製備模製件的方法

2023-06-22 08:26:46 1

專利名稱：製備模製件的方法
製備模製件的方法
技術領域：
本發明涉及一種在應用有機粘合劑的情況下由細粒度至中等粒度 的混合料製備模製件，特別是坯塊的方法。
在高爐中用焦炭製備生鐵時使用人造的塊狀碳載體作為載能體、還
原劑和固定床的支承架，而在COREX⑧法/FINEX⑧法的熔融還原過程中 是將塊狀煤用於此功能。在市售煤的情況下，其一定比例的粒度通常是 太細，以致在固定床的透氣的上部和在液態生《失和液態渣通過的固定床 的下部尤其不足以起到支承架的作用。因此該細級分通過篩分與在熔融 還原過程中使用的塊煤分離，該篩分可在碳乾燥前和/或乾燥後進行。煤 經乾燥的細級分例如可用壓塊法轉變成粗塊狀，由此可供在熔融還原過 程中與塊煤等值的利用。為得到適於壓塊的粒度，在實施壓塊前可能需 要使篩出的細粒或用於壓塊的煤任選地通過壓塊機。由壓塊機出來的煤 磚依所用粘合劑的種類通常需經後處理(冷卻或加熱)或經一定的停留 時間，以形成強度。隨後可使其適於輸送和進入料倉，並可用於所述方 法的熔融還原過程中。
對含有機粘合劑如煤焦油瀝青(或石油瀝青)的石煤進行壓塊的常用 方法主要在於，對煤的粒度和溼度進行預處理，接著混入粘合劑並同時 應用新鮮蒸汽，以調節所需混合溫度。在加入新鮮蒸汽下約在90-100 。C捏合該混合物。從混合物中去除蒸汽(entwrast),以降^氐溼度，這 時抽出蒸汽和氣體。在下一步中製備煤磚。
其缺點主要是，在除蒸汽時會隨蒸汽帶出有機的有害物質，其也稱 為汽提效應。在以煤焦油瀝青作為有機粘合劑的情況下，該有機有害物 質含致癌類的化合物。由於其對工作人員和維護人員的危害風險，所以 用煤焦油瀝青作為粘合劑的應用在歐洲是嚴格受限或禁止的(如德國的 TRGS 551)。因此在石煤壓塊(家用燃燒煤塊)中用石油瀝青或糖蜜 (Melasse)代替煤焦油瀝青。
與家用燃燒時的情況不同，用於熔融還原過程的煤磚除具有機械特
性之外還應具有足夠的冶金特性，如耐熱沖擊性、熱機械耐性和對C02
有小的反應活性。
但現有技術(如WO 02/50219、 WO/020555和WO 2005/071119)的用糖蜜粘結的煤磚由於市售類的高鹼含量和在此情況下在壓塊時所需的 石灰添加劑，其對熱的C02氣極不穩定。因此在熔融還原過程中使用較 大量的這類煤磚需通過較大量的具有優良冶金特性的塊煤和/或冶金焦 炭進行補償。
雖然用石油瀝青作為粘合劑製成的煤磚通常適合於熔融還原過程 的冶金要求，即其活性特性處於用糖蜜和用煤焦油瀝青粘結的煤磚之 間，但由於石油價格高，此方案現無吸引力。
在可以較低價得到煤焦油瀝青而石油和糖蜜為進口物料因而大量 生產煉焦煤的國家中，應用煤焦油瀝青作為粘合劑有特別好的經濟優 點。
由此應考慮，用煤焦油瀝青粘結的煤磚具有無需在加料碳混合物中 添加較貴的成分如冶金焦炭和/或塊狀半煉焦煤或煉焦煤的可能性。
另 一方面，近來甚至在亞洲發展中國家也確立了提高的環境意識或 安全意識，採用了歐洲的標準。在這些國家運行用煤焦油瀝青作為粘合 劑的制煤磚裝置的批准也僅在有機的有害物質的排放得到可靠抑制情 況下才有可能。
抑制有機的有害物質的排放意指該裝置需在對環境呈基本封閉的 條件下運行。在裝置內部必須相對於環境呈負壓。為保持負壓所抽吸的 氣量需經溼式或乾式除塵，該經除塵的氣體要經隨後的熱處理脫除有機 殘餘物。在溼式除塵情況下，廢水要經相應處理。廢水淨化產生的濾渣 需經合適處置。但這用通常的方法不能經濟性地實現，因為在此情況下， 由溼法除塵設備會產生大量的經汙染的冷凝物或廢水。
因此本發明的目的在於提供一種用於製備模製件的方法，其可排除 有^L物的危害並仍可使用多種粘合劑。
本發明的目的是通過權利要求1的特徵部分實現的。由於塊狀混合 料的加熱工藝步驟與與粘合劑的進一 步混合分開，所以可避免排氣和從 而避免蒸汽被對健康有害的有機物所汙染，以致無需複雜的和昂貴的廢 氣處理。
為可實現特別是在使用有機粘合劑情況下符合現今環境標準的制 備模製件如煤磚的方法，首先需避免載有有機物或有害物質的水蒸汽排 放或避免在所述水蒸汽冷凝時產生汙染的廢水。
這可通過將方法分為兩個基本相互隔離的工段來確保。在第一工段
6中加熱不含粘合劑的混合料，以致如果蒸汽或冷凝物排入環境，其也是 未受粘合劑中的有機有害物質所汙染。
在本發明方法的 一 個特別方案中，在第二工段中的混合時該混合料 和粘合劑的溫度基本保持恆定。由於前面的加熱僅需補償微小的溫度損 失。
按本發明方法的第 一方案，該粘合劑或至少 一種粘合劑成分在混合 前經加熱，特別是加熱到超過該粘合劑或粘合劑成分的軟化點。這確保 實現該混合料與粘合劑的均勻混合。
在第一工段中混合料加熱到60-14CTC,特別是80-IO(TC。由此 該溫度可適配於模製過程的需要。
按本發明方法的 一個特別方案，該粘合劑或至少 一種粘合劑成分是 熱塑性的。熱塑特性導致該粘合劑熱軟化。由此可較易混合。
一個可能的方法方案是，在該第二工段後的處理步驟中，將該才莫制 件冷卻到低於該粘合劑的軟化點的溫度，特別是低於60。C,這可使得能 對模製件進行運送或貯存。由於高溫下有限的機械強度，冷卻是合理的， 以儘可能降低受損模製件和受困模製件的數量。
按本發明方法的一個特殊方案，在第一工段中通過用液態或氣態加 熱介質特別是蒸汽、工藝氣或煙道氣進行間接加熱而進行所述加熱。其 優點為，-降加熱的混合#+不與加熱介質^妾觸，可利用潛熱來加熱，同時 冷凝物不進入混合料中，由此可調節所需的溼含量。其中按熱交換原理 進行能量交換。
按本發明方法的另一個方案，在第一工段中通過用熱氣體特別是煙 道氣或煙道氣-空氣混合物進行直接加熱而進行所述加熱，其中該熱氣體 特別是以逆流原理通過混合料。利用在高爐運行中存在的熱煙道氣所進 行的熱氣直接加熱使得可利用存在的載能體，並由此有低的能量成本。
按本發明方法的一個的有利方案，在第一工段中至少分兩步進行加 熱。通過分成多個步驟可更好地排出溼汽和蒸氣。
按本發明方法的另一個有利方案，在第一步和/或第二步中加入熱蒸 氣進行混合料加熱。由此也可在下一工藝步驟中將所需溫度調節到高於 水的沸點。
本發明方法的一個有利方案是，經加熱的混合料在其進一步處理前 經中間貯存，以基本上與第 一工段和/或第二工段中的後續工藝步驟脫開。由此這些工段可更易於運行，甚至在該兩工段之一出現幹擾的情況 下，另一工段也可繼續運行。
按本發明方法的 一 個有利方案，混合料在第 一 工段中經加熱後將存 在的氣態物質和蒸氣抽出，並在冷凝器中冷凝。通過該措施也可可靠地 處理經汙染的混合料，由此可避免有害的排放。被抽出的氣態物質或氫 不會由有機雜質所汙染。
使抽出的氣態物質和蒸氣在排入環境前經溼式除塵是有利的，以消 除有害排放。因為這些物質和蒸氣如抽出的水蒸汽或用於加熱混合料的 煙道氣-空氣混合物不會由有機雜質所汙染，所以可將其簡單處理並防止 塵埃排出。
按本發明，該第二工段在低於第一工段的壓力和/或低於環境壓力的 壓力下進行。為排除有機汙染延及第一工段或環境，相對第一工段和環 境將該壓力保持在輕微負壓。
按本發明的方法方案，該經加熱的混合料和一種或多種粘合劑按計 量加到混合器中，其中粘合劑的加入取決於粒度、混合料的量和模製件 的強度特性。強度特性表徵為耐壓強度和抗碎強度。抗碎強度意指通過 標準化試驗得出的特性，其中試件的破裂行為基於自由落體算出。通過 適配粘合劑的量可按需控制該模製件的可成型性和強度特性。需要時在 加粘合劑前可對加熱過的混合料進4亍中間貯存。
按本發明，加熱過的混合料與粘合劑混合後經捏合處理，需要時在 加入新鮮蒸氣條件下進行捏合。通過捏合處理產生均勻的和稠密的混合 物，以致可順利地繼續處理該混合物。需要時可加新鮮蒸汽以調節溼度。 也可用飽和蒸汽代替新鮮蒸汽。
按本發明方法的 一個方案，使由加熱過的混合料和粘合劑組成的混 合物在壓機中成型成模製件，特別是煤磚。其造型可按模製件的其後使 用要求來選擇，該要求例如通過使用該模製件的冶金過程來確定。
本發明的 一個方案是，抽出在混合和/或捏合和/或壓制中形成的蒸
氣，需要時加入燃燒氣，並在高於600。C,特別是高於85(TC的溫度下 於燃燒器中燃燒。該燃燒可將蒸氣轉變為可排放的無害廢氣。
按本發明，該蒸氣在其到燃燒器的途徑中經中間加熱和/或其後的幹 式除塵。藉此措施可避免在管道中冷凝，消除腐蝕產生的損害。除塵可 產生清潔的無塵廢氣和可導致順利燃燒。該加熱可間接或直接進行，其中任選利用來自後燃燒的煙道氣的能量。
本發明還使蒸氣在送往燃燒器的途徑中流經散料過濾器。散料過濾 器可使蒸氣經低成本淨化。如果該中間加熱、乾式除塵和後燃燒在近成 型設備處進行，則需要時可棄用散料過濾器。其優點是可避免在成型設 備和後燃燒之間的管道中發生沉積。
按本發明，使用混合料的細級分和/或活性炭和/或石油焦和/或焦粉 作為過濾介質。因此得到在冶金過程中易於進一步處理的極低成本的過 濾介質。
本發明方法的 一個特別有利的方案是，在燃燒時放出的熱可送入第 一工,炎用於間接和/或直接加熱。在間接加熱時，待加熱的混合4t經^妻觸
面間接加熱，該接觸面再由熱燃燒氣加熱，從而實施熱交換原理。該間 接加熱特別是在第一加熱步驟中實施。在直接加熱時，該熱燃燒氣直接 與待加熱的混合料接觸。其可在該兩加熱步驟中採用。通過利用熱可確
保一種特別具有能效的方法。
在本發明中，將在模製件成型過程中產生的碎塊加到由加熱過的混 合料與粘合劑組成的混合物中。因此成型過程中的碎塊可低成本地再送
入成型過程，以致可保持低的損失。
按本發明的 一個方案，該細粒度至中等粒度的混合料至少部分由例
物質特別是煤:活性炭:焦粉、、^油焦、、添加;]、煤漿(Schlamme)、 粉塵、濾餅或含碳氣化劑。這類物質大量產生，其是有用物質，可返回 到冶金工藝中。因此可減少廢物並節省成本。
按本發明的一個可能方案，該細粒度至中等粒度的混合料的平均粒 度為O.Ol-5mm,特別是1 mm。實踐證明該粒度範圍有最佳的可成型 性。
按本發明方法的一個特別有利方案，該有機粘合劑至少部分由煤焦 油或煤焦油瀝青組成。該粘合劑可低價得到，並可用本發明方法處理而 對環境或工作人員無害。
按本發明方法的 一個特別方案，該粘合劑本身或與添加劑 一起在第 二工段中或在第二工段後的任選的處理步驟中經加熱而硬化，並在需要 時接著經冷卻。該特別的粘合劑經熱處理或經加熱而硬化，以致在再加 熱的情況下也不會發生軟化。本發明還涉及按權利要求27的特徵部分的模製件。這種按權利要
求1 - 26之一的方法製備的模製件含用於提高強度的添加劑，以致該模
製件在其後過程中加熱時和/或加熱後會轉變成半焦炭，結果該半焦炭具
有高的枳4成強度和/或對含co2的熱氣有高的抗蝕性。該高的抗積4戒負 荷性以及對含C02氣的抗蝕性對在冶金工藝中應用該模製件是很有利 的。可使用如煉焦煤或石油焦作為添加劑。
下面依優選實施例和附圖示例性和非限定性地詳述本發明。


圖1示出現有技術的方法
圖2示出本發明的方法
按圖1，來自料倉1的煤(C)與粘合劑(BR)—起在混合器2中經混合 和加熱，這時將用於加熱的蒸氣(ST)送入混合器2中。在後面的捏合器 3中物料經充分混合，產生的蒸氣(D)由混合器4中抽出。接著該物料在 壓塊裝置中壓製成煤磚，並卸出煤磚(BK),產生的碎塊(屑)經輸送設備 6返回。
按圖2,在第一階段A中，任選地經破碎器預處理過的粒狀混合料 如煤加到料倉1中，並在第二步混入有機粘合劑前已在加熱混合器2和 3中經加熱到混合過程所需的溫度。
該方法的效率可通過將例如基於前置的煤乾燥而已經預熱的粒狀 混合料加入到料倉l中而得到提高。
在第一步(2)中，該煤在加熱的混合器2中用蒸氣間接加熱和/或用 煙道氣或煙道氣/空氣混合物直接加熱，優選採用逆流原理。
在第二步中，只要其對於調節到在其後工藝步驟中所需的溫度和/ 或所需的溼度是必需的，可在加熱的混合器3中用過熱蒸氣處理該粒狀 混合料。
多餘的蒸氣在加熱的混合器3的出口處以及在任選的除蒸汽螺旋管 4的出口處抽出，並在冷凝器5中冷凝。經預先澱積出懸浮的煤粒後， 不含有機有害物質的冷凝物需要時可送往工業用水循環中。經加熱的塊
狀混合料也稱為經整備的混合料，或在煤情況下稱為經整備的煤，並在 料倉6中進行中間貯存。
第二階段B以三條平行排列的生產線表示。這些生產線通過迴轉式 給料器閘門7和用於中間貯存的料倉8與第一階段分開。該裝置可相對 於第 一階段和環境調節第二階段中所需的負壓。在料倉8的出口處，該經整備的粒狀混合料用計量帶秤9分配到生
產線。在各生產線中，首先將粘合劑混入混合器10中。接著在捏合器
11中處理時，需要時加入新鮮蒸氣，優選飽和蒸氣，以調節混合料表面 的所需潤溼。在實際成型(可能是壓塊)前不進行除蒸氣。
在捏合器11出口處的螺旋管12僅輸送已備用的進料混合物到壓機 13,並在壓機中進行模製件的成型。在壓機出口處用篩網帶14使模製 件與成型中形成的碎塊分離。該碎塊(也稱為屑)用上斜式輸送器15 返回混合器IO。在本發明方法的一個優選方案中，將以此方式製備的模 製件送到相應於現有技術的冷卻設備中，以由此確保該;漢製件的硬化。 該冷卻可以在自由氣氛中的天然自由對流方式進4亍或通過特別的設備 藉助於流動的空氣和/或水進行，其中空氣本身或空氣與模製件的水溼潤 和由此引發的蒸發相組合和/或水本身作為冷卻介質。
為保持壓力梯度，插入有迴轉式給料器閘門17的加料倉16。在圖 2中由於空間原因未示出為平衡生產波動所需的向碎塊運出設備(屑運 送帶)的壓制溢流。該壓制溢流也需用迴轉式給料器閘門防止，以避免短
路流，並由此在系統中形成負壓。
為保持第二工段的負壓要實施抽吸，優選在模製件成型的壓機13
的入料口處實施。任選地可在混合器IO和捏合器11的入口處也提供抽 吸。抽出的蒸氣/漏氣混合物在燃燒器18中與燃燒氣一起在高於80(TC 的溫度下經燃燒。在此條件下，有機物完全轉變成無害化合物，其與煙 道氣一起經煙囪排向環境。為保護汙染的蒸氣/漏氣混合物所流過的管道 以及在粉塵沉積和冷凝物沉積前的抽吸風機，實施中間加熱19，並後接 粉塵過濾器20。沉積的粉塵返回成型過程。此外，還可設置散料過濾器 21作為第一淨化段。壓塊煤的中等粒度細級分、活性炭或焦粉特別適合 作過濾介質。或者，在相應安置過濾器情況下，該含有機成分的過濾介 質隨後經混合器、捏合器、壓機入口或間接經由屑運送帶供入成型過程， 從而無需分別處置。為避免抽吸管通中的冷凝物，每條壓塊線也可設置 由散料過濾器、中間加熱和乾式除塵組成的裝置以代替散料過濾器。
一個特別有利的方案在於利用在燃燒器中釋出的熱，例如使熱煙道 氣或煙道氣/空氣混合物流過第二混合器3中的粒狀混合料而直接利用 或經第一加熱混合器2中的熱交換器而間接利用。
除在第 一 工段產生的基本上無汙染的冷凝物和漿料和無汙染的煙道氣外，按該實施例本發明方法不產生副產物。
第二工段的負壓系統與環境的接口設置在實施該方法的建築物外。
碎塊(屑)的返回是包封的，以致在該區域的工作人員決不會與由壓機卸 出的煤磚或屑所散發的蒸氣相接觸。
權利要求
1.在應用粘合劑的情況下由細粒度至中等粒度的混合料製備模製件特別是煤磚的方法，其特徵在於，在第一工段中將所述混合料加熱到成型過程所需的溫度，在與環境分開的第二工段中使該混合料與粘合劑混合併實施其後的工藝步驟。
2. 權利要求1的方法，其特徵在於，在第二工段中，混合時保持混 合料和粘合劑的溫度基本恆定。
3. 權利要求1或2的方法，其特徵在於，在混合前加熱所述粘合劑 或至少 一種粘合劑成分，特別是加熱到超過該粘合劑或粘合劑成分的軟 化點的溫度。
4. 權利要求3的方法，其特徵在於，所述粘合劑或至少一種粘合劑 成分是熱塑性的。
5. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在第二工段後的處理階 段中，將模製件冷卻到低於所述粘合劑的軟化點的溫度，特別是低於60 。C,其使模製件的運輸和貯存成為可能。
6. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在第一工段中的加熱通 過用液態或氣態加熱介質，特別是用蒸氣、工藝氣或煙道氣間接加熱而 進行。
7. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在第一工段中的加熱通 過用熱氣，特別是用煙道氣或煙道氣-空氣混合物直接加熱而進行，其中 使所述熱氣特別是按逆流原理流過混合料。
8. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在第一工段中至少以兩 步進行力口熱。
9. 權利要求8的方法，其特徵在於，在第一和/或第二步驟中加入熱 蒸氣來加熱混合料。
10. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，經加熱的混合料在其 進一步加工前經中間貯存，以與在第 一和/或第二工段中的後續工藝步驟 基本脫開。
11. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，混合料在第一工段經 加熱後，將所存在氣態物質和蒸氣抽出並在冷凝器中冷凝。
12. 權利要求ll的方法，其特徵在於，所述氣態物質和蒸氣在其 排入環境前經溼法除塵處理。
13. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，第二工段的運行壓力 低於第一工段的壓力和/或環境壓力。
14. 權利要求10-13之一的方法，其特徵在於，將經加熱的混合 料和粘合劑按計量送入混合器中，其中粘合劑的加入量取決於粒度、混合料量和模製件的強度特性。
15. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，經加熱的混合料與粘 合劑混合後進行捏合處理，任選地同時加入新鮮蒸氣。
16. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，由經加熱的混合料和 粘合劑組成的混合物在壓機中成型、特別是壓坯成^t製件。
17. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，抽出在混合時和/或 捏合時和/或壓制時產生的蒸氣，任選地同時加入燃燒氣，並在高於600 。C，特別是高於85(TC的溫度下於燃燒器中燃燒。
18. 權利要求17的方法，其特徵在於，所述蒸氣在其通往燃燒器 的路徑中經中間加熱和/或後續的乾式除塵。
19. 權利要求17或18的方法，其特徵在於，所述蒸氣在其通往燃 燒器的路徑中流過散料過濾器。
20. 權利要求19的方法，其特徵在於，用混合料的細級分和/或活 性炭和/或石油焦和/或焦粉作為過濾介質。
21. 權利要求17-20之一的方法，其特徵在於，將燃燒時釋出的 熱送往第 一 工#1用於間接加熱和/或直接加熱。
22. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，將在模製件成型中產 生的石,塊加到由經加熱的混合庫+和粘合劑組成的混合物中。
23. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，所述細粒度至中等粒 度的混合料至少部分由例如在製備生鐵或製備鋼時產生的或應用的物 質或物質混合物組成，所述物質特別是煤、活性炭、焦粉、石油焦、添 加劑、煤漿、粉塵、濾餅或含碳氣化劑。
24. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，所述細粒度至中等粒 度的混合料的平均粒度為0.01 - 5 mm,特別是1 mm。
25. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，所述有機粘合劑至少 部分由煤焦油和/或煤焦油瀝青組成。
26. 上述權利要求之一的方法，其特徵在於，所述粘合劑本身或與 添加劑 一起在第二工段中或在第二工段後的任選的處理階段中經加熱而硬化，並任選地通向隨後的冷卻階^:。
27.按上述權利要求之一的方法製備的模製件，其特徵在於，該模 製件含用於提高強度的添加劑，以致該模製件在其後過程中加熱時和/ 或加熱後會轉變成半焦炭，結果該半焦炭具有高的機械強度和/或對含C02的熱氣有高的抗蝕性。
全文摘要
本發明涉及一種在應用粘合劑的情況下由細粒度至中等粒度的混合料製備模製件特別是坯塊的方法。該方法在第一工段中將該混合料加熱到成型過程所需的溫度，在與環境分開的第二工段中使該混合料與粘合劑混合，並實施其後的過程步驟。通過該方法可避免對健康有害的排放。
文檔編號C10L5/16GK101675149SQ200880014977
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月28日 優先權日2007年5月9日
發明者H·赫克曼, J·沃姆, K·韋德, L·W·克普林傑, W·芬格赫特 申請人:西門子Vai金屬技術兩合公司