量百分数为40. 0%。反应条件为反应釜反应温度18(TC，蒸汽压1.3Mpa，反应时间 为2. 5小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
实施例2:生产粘结剂的原料配比SHN:硅胶水为1:5:12，加入O. 3。/。K0H为稳定剂，硅胶 质量百分数为50.5%。反应条件为反应釜反应温度185'C，蒸汽压1.2Mpa，反应时间为3小 时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
实施例3:生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠硅溶胶:水为l. 2:6:12，加入 0.2。/。NaOH为稳定剂，硅溶胶质量百分数为40%。反应条件为反应釜反应温度19(TC ，蒸汽压 1.2Mpa，反应时间为2.5小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
实施例4:生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠硅胶:水为O. 6:5. 5:12，加入 0.2。/。KOH为稳定剂，硅胶质量百分数为50. 5%。反应条件为反应釜反应温度19(TC，蒸汽压 1.3Mpa，反应时间为3小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
采用上述实例制备得到的粘结剂制备得到的铁焦性能如下湿块落下强度3-6. 5次/ ( 0. 5m.个)、干块抗压强度2000-3500N/个、热强度1300。C不溃散、两米高落下不碎。应用 该粘结剂可制备得到满足冷态、热态强度要求的铁焦。
权利要求
1.一种用于冷压铁焦的低温固结粘结剂，其特征在于，所述的粘结剂是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5-1.5∶5-7∶11-13添加得混合溶液，再加入占混合溶液0.05-0.6wt％的稳定剂；搅拌均匀，反应釜温度170-190℃，1.2-1.4Mpa压力下，反应1.5-3小时，冷却分离沉降不溶物得到。
2.根据权利要求l所述的粘结剂，其特征在于，所述的有机高分子聚 合物为SHN或羧甲基纤维素钠；所述的硅溶胶或硅胶中Si02的质量百分数为30-60呢。
3.根据权利要求l所述的粘结剂，其特征在于，所述的稳定剂为NaOH 、K0H或NH40H。
4.权利要求l所述的粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法如下将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例O. 5-1. 5:5-7:11-13添加得混合溶 液，再加入占混合溶液0.05-0.6wt。/。的稳定剂；搅拌均匀，反应釜温度170-19(TC， 1.2-1.4Mpa压力下，反应1.5-3小时，冷却分离沉降不溶物即为粘结剂。
5.根据权利要求4所述的粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的有 机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠；所述的硅溶胶或硅胶中Si02的质量百分数为 30-60%。
6.根据权利要求4所述的粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的稳 定剂为NaOH、 K0H或NH40H。
全文摘要
本发明涉及一种用于冷压铁焦的低温固结新型粘结剂及其制备方法。开发了一种成型性好、杂质含量低、不产生二次污染的低成本高效粘结剂。使用该粘结剂能大比例的利用焦粉制备铁焦，并使铁焦在冷压成型的条件下具有满足运转、跌落的冷态强度，在低温固结的条件下具有满足冶炼要求的热态强度。粘结剂的制备是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按照0.5-1.5∶5-7∶11-13的比例混合，再加入占混合溶液0.05-0.6wt％的稳定剂；在1.2-1.4Mpa、170-190℃的反应釜中反应1.5-3h后得到，粘结剂中的组分由于接枝、桥连成网状结构而使得溶液具有高粘度，并在0.05-0.6wt％稳定剂的作用下具有高分散性。
文档编号C22B1/244GK101619387SQ20091030555
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月12日 优先权日2009年8月12日
发明者涛 姜, 张元波, 张振慧, 骞 李, 李光辉, 杨永斌, 敏 甘, 白国华, 范晓慧, 袁礼顺, 斌 许, 郭宇峰, 陈许玲, 黄柱成 申请人:中南大学