Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СОСТАВЛЕНИЯ И ПОДГОТОВКИ УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОКСА

Изобретение относится к получению металлургического кокса из угольной шихты, используемого в доменном производстве, для выплавки черных и цветных металлов в печах шахтного типа, и может быть использовано на коксохимических предприятиях.

Шихта для получения металлургического кокса содержит смесь коксующихся углей разного петрографического состава, состоящей из марок ГЖО, ГЖ, Ж, КЖ, К, КС, КО, КСН, ОС и нефтяного кокса. Для составления угольной шихты используется нефтяной кокс фракции 0-50 мм, и показатели качества определяются по ГОСТ 22898-78 «Коксы нефтяные малосернистые. Технические условия» и ТУ 0258-004-05766540-2008 «Кокс электродный. Технические условия».

Известен способ производства кокса из угольной шихты, содержащей 94-99% смеси углей различных технологических свойств и 0,1-6% нефтекоксовой мелочи [Патент РФ 2124548 С1, 10.01.1999. МПК7 С10В 57/04].

В результате реализации данной технологии получения кокса из угольной шихты с участием нефтяного кокса 5% согласно табл.3 патента технический результат получения доменного кокса с требуемым уровнем показателей, характеризующих прочность кокса, не достигнут:

- при серийных коксованиях (коксовая батарея №4) в базовом периоде показатель М 25 - 81,8%, М 10 - 9,7%. В опытном периоде М 25 - 80,2%, М 10 - 10,4%. Таким образом, ввод нефтекоксовой мелочи повлиял на снижение прочностных свойств кокса: М 25 снижен на 1,6%, М 10 увеличился на 0,7%;

- промышленные коксования показывают, что на коксовых батареях №3-4 при использовании нефтекоксовой мелочи в угольной шихте показатель М 25 составил 81,8% в опытном и базовом периоде 81,8%, а М 10 составил 9,1% в опытном периоде (в базовом 9,9%). При условии снижения содержания золы до 11,6% и увеличении содержания серы до 0,63%.

Прочностные свойства кокса 9 коксовой батареи в опытном периоде имели значения М 25 - 86,3%, М 10 - 8,7%, в базовом М 25 - 86,8%, М 10 - 8,2%.

Во всех случаях при использовании нефтекоксовой мелочи в угольной шихте (табл.2) доля наиболее ценных марок углей ГЖ+Ж достигала 60%, а в базовом и сопоставительном периодах это соотношение составляло 45 и 50% соответственно. Таким образом, технический результат улучшения качества кокса достигается не за счет ввода нефтекоксовой мелочи, а за счет увеличения доли спекающей части газово-жирной шахтогруппы (углей ГЖ+Ж) до 60,0%.

Увеличение долевого участия углей марок ГЖ+Ж влечет за собой увеличение выхода летучих веществ в угольной шихте и, следовательно, приводит к росту расходного коэффициента угольной шихты на производство кокса. Таким образом, добавка нефтекоксовой мелочи в указанном диапазоне 0,1-6,0% к угольной шихте, содержащей смесь каменных углей различных технологических типов, не позволяет получить кокс с необходимыми параметрами прочностных свойств для использования его в доменном производстве.

Недостатком известного способа является также невозможность дозирования малого количества нефтекоксовой мелочи от 0,1%, т.к. точность дозаторов при составлении угольной шихты составляет +/- диапазон 0,5-2,0%.

Ближайшим аналогом является способ получения доменного кокса из шихты, содержащей 6,1-15,0% нефтяной кокс и смеси углей, %: ГЖ+Ж - 60%, К - 25%, КО+ОС+КС - 15%. Согласно предлагаемому способу в шихту вводится нефтекоксовая мелочь с соответствующим уменьшением содержания смеси слабоспекающихся и неспекающихся углей, при этом угольную часть шихты и нефтекоксовую мелочь измельчают совместно [Патент РФ 2174528 C1, 23.03.2000, МПК7 C10B 57/04].

Анализ представленных данных в описании патента табл. 2 показывает, что ввод в угольную шихту нефтекоксовой мелочи 6,5% приводит к некоторому улучшению качества кокса (М 25 - 81,9%, М 10 - 9,5%). Дальнейшее увеличение долевого участия нефтекоксовой мелочи в угольной шихте 10,0 и 15,0% не позволяет говорить об улучшении прочностных свойств кокса. Прочность доменного кокса снижается в сравнении с базовым вариантом угольной шихты: М 25 снижается до 79,8% при 10% участия нефтекоксовой мелочи, а при 15% М 25 снижается до 78,4%. Показатель М 10 возрастает до 9,9% и 10,2% соответственно при 10% и 15% участия нефтекоксовой мелочи.

При реализации состава угольной шихты с участием 10% нефтекоксовой мелочи увеличение расхода кокса в доменном производстве составит в сравнении с базовым составом шихты (с учетом влияния прочностных свойств доменного кокса на его расход в доменном производстве, «Технолог-доменщик. Справочник», г. Москва, «Металлургия», 1986 г., авторы Ю.П. Волков, Л,Я, Шпарбер, А.К. Гусаров, с. 252-253), с учетом снижения содержания золы:

- снижение показателя М 25 на 2% приведет к увеличению расхода кокса на 5,51 кг/т чугуна;

- увеличение показателя М 10 на 0,2% приведет к увеличению расхода кокса на 2,57 кг/т чугуна;

- увеличение содержания серы на 0,12% приведет к увеличению расхода кокса на 1,65 кг/т чугуна;

- снижение содержания золы приведет к снижению расхода кокса на 4,59 кг/т чугуна. Общий перерасход по коксу составит 8,45 кг/т чугуна.

При реализации угольной шихты с 15% участием нефтекоксовой мелочи общий перерасход кокса составит 13,5 кг/т чугуна.

При этом уровень содержания серы в угольной шихте при 10% участии нефтекоксовой мелочи возрастает до 0,60%, а при 15% участия - до 0,66%. Увеличение серы в угольной шихте приводит к росту ее содержания в коксе, что, в свою очередь, окажет влияние на технико-экономические показатели последующего металлургического передела. В доменном производстве будет увеличен расход флюса и снижено качество получаемого чугуна. В сталеплавильном производстве произойдет увеличение затрат на десульфурацию.

Таким образом, долевое участие нефтекоксовой мелочи в угольной шихте более 6,0% не позволяет получить кокс без снижения механической прочности, а снижение расходного коэффициента угольной шихты на кокс и содержания золы в коксе не компенсирует затраты, связанные с увеличением расхода кокса в доменном процессе.

Задачей предлагаемого изобретения является использование нефтяного кокса в угольной шихте коксования исходя из определения оптимального ее участия в зависимости от содержания в нем серы, спекающей основы угольной шихты (участие марок углей Ж и ГЖ), коксовой части (содержание марок КЖ, К, ОС) и отощающей части (марок углей ГЖО, КС, КО, КСН) с целью получения металлургического кокса с высокими прочностными свойствами (М 25 и М 10), горячей прочностью CSR и низкой реакционной способностью CRI.

В соответствии с ТУ1104-076100-00190437-159-96 «Кокс металлургический из углей восточных районов», с. 3-5, Табл. 1 нормируемые значения прочностных свойств металлургического кокса должны соответствовать по показателю М 25 не менее 82,0%, М 10 не более 11,0%. Прочность кокса определяется по ГОСТ 5953.

Поставленная задача решается тем, что в способе составления и подготовки угольной шихты для получения металлургического кокса, содержащей смесь углей различных технологических групп, в отличие от ближайшего аналога угольную шихту формируют из первого и второго компонентов путем их раздельного дозирования и смешения с последующим дроблением полученной угольной шихты, при этом первый компонент угольной шихты, содержащий угли марки ГЖО, ГЖ, Ж и, не обязательно, КЖ, получают на стадии обогащения угля марки Ж путем введения углей марок КС и КО в количестве от 5 до 25%, а второй компонент угольной шихты формируют путем введения нефтяного кокса в смесь коксовых углей разного петрографического состава, включающих марки КЖ, К, КО, КС, КСН, ОС, на стадии складирования и усреднения в штабеле, причем долевое участие нефтяного кокса в смеси коксовых углей для совместного усреднения в штабеле рассчитывают по формуле

Dнкм=[(Sзад-S шт)/(Sнкм-S шт)]*100,

где Dнкм - долевое участие нефтяного кокса в штабеле коксовых углей, %;

Sзад- требуемый уровень содержания серы в штабеле при использовании, задается исходя из условий содержания серы в угольной шихте и коксе, %;

S шт - содержание серы в углях, составляющих штабель без нефтяного кокса, %;

Sнкм - содержание серы в нефтяном коксе, %.

Первый компонент угольной шихты (газово-жирная шахтогруппа) содержит марки КС и КО. Марки КС и КО вводятся на стадии обогащения угля марки Ж при их долевом участии в готовом угольном концентрате «Ж+КС+КО» в диапазоне 5,0-25,0% (отдельно по маркам КО, КС или суммарно). При этом марки КС и КО должны иметь следующие характеристики: Ro не менее 1,06% и ∑ ОК не более 56,0%; спекаемость (У, мм) не менее 10 мм. Готовый угольный концентрат «Ж, КО, КС» имеет показатели качества: V^daf не менее 32,0%; A^d не более 11,1%; спекаемость (У, мм) не менее 26 мм. Изобретение позволяет подобрать оптимальное соотношение нефтяного кокса в угольной шихте без увеличения содержания серы в коксе с необходимым уровнем прочностных свойств (М 25 на уровне не ниже 82,0%, М 10 не более 10,2%, CSR не менее 45,6%, CRI не более 36,4%). Позволяет решить вопрос малого дозирования нефтяного кокса в смеси с коксовыми углями и долевым участием в технологическом цикле составления угольной шихты к коксованию в диапазоне 0,05 до 7,17%.

Смешение компонентов угольной шихты и дробление угольной шихты производится в молотковых дробилках. Крупность помола угольной шихты контролируется по содержанию класса 0-3 мм в диапазоне 75,0÷85% и насыпной плотностью 700÷810 кг/м³.

Совместное усреднение нефтяного кокса с коксовыми углями в штабеле на угольном складе и при последующем совместном дозировании с коксовыми углями из дозировочного силоса позволяет определить требуемый уровень ее участия в угольной шихте и упрощает операцию дозирования малых объемов (при долевом участии нефтяного кокса от 0,05 до 7,17%).

Для снижения содержания серы в угольной шихте и коксе долевое участие нефтяного кокса в штабеле рассчитывается по формуле

Dнкм=[(Sзад-Sшт)/(Sнкм-Sшт)]*100,

где Dнкм - долевое участие нефтяного кокса в штабеле коксовых углей;

Sзад - необходимый уровень содержания серы в штабеле при использовании нефтяного кокса (задается исходя из условий содержания серы в угольной шихте);

Sшт - содержание серы в штабеле без нефтяного кокса;

Sнкм - содержание серы в нефтяном коксе.

Нефтяной кокс вводится на стадии складирования и усреднения на угольном складе в штабель коксовых углей, включающих в себя марки КЖ, К, КО, КС, КСН, ОС, в зависимости от вариантов компоновки угольной шихты. Составы коксового (или отощающего) компонента угольной шихты с участием нефтяного кокса рассчитываются с учетом диапазона содержания серы. Содержание серы в нефтяном коксе составляет от 1,0% до 5,0%, и в угольных концентратах диапазон содержания серы составляет 0,2÷0,9%. Увеличение серы в угольной шихте приводит к росту ее содержания в коксе, что, в свою очередь, оказывает влияние на технико-экономические показатели последующего металлургического передела. В доменном производстве увеличивается расход флюса и снижается качество получаемого чугуна. В сталеплавильном производстве увеличиваются затраты на десульфурацию.

Примеры реализации способа (таблица 1).

Применение данного способа подготовки компонентов угольной шихты коксового (или отощающего) позволяет использовать нефтяной кокс от 0,05 до 7,17% без ухудшения качества кокса как по содержанию серы, так и по прочностным свойствам. Угольная шихта формируется из соотношения компонентов (шахтогрупп):

Первый вариант. ГЖО, ГЖ, Ж, КС, КО - первый компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в шихте 40,0-60,0%); К, КЖ, ОС - второй компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в шихте 20,0-44,0%); КС,КО,КСН и нефтяной кокс - третий компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в шихте 4,0-40,0%).

Второй вариант. ГЖО, ГЖ, Ж, КЖ, КС, КО - первый компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в шихте 40,0-70,0%); К, ОС - второй компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в шихте 10,0-44,0%); КО, КС, КСН и нефтекоксовая мелочь - третий компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 5,0-50,0%).

Третий вариант. ГЖО, ГЖ, Ж, КС, КО - первый компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в шихте 43,0-67,0%); К, КЖ - второй компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в шихте 12,0-45,0%); КО, КС, КСН и нефтекоксовая мелочь - третий компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 8,0-45,0%).

Четвертый вариант. ГЖО, ГЖ, Ж, КС, КО - первый компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 42,0-52,0%); К, КЖ, ОС и нефтяной кокс - второй компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 8,0-55,0%); КС, КО, КСН - третий компонент дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 5,0-40,0%).

Пятый вариант. ГЖО, ГЖ, Ж, КС, КО - первый компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 45,0-65,0%); КЖ, К, ОС, КС, КО, КСН и нефтяной кокс - второй компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 35,0-55,0%).

Шестой вариант. ГЖО, ГЖ, Ж, КС, КО - первый компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 46,0-70,0%); К, ОС, КС, КО, КСН и нефтяной кокс - второй компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 30,0-54,0%).

Седьмой вариант. ГЖО, ГЖ, Ж, КС, КО - первый компонент шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 40,0-52,0%); К, КЖ и нефтяной кокс - второй компонент угольной шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 5,0-43,0%), КС, КО, КСН - третий компонент угольной шихты дозируется отдельно (долевое участие в угольной шихте 5,0-53,0%).

Применение совместного усреднения нефтяного кокса с углями коксовых марок позволяет ограничить рост содержания серы в коксе, снизить затраты на десульфурацию в последующих металлургических переделах и определить оптимальную долю участия нефтяного кокса в угольной шихте в диапазоне 0,05% до 7,17% с целью получения кокса с необходимым уровнем прочностных свойств (М 25 на уровне не ниже 82,0%, М 10 не более 10,2%, CSR не менее 45,6%, CRI не более 36,4%).