Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОКСА ДЛЯ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Изобретение относится к области химической технологии твердого топлива, может быть использовано в коксохимическом производстве, в частности касается способа формирования шихты для получения кокса для доменного производства.

Конкуренция на рынке металла определяет необходимость оптимизации затрат на производство. Фактором, понижающим себестоимость кокса и повышающим его технологическую ценность, является подбор углей для создания шихты, сочетающих оптимальные экономические и технологические показатели. Как правило считается, что для получения качественного доменного кокса угольная шихта должна включать группы «жирных» «коксообразующих» и «отощающих» углей. Угольные рынки отличаются нестабильностью и дефицитом наиболее ценных марок угольных концентратов, таких как К, КЖ ОС. В данных условиях особую актуальность имеют технологические решения, позволяющие производить качественный кокс для доменного производства из минимально возможного набора угольного сырья.

Известны способы формирование шихты для получения кокса содержащей жирные, отощенно-спекающиеся, газово-жирные коксовые спекающиеся угли и различные добавки в определенных соотношениях (патент РФ №2333236, кл. С10В 57/04, опубл. 10.09.2008, патент РФ №2135543, С10В 53/08, С10В 57/08, опубл. 27.08.1999). Рассматриваемые технологии формирования шихты подразумевают не только дополнительное введение в шихту добавок, но и использовании не менее двух-трех марок угольных концентратов.

Существенным недостатком данных способов является увеличение себестоимости кокса и необходимость специальных технологических мероприятий в процессе подготовки шихты к коксованию.

В качестве прототипа выбран патент РФ №2305122, (кл. С10В опубл. 27.08.2007) «Шихта для получения металлургического кокса (варианты)». В соответствии с данным патентом представлены варианты шихт. Первый состав шихты содержит 25-65% жирных или газово-жирных углей и 35-75% коксовых слабоспекающихся углей. Второй состав шихты содержит 25-65% жирных или газово-жирных углей и 35-75% коксовых отощенных углей. Третий состав шихты содержит 25-40% жирных углей, 35-60% коксовых слабоспекающихся углей и 5-35% коксовых отощенных углей. Четвертый состав шихты содержит 30-55% газово-жирных углей, 30-60% коксовых слабоспекающихся углей и 5-20% коксовых отощенных углей. Пятый состав шихты содержит 35-40% жирных углей, 5-15% газово-жирных углей и 50-55% коксовых слабоспекающихся углей. Шестой состав шихты содержит 10-30% жирных углей, 20-30% газово-жирных углей, 20-60% коксовых слабоспекающихся углей и 5-25% коксовых отощенных углей.

Во всех заявленных вариантах в составах угольных шихт присутствуют как минимум две марки угольных концентратов, а понятие высококачественный металлургический кокс не имеет цифрового значения.

Поэтому существенным недостатком данных вариантов формирования шихт для получения металлургического кокса для доменного производства являются:

- необходимость наличия всех заявленных марок угольных концентратов, что не всегда возможно из-за специфики угольного рынка и экономической целесообразности;

- отсутствие цифрового диапазона изменения качественных характеристик кокса для доменного производства.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка способа, позволяющего получить кокс для доменного производства в условиях ограниченных возможностей по закупке широкого спектра угольных концентратов за счет снятия ограничений по обязательной их комбинации при формировании шихты для коксования.

Поставленная задача решается путем реализации способа получения кокса для доменного производства путем формирование угольной шихты для коксовых батарей из 100% угольных концентратов марки Ж, при этом процесс коксования осуществляется за 14-18 часов в зависимости от конструкции коксовой батареи при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400°С, при этом получаемый продукт коксования имеет характеристику по показателю прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 48,0%. Угольный концентрат марки Ж характеризуется показателем отражения витринита в диапазоне с 0,80 до 1,19%, выходом летучих веществ от 28,0% и выше, толщиной пластического слоя не менее 14 мм.

Формирование шихты из угольных концентратов, относящихся к разным категориям, производится в соответствии с ГОСТ 25543-13 «Угли бурые, каменные и антрациты».

Основные предпосылки для суждения о коксуемости углей созданы Единой классификацией, так как при выделении в ней марок и групп исходили из общей оценки поведения углей в технологическом процессе, и их роли в формировании физико-механических свойств кокса.

Считается, что газовые угли (Г, ГЖО) снижают давление распирания и обеспечивают легкую выдачу коксового пирога из камер, обладают высоким химическим потенциалом. Жирные угли (Ж, ГЖ) являются основным спекающим компонентом современных шихт и в смеси с коксовыми углями (К, КО, КС) обеспечивают получение хорошо спекшегося и проплавленного кокса с высокой механической прочностью. Жирные угли обладают высокой спекаемостью и способны принимать значительное количество отощающих добавок.

Коксовые угли в шихте обеспечивают нормальную структуру, высокую прочность и однородную кусковатость кокса, но при этом обладают повышенным давлением распирания.

Отощенные спекающиеся угли (ОС) являются отощающим компонентом шихты, снижающим трещиноватость кокса, которая развивается жирными углями, поэтому тощие угли способствуют повышению крупности кокса.

Подбор углей для оптимального состава шихты сложный процесс основанный на знании сырьевой базы, опыте использования углей, учета особенностей поведения отдельных угольных концентратов, и строя шихты в целом. При составлении шихты предусматривают получение кокса, имеющего определенные физико-химические свойства и технический состав (содержание минеральных веществ, серы и т.д.), следят за тем, чтобы угольная смесь обеспечивала необходимую полноту спекания, а в период перехода в пластическое состояние - достаточное, но не опасное для кладки коксовых печей давление распирания, способствующее образованию хорошей структуры и кусковатости кокса. Наряду с этим стремятся обеспечить надлежащий выход газа и химических продуктов коксования. Соотношение в шихте углей отдельных технологических групп определяется как ресурсами, так и свойствами. Таким образом, в классическом процессе состав угольных шихт подбирают на основании спекаемости и коксуемости отдельных компонентов, их взаимовлияния при коксовании в смесях, технического анализа, а также с учетом особенностей технологических свойств угольных смесей, например, давления распирания, конечной усадки и т.п.

При отсутствии экономической целесообразности, в целом для процесса производства чугуна, закупки угольных концентратов относящихся к «коксообразующей» и «отощающей» составляющей шихты для коксования рассмотрен вариант применения не смеси углей различных марок, а мономарки углей Ж. Основными характеристиками таких углей являются показатель отражения витринита в диапазоне с 0,80 до 1,19%, выход летучих веществ от 28,0% и выше, толщина пластического слоя не менее 14 мм. При этом за счет подбора технологических параметров коксования отсутствие других марок углей компенсируется и не влияет на качество получаемого кокса. Представленные характеристики углей марки Ж являются обобщенным значением показателей и регламентируются ГОСТ 25543 «Классификация по генетическим и технологическим параметрам».

Специальными режимами коксования компенсируется отсутствие других элементов традиционной сборной шихты. Так коксование в течение 14-18 часов обеспечивает получение кокса с характеристиками на уровне качества, необходимого для последующего доменного процесса. Если процесс коксования занимает менее 14 часов, то процесс спекания углей не будет завершен. Если процесс вести более 18 часов, то произойдет ухудшение характеристик получаемого кокса.

Температура в контрольных вертикалах так же важна для получения качественного кокса. При 1200-1400°С обеспечивается получение качественного кокса с требуемыми для доменного производства характеристиками и зависит от параметров используемой коксовой батареи. При температуре менее 1200°С процесс коксования нельзя признать завершенным по причине неполного спекания всей угольной шихты. При температуре более 1400°С происходит удорожание себестоимости процесса при одновременном ухудшении качественных характеристик продукта.

Характеристика готового кокса - показатель прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 48,0% свидетельствует о том, что процесс коксования прошел в полном объеме и получен продукт, пригодный для его применения на последующем доменном переделе. Использование кокса с характеристикой менее 48% ухудшает технико-экономические показатели работы доменной печи.

Пример реализации

Промышленный эксперимент проведен в коксовом цехе №2 ПАО Северсталь. В соответствии с шихтовой картой №64 шихта для коксования состояла из 100% угольного концентрата марки Ж производства Воркутауголь. Данные по качеству угольной шихты в период проведения эксперимента приведены в таблице 1.

На время проведения эксперимента установлен помол угольной шихты 76±2%. Период коксования в среднем за время действия шихтовой карты составил 15,5 часов. Выдача кокса из коксовой печи организована в соответствии с цикличным графиком. Качественные характеристики полученного кокса приведены в таблице 2.

Следует отметить, что полученный в процессе эксперимента кокс, полностью соответствует требованиям, предъявляемым к нему последующим металлургическим переделом.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что расширяются возможности использования угольных концентратов, а полученный кокс имеет высокие качественные характеристики, что в свою очередь положительно сказывается на снижении себестоимости как чугуна, так и готового металлопроката, а производитель может эффективно управлять себестоимостью процесса производства, исходя из рыночной конъюнктуры.