用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法 【技术领域】
本发明涉及一种矿热炉炉料的生产制备技术，特别是用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉用压块炉料的方法。
背景技术
矿热炉是一种冶金和化工生产常用的电热高温熔炼设备，用矿热炉制备的产品种类繁多，产量巨大，在国民经济中占有重要地位。其中比较著名的产品有电石、黄磷、硅铁、锰铁、钼铁等。迄今为止，全世界的矿热炉生产采用相同的生产工艺：以具有一定块度的金属氧化物的矿石块作为矿石炉料；以具有一定块度的焦炭块作为还原剂炉料。选用焦炭而不是原煤作还原剂是因为焦炭具有蜂窝状的多孔结构，作为还原剂反应表面大，化学活性高；选用具有一定块度的矿块和具有一定块度的焦炭块作为炉料而不用它们的碎块是为了使炉料具有良好的透气性，以便让反应中产生的一氧化碳废气能够及时排出，促进产品的生成。但是这种传统工艺也具有以下缺点：(1)与原煤比较，焦炭的售价是原煤的两倍多，这无疑增加了矿热炉生产的炉料成本；(2)在将焦炭和矿石破碎到需要的块度时，不可避免的要产生大量无法使用的碎焦和碎矿石，这又提高了炉料成本；(3)块状的焦炭和块状的矿石接触面积小，反应速度慢，降低了矿热炉的日产量，从而增加了每吨矿热炉产品的耗电量。
制备型煤的传统工艺是用粘土为粘合剂，将多达煤粉重量10-20％的粘土与无烟煤粉混匀后，添加适量水份，压块；然后将压块风干或低温烘干即成为商品型煤。这种型煤大多数用作民用燃料，工业上也用这种型煤制作一氧化碳气体原料，用以生产合成氨。但按此工艺，即使把无烟煤改为烟煤粉，也不可能生产出可作矿热炉还原剂的型煤，原因是：(1)粘土粘结力低，用量大，投入矿热炉后全部成为杂质，进入产品，严重影响产品质量；(2)传统型煤强度低，投入矿热炉后容易破碎成为小块，堵塞料层气孔；(3)当作燃料和生产一氧化碳时，由粘土构成的型煤骨架有利于氧气与煤粒接触，发生氧化反应，生成一氧化碳，但当将其投入矿热炉后，这种粘土骨架就会妨碍和阻止煤粒与固态或液态的金属氧化物接触，使还原反应无法进行，妨碍矿热炉生产，使反应停滞。因此，使用传统工艺无法制备出适合矿热炉生产用的型煤还原剂炉料。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法。该方法以烟煤粉为原料代替传统上使用的焦炭块制备型煤还原剂压块炉料，并以烟煤粉和矿石粉的混合压块代替传统上使用的矿石块炉料和焦炭块炉料，不仅可以降低炉料成本，还可以提高还原反应的速度，增加矿热炉的日产量，从而降低矿热炉每吨产品的耗电量。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案：用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法。该方法是以烟煤粉为原料，用对矿热炉的生产过程和产品质量都无害的粘合剂粘合烟煤粉或矿石粉-烟煤粉混合物，压块，经风干或低温烘干后，置于热强化处理炉内，加热至200-850℃，保温5min-5h，取出，冷却，得到需要强度的矿热炉生产用压块炉料。
上述的用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法，具体地说，它是以烟煤粉为原料，用对矿热炉的生产过程和产品质量都无害的粘合剂粘合烟煤粉，压块，经风干或低温烘干后，置于热强化处理炉内，加热至200-850℃，保温5min-5h，取出，冷却，即得到需要强度的矿热炉生产用型煤还原剂压块炉料。
上述的用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法，所述型煤还原剂压块炉料的制备包括以下步骤；
(1)备料：a、烟煤粉，根据冶炼工艺对焦炭中固定碳含量的要求和各种烟煤的挥发份、灰份、固定碳含量及结焦性，选择一种适合的烟煤或使用几种烟煤配制成一种适合的烟煤原料，粉碎至粒度不大于3mm；
b、粘合剂，根据粘合能力、单价和使用情况，选择一种适合的粘合剂，并调制成需要浓度；
(2)配料、压块、烘干：将需用量的烟煤粉，投入搅拌机；根据粘合剂的粘合能力和制块需要的强度加入需要量的粘合剂，搅拌均匀后投入制块机，根据冶炼工艺地要求压制成需要形状和尺寸的烟煤压块，然后风干或低温烘干；
(3)热处理增强：将上述已风干或烘干的烟煤压块放入热强化炉，将烟煤压块加热至200-850℃，保温炉料5min-5h，取出，冷却，即得需要强度的型煤还原剂压块炉料。
前述的用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法，具体地说，它是以烟煤粉和金属的氧化物矿粉为原料，用对矿热炉的生产过程和产品质量都无害的粘合剂粘合矿石粉烟煤粉混合物，压块，经风干或低温烘干后，置于热强化处理炉内，加热至200-850℃，保温5min-5h，取出，冷却，得到需要强度的矿热炉生产用矿-煤混合压块炉料。
上述的用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法，所述矿-煤混合压块炉料的制备包括以下步骤；
(1)备料：a、烟煤粉，根据冶炼工艺对焦炭中固定碳含量的要求和各种烟煤的挥发份、灰份、固定碳含量及结焦性，选择一种适合的烟煤或使用几种烟煤配制成一种适合的烟煤原料，粉碎至粒度不大于3mm；
b、矿石粉，根据冶炼工艺对矿石的要求，选用合适的金属氧化矿，粉碎至粒度不大于3mm；
c、粘合剂，根据粘合能力、单价和使用情况，选择一种适合的粘合剂，并调制成需要浓度；
(2)配料、压块、烘干：根据冶炼工艺对金属氧化矿与固定碳的配比要求，结合烟煤粉中的固定碳含量和金属氧化矿的金属含量配料，并根据粘合剂的粘合能力和制块需要的强度加入需要量的粘合剂，搅拌均匀后投入制块机，根据冶炼工艺的要求压制成需要形状和尺寸的矿-煤混料压块，然后风干或低温烘干；
(3)热处理增强：将上述已风干或烘干的矿-煤混料压块放入热强化炉，将矿-煤混料压块加热至200-850℃，保温5min-5h，取出，冷却，即得需要强度的矿-煤混合压块炉料。
前述的用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法，所述的粘合剂包括现代工业和生活上所用的各种水溶性有机粘合剂，它们是：
(1)、富含淀粉的各种粮食细粉，包括玉米粉、洋芋粉、食用面粉、小米粉、大米粉、糯米粉、红苕粉、芭蕉芋粉、木薯粉或蕨根粉；
(2)动物胶质类，包括牛皮胶、明胶或骨胶；
(3)化学合成胶，包括聚乙烯醇，市售纸张粘合剂和木工用白乳胶和脲醛树脂，或聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩甲、乙醛、聚乙烯醇缩丁醛类水性涂料用胶；
(4)其他类，包括煤焦油，及食糖生产的下脚料-糖醚。
前述的用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法，具体地说，它是以烟煤粉为原料，用熟石灰粉为粘合剂粘合烟煤粉，压块，经风干或低温烘干后，置于热强化处理炉内，加热至200-850℃，保温5min-5h，取出，冷却，得到需要强度的电石工业用含钙型煤还原剂压块炉料。
上述的用无害粘合和热处理增强技术制备矿热炉压块炉料的方法，所述电石工业用含钙型煤还原剂压块炉料的制备包括以下步骤；
(1)备料：a、烟煤粉，根据电石冶炼工艺对焦炭中固定碳含量的要求和各种烟煤的挥发份、灰份、固定碳含量及结焦性，选择一种适合的烟煤或使用几种烟煤配制成一种适合的烟煤原料，粉碎至粒度不大于3mm；
b、熟石灰粉，按干基计算熟石灰中氢氧化钙的含量应大于95％，粉碎至粒度不大于60目；
(2)配料、压块、烘干：将需用量的烟煤粉，投入搅拌机；根据熟石灰的粘合能力和制块需要的强度加入需要量的熟石灰粉，再加适量水，混匀后投入制块机，根据电石冶炼工艺的要求压制成需要形状和尺寸的钙-煤混料压块，然后风干或低温烘干；
(3)热处理增强：将上述已风干或烘干的钙-煤混料压块投入热强化炉，将其加热至200-850℃，保温5min-5h，取出，冷却，得到需要强度的电石工业用含钙型煤还原剂压块炉料。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明是用对矿热炉的生产过程和产品质量都无害的粘合剂粘合烟煤粉，或矿石粉-烟煤粉混合物，压块，经风干或低温烘干后在200-850℃温度下热处理增强，以增加其强度，从而制备得到需要强度的型煤还原剂压块炉料及矿-煤混合压块炉料。热处理增强时，煤粒中的煤焦油受热分解析出后渗入煤粒间的空隙，在压块内发挥填空、修补、自粘合增强的作用。熔炼时，烟煤受热分解焦化，它们在矿热炉的预热区段就首先变成为多孔的焦炭，这种新生的焦炭因为表面新鲜还原活性更强。构成本发明的工艺和技术基础的是：(1)选用对矿热炉的生产过程和产品都无害的有机胶质作为烟煤粉和矿石粉的粘合剂，有机胶质在矿热炉内受高温分解释放出水蒸汽后转变成为还原能力比焦炭更强的活性炭。(2)氢氧化钙粉末作为烟煤粉粘合剂制备成的型煤压块，可作为电石工业的还原剂炉料，氢氧化钙在矿热炉内受热分解放出水蒸汽后就转变成为制备电石时需要的原料氧化钙，反应为Ca(OH)2-H2O→CaO。
与传统工艺相比，本发明使用型煤还原剂压块炉料比使用焦炭块炉料可节约还原剂炉料费用50％，而且使用矿-煤混合压块炉料代替矿石块和焦炭块炉料，不但可以降低还原剂炉料成本50％外，还可以提高矿热炉日产量，同时降低每吨矿热炉产品的耗电量。
本发明的特点：1、用无害粘合剂粘合烟煤粉，压块，经热处理增强后得到适合矿热炉使用的型煤还原剂压块炉料，代替焦炭块可以节约还原剂炉料费用50％。2、用无害粘合剂粘合矿石粉-烟煤粉混合物，压块经热处理增强后得到适合矿热炉使用的压块炉料，代替传统工艺操作中的块状矿石炉料和焦炭块炉料，既可以节约还原剂炉料费用50％，还可以提高矿热炉日产量，降低每吨产品的电耗。本发明中提到的热处理增强技术是：将已干燥好的烟煤压块或矿-煤混料压块置于热强化处理炉内，加热至200-850℃，保温5min-5h，取出，冷却后即得到需要强度的压块炉料。实验证明，将挥发份为15.5％、灰份为10.2％，固定碳含量为74.8％的烟煤粉按本发明制备型煤还原剂压块炉料的方法制成型煤还原剂压块炉料，试用于硅铁工业用矿热炉，效果良好。并按本发明制备电石工业用含钙型煤还原剂压块炉料的方法制备出可供工业使用的含钙型煤还原剂压块炉料，其中固定碳的含量为80.3％，氧化钙含量为3.8％。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
【具体实施方式】
实施例1。制备型煤还原剂压块炉料。通过下述步骤实现(以用淀粉粘合剂为例)：
(1)备料：a、烟煤粉，根据冶炼工艺对焦炭中固定碳含量的要求和各种烟煤的挥发份、灰份、固定碳含量及结焦性，选择一种适合的烟煤或使用几种烟煤配制成一种适合的烟煤原料，粉碎至粒度不大于3mm；
b、淀粉浆糊，根据各种淀粉的粘合能力、单价、使用情况等多种因素，选择一种富含淀粉的粮食细粉作粘合剂，将需要量的粮食细粉投入容器，先加适量冷水，调散，再加入需要量的水调成粮食粉重量/水重量为1-10％的稀浆，加热至水沸，搅好的浆糊备用；
(2)配料、压块、烘干：将需用量的烟煤粉，投入搅拌机；根据淀粉浆糊的粘合能力和制块需要的强度加入需要量的淀粉浆糊，与烟煤粉搅拌均匀后投入制块机，根据冶炼工艺的要求压制成需要形状和尺寸的烟煤压块，然后风干或低温烘干；
(3)热处理增强：将上述已风干或烘干的烟煤压块放入热强化炉，将烟煤压块加热至200-850℃，保温炉料5min-5h，取出，冷却，即得需要强度的型煤还原剂压块炉料。
实施例2。制备矿-煤混合压块炉料。通过下述步骤实现(以用淀粉粘合剂为例)：
(1)备料：a、烟煤粉，根据冶炼工艺对焦炭中固定碳含量的要求和各种烟煤的挥发份、灰份、固定碳含量及结焦性，选择一种适合的烟煤或使用几种烟煤配制成一种适合的烟煤原料，粉碎至粒度不大于3mm；
b、矿石粉，根据冶炼工艺对矿石的要求，选用合适的金属氧化矿，粉碎至粒度不大于3mm；
c、淀粉浆糊，根据各种淀粉的粘合能力、单价、使用情况等多种因素，选择一种富含淀粉的粮食细粉作粘合剂，将需要量的粮食细粉投入容器，先加适量冷水，调散，再加入需要量的水调成粮食粉重量/水重量为1-10％的稀浆，加热至水沸，搅好的浆糊备用；
(2)配料、压块、烘干：根据冶炼工艺对金属氧化矿与固定碳的配比要求，结合烟煤粉中的固定碳含量和金属氧化矿的金属含量配料，并根据淀粉浆糊的粘合能力和制块需要的强度加入需要量的淀粉浆糊，与烟煤粉、矿石粉搅拌均匀后投入制块机，根据冶炼工艺的要求压制成需要形状和尺寸的矿-煤混料压块，然后风干或低温烘干；
(3)热处理增强：将上述已风干或烘干的矿-煤混料压块放入热强化炉，将矿-煤混料压块加热至200-850℃，保温5min-5h，取出，冷却，即得需要强度的矿-煤混合压块炉料。
实施例3。制备电石工业专用的型煤还原剂压块炉料。通过下述步骤实现：
(1)备料：a、烟煤粉，根据电石冶炼工艺对焦炭中固定碳含量的要求和各种烟煤的挥发份、灰份、固定碳含量及结焦性，选择一种适合的烟煤或使用几种烟煤配制成一种适合的烟煤原料，粉碎至粒度不大于3mm；
b、熟石灰粉，按干基计算熟石灰中氢氧化钙的含量应大于95％，粉碎至粒度不大于60目；
(2)配料、压块、烘干：将需用量的烟煤粉，投入搅拌机；根据熟石灰的粘合能力和制块需要的强度加入需要量的熟石灰粉，再加适量水，混匀后投入制块机，根据电石冶炼工艺的要求压制成需要形状和尺寸的钙-煤混料压块，然后风干或低温烘干；
(3)热处理增强：将上述已风干或烘干的钙-煤混料压块投入热强化炉，将其加热至200-850℃，保温5min-5h，取出，冷却，即得需要强度的电石工业用含钙型煤还原剂压块炉料。熟石灰的用量主要取决于它的粘合能力和制块需要的强度。
上述实施例1、2中所用的粘合剂可以是现代工业和生活上所用的各种水溶性有机粘合剂，它们是：(1)、富含淀粉的各种粮食细粉，包括玉米粉、洋芋粉、食用面粉、小米粉、大米粉、糯米粉、红苕粉、芭蕉芋粉、木薯粉或蕨根粉；(2)动物胶质类，包括牛皮胶、明胶或骨胶；(3)化学合成胶，包括聚乙烯醇，市售纸张粘合剂和木工用白乳胶和脲醛树脂，或聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩甲、乙醛、聚乙烯醇缩丁醛类水性涂料用胶；(4)其他类，包括煤焦油，及食糖生产的下脚料-糖醚。它们的使用方法是先将干胶与水混合制备成为水溶性稀溶液，再与烟煤粉或与矿石-烟煤粉的混合物混合均匀，压制成块，有机胶的用量为干胶重量/烟煤粉重量＝0.05-5％，或干胶重量/(矿石粉+烟煤粉重量)＝0.05-5％。