第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1、采用優(yōu)質(zhì)煉焦煤在常規(guī)焦?fàn)t中制備鑄造焦
原料煤的選擇是鑄造焦制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在國內(nèi)的鑄造焦制備 研究 初期，制備鑄造焦的原料煤均選擇優(yōu)質(zhì)煉焦煤的配煤方案，如冶金工業(yè)部鞍山熱能 研究 院和煤炭科學(xué) 研究 總院，自1982年起，至1987年，分別研制成功了鎮(zhèn)江一級鑄造焦、臨汾一級鑄造焦、保定二級鑄造焦、薛城二級鑄造焦、漣源一級鑄造焦、北京焦化廠二級鑄造焦、豐城一級鑄造焦、柳林一級鑄造焦、古縣一級鑄造焦等，而山東?；瘓F(tuán)采用六六型焦?fàn)t，通過控制升溫條件制備出特級鑄造焦。在這一階段，由于機(jī)械 行業(yè) 的發(fā)展需要，國家計委大力倡導(dǎo)，一些煉焦企業(yè)在原有的焦?fàn)t上采用傳統(tǒng)的煉焦工藝進(jìn)行鑄造焦的的生產(chǎn)，盡管這一階段很少考慮優(yōu)質(zhì)煉焦煤的資源合理的和可持續(xù)的利用，但還是有力地奠定了中國鑄造焦制造業(yè)的基礎(chǔ)。
2、采用搗固煉焦工藝制備鑄造焦
煉焦用煤最重要的特性是要求具有一定的粘結(jié)性。目前中國強(qiáng)粘結(jié)性煤的資源有限，而搗固煉焦工藝可多用弱粘結(jié)性煤，少用強(qiáng)粘結(jié)性煤，通常情況下，普通工藝煉焦只能配人氣煤35%左右，而搗固煉焦工藝與普通頂裝煤工藝相比，由于提高了裝爐煤密度，使煤粒間距離縮短，可充分利用利用煤的粘結(jié)性，故不僅可提高約20%的高揮發(fā)分氣煤的用量，而且還可適量配人過去認(rèn)為不能煉焦的弱粘結(jié)煤、不粘煤和無煙煤等煤種。因此搗固法煉焦不失為一種擴(kuò)大煤源的煉焦工藝。
中國氣煤的灰分含量一般在6%-8.9%之間，搗固焦?fàn)t可以多配氣煤，必然降低鑄造焦炭的灰分和硫分，因此，采用搗固焦工藝有利于提高鑄造焦的質(zhì)量。加之搗固焦工藝可以正常應(yīng)用于常規(guī)焦?fàn)t，使得原用于冶金焦生產(chǎn)的焦?fàn)t容易轉(zhuǎn)產(chǎn)鑄造焦，并使鑄造焦生產(chǎn)大型化。
在國內(nèi)，80年代末，北京煤炭化學(xué) 研究 所為鎮(zhèn)江焦化廠成功地研制出了一級鑄造焦，其配煤方案為:徐州氣煤40%;山家林肥煤20%;石油延遲焦30%;其他焦粉、瀝青等10%，完成了以大同氣煤為主的鑄造焦制備的實驗 研究 ，其配煤方案為:大同煤40%;兌鎮(zhèn)煤40%;抬頭煤和焦粉20%，所采用的工藝均為為搗固焦工藝。撫順化工廠采用搗固焦工藝，在配煤方案為:龍鳳煤40%;開灤煤20%;鐵廠煤20%;石油焦15%;焦粉5%的情況下生產(chǎn)出二級鑄造焦。淄博市焦化煤氣公司在66型焦?fàn)t搗固煉焦改造后采用30%氣煤、40%焦煤、20%的石油延遲焦、5%焦粉、5%瀝青的配比，試制出一級鑄造焦。王燕芳等以寧夏的焦煤作為煉焦試驗主要原料，配人優(yōu)質(zhì)碳質(zhì)添加劑，用5kg試驗焦?fàn)t研制出優(yōu)質(zhì)鑄造焦。
山西省冶金設(shè)計院近幾年也開發(fā)了熱回收搗固式清潔型焦?fàn)t，由此可見，利用搗固煉焦方法不但可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄造焦，而且具有擴(kuò)大原料范圍和多配氣煤或弱粘結(jié)煤及降低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢。
在國外，近年來，西方發(fā)達(dá)國家針對焦?fàn)t老齡化加劇和環(huán)境保護(hù)日趨嚴(yán)格的現(xiàn)實，積極研制開發(fā)了一些新的煉焦技術(shù)，無回收煉焦技術(shù)就是其中的一種，PACTI是由美國賓夕法尼亞焦炭技術(shù)股份有限公司(Pennsylvania Coke Technology,Inc)發(fā)明的。1980年，PACTI技術(shù)得以進(jìn)一步改進(jìn)，1990年，PACTI技術(shù)被引人墨西哥，并于1992年建立了生產(chǎn)能力為6300t/a的試驗廠。該項技術(shù)的主要特點是對環(huán)境的污染很小，建廠投資相對較少。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。早期的PACTI技術(shù)，煉焦煤人爐后，是在自然堆積密度下成焦。后來，為了提高焦炭強(qiáng)度，采取在入爐煤中添加無煙煤、焦粉、型煤以及對人爐煤搗固等措施。結(jié)果表明，以對人爐煤搗固最為有效。采用相同品質(zhì)的煉焦煤，增加搗固工藝后，焦炭熱性質(zhì)指標(biāo)可提高25%-30%。
PACTI技術(shù)煉焦?fàn)t示意
另外，印度塔塔鋼鐵公司以本國高灰分、結(jié)焦性差、煤階低、活性組分少、巖相不均、難以洗選的煉焦煤與澳大利亞煤配合，采用搗固煉焦工藝成功生產(chǎn)出符合本國標(biāo)準(zhǔn)的焦炭。
搗固焦工藝非常適合鑄造焦的生產(chǎn)，特別是使用揮發(fā)分較高，粘結(jié)能力不強(qiáng)的氣煤，適合目前的制備鑄造焦煤的資源特點，也適合中國的國情。
第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程
1、鑄造焦產(chǎn)品工藝
1）中國的鑄造型焦工藝
鑄造型焦工藝主要有熱壓型焦工藝、冷壓型焦工藝和氧化型焦工藝。我國早在90年代就先后在山西大同、寧夏石嘴山及內(nèi)蒙古烏達(dá)建成了3座鑄造型焦廠，均采用熱壓成型、豎式爐炭化工藝。以烏達(dá)鑄造型焦廠為例，該廠設(shè)計能力4萬t／a，以無煙末煤和粘結(jié)煤為原料，用氣體熱載體加熱混合料，進(jìn)行熱壓成型，半成品進(jìn)入豎式炭化爐干餾，炭化時間16h，生產(chǎn)鑄造型焦的塊度80mm，每塊重450～500g，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國標(biāo)規(guī)定的一級焦和特級焦水平，該廠以無煙煤和煙煤按7：3比例。制備熱壓鑄造型焦工藝流程如下圖所示。
熱壓鑄造型焦工藝流程
冷壓型焦工藝在國內(nèi)主要有2種，其共同特點是：原料多以無煙末煤、粘結(jié)性煤為主，并配入部分添加料及粘結(jié)劑。區(qū)別是采用的炭化爐不同，一種是內(nèi)熱式斜底爐，另一種是外熱式斜底爐。
2）德國的鑄造型焦工藝
（1）BF鑄造型焦工藝：原料為90％的焦粉和10％的煤焦油瀝青，將小于lmm的焦粉，以熱廢氣為流化介質(zhì)，在輸送過程中，將焦粉加熱到適當(dāng)溫度，在混料機(jī)中與噴入的瀝青乳化劑混合，混捏后在對輥機(jī)或沖壓成型機(jī)上成型，型塊在砂熔爐310oC下，氧熱處理25h，即得鑄造型焦。主要質(zhì)量指標(biāo)為：灰分6％～8％，揮發(fā)分22％，硫分0.88％，氣孔率41.2％，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度M1022.6％。
（2）BFL是德國的另一種雙組份熱壓型焦工藝。用熱的半焦粉與黏性煤混合，使黏性組分達(dá)到最佳軟化溫度420～480oC時，在對輥成型機(jī)上成型，經(jīng)600～850oC熱悶處理即得鑄造型焦。
3）波蘭Iehwp鑄造型焦工藝
波蘭Iehwp鑄造型焦工藝是使用高揮發(fā)分弱黏煤或不黏煤經(jīng)脫揮發(fā)分后作原料，工藝分3個段進(jìn)行：
（1）煤在800oC以上溫度下炭化，將得到的焦炭或半焦粉碎到小于3～4mm；
（2）得到的低溫焦油經(jīng)蒸餾后取得的重餾分作黏結(jié)劑；
（3）成型后，在200～300oC或更高的溫度下，在隧道窯內(nèi)用含氧氣體進(jìn)行型塊氧熱處理，對850g的型塊處理9～12h，即得型焦，型焦塊度為140mmx112mmx75mm，M4083％、M1012％、水分2％、揮發(fā)分7％、灰分85％、硫分0.7％。
波蘭Ichwp鑄造型焦工藝在1983年曾經(jīng)被中國引用在大同煤的氧化鑄造型焦的研制項目上，最終制備出符合波蘭一級的氧化鑄造型焦。
4）日本的鑄造型焦工藝
日本采用的旭日法是以煙煤、粘結(jié)煤或一般煤、石油焦為混合配料，經(jīng)沖壓成型進(jìn)行炭化。鐵研法是用焦粉和粘結(jié)性煤相配合壓制成型并進(jìn)行炭化煉焦，這兩種方法都是成功的。
日本鑄造型焦的生產(chǎn)規(guī)模、原料和工藝
5）韓國鑄造型焦工藝
韓國三千里石炭株式會社生產(chǎn)鑄造型焦，以無煙煤、主焦煤、石油延遲焦及焦粉為原料，用中溫煤焦油瀝青作粘結(jié)劑，沖壓成型。產(chǎn)品規(guī)格為115mmx115mm，中心帶孔。炭化方式為內(nèi)熱式斜底爐。生產(chǎn)一級或特級鑄造型焦。
2、工藝參數(shù)對鑄造焦制備技術(shù)的影響
1）原料煤粒度
原料煤的粒度也是影響鑄造焦質(zhì)量的因素，俄羅斯頓涅茲焦化廠 研究 了小粒度煤料的預(yù)篩分對鑄造焦質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，粒度(小于3mm)在74%-75%時焦炭強(qiáng)度較好，粒度大于78.7%和小于73%時，耐磨強(qiáng)度M1。明顯下降原料粒度處于最佳粒度分布時，制得型塊可達(dá)最大顯密度，從而得到型塊抗壓強(qiáng)度最大。高密度高強(qiáng)度型塊在炭化時，由于煤顆粒之間具有最小空隙體積，粘結(jié)劑在煤粒表面分布均勻，利用充分，可增加原料顆粒間的粘結(jié)力，因而可獲高質(zhì)量型焦。粒度及其分布對型焦質(zhì)量的影響程度因粘結(jié)劑種類及添加量、試驗用粒度取值和成型方法不同而有一定差別。土耳其Yanik等用造紙廢液粘結(jié)劑制造褐煤冶金型焦采用的最佳粒度為0.5mm。楊志明等對0.25mm一大于2.Omm的4種成型粒度進(jìn)行試驗，得出原料煤粒度為0.5lmm時，型焦強(qiáng)度較高。文獻(xiàn)表明配料中若有煉焦煤存在時，則煉焦煤的粒度是影響型焦的主要因素，細(xì)粒煉焦煤有助于型焦強(qiáng)度的提高。Taylor在 研究 褐煤半焦制型焦的影響因素時認(rèn)為粘結(jié)劑配比和粒度共同影響型焦強(qiáng)度，當(dāng)粘結(jié)劑加人量為18%-20%，粒度組成為0.3-0.45mm時，制成的型焦強(qiáng)度最好。以非煉焦煤半焦制型焦時，加人同樣粘結(jié)劑時，粒度越小，越有利于制備高強(qiáng)度型焦佐佐木正樹等認(rèn)為用高揮發(fā)分煤煉焦時，調(diào)整原料的性質(zhì)與粒度，粘結(jié)性好的煤粒度小于0.6mm，有利于制備高強(qiáng)度型焦。
2）型塊尺寸和形狀
對于鑄造型焦而言，高揮發(fā)分弱粘煤用于成型和炭化時，由于快速炭化使型焦內(nèi)部發(fā)生龜裂，解決的辦法是改變型塊尺寸和形狀。渡壁提出制枕形型塊時，可假設(shè)a,b,。是圍成該枕形塊的最小體積的長方體，其中a為最長邊的長度，b為中間長邊的長度，。為最短邊的長度。如果制成的形塊同時滿足以下2個條件，即:時，型塊炭化后很少或基本無裂紋產(chǎn)生，從而獲高強(qiáng)度焦炭。渡壁等還提出可在圓柱形型塊表面開通孔，其開孔率占總型塊體積的10%，這樣不僅干餾時型塊破損率下降，而且還可縮短結(jié)焦時間。
3）碳化條件
干餾條件如最終干餾溫度、升溫速率等對鑄造焦強(qiáng)度影響很大。隨干餾溫度升高，型塊揮發(fā)分降低，因此必須在高溫下干餾才能獲得低揮發(fā)分、高強(qiáng)度的鑄造焦。升溫速率對鑄造焦質(zhì)量的影響也很大，干餾溫度相同時，加熱速率越慢，鑄造焦強(qiáng)度越高，加熱速率的影響在較低干餾溫度下尤為顯著，因此，在低溫情況下，特別是在原料煤揮發(fā)分釋放速度較大的溫度區(qū)間內(nèi)，控制較慢的升溫速度是制備質(zhì)量較好的鑄造焦的有力保證。
第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析
綜上所述，鑄造焦的生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量的提高受地區(qū)的資源條件和環(huán)境法規(guī)的限制和制約，世界各國在資源、法規(guī)和技術(shù)水平上存在程度不同的差別，因此，各國對鑄造焦制備 研究 的側(cè)重點不同。在國外，人們由于對環(huán)境的要求較高，不少國家更依賴于高質(zhì)量鑄造焦的進(jìn)口，以滿足本國機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展和需求，個別鑄造焦生產(chǎn)規(guī)模較大的國家對鑄造焦制備 研究 的趨勢是，無污染、大型化的型焦新工藝，選用的原料多為焦粉，優(yōu)質(zhì)無煙煤、添加劑和粘結(jié)劑，受資源稀缺性限制，未來的鑄造焦制備 研究 必定會更趨向于對原料煤的選擇、更先進(jìn)的鑄造焦制備工藝方面的 研究 。
在國內(nèi)，一方面，由于對鑄造焦制備 研究 起步較晚，一些焦化企業(yè)對于生產(chǎn)鑄造焦還沒有足夠的技術(shù)儲備和生產(chǎn)經(jīng)驗，而另一方面，由于資源的稀缺性和國家的能源政策的調(diào)整，在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動下，國內(nèi)的鑄造焦生產(chǎn)企業(yè)必定會在現(xiàn)有的冶金焦生產(chǎn)技術(shù)情況下，轉(zhuǎn)產(chǎn)或增產(chǎn)鑄造焦，因此，未來幾年內(nèi)，采用常規(guī)焦?fàn)t的搗固焦工藝制備鑄造焦將極有可能成為鑄造焦制備技術(shù)的重點。在原料選擇上，會更趨向于多配用高揮發(fā)分的、弱粘結(jié)性煙煤，因為國內(nèi)的高揮發(fā)分的、弱粘結(jié)性煙煤除粘結(jié)能力不足以外，其他指標(biāo)更適合鑄造焦的原料要求，而粘結(jié)能力的不足恰好可以通過搗固工藝或配煤手段解決。再以后對鑄造焦制備的 研究 則會向以無煙煤、焦粉和弱粘結(jié)煤半焦為主，輔以添加劑、粘結(jié)劑的型焦工藝及設(shè)備方面發(fā)展，直至達(dá)到或超過國際先進(jìn)水平。
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