熔炼气化炉用焦炭及用于制造所述焦炭的方法

摘要

本发明涉及熔炼气化炉用焦炭及用于制造所述焦炭的方法。本公开内容提供了可在狭槽式炼焦炉中挤出同时通过使用半软焦煤能够在熔炼气化炉使用的熔炼气化炉用焦炭，以及一种用于制造这种焦炭的方法，并且由于熔炼气化炉用焦炭能够在狭槽式炼焦炉中被碳化并挤出，根据本公开内容的一个实施方案的熔炼气化炉用焦炭是包含80重量％或更多的半软焦煤的煤共混物，并且其挥发物(Vm)含量为28％至33％且煤化程度(Rm)为0.8％或更高。

说明书

技术领域

本公开内容涉及熔炼气化炉用焦炭以及用于制造这种焦炭的方法，并且尤其涉及如下熔炼气化炉用焦炭以及用于制造这种焦炭的方法：所述焦炭通过使用半软焦煤可在狭槽式炼焦炉中挤出同时能够用在熔炼气化炉中。

背景技术

在一般的铸铁车间中，使用高炉法生产铁水。为了在高炉中生产铁水，需要制备烧结矿和焦炭，并且就高炉中的操作稳定性和生产力提高而言，具有高强度的焦炭是优选的，并且炼焦炉也致力于制造具有高强度的焦炭。

焦炭的强度可以以多种方式测量，并且多种测量方法之一是转鼓指数(DI)。当DI值增大时，焦炭被认为是高强度焦炭(具有低含量的破碎成细颗粒的焦炭)。通常，DI强度为85％或更高的焦炭被用作在大的高炉中使用的焦炭。

同时，在高炉法中，需要准备辅助设备如用于将煤制成焦炭的焦炭制造设备和用于铁矿石烧结过程的烧结设备。此外，环境污染物从这样的辅助设备中排出，并且在高炉法中需要与辅助设备一起准备用于净化环境污染物的净化设备。

因此，在炼钢工业中，高炉法被熔炼还原法替代。熔炼还原法也称为FINEX法。FINEX工艺通常由还原细铁矿石的流化床和CO₂PSA(Pressure>2PSA通过使经还原的细铁矿石和用于一般用途的煤熔化，并还原熔炼气化炉中的二氧化碳和FOG(FINEX废气)用以产生气体来制备铁水。

特别地，熔炼气化炉通常使用冷和暖强度低的块煤或型煤，然而，在一些情况下，焦炭用于提高熔炼气化炉的空气渗透性和液体渗透性的目的。目前运行的熔炼气化炉在尺寸上比高炉小，因此，不需要高强度焦炭，然而，由于未制造出适用于熔炼气化炉的低强度焦炭，所以提供并使用高强度焦炭。

同时，还公开并且已经使用了如下方法：预先形成细颗粒煤以提高熔炼气化炉的空气渗透性和液体渗透性，并在熔炼气化炉中使用所述产物(韩国专利申请特许公开No.10-2002-0050084)。然而，问题在于需要准备单独的成形设备用于制造型煤。

因此，本公开内容提出一种使用用于制造高炉用焦炭的现有设备来制造FINEX熔炼气化炉用的低强度焦炭的方法。

【现有技术文献】

【专利文献】

(专利文献1)韩国专利申请特许公开No.10-2002-0050084(2002年06月26日)

发明内容

本公开内容的一方面提供了熔炼气化炉用焦炭，其价格便宜同时在一般的狭槽式炼焦炉中生产，并且能够保证至少一定水平的强度以便提高熔炼气化炉中的空气渗透性；以及用于制造所述焦炭的方法。

根据本公开内容的一方面的所述熔炼气化炉用焦炭为能够在狭槽式炼焦炉中被碳化并挤出的熔炼气化炉用焦炭，并且优选为包含80重量％或更多的半软焦煤的煤共混物，优选地，其挥发物(Vm)含量为28％至33％且煤化程度(Rm)为0.8％或更高。

本文中，优选地，所述焦炭的转鼓指数(DI强度)为75％或更高。

特别地，所述焦炭的转鼓指数(DI强度)为75％至85％。

根据本公开内容的一方面的方法为用于制造熔炼气化炉用焦炭的方法，并且所述方法包括通过混合80重量％或更多的半软焦煤来制备煤共混物；通过将制备的煤共混物装载到炼焦炉中来使所述煤共混物碳化；通过将碳化的焦炭挤出来从所述炼焦炉中排放出所述碳化的焦炭。

在制备煤共混物时，所述煤共混物的挥发物(Vm)含量优选为28％至33％，并且其煤化程度(Rm)优选为0.8％或更高。

在进行碳化时，所述碳化的焦炭的转鼓指数(DI强度)为75％至85％。

附图说明

图1是示出了根据本公开内容的一个实施方案的用于制造熔炼气化炉用焦炭的方法的流程图。

具体实施方式

下文中，将参照附图更详细地描述本公开内容的一些实施方案。然而，本公开内容不限于以下公开的实施方案，并且以多种不同形式实现。仅提供一些实施方案以使本公开内容的内容完整，并且完整地告知本领域的技术人员本公开内容的范围。

首先，将描述在熔炼气化炉中使用低强度焦炭的原因。本文中，低强度意指强度条件的水平低于用于一般高炉中使用的焦炭所需的强度。

使用低强度焦炭的原因是，炼焦炉中产生的焦炭的暖强度比块煤和型煤更高，并且认为这有助于保证空气渗透性。换言之，当制造强度低于高炉用焦炭但高于块煤或型煤的焦炭时，认为其可用于熔炼气化炉。

然而，尽管在一般的狭槽式炼焦炉中制造高强度焦炭是常见的，但是制造强度特别低的焦炭不容易。原因是，使在一般狭槽式炼焦炉中制造的焦炭排出所述炼焦炉的方式是用机械力推挤焦炭。换言之，如果在炼焦炉中制造强度非常低的焦炭并破碎而没有挤出，则由于不可使用连续工艺制造焦炭，而发生运行故障。因此，本公开内容提供了制造低强度焦炭的在挤出碳化的焦炭时没有运行故障的技术。

鉴于以上，根据本公开内容的一个实施方案的熔炼气化炉用焦炭为包含80重量％或更多的半软焦煤的煤共混物，并且其挥发物(Vm)含量为28％至33％且煤化程度(Rm)为0.8％或更高。所述焦炭可保持转鼓指数(DI强度)在75％或更高且优选在75％至85％的水平。

用于制造焦炭的煤分为有助于提高焦炭强度的高价硬焦煤和制造成本降低而不是强度提高所需的低价半软焦煤，在本公开内容中，当混合煤共混物时，优选包含80重量％或更多的半软焦煤并向其中混合作为剩余部分的硬焦煤。当然可单独使用半软焦煤。

为了制造一般的用于高炉的焦炭，煤共混物中半软焦煤的比例限于50重量％或更小，然而，在本实施方案中，半软焦煤的百分数限于80重量％或更多。为了保持转鼓指数(DI)为75％或更高同时如上所述包含80重量％或更多的半软焦煤，本公开内容限制煤共混物的挥发物含量(Vm)和煤化程度(Rm)。

煤的物理特性主要采用表示煤化程度的镜质体平均反射率(镜质体平均反射率)Rm和表示碳化过程中出现的煤的结块性(caking property)的吾氏流动度(dial divisionper minute)。前者是通过使用光学显微镜观察煤结构获得的值，而后者是使用称为基氏塑性计(Gieseler Plastormeter)的测量仪器获得的值。

焦炭的强度一般由孔特性如形成所述焦炭的孔隙率和孔分布以及孔壁的厚度和强度决定。孔壁形成多种具有碳作为中心的焦炭结构，并且碳含量高的具有高煤化程度的煤(即，具有较高Rm的煤)对增强孔壁是有利的。此外，关于焦炭孔壁的结构，焦炭强度随着光学各向异性结构形成而增大。在煤碳化期间，当熔体粘度在350℃至500℃的温度范围内下降(流动性增大)时，通过促进热解组分的聚合反应，各向异性结构生长为宏观结构，并因此有助于强度提高。因此，在熔炼阶段煤共混物的吾氏流动度和煤化程度的提高可有效地改善焦炭结构，并且提高最终获得的焦炭的强度。

同时，大部分半软焦煤的煤化程度低并因此焦炭强度低，虽然一些半软焦煤具有类似于硬焦煤的高煤化程度，但是结块性过于不足从而产生低焦炭强度。

因此，在本实施方案中，通过限制煤共混物的煤化程度(Rm)和挥发物含量(Vm)(决定煤的吾氏流动度的主要因素)的数值范围，产生能够保持某一强度水平以用于熔炼气化炉的焦炭。为了这个目的，在本实施方案中将挥发物(Vm)含量限于28％至33％，且将煤化程度(Rm)限于0.8％或更高。将基于比较例和实施例描述限制煤共混物的煤化程度(Rm)和挥发物(Vm)含量的数值范围的原因。

同时，图1是示出了根据本公开内容的一个实施方案的用于制造熔炼气化炉用焦炭的方法的流程图。

如图1所示，根据本公开内容的一个实施方案的用于制造熔炼气化炉用焦炭的方法为用于经由控制煤共混物的物理特性通过在一般的狭槽式炼焦炉中制造焦炭以制造DI强度为75％或更高的焦炭的方法，其主要包括以下步骤：通过使80重量％或更多的半软焦煤混合来制备煤共混物；通过将制备的煤共混物装载到炼焦炉中来使所述煤共混物碳化；以及通过将碳化的焦炭挤出来从所述炼焦炉中排放出所述碳化的焦炭。

本文中，在制备煤共混物时，使用一种或更多种类型的半软焦煤和硬焦煤制备所述煤共混物，并且通过包含80重量％或更多的半软焦煤来降低所述煤共混物的成本。然而，为了保证目标水平的DI强度，优选地限制半软焦煤的物理特性，例如，挥发物(Vm)含量优选限于28％至33％并且煤化程度(Rm)优选限于0.8％或更高。

同时，以与在一般的狭槽式炼焦炉中进行的用于制造焦炭的操作相同的方式进行碳化和排放。

接下来，将对照比较例和实施例描述，当根据本公开内容的一个实施方案制造熔炼气化炉用焦炭时限制挥发物(Vm)含量和煤化程度(Vm)的原因。

一般的炼焦炉具有宽度为约0.45m且长度为16m或更长的长狭槽式结构，并且在向其中引入煤并关闭两端的门之后进行碳化。在打开两个门之后，将在1100℃或更高的温度下进行高温碳化完成的焦炭挤出至相对侧同时用机械力从一侧推挤焦炭层。本文中，由于即使在施加高挤压载荷时焦炭层也是稳定的，因此当焦炭的强度高时容易地挤出焦炭，然而，当焦炭强度太低时，在挤出过程期间焦炭被严重损坏可能导致挤出失败。因此，虽然焦炭强度提高低于现有用于高炉的高强度焦炭，但是在用半软焦煤制造焦炭时，焦炭具有可接受水平的强度以经受挤出是必需的。

使用测试炉由在实验室中混合并设计的煤共混物和实际操作中所使用的具有混合比为80％的半软焦煤的的煤共混物制造焦炭，并且进行若干比较焦炭强度的测试以推断可挤出的半软焦煤混合条件。

下表1的比较例1至比较例6示出了用于制造焦炭的半软化焦煤的物理特性，以及在40kg/装载量的测试炉制造的焦炭的强度。比较例1至比较例5的煤化程度(Rm)低于0.8％且挥发物含量(Vm)高于28％，而比较例6的煤化程度高于0.8％且挥发物含量(Vm)低于28％。

【表1】

如表1所示，确定的是，当煤化程度(Rm)低于0.8％且挥发物含量(Vm)低于28％时，焦炭强度未保持在目标水平(DI强度：75％或更高)。本文中，未推断出焦炭的DI强度与灰份含量和流动性指数(LMF)之间的相关性。

然后，进行测量DI强度的测试同时改变半软焦煤的混合比，结果示于下表2中。

【表2】

如表2所示，比较例7使用测试炉由制备用于高炉的焦炭的煤共混物(半软焦煤混合比：52％)制备焦炭并评估强度。比较例7具有25.2％的低挥发物含量(Vm)和1.10％的高煤化程度(Rm)，焦炭的DI强度高为79.2％。

然而，实施例1示出了测试操作中所使用的且半软焦煤混合比为80％的煤共混物的物理特性，以及测试炉中制造的焦炭的强度。可以看到，在半软焦煤混合比增加至80％的情况下，煤共混物的挥发物含量(Vm)增加至28.5％，而煤化程度(Rm)下降至0.94％。此外，测试炉中制造的DI强度低为75.1％。同时，当在普通的狭槽式炼焦炉中制备相同的煤共混物时，DI强度为81.2％，并且在操作中不存在挤出失败，因此，这成为设置75.0％或更高的DI强度作为可接受水平的预防挤出失败的强度的根据。

同时，实施例2至实施例5评估了具有100％的半软焦煤的煤共混物的DI强度。在具有100％的半软焦煤的煤共混物中，当控制挥发物含量(Vm)为28％且煤化程度(Rm)为0.8％或更高时，在测试炉中制造的DI强度全部高为75％或更高，因此，预计这些煤共混物用于在普通的狭槽式炼焦炉中挤出。

然而，如比较例8所示，当煤化程度(Rm)低至低于0.8％时，在即使具有100％的半软焦煤的煤共混物的情况下，DI强度也低为70.1％，并且就挤出可能性而言，认为其不适合于使用普通的狭槽式炼焦炉进行操作。

接下来，使用400kg/装载量大测试炉进行测试以获得另外的关于焦炭的挤出特性和强度的信息。

当使用大炉时，在特定条件下使焦炭稳定之后测量强度以获得类似于普通狭槽式炼焦炉的DI强度值。

表3示出了使用大测试炉和实际操作中所使用的炉的煤共混物的DI强度。

【表3】

在比较例9中，可以看出，煤化程度较低为0.68％的煤共混物的焦炭强度特别低，为57.8％，而在比较例9-1中，可以看出，当在40kg的测试炉中制备相同的煤共混物时，焦炭的DI强度为70.1％，其低于确定作为低强度焦炭的界限值75％。

如实施例6和实施例7，当煤共混物的煤化程度(Rm)为0.8％或更高时，由于在400kg的炉中制造的焦炭的强度足够高为82.6％和81.1％，预计可以进行操作而不存在挤出失败。当使用40kg的测试炉评估这些时，如实施例6-1和实施例7-1，DI强度为77.5％和76.1％，并且可以看出，可制造没有挤出问题的低强度焦炭。

实施例8示出了当在使用普通狭槽式炼焦炉的实际炉操作中半软焦煤混合比为80％时且当将煤共混物的煤化程度Rm限于0.83％时的DI强度。在实际操作中测量的DI强度为80.6％，并且根据操作正常地进行而没有挤出失败这一事实，可以确定，当将煤共混物的煤化程度(Rm)限于0.8％或更高时，可制造可挤出的低强度焦炭。

根据本公开内容的实施方案，能够使用廉价半软焦煤混合比为80％或更大的煤共混物生产在普通狭槽式炼焦炉中可挤出的低强度焦炭，并因此，煤共混物的生产成本低。此外，存在的优点在于，可通过使用具有高挥发物含量的半软焦煤增加高价副产物如焦油和BTX(Benzene TolueneXylene，苯甲苯二甲苯)的回收。

还存在的优点在于，由于低强度焦炭可以在不需要高强度焦炭的FINEX熔炼气化炉中使用，因此可以降低制造铁水的生产成本。

虽然已经参照附图和上述优选实施方案描述了本公开内容，但是本公开内容不限于此，而是限于所附权利要求。因此，本领域技术人员可在不背离所附权利要求的技术精神的范围内多样地修改和改变本公开内容。