专利摘要

本发明涉及金属熔炼技术领域，具体涉及生物质炭块和制备方法以及生物质炭块还原球团的熔炼方法。本发明一种生物质炭块和制备方法以及生物质炭块还原球团的熔炼方法，其中生物质炭块包括由颗粒状炭粉末构成的炭块主体和炭块副体，炭块副体为多个且均匀设置在炭块本体的外侧，所述炭块主体为圆球型或椭圆型。本发明通过预制成的球型或椭圆生物质炭块和制备方法代替了常规炼铁工艺中的焦炭，不仅进行了正常的金属熔炼，还取得了节能和环保的经济效益和社会效益。

权利要求

1.生物质炭块，其特征在于，包括由颗粒状炭粉末构成的炭块主体(1)和炭块副体(2)，所述炭块副体(2)为多个且均匀设置在炭块本体(1)的外侧，所述炭块主体(1)为圆球型或椭圆型，每个所述炭块副体(2)内部均设有贯通的气道(3)，每个所述气道(3)的中部设有文丘里管，所述气道(3)的一个开口为高端口，设置在远离炭块本体(1)的位置，所述气道(3)的另一开口为低端口，设置在靠近炭块本体(1)的位置，所述高端口设有喇叭形状的第一开口(4)，所述低端口设有喇叭形状的第二开口(5)，所述第二开口(5)的横截面大于第一开口(4)的横截面。

2.根据权利要求1所述生物质炭块，其特征在于，所述炭块副体(2)为半球型或上小下大的梯型结构。

3.根据权利要求2所述生物质炭块，其特征在于，所述半球型或上小下大的梯型结构内部设有两个相互交叉且彼此连通的气道(3)。

4.根据权利要求1所述生物质炭块，其特征在于，所述炭块主体(1)和炭块副体(2)的外侧尺寸范围为40-60mm。

5.一种制备权利要求1至4任一所述生物质炭块的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1)使用破碎机将秸秆破碎，秸秆破碎的长度范围为0.50mm-0.80mm；

步骤2)将破碎的秸秆按照顺序进行清洗、过滤和烘干，得到烘干的秸秆破碎物；

步骤3)将秸秆破碎物放入炭化炉内进行炭化处理，炭化炉的炭化温度范围设置为200～250℃，炭化炉的炭化时间设置为30min～90min，得到脱水的秸秆破碎炭化物，同时将所得的煤焦油和煤气进行回收，将收集的煤气和煤焦油存入储气罐和焦油罐，将储气罐接口与高炉的煤气接口连接，为高炉提供煤气；

步骤4)得到的秸秆破碎炭化物送入矩形形状的冲压模具箱内，使用冲压机将秸秆破碎炭化物压制成为板状结构，所述板状结构的密度范围为1.5g/cm3～1.9g/cm3，每块所述板状结构厚度为0.3mm～0.7mm之间；

步骤5)使用切割设备将板状结构切成若干个正方体结构，所述正方体结构边长范围为0.3mm～0.7mm；

步骤6)将该正方体结构送入磨球机内进行破球，将其磨成为直径范围为0.25-0.6mm的炭化球，所述炭化球的含量为35～50％，再将磨球机内的细小粉末进行收集，回送入步骤4)中的冲压模具箱内，再次为冲压成板状结结构提供原料；

步骤7)将得到的炭化球与树脂按照粘合比例为1:0.05～0.10的比例混和，为炭化球进行覆膜处理，得到树脂覆膜炭化球，在双模开模的模具内喷入分模剂，采用高气压喷射设备将覆膜炭化球喷射到与生物质炭块形状相对应的双模模具内，用压缩空气为1.10～1.60Mpa进行喷射压力成型；对上下双模模具加热成型后使生物质炭块成型，打开双模模具，取出成型的生物质炭块。

6.根据权利要求5所述生物质炭块的方法，其特征在于，所述步骤7)中所述双模开模的模具内设有与气道形状和位置相对应的模具芯。

7.一种使用权利要求1至4任一所述生物质炭块还原球团的熔炼方法，其特征在于，所述熔炼方法包括以下步骤：

步骤1)打开高炉的炉钟罩，用上料装置将合适比例预制的生物质炭块、铁矿石和炉料溶剂按层送入高炉内，关闭炉钟罩；

步骤2)氧气喷嘴和煤粉喷嘴同时打开；

步骤3)开通高炉的烟气设备，进行烟气处理；

步骤4)点火后，开通与氧气和煤粉喷嘴连接的送氧装置和输送煤气装置，送入煤气、氧气和煤粉，进行煤粉和富氧送风，使炉内温度为900-1300℃，进行金属团还原反应；

步骤5)打开出铁口，放出经过还原的铁水。

8.根据权利要求7所述生物质炭块还原球团的熔炼方法，其特征在于，所述熔炼方法中的生物质炭块的焦比与常用的焦比常数比值为1.15～1.25:1。

说明书

技术领域

本发明属于金属熔炼技术领域，具体涉及生物质炭块和制备方法以及生物质炭块还原球团的熔炼方法。

背景技术

将金属铁从含铁矿物中提炼出来的工艺过程，主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法和等离子法。炼铁即是铁生锈、逐步矿化的逆行为，炼铁是从含铁的化合物里把纯铁还原出来的过程。传统高炉是一种氧气鼓风+炉顶煤气循环的全氧高炉炼铁工艺，采用氧气鼓风，炉顶煤气脱除CO2后，预热到900-1300℃，再循环回高炉利用。其中，铁焦技术通过使用价格低廉的非黏结煤或微黏结煤用作生产原燃料进行煤矿的生产，将其与铁矿粉混合，制成块状，用连续式炉进行加热干馏得到含三成铁、七成焦的铁焦，再经过专业设备加工，最后经过冶炼就能得到与原始技术一样的炼铁成果。

目前，有的提出了采用生物质进行炼铁，其中生物质指的是，动物、植物、微生物通过新陈代谢产生的有机物，这种有机物理论上很适合进行热解行为，并且可以碳化温度来实现二氧化碳排放量的减少，是这一领域的新型能源之一。通过研究表明，生物质和废塑料很适合应用在高炉炼铁的某些工艺中，而且不需要额外的人、物力、财力的消耗。其中的生物质可以代替煤粉等还原剂进行高炉喷吹，相较于煤粉还有着一定的优势，例如可以控制二氧化碳的含量，还能提高原料的还原能力，并且使高炉恒温带的温度降低，使气体得到更好的利用。

但是，利用生物质代替焦炭还存在技术障碍，还不能更好的应用在高炉内发生间接还原的炼铁工艺，存在着反应程度较低、还原反应燃烧效率差的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供的生物质炭块和制备方法以及生物质炭块还原球团的熔炼方法，通过生物质炭块的结构设置和制备方法，实现了在炼铁工艺中代替了常规炼铁工艺的中的焦炭，达到了高效还原铁矿石中的铁的目的。

为实现上述发明目的，本发明提供的一种生物质炭块，包括由颗粒状炭粉末构成的炭块主体和炭块副体，所述炭块副体为多个且均匀设置在炭块本体的外侧。

优选的技术方案，所述炭块主体为圆球型或椭圆型。

优选的技术方案，每个所述炭块副体内部均设有贯通的气道，每个所述气道的中部设有文丘里管，所述气道的一个开口为高端口，设置在远离炭块本体的位置，所述气道的另一开口为低端口，设置在靠近炭块本体的位置，所述高端口设有喇叭形状的第一开口，所述低端口设有喇叭形状的第二开口，所述第二开口的横截面大于第一开口的横截面。

优选的技术方案，所述炭块副体为半球型或上小下大的梯型结构。

优选的技术方案，所述半球型或上小下大的梯型结构内部设有两个相互交叉且彼此连通的气道。

优选的技术方案，所述炭块主体和炭块副体的外侧尺寸范围为40-60mm。

优选的技术方案，本发明还提供了一种制备生物质炭块的方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1)使用破碎机将秸秆破碎，秸秆破碎的长度范围为0.50mm-0.80mm；

步骤2)将破碎的秸秆按照顺序进行清洗、过滤和烘干，得到烘干的秸秆破碎物；

步骤3)将秸秆破碎物放入炭化炉内进行炭化处理，炭化炉的炭化温度范围设置为200～250℃，炭化炉的炭化时间设置为30min～90min，得到脱水的秸秆破碎炭化物，同时将所得的煤焦油和煤气进行回收，将收集的煤气和煤焦油存入储气罐和焦油罐，将储气罐接口与高炉的煤气接口连接，为高炉提供煤气；

步骤4)得到的秸秆破碎炭化物送入矩形形状的冲压箱内，使用冲压机将秸秆破碎炭化物压制成为板状结构，板状结构的密度范围为1.5g/cm3～1.9g/cm3，每块所述板状结构厚度为0.3mm～0.7mm之间；

步骤5)使用切割设备将板状结构切成若干个正方体结构，所述正方体结构边长范围为0.3mm～0.7mm；

步骤6)将该正方体结构送入磨球机内进行破球，将其磨成为直径范围为0.25-0.6mm的炭化球，所述炭化球的含量为35～50％，再将磨球机内的细小粉末进行收集，送入步骤4)中的冲压箱内，再次为冲压成板状结结构提供原料；

步骤7)将得到的炭化球与树脂按照粘合比例为1:0.05～0.10的比例混和，为炭化球进行覆膜处理，得到树脂覆膜炭化球，在双模开模的模具内喷入分模剂，采用高气压喷射设备将覆膜炭化球喷射到与生物质炭块形状相对应的双模模具内，用压缩空气为1.0～1.60Mpa进行喷射压力成型；对双模模具加热成型后使生物质炭块形状成型，打开双模模具，取出成型的生物质炭块。

优选的技术方案，所述步骤7)中所述双模开模的模具内设有与气道形状和位置相对应的模具芯。

本发明还提供了一种生物质炭块还原球团的熔炼方法，所述熔炼方法包括以下步骤：

步骤1)打开高炉的炉钟罩，用上料装置将合适比例预制的生物质炭块、铁矿石和炉料溶剂按层送入高炉内，关闭炉钟罩；

步骤2)氧气喷嘴和煤粉喷嘴同时打开工作；

步骤3)开通高炉烟气设备，进行烟气处理；

步骤4)点火后，开通与氧气和煤粉喷嘴连接的送氧装置和输送煤气装置，送入煤气、氧气和煤粉，进行煤粉和富氧送风，使炉内温度为900-1300℃，进行还原反应；

步骤5)打开出铁口，放出经过还原的铁水。

优选的技术方案，所述熔炼方法中的生物质炭块的焦比与常用的焦比常数比值为1.15～1.25:1。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明利用生物材料作为能源，替代了高炉还原炼铁中的焦炭，提供了一种更好的熔炼方式和工艺。

2、本发明不仅能替代焦炭进行还原球团，还取得了节能和环保的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明所述生物质炭块的实施例1的内部结构图；

图2是所述生物质炭块的实施例1的另一内部结构图；

图3是本发明所述生物质炭块的实施例2内部结构图；

图4是发明所述生物质炭块的实施例2的另一内部结构图；

图5是本发明所述制备生物质炭块的流程图；

图6是本发明所述高炉还原球团熔炼方法的流程示意图。

附图标记

图中：1—碳块主体；2—碳块副体；3—气道；4—第一开口；5—第二开口。

具体实施方式

下文参照附图对本的具体实施例进行详细说明。

实施例1

如图1-2所示，本本发明提供的一种生物质炭块，包括由颗粒状炭粉末构成的炭块主体1和炭块副体2，所述炭块副体2为多个且均匀设置在炭块本体1的外侧，本实施例中优选的技术方案，所述炭块主体1为圆球型或椭圆型。其中，每个所述炭块副体2内部均设有贯通的气道3，每个所述气道3的中部设有文丘里管，当用来提高燃烧效率，气道3的一个开口为高端口，设置在远离炭块本体1的位置，所述气道3的另一开口为低端口，设置在靠近炭块本体1的位置，所述高端口设有喇叭形状的第一开口4，所述低端口设有喇叭形状的第二开口5，所述第二开口5的横截面大于第一开口4的横截面，当氧气和热量穿过气道3时，其中的文丘里管、第二开口5和第一开口4内形成负压，使煤气、煤粉和氧气顺利向上快速运动，提高燃烧效率和加快铁还原反应的速度。本实施例中优选的技术方案，炭块副体2为半球型或上小下大的梯型结构，半球型或上小下大的梯型结构能够保证铁矿石之间、生物质炭块和铁矿石之间的有一定间隙，当燃烧、进行还原反应时能够及时提供充足的氧气和煤气；

本实施例中，炭块主体1和炭块副体2的外侧尺寸范围为40-60mm，炭块主体1和炭块副体2选用为与焦炭块外侧的尺寸相似的尺寸，外侧尺寸为40mm、45mm、50mm、55mm或60mm的块粒，或者选用40mm、45mm、50mm、55mm或60mm的混合颗粒。

本发明还提供的一种制备生物质炭块的方法，如图5所示，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1)使用破碎机将秸秆破碎，秸秆破碎的长度范围为0.50mm-0.80mm，本实施例中选择秸秆破碎的长度分别为0.50mm、0.60mm、0.70mm、0.75mm或0.80mm；

步骤2)将上述破碎的秸秆按照顺序进行清洗、过滤和烘干，得到烘干的秸秆破碎物；

步骤3)将秸秆破碎物放入炭化炉内进行炭化处理，炭化炉的炭化温度范围设置为200～250℃，本实施例选用的为240℃的炭化炉，炭化时间范围设置为30min～90min，其中优选的时间为分别30min、45min、60min、70min、80min、85min或90min，本实施例选用的炭化时间为60min，这个时间既能保证炭化效率，又能保证炭化效果。本实施例选用的为240℃温度的炭化炉，在得到脱水的秸秆破碎炭化物后，同时将所得的煤焦油和煤气能够进行回收，并将收集的煤气和煤焦油存入储气罐和焦油罐，将储气罐接口与高炉的煤气接口连接，为高炉提供煤气，用来节约能源；

步骤4)得到的秸秆破碎炭化物送入矩形形状的冲压箱内，使用冲压机将秸秆破碎炭化物压制成为板状结构，得到板状结构的密度范围为1.5g/cm3～1.9g/cm3，优选的密度为1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3、1.7g/cm3或1.9g/cm3，防止在燃烧时燃烧的持久时间短，或者称之为活力不持久，每块所述板状结构厚度为0.3mm～0.7mm之间；

步骤5)使用切割设备将板状结构切成若干个正方体结构，所述正方体结构边长范围为0.3mm～0.7mm；

步骤6)将该正方体结构送入磨球机内进行破球，将其磨成为直径范围为0.25-0.6mm的炭化球，在磨球机的磨球由于会正方体结构边长变小，所以会得的将其磨成为直径较小的炭化球，其中保证符合0.25-0.6mm的炭化球的含量为35-50％之间；磨球后再将磨球机内的细小粉末进行收集，送入步骤4)中的冲压箱内，再次为冲压成板状结结构提供原料；

步骤7)将得到的炭化球与树脂按照粘合比例为1:0.05～0.10的比例混和，本实施例中树脂选用为呋喃树脂，为炭化球进行覆膜处理，得到树脂覆膜炭化球，并在选用的上、下结构双模开模的模具内喷入分模剂，分模剂选用为石墨粉；再采用高气压气的喷射设备内将覆膜炭化球喷射到与生物质炭块形状相对应的上、下结构双模模具内，用压缩空气为1.0～1.6Mpa进行喷射压力进入模具，本实施例选用为1.4Mpa的压力；对上、下结构双模模具加热成型后使生物质炭块形状成型，打开双模模具，取出成型的生物质炭块。其中优选的技术方案，所述步骤7)中所述双模开模的模具内设有与气道3形状和位置相对应的模具芯，成型开模后在炭块副体2内气道3的结构。

本发明还提供了一种生物质炭块还原球团的熔炼方法，如图6所示，所述熔炼方法包括以下步骤：

步骤1)打开高炉的炉钟罩，用上料装置将合适比例预制的生物质炭块、铁矿石和炉料溶剂按层送入高炉内，关闭炉钟罩；优选的技术方案中熔炼方法中的生物质炭块的焦比与常用的焦比常数比值为1.15～1.25:1，一般生物质炭块的焦比选择的数值焦比常数与常用的焦比常数比值高出15％-25％，本实施例中，选用大型的高炉型号为3200型，常用的焦比380kg/t，生物质炭块的焦比优选为450kg/t；中型的熔炼高炉型号为1080型，常用的焦比350kg/t，生物质炭块的焦比优选为420kg/t；小型的熔炼高炉型号为450型，常用的焦比300kg/t，生物质炭块的焦比优选为360kg/t。

步骤2)氧气喷嘴和煤粉喷嘴同时打开工作；

步骤3)开通高炉烟气设备，进行烟气处理；

步骤4)点火后，开通与氧气和煤粉喷嘴连接的送氧装置和输送煤气装置，送入煤气、氧气和煤粉，进行煤粉和富氧送风，使炉内温度为900-1300℃，进行还原反应；

步骤5)打开出铁口，放出经过还原的铁水。

实施例2

如图3和4所示，本实施例在实施例1的基础上进行了进一步改进，区别在于：本实施例提供的生物质炭块，具有半球型或上小下大的梯型结构，其内部设有的是两个相互交叉且彼此连通的气道3，其中同时设置的文丘里管、第二开口5和第一开口4内均能形成负压，其更方便的为高炉内的还原反应提供充足的氧气、煤气和生物燃烧值，从不同方向的进气和增加了间隙，既能保证燃烧和还原反应，还及时提供了另一种提供充足的氧气和煤气的方式，更加提高还原反应的效率，更能起到节约成本和能源的效果。

上面结合附图对本优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本构思的前提下做出各种变化。

生物质炭块和制备方法以及生物质炭块还原球团的熔炼方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。