专利名称：制备模制件的方法
制备模制件的方法
技术领域：
本发明涉及一种在应用有机粘合剂的情况下由细粒度至中等粒度 的混合料制备模制件，特别是坯块的方法。
在高炉中用焦炭制备生铁时使用人造的块状碳载体作为载能体、还
原剂和固定床的支承架，而在COREX⑧法/FINEX⑧法的熔融还原过程中 是将块状煤用于此功能。在市售煤的情况下，其一定比例的粒度通常是 太细，以致在固定床的透气的上部和在液态生《失和液态渣通过的固定床 的下部尤其不足以起到支承架的作用。因此该细级分通过筛分与在熔融 还原过程中使用的块煤分离，该筛分可在碳干燥前和/或干燥后进行。煤 经干燥的细级分例如可用压块法转变成粗块状，由此可供在熔融还原过 程中与块煤等值的利用。为得到适于压块的粒度，在实施压块前可能需 要使筛出的细粒或用于压块的煤任选地通过压块机。由压块机出来的煤 砖依所用粘合剂的种类通常需经后处理(冷却或加热)或经一定的停留 时间，以形成强度。随后可使其适于输送和进入料仓，并可用于所述方 法的熔融还原过程中。
对含有机粘合剂如煤焦油沥青(或石油沥青)的石煤进行压块的常用 方法主要在于，对煤的粒度和湿度进行预处理，接着混入粘合剂并同时 应用新鲜蒸汽，以调节所需混合温度。在加入新鲜蒸汽下约在90-100 。C捏合该混合物。从混合物中去除蒸汽(entwrast),以降^氐湿度，这 时抽出蒸汽和气体。在下一步中制备煤砖。
其缺点主要是，在除蒸汽时会随蒸汽带出有机的有害物质，其也称 为汽提效应。在以煤焦油沥青作为有机粘合剂的情况下，该有机有害物 质含致癌类的化合物。由于其对工作人员和维护人员的危害风险，所以 用煤焦油沥青作为粘合剂的应用在欧洲是严格受限或禁止的(如德国的 TRGS 551)。因此在石煤压块(家用燃烧煤块)中用石油沥青或糖蜜 (Melasse)代替煤焦油沥青。
与家用燃烧时的情况不同，用于熔融还原过程的煤砖除具有机械特
性之外还应具有足够的冶金特性，如耐热沖击性、热机械耐性和对C02
有小的反应活性。
但现有技术(如WO 02/50219、 WO/020555和WO 2005/071119)的用糖蜜粘结的煤砖由于市售类的高碱含量和在此情况下在压块时所需的 石灰添加剂，其对热的C02气极不稳定。因此在熔融还原过程中使用较 大量的这类煤砖需通过较大量的具有优良冶金特性的块煤和/或冶金焦 炭进行补偿。
虽然用石油沥青作为粘合剂制成的煤砖通常适合于熔融还原过程 的冶金要求，即其活性特性处于用糖蜜和用煤焦油沥青粘结的煤砖之 间，但由于石油价格高，此方案现无吸引力。
在可以较低价得到煤焦油沥青而石油和糖蜜为进口物料因而大量 生产炼焦煤的国家中，应用煤焦油沥青作为粘合剂有特别好的经济优 点。
由此应考虑，用煤焦油沥青粘结的煤砖具有无需在加料碳混合物中 添加较贵的成分如冶金焦炭和/或块状半炼焦煤或炼焦煤的可能性。
另 一方面，近来甚至在亚洲发展中国家也确立了提高的环境意识或 安全意识，采用了欧洲的标准。在这些国家运行用煤焦油沥青作为粘合 剂的制煤砖装置的批准也仅在有机的有害物质的排放得到可靠抑制情 况下才有可能。
抑制有机的有害物质的排放意指该装置需在对环境呈基本封闭的 条件下运行。在装置内部必须相对于环境呈负压。为保持负压所抽吸的 气量需经湿式或干式除尘，该经除尘的气体要经随后的热处理脱除有机 残余物。在湿式除尘情况下，废水要经相应处理。废水净化产生的滤渣 需经合适处置。但这用通常的方法不能经济性地实现，因为在此情况下， 由湿法除尘设备会产生大量的经污染的冷凝物或废水。
因此本发明的目的在于提供一种用于制备模制件的方法，其可排除 有^L物的危害并仍可使用多种粘合剂。
本发明的目的是通过权利要求1的特征部分实现的。由于块状混合 料的加热工艺步骤与与粘合剂的进一 步混合分开，所以可避免排气和从 而避免蒸汽被对健康有害的有机物所污染，以致无需复杂的和昂贵的废 气处理。
为可实现特别是在使用有机粘合剂情况下符合现今环境标准的制 备模制件如煤砖的方法，首先需避免载有有机物或有害物质的水蒸汽排 放或避免在所述水蒸汽冷凝时产生污染的废水。
这可通过将方法分为两个基本相互隔离的工段来确保。在第一工段
6中加热不含粘合剂的混合料，以致如果蒸汽或冷凝物排入环境，其也是 未受粘合剂中的有机有害物质所污染。
在本发明方法的 一 个特别方案中，在第二工段中的混合时该混合料 和粘合剂的温度基本保持恒定。由于前面的加热仅需补偿微小的温度损 失。
按本发明方法的第 一方案，该粘合剂或至少 一种粘合剂成分在混合 前经加热，特别是加热到超过该粘合剂或粘合剂成分的软化点。这确保 实现该混合料与粘合剂的均匀混合。
在第一工段中混合料加热到60-14CTC,特别是80-IO(TC。由此 该温度可适配于模制过程的需要。
按本发明方法的 一个特别方案，该粘合剂或至少 一种粘合剂成分是 热塑性的。热塑特性导致该粘合剂热软化。由此可较易混合。
一个可能的方法方案是，在该第二工段后的处理步骤中，将该才莫制 件冷却到低于该粘合剂的软化点的温度，特别是低于60。C,这可使得能 对模制件进行运送或贮存。由于高温下有限的机械强度，冷却是合理的， 以尽可能降低受损模制件和受困模制件的数量。
按本发明方法的一个特殊方案，在第一工段中通过用液态或气态加 热介质特别是蒸汽、工艺气或烟道气进行间接加热而进行所述加热。其 优点为，-降加热的混合#+不与加热介质^妾触，可利用潜热来加热，同时 冷凝物不进入混合料中，由此可调节所需的湿含量。其中按热交换原理 进行能量交换。
按本发明方法的另一个方案，在第一工段中通过用热气体特别是烟 道气或烟道气-空气混合物进行直接加热而进行所述加热，其中该热气体 特别是以逆流原理通过混合料。利用在高炉运行中存在的热烟道气所进 行的热气直接加热使得可利用存在的载能体，并由此有低的能量成本。
按本发明方法的一个的有利方案，在第一工段中至少分两步进行加 热。通过分成多个步骤可更好地排出湿汽和蒸气。
按本发明方法的另一个有利方案，在第一步和/或第二步中加入热蒸 气进行混合料加热。由此也可在下一工艺步骤中将所需温度调节到高于 水的沸点。
本发明方法的一个有利方案是，经加热的混合料在其进一步处理前 经中间贮存，以基本上与第 一工段和/或第二工段中的后续工艺步骤脱开。由此这些工段可更易于运行，甚至在该两工段之一出现干扰的情况 下，另一工段也可继续运行。
按本发明方法的 一 个有利方案，混合料在第 一 工段中经加热后将存 在的气态物质和蒸气抽出，并在冷凝器中冷凝。通过该措施也可可靠地 处理经污染的混合料，由此可避免有害的排放。被抽出的气态物质或氢 不会由有机杂质所污染。
使抽出的气态物质和蒸气在排入环境前经湿式除尘是有利的，以消 除有害排放。因为这些物质和蒸气如抽出的水蒸汽或用于加热混合料的 烟道气-空气混合物不会由有机杂质所污染，所以可将其简单处理并防止 尘埃排出。
按本发明，该第二工段在低于第一工段的压力和/或低于环境压力的 压力下进行。为排除有机污染延及第一工段或环境，相对第一工段和环 境将该压力保持在轻微负压。
按本发明的方法方案，该经加热的混合料和一种或多种粘合剂按计 量加到混合器中，其中粘合剂的加入取决于粒度、混合料的量和模制件 的强度特性。强度特性表征为耐压强度和抗碎强度。抗碎强度意指通过 标准化试验得出的特性，其中试件的破裂行为基于自由落体算出。通过 适配粘合剂的量可按需控制该模制件的可成型性和强度特性。需要时在 加粘合剂前可对加热过的混合料进4亍中间贮存。
按本发明，加热过的混合料与粘合剂混合后经捏合处理，需要时在 加入新鲜蒸气条件下进行捏合。通过捏合处理产生均匀的和稠密的混合 物，以致可顺利地继续处理该混合物。需要时可加新鲜蒸汽以调节湿度。 也可用饱和蒸汽代替新鲜蒸汽。
按本发明方法的 一个方案，使由加热过的混合料和粘合剂组成的混 合物在压机中成型成模制件，特别是煤砖。其造型可按模制件的其后使 用要求来选择，该要求例如通过使用该模制件的冶金过程来确定。
本发明的 一个方案是，抽出在混合和/或捏合和/或压制中形成的蒸
气，需要时加入燃烧气，并在高于600。C,特别是高于85(TC的温度下 于燃烧器中燃烧。该燃烧可将蒸气转变为可排放的无害废气。
按本发明，该蒸气在其到燃烧器的途径中经中间加热和/或其后的干 式除尘。借此措施可避免在管道中冷凝，消除腐蚀产生的损害。除尘可 产生清洁的无尘废气和可导致顺利燃烧。该加热可间接或直接进行，其中任选利用来自后燃烧的烟道气的能量。
本发明还使蒸气在送往燃烧器的途径中流经散料过滤器。散料过滤 器可使蒸气经低成本净化。如果该中间加热、干式除尘和后燃烧在近成 型设备处进行，则需要时可弃用散料过滤器。其优点是可避免在成型设 备和后燃烧之间的管道中发生沉积。
按本发明，使用混合料的细级分和/或活性炭和/或石油焦和/或焦粉 作为过滤介质。因此得到在冶金过程中易于进一步处理的极低成本的过 滤介质。
本发明方法的 一个特别有利的方案是，在燃烧时放出的热可送入第 一工,炎用于间接和/或直接加热。在间接加热时，待加热的混合4t经^妻触
面间接加热，该接触面再由热燃烧气加热，从而实施热交换原理。该间 接加热特别是在第一加热步骤中实施。在直接加热时，该热燃烧气直接 与待加热的混合料接触。其可在该两加热步骤中采用。通过利用热可确
保一种特别具有能效的方法。
在本发明中，将在模制件成型过程中产生的碎块加到由加热过的混 合料与粘合剂组成的混合物中。因此成型过程中的碎块可低成本地再送
入成型过程，以致可保持低的损失。
按本发明的 一个方案，该细粒度至中等粒度的混合料至少部分由例
物质特别是煤:活性炭:焦粉、、^油焦、、添加;]、煤浆(Schlamme)、 粉尘、滤饼或含碳气化剂。这类物质大量产生，其是有用物质，可返回 到冶金工艺中。因此可减少废物并节省成本。
按本发明的一个可能方案，该细粒度至中等粒度的混合料的平均粒 度为O.Ol-5mm,特别是1 mm。实践证明该粒度范围有最佳的可成型 性。
按本发明方法的一个特别有利方案，该有机粘合剂至少部分由煤焦 油或煤焦油沥青组成。该粘合剂可低价得到，并可用本发明方法处理而 对环境或工作人员无害。
按本发明方法的 一个特别方案，该粘合剂本身或与添加剂 一起在第 二工段中或在第二工段后的任选的处理步骤中经加热而硬化，并在需要 时接着经冷却。该特别的粘合剂经热处理或经加热而硬化，以致在再加 热的情况下也不会发生软化。本发明还涉及按权利要求27的特征部分的模制件。这种按权利要
求1 - 26之一的方法制备的模制件含用于提高强度的添加剂，以致该模
制件在其后过程中加热时和/或加热后会转变成半焦炭，结果该半焦炭具
有高的枳4成强度和/或对含co2的热气有高的抗蚀性。该高的抗积4戒负 荷性以及对含C02气的抗蚀性对在冶金工艺中应用该模制件是很有利 的。可使用如炼焦煤或石油焦作为添加剂。
下面依优选实施例和附图示例性和非限定性地详述本发明。
图1示出现有技术的方法
图2示出本发明的方法
按图1，来自料仓1的煤(C)与粘合剂(BR)—起在混合器2中经混合 和加热，这时将用于加热的蒸气(ST)送入混合器2中。在后面的捏合器 3中物料经充分混合，产生的蒸气(D)由混合器4中抽出。接着该物料在 压块装置中压制成煤砖，并卸出煤砖(BK),产生的碎块(屑)经输送设备 6返回。
按图2,在第一阶段A中，任选地经破碎器预处理过的粒状混合料 如煤加到料仓1中，并在第二步混入有机粘合剂前已在加热混合器2和 3中经加热到混合过程所需的温度。
该方法的效率可通过将例如基于前置的煤干燥而已经预热的粒状 混合料加入到料仓l中而得到提高。
在第一步(2)中，该煤在加热的混合器2中用蒸气间接加热和/或用 烟道气或烟道气/空气混合物直接加热，优选采用逆流原理。
在第二步中，只要其对于调节到在其后工艺步骤中所需的温度和/ 或所需的湿度是必需的，可在加热的混合器3中用过热蒸气处理该粒状 混合料。
多余的蒸气在加热的混合器3的出口处以及在任选的除蒸汽螺旋管 4的出口处抽出，并在冷凝器5中冷凝。经预先淀积出悬浮的煤粒后， 不含有机有害物质的冷凝物需要时可送往工业用水循环中。经加热的块
状混合料也称为经整备的混合料，或在煤情况下称为经整备的煤，并在 料仓6中进行中间贮存。
第二阶段B以三条平行排列的生产线表示。这些生产线通过回转式 给料器闸门7和用于中间贮存的料仓8与第一阶段分开。该装置可相对 于第 一阶段和环境调节第二阶段中所需的负压。在料仓8的出口处，该经整备的粒状混合料用计量带秤9分配到生
产线。在各生产线中，首先将粘合剂混入混合器10中。接着在捏合器
11中处理时，需要时加入新鲜蒸气，优选饱和蒸气，以调节混合料表面 的所需润湿。在实际成型(可能是压块)前不进行除蒸气。
在捏合器11出口处的螺旋管12仅输送已备用的进料混合物到压机 13,并在压机中进行模制件的成型。在压机出口处用筛网带14使模制 件与成型中形成的碎块分离。该碎块(也称为屑)用上斜式输送器15 返回混合器IO。在本发明方法的一个优选方案中，将以此方式制备的模 制件送到相应于现有技术的冷却设备中，以由此确保该;漢制件的硬化。 该冷却可以在自由气氛中的天然自由对流方式进4亍或通过特别的设备 借助于流动的空气和/或水进行，其中空气本身或空气与模制件的水湿润 和由此引发的蒸发相组合和/或水本身作为冷却介质。
为保持压力梯度，插入有回转式给料器闸门17的加料仓16。在图 2中由于空间原因未示出为平衡生产波动所需的向碎块运出设备(屑运 送带)的压制溢流。该压制溢流也需用回转式给料器闸门防止，以避免短
路流，并由此在系统中形成负压。
为保持第二工段的负压要实施抽吸，优选在模制件成型的压机13
的入料口处实施。任选地可在混合器IO和捏合器11的入口处也提供抽 吸。抽出的蒸气/漏气混合物在燃烧器18中与燃烧气一起在高于80(TC 的温度下经燃烧。在此条件下，有机物完全转变成无害化合物，其与烟 道气一起经烟囱排向环境。为保护污染的蒸气/漏气混合物所流过的管道 以及在粉尘沉积和冷凝物沉积前的抽吸风机，实施中间加热19，并后接 粉尘过滤器20。沉积的粉尘返回成型过程。此外，还可设置散料过滤器 21作为第一净化段。压块煤的中等粒度细级分、活性炭或焦粉特别适合 作过滤介质。或者，在相应安置过滤器情况下，该含有机成分的过滤介 质随后经混合器、捏合器、压机入口或间接经由屑运送带供入成型过程， 从而无需分别处置。为避免抽吸管通中的冷凝物，每条压块线也可设置 由散料过滤器、中间加热和干式除尘组成的装置以代替散料过滤器。
一个特别有利的方案在于利用在燃烧器中释出的热，例如使热烟道 气或烟道气/空气混合物流过第二混合器3中的粒状混合料而直接利用 或经第一加热混合器2中的热交换器而间接利用。
除在第 一 工段产生的基本上无污染的冷凝物和浆料和无污染的烟道气外，按该实施例本发明方法不产生副产物。
第二工段的负压系统与环境的接口设置在实施该方法的建筑物外。
碎块(屑)的返回是包封的，以致在该区域的工作人员决不会与由压机卸 出的煤砖或屑所散发的蒸气相接触。
权利要求
1.在应用粘合剂的情况下由细粒度至中等粒度的混合料制备模制件特别是煤砖的方法，其特征在于，在第一工段中将所述混合料加热到成型过程所需的温度，在与环境分开的第二工段中使该混合料与粘合剂混合并实施其后的工艺步骤。
2. 权利要求1的方法，其特征在于，在第二工段中，混合时保持混 合料和粘合剂的温度基本恒定。
3. 权利要求1或2的方法，其特征在于，在混合前加热所述粘合剂 或至少 一种粘合剂成分，特别是加热到超过该粘合剂或粘合剂成分的软 化点的温度。
4. 权利要求3的方法，其特征在于，所述粘合剂或至少一种粘合剂 成分是热塑性的。
5. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，在第二工段后的处理阶 段中，将模制件冷却到低于所述粘合剂的软化点的温度，特別是低于60 。C,其使模制件的运输和贮存成为可能。
6. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，在第一工段中的加热通 过用液态或气态加热介质，特别是用蒸气、工艺气或烟道气间接加热而 进行。
7. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，在第一工段中的加热通 过用热气，特别是用烟道气或烟道气-空气混合物直接加热而进行，其中 使所述热气特别是按逆流原理流过混合料。
8. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，在第一工段中至少以两 步进行力口热。
9. 权利要求8的方法，其特征在于，在第一和/或第二步骤中加入热 蒸气来加热混合料。
10. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，经加热的混合料在其 进一步加工前经中间贮存，以与在第 一和/或第二工段中的后续工艺步骤 基本脱开。
11. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，混合料在第一工段经 加热后，将所存在气态物质和蒸气抽出并在冷凝器中冷凝。
12. 权利要求ll的方法，其特征在于，所述气态物质和蒸气在其 排入环境前经湿法除尘处理。
13. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，第二工段的运行压力 低于第一工段的压力和/或环境压力。
14. 权利要求10-13之一的方法，其特征在于，将经加热的混合 料和粘合剂按计量送入混合器中，其中粘合剂的加入量取决于粒度、混合料量和模制件的强度特性。
15. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，经加热的混合料与粘 合剂混合后进行捏合处理，任选地同时加入新鲜蒸气。
16. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，由经加热的混合料和 粘合剂组成的混合物在压机中成型、特别是压坯成^t制件。
17. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，抽出在混合时和/或 捏合时和/或压制时产生的蒸气，任选地同时加入燃烧气，并在高于600 。C，特別是高于85(TC的温度下于燃烧器中燃烧。
18. 权利要求17的方法，其特征在于，所述蒸气在其通往燃烧器 的路径中经中间加热和/或后续的干式除尘。
19. 权利要求17或18的方法，其特征在于，所述蒸气在其通往燃 烧器的路径中流过散料过滤器。
20. 权利要求19的方法，其特征在于，用混合料的细级分和/或活 性炭和/或石油焦和/或焦粉作为过滤介质。
21. 权利要求17-20之一的方法，其特征在于，将燃烧时释出的 热送往第 一 工#1用于间接加热和/或直接加热。
22. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，将在模制件成型中产 生的石,块加到由经加热的混合库+和粘合剂组成的混合物中。
23. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述细粒度至中等粒 度的混合料至少部分由例如在制备生铁或制备钢时产生的或应用的物 质或物质混合物组成，所述物质特别是煤、活性炭、焦粉、石油焦、添 加剂、煤浆、粉尘、滤饼或含碳气化剂。
24. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述细粒度至中等粒 度的混合料的平均粒度为0.01 - 5 mm,特别是1 mm。
25. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述有机粘合剂至少 部分由煤焦油和/或煤焦油沥青组成。
26. 上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述粘合剂本身或与 添加剂 一起在第二工段中或在第二工段后的任选的处理阶段中经加热而硬化，并任选地通向随后的冷却阶^:。
27.按上述权利要求之一的方法制备的模制件，其特征在于，该模 制件含用于提高强度的添加剂，以致该模制件在其后过程中加热时和/ 或加热后会转变成半焦炭，结果该半焦炭具有高的机械强度和/或对含C02的热气有高的抗蚀性。
全文摘要
本发明涉及一种在应用粘合剂的情况下由细粒度至中等粒度的混合料制备模制件特别是坯块的方法。该方法在第一工段中将该混合料加热到成型过程所需的温度，在与环境分开的第二工段中使该混合料与粘合剂混合，并实施其后的过程步骤。通过该方法可避免对健康有害的排放。
文档编号C10L5/16GK101675149SQ200880014977
公开日2010年3月17日 申请日期2008年4月28日 优先权日2007年5月9日
发明者H·赫克曼, J·沃姆, K·韦德, L·W·克普林杰, W·芬格赫特 申请人:西门子Vai金属技术两合公司