CN111154278A - 一种冷压成型制备高强度型焦的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及型焦成型工艺，公开了一种冷压成型制备高强度型焦的方法。所用粘结剂质量配比为：玉米淀粉0‑20份，沥青60‑80份，人造石墨或硼类化合物0‑5份，水泥或氧化镁0‑10份，乙酸乙酯0‑20份,氢氧化钠0‑2份。粘结剂总配比为焦粉质量的8.6%‑10.7%。将混合粘结剂与焦粉（冶金焦或石油焦）预先混匀，再加入一定量的水，经常温冷压成型获得型焦。本发明制备的型焦具有冷热强度高、热稳定好、成型率高、成本低等优良特性。

Description

一种冷压成型制备高强度型焦的方法
技术领域
本发明属于型焦成型工艺，涉及在常温下粘结剂与焦粉混合然后压制成型,制备出一种冷热强度高的型焦的方法。
背景技术
型焦是以废弃焦粉为原料，与粘结剂混合后压制成型，制备成具有一定机械强度并且满足冶炼需要的一种产品。沥青是型焦生产中常用的一种有机粘结剂，其中β树脂可以提供型焦的冷强度，高温炭化形成碳骨架提供型焦的热强度。但是由于沥青常温下是固态，无任何粘结性能，需要加热到熔点以上才能起到粘结剂作用。中国专利【申请号CN201210139885.4】指出，传统的沥青加入方式是将沥青在远高于其软化点（例如中温沥青软化点为75～95℃）的条件下（140-180℃）进行熔融，然后通过压力喷头将其喷入盛装有固体物料的搅拌设备中进行搅拌混匀。同时为防止沥青因受冷而凝固，在搅拌过程中必须进行保温处理，如此才能确保沥青与固体物料之间的充分的浸润和混合均匀，然后还要继续保温以便热压成型，这导致工艺操作困难和设备复杂化。为了减少这种弊端，需要改进工艺方法，添加溶剂以便常温下激活沥青的粘结性能，或添加淀粉常温下制备型焦，然后再加热到沥青熔点激活其粘结性能。中国专利【申请号CN201110131643.6】指出，添加二甲苯作为溶剂，可以不需要在成型前对沥青和粉料的混合料进行加热混捏，实现了常温下沥青作为粘结剂的使用。但是二甲苯是一种高致癌有机物，长期在此环境下生产操作，对工人的身体健康有极大的危害。玉米淀粉是一种常温有机粘结剂，在70-90℃时可以转变成糊化淀粉，由于糊化淀粉粘度更高，使得型焦冷强度进一步提高，但是在200℃以上会发生碳化现象，失去粘结性，无法提供高温强度。沥青改性剂人造石墨或硼类化合物的加入可以提高前期沥青未碳化前的粘度以及提高后期沥青碳化后的结焦值，抑制沥青中间相的生成，显著增加沥青抗氧化能力，改善沥青碳化后的微观结构，进一步提高型焦的高温强度。水泥或氧化镁的作用是补偿玉米淀粉在200℃以上碳化后失去粘结性的型焦强度，补偿沥青软化点温度后迅速下降粘度导致强度下降，以及碳化前由于发生缩聚反应导致粘结性下降的型焦强度，改善有机粘结剂高温性能不稳定的缺点。氢氧化钠的作用是可以促进糊化过程，降低糊化温度，直接影响淀粉的粘结性以及型焦的常温强度。
发明内容
本发明提供一种型焦粘结剂冷压成型制备型焦的方法，工艺流程简单，生产成本低廉，成型率高，冷热强度高，可以满足冶金矿热炉的要求。
为解决上述问题而采用了一种冷压成型制备高强度型焦的方法，将粘结剂加入到焦粉中混匀，加水或非水溶剂，经过常温压块成型，干燥获得型焦，包括以下具体步骤：
（1）原料焦粉放入原料仓中，原料仓中的焦粉通过皮带传送到锤式破碎机中，用破碎机将焦粉破碎至粒径为3mm以下；
（2）混合粘结剂成分，粘结剂成分加入到搅拌机中搅拌混匀，粘结剂成分包括以下质量配比：常温粘结剂0-20份，沥青60-80份，沥青改性剂0-5份，型焦强度稳定剂0-10份，淀粉糊化改性剂0-2份；
（3）同时把混合粘结剂通过螺旋给料机传送到破碎机中，在破碎机中，将焦粉与粘结剂成分混合，通过螺旋给料机的转速控制调整焦粉和粘结剂成分的配比，以便实现非间歇式连续压球，粘结剂总配比为焦粉质量的8.6%-10.7%；
（4）二者混合物一起通过皮带传送到卧式混料机中，在混料机中，加入水或非水溶剂，混匀焦粉与粘结剂成分，得到最终物料，混料机出口的物料温度要求是70-90℃，最终物料的水分含量为8%-15%，非水溶剂为0-20份，其中，水分加入量不超过15%；
（5）将最终物料压块成型得到湿块；
（6）将成型后的最终物料即湿块移至干燥仓中干燥。
进一步地，焦粉中，粒度0.9-3mm占比为40%，0.2-0.9mm占比为30%，0.2mm以下占比为30%。
进一步地，常温粘结剂为玉米淀粉，沥青改性剂为人造石墨或硼类化合物，型焦强度稳定剂为水泥或氧化镁，淀粉糊化改性剂为氢氧化钠，非水溶剂为乙酸乙酯。一般情况下，在加入玉米淀粉而无乙酸乙酯时，水分和温度越高，混合越均匀，玉米淀粉糊化程度越高，成球率越高，冷热强度也越高，水分加入量不足，内摩擦大会导致混合不匀，导致成品率和冷热强度均较低，但是水分加入量过多，超过15%，成球率和最终的冷热强度均会下降。若没有加入玉米淀粉，加入乙酸乙酯，不通入水蒸汽而是直接加水，水蒸汽的作用是使玉米淀粉糊化。
进一步地，焦粉为冶金焦粉或石油焦粉，玉米淀粉、沥青、人造石墨、氧化镁、氢氧化钠的粒度在0.15mm以下，沥青为高温沥青或中温煤沥青，优选为非国标高温煤沥青，加水总量为冶金焦或石油焦质量的8%-15%，打开雾化喷嘴，导热油加热的水蒸汽通过喷嘴进入卧式混料机中对混合料加热，如果水蒸汽加水量不够，可以打开水管补充水分，混料机内温度为70-90℃，压块成型压力为30-35MPa。
进一步地，焦粉为冶金焦粉或石油焦粉，玉米淀粉为0-20份，高温沥青为60-80份，人造石墨或硼类化合物为4-5份，水泥或氧化镁为0-10份，氢氧化钠为0-2份，粘结剂总量为冶金焦或石油焦质量的8.6%-10.7%。
进一步地，焦粉为冶金焦粉或石油焦粉，乙酸乙酯为0-20份，高温沥青为60-80份,人造石墨或硼类化合物为0-5份，粘结剂总量为冶金焦或石油焦质量的10%-10.5%，加水总量为冶金焦质量的8-9%。
进一步地，若石油焦挥发分含量过高，可以在250-300℃烘干2小时再加粘结剂和水压块成型。
进一步地，在步骤（5）中，压块成型的方法为将混匀物料通过皮带传送到对辊挤压造粒机造球，湿块为湿球，湿球形状是椭圆形。
湿球的尺寸为40mmx60mm，厚度20mm。
在步骤（6）中，湿球通过皮带传入干燥仓干燥，温度为130℃，时间为6小时。
进一步地，硼类化合物为氧化硼、吡啶硼烷、碳化硼、硼砂和硼酸其中一种或任意几种组合物。
水泥为氧化镁水泥或铝酸盐耐火水泥，氧化镁为轻质氧化镁。
本发明的优点主要在于：
1.加入玉米淀粉和氢氧化钠，并且加热到70-90℃糊化，可以实现冷压成型，冷强度高。
2.加入非国标高温沥青，而不是中温沥青，一方面是价格非常低廉，另一方面可以获得50%以上的高温碳化结焦值，提高了高温强度，而且大幅度减少了挥发分含量。
3.加入改性剂人造石墨或硼类化合物，提高沥青软化温度，改善沥青粘结性，减少沥青中间相的生成，加强沥青抗氧化能力，调整沥青碳化后的微观结构，提高沥青碳化后的结焦值，最终提高型焦的高温强度。
4.加入稳定剂水泥或氧化镁，可以补偿玉米淀粉在200℃以上碳化后失去粘结性的型焦强度，补偿沥青软化点温度后迅速下降的粘度导致强度下降，以及碳化前由于发生缩聚反应导致粘结性下降的型焦强度，改善有机粘结剂高温性能不稳定的缺点，调整型焦在矿热炉升温过程中热强度的波动。
5.添加溶剂乙酸乙酯，可以溶解沥青的β树脂，常温下激活沥青的粘结性能，冷压成型制备型焦，避免了热压成型的各种弊端，而且乙酸乙酯无毒易挥发，具有安全无毒和易处理特性。
6.预先把原料石油焦粉在250-300℃烘干2小时再压球，可以去除原料中的全部水分和大部分挥发分，避免型焦在500℃以上焙烧时发生由于挥发分太高内部蒸气压太大而破裂。
附图说明
图1为冷压成型制备高强度型焦的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）用破碎机将焦粉破碎至粒径为3mm以下；
（2）混合粘结剂成分，搅拌混匀，粘结剂成分包括以下质量配比：常温粘结剂0-20份，沥青60-80份，沥青改性剂0-5份，型焦强度稳定剂0-10份，淀粉糊化改性剂0-2份；
（3）在破碎机中，将焦粉与粘结剂成分混合，调整焦粉和粘结剂成分的配比，粘结剂总配比为焦粉质量的8.6%-10.7%；
（4）在混料机中，混匀焦粉与粘结剂成分，加入水和水蒸气，得到最终物料，混料机出口的物料温度要求是70-90℃，最终物料的水分含量为8%-15%，其中，水分加入量不超过15%；
（5）将最终物料压块成型；
（6）将成型后的最终物料移至干燥仓中干燥。
焦粉中，粒度0.9-3mm占比为40%，0.2-0.9mm占比为30%，0.2mm以下占比为30%。
常温粘结剂为玉米淀粉，沥青改性剂为人造石墨或硼类化合物，型焦强度稳定剂为水泥或氧化镁，淀粉糊化改性剂为氢氧化钠。
具体为：原料为冶金焦粉，玉米淀粉20份，高温沥青60份，人造石墨4份，水泥10份，氢氧化钠2份，其中玉米淀粉、沥青、人造石墨、氢氧化钠的粒度在0.15mm以下，粘结剂总量为冶金焦质量的9.6%，加水总量为冶金焦质量的13%，卧式混合机内温度为70℃，冶金焦粒度为3mm以下，成型压力为30-35MPa。干燥温度为130℃。型焦落下强度为10次·（1m）-1，冷强度为1350N，900℃高温抗压强度为1340N。型焦灰分14.85%，挥发分4.96%，固定碳79.12%，其余为水。
实施例2：原料为冶金焦粉，玉米淀粉20份，高温沥青60份，人造石墨4份，氢氧化钠2份，粘结剂总量为冶金焦质量的8.6%,其它同实施例1。型焦落下强度为7次·（1m）-1，冷强度为1230N，900℃高温抗压强度为1280N。型焦灰分14.13%，挥发分5.15%，固定碳78.53%，其余为水。
实施例3：原料为冶金焦粉，玉米淀粉20份，高温沥青60份，氧化镁10份，氢氧化钠2份，粘结剂总量为冶金焦质量的9.2%，其它同实施例1。型焦落下强度为8次·（1m）-1，冷强度为1280N，900℃高温抗压强度为1210N。型焦灰分14.54%，挥发分5.93%，固定碳78.26%，其余为水。
实施例4：原料为冶金焦粉，玉米淀粉20份，高温沥青60份，氧化硼4份，水泥10份，氢氧化钠2份,粘结剂总量为冶金焦质量的9.6%，其它同实施例1。型焦落下强度为7次·（1m）-1，冷强度为1320N，900℃高温抗压强度为1310N。型焦灰分14.93%，挥发分5.21%，固定碳78.98%，其余为水。
实施例5：原料为冶金焦粉，玉米淀粉20份，高温沥青80份，人造石墨5份，氢氧化钠2份,粘结剂总量为冶金焦质量的10.7%，其它同实施例1。型焦落下强度为12次·（1m）-1，冷强度为1460N，900℃高温抗压强度为1450N。型焦灰分14.03%，挥发分5.28%，固定碳80.03%，其余为水。
实施例6：原料为冶金焦粉，乙酸乙酯20份，高温沥青80份，粘结剂总量为冶金焦质量的10%，加水总量为冶金焦质量的9%，卧式混料机中不通水蒸汽，干燥温度分为2段，先是50℃干燥3小时去除乙酸乙酯，再130℃干燥6小时，其它同实施例1。型焦落下强度为14次·（1m）-1，冷强度为1870N，900℃高温抗压强度为1860N。型焦灰分13.46%，挥发分5.04%，固定碳80.72%，其余为水。
实施例7：原料为冶金焦粉，乙酸乙酯20份，高温沥青80份，人造石墨5份，粘结剂总量为冶金焦质量的10.5%，其它同实施例6。型焦落下强度为15次·（1m）-1，冷强度为1990N，900℃高温抗压强度为1980N。型焦灰分13.74%，挥发分4.87%，固定碳80.96%，其余为水。
实施例8：原料为冶金焦粉，乙酸乙酯20份，高温沥青80份，氧化硼5份，粘结剂总量为冶金焦质量的10.5%，其它同实施例6。型焦落下强度为13次·（1m）-1，冷强度为1950N，900℃高温抗压强度为1960N。型焦灰分13.76%，挥发分4.96%，固定碳80.83%，其余为水。
实施例9：原料为石油焦粉，玉米淀粉20份，高温沥青60份，人造石墨4份，水泥10份，氢氧化钠2份,粘结剂总量为石油焦质量的9.6%,加水总量为石油焦质量的8%，其它同实施例6。若型焦在500℃以上焙烧时发生由于挥发分太高内部蒸气压太大而破裂，可以先把原料石油焦粉在250-300℃烘干2小时再压球，因为可以去除原料中的全部水分和大部分挥发分。型焦落下强度为7次·（1m）-1，冷强度为1180N，900℃高温抗压强度为1430N。型焦灰分2.46%，挥发分12.34%，固定碳84.18%，其余为水。
实施例10：原料为石油焦粉，乙酸乙酯20份，高温沥青80份，人造石墨5份，粘结剂总量为石油焦质量的10.5%,加水总量为石油焦质量的8%，其它同实施例6。型焦落下强度为13次·（1m）-1，冷强度为1830N，900℃高温抗压强度为2050N。型焦灰分1.43%，挥发分13.05%，固定碳84.32%，其余为水。
本实施例中，所制得的样品强度指标如表1所示。
表1 型焦的强度指标
名称 落下强度/次·（1m）<sup>-1</sup> 冷强度/N 热强度/N 灰分/% 挥发分/% 固定碳/%
冶金焦粉 12.87 2.4 82.27
实施例1 10 1350 1340 14.85 4.96% 79.12
实施例2 7 1230 1280 14.13 5.15 78.53
实施例3 8 1280 1210 14.54 5.93 78.26
实施例4 7 1320 1310 14.93 5.21 78.98
实施例5 12 1460 1450 14.03 5.28 80.03
实施例6 14 1870 1860 13.46 5.04 80.72
实施例7 15 1990 1980 13.74 4.87 80.96
实施例8 13 1950 1960 13.76 4.96 80.83
石油焦粉 0.3 9.69 88.52
实施例9 7 1180 1430 2.46 12.34 84.18
实施例10 13 1830 2050 1.43 13.05 84.32%
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）用破碎机将焦粉破碎至粒径为3mm以下；
（2）混合粘结剂成分，搅拌混匀，所述粘结剂成分包括以下质量配比：常温粘结剂0-20份，沥青60-80份，沥青改性剂0-5份，型焦强度稳定剂0-10份，淀粉糊化改性剂0-2份；
（3）在破碎机中，将所述焦粉与所述粘结剂成分初步混合，调整所述焦粉和所述粘结剂成分的配比，粘结剂总配比为焦粉质量的8.6%-10.7%；
（4）在混料机中，加入水或非水溶剂，混匀所述焦粉与所述粘结剂成分，得到最终物料，所述混料机出口的物料温度要求是70-90℃，最终物料的水分含量为8%-15%，所述非水溶剂为0-20份，其中，水分加入量不超过15%；
（5）将所述最终物料压块成型；
（6）将成型后的最终物料移至干燥仓中干燥。
2.如权利要求1所述的一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，所述焦粉中，粒度0.9-3mm占比为40%，0.2-0.9mm占比为30%，0.2mm以下占比为30%。
3.如权利要求2所述的一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，所述常温粘结剂为玉米淀粉，所述沥青改性剂为人造石墨或硼类化合物，所述型焦强度稳定剂为水泥或氧化镁，所述淀粉糊化改性剂为氢氧化钠，所述非水溶剂为乙酸乙酯。
4.如权利要求3所述的一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，所述焦粉为冶金焦粉或石油焦粉，所述玉米淀粉、所述沥青、所述人造石墨、所述氧化镁、所述氢氧化钠的粒度在0.15mm以下，所述沥青为高温沥青或中温煤沥青，加水总量为焦粉质量的8%-15%，混料机内通入水蒸汽加热，混料机内温度为70-90℃，压块成型压力为30-35MPa，干燥温度为130℃。
5.如权利要求4所述的一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，所述焦粉为冶金焦粉或石油焦粉，所述玉米淀粉为0-20份，所述高温沥青为60-80份，所述人造石墨或硼类化合物为4-5份，所述水泥或氧化镁为0-10份，所述氢氧化钠为0-2份，所述粘结剂总量为冶金焦质量的8.6%-10.7%。
6.如权利要求3所述的一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，所述焦粉为冶金焦粉或石油焦粉，所述乙酸乙酯为0-20份，所述高温沥青为60-80份,所述人造石墨或硼类化合物为4-5份，所述粘结剂总量为冶金焦或石油焦质量的10%-10.5%。
7.如权利要求6所述的一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，所述焦粉为冶金焦粉或石油焦粉，所述沥青、所述人造石墨、所述硼类化合物的粒度在0.15mm以下，所述沥青为高温沥青或中温煤沥青，加水总量为冶金焦或石油焦质量的8%-9%，所述混料机中未通入水蒸汽而是通入水，干燥温度分为2段，先是50℃干燥3小时去除乙酸乙酯，再130℃干燥6小时。
8.如权利要求7所述的一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，所述石油焦粉预先在250-300℃烘干2小时，再加入粘结剂和水压块成型。
9.如权利要求3-8任意一项所述的一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，所述硼类化合物为氧化硼、吡啶硼烷、碳化硼、硼砂和硼酸其中一种或任意几种组合物。
10.如权利要求9所述的一种冷压成型制备高强度型焦的方法，其特征在于，在步骤（5）中，所述最终物料压块成型后得到椭圆形湿球。
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