Результат интеллектуальной деятельности: Способ подготовки угольной шихты для получения металлургического кокса

Изобретение относится к коксохимическому производству, в частности к технологии подготовки угольной шихты для получения кокса.

Известен способ подготовки шихта для получения металлургического кокса (см. а.с. SU 1703674 А1, МПК С10В 57/04), включающий подбор газового, жирных, коксовых и отощенно-спекающихся углей, содержащих спекающую добавку - остатки процесса термообработки сернистых гудронов в присутствии железорудного концентрата, при следующем соотношении компонентов в шихте, мас.%: спекающаяся добавка (СД) - 2,0-4,0; газовые угли (Г) - 45,0-55,0; жирные угли (Ж) - 17,0-25,0; коксовые угли (К) - 10,0-15,0; отощенно-спекающиеся угли (ОС) - остальное. Дробление углей и добавки осуществляется раздельно, после чего осуществляется смешивание всех смесей шихты.

К недостаткам известной технологии можно отнести неравномерное перемешивание смеси шихты, влияющее на заниженные показатели коксуемости, выхода летучих веществ, выхода валового кокса, на высокое содержание серы.

Известен способ подготовки шихты для получения кокса, в которую для повышения спекаемости вводят органические добавки, которые активно участвуют в химических реакциях, улучшают их пластические свойства, генерируя образование необходимых соединений. См. кн. Перспективные направления развития коксохимического производства. Браун Н.В., Глущенко И.М. М.: Металлургия, 1989 г., стр. 196-197. Шихта с добавкой каменноугольного пека в зависимости от соотношений других компонентов при проведении опытного коксования имеет следующий состав по массе: газовый уголь (Г) от 66,7 в базовой шихте до 33,3; отощенный спекающийся уголь (ОС) от 33,3 до 16,7; коксовый уголь (К) отсутствовал в базовой шихте и вводился при опытном коксовании от 20,0 до 50,0 мас.ед.; каменноугольный пек (КП) отсутствовал в базовой шихте и вводился при опытном коксовании от 5 до 7,5 мас.ед.

К недостаткам известной технологии подготовки угольной шихты можно отнести неравномерность распределения составляющих по всему объему смеси, что приводит в конечном итоге к низкой коксуемости, сравнительно высокому выходу летучих веществ, пониженному выходу валового кокса, что соответственно приводит к снижению холодной и горячей прочности кокса.

Известен способ подготовки состава шихты, в которой для повышения спекаемости используют органическую добавку - каменноугольный пек, который в шихту вводят до 8,0%. См. Кокс и химия. 1982 год, №7, авторы П.Ф. Гуртовник, Ю.А. Ларионов и др. При этом шихта имеет следующий состав, мас.%: (Г) газовый уголь 37,7-41,0; (Ж) жирный уголь 26,7-29,0; (К) коксовый уголь 11,0-12,0; (ОС) отощенно-спекающийся уголь 12,0-13,0; (Т) тощий уголь 4,6-5,0.

К недостаткам способа подготовки шихты данного состава, несмотря на незначительное положительное влияние каменноугольного пека на холодную прочность, следует отнести неравномерное смешивание составляющих шихты, приводящее к низкой коксуемости, сравнительно высокому уровню выхода летучих веществ, низкому выходу валового кокса.

Известна более совершенная технология подготовки шихта по патенту РФ №2444556, М. кл. С10В 57/08 - прототип, включающая жирный, газовый, отощенный спекающийся, коксовый угли и органическую добавку - каменноугольный пек, при этом шихта содержит угли следующих марок в указанном соотношении, мас.%: газовый жирный (ГЖ) - 8,0-12,0; жирный + газовый жирный (Ж+ГЖ) - 9,0-19,0; газовый (Г) - 2,0-6,0; отощенный спекающийся + коксовый отощенный (ОС+КО) - 5,0-10,0; коксовый отощенный (КО) - 12,0-20,0; отощенный спекающийся (ОС) - 10,0-14,0; коксовый слабоспекающийся (С) - 15,0-22,0; коксовый + коксовый отощенный (К+КО) - 4,0-8,0; коксовый (К) - 3,0-7,0; каменноугольный пек гранулированный - 3,0-12,0, при этом используют каменноугольный пек гранулированный фракции 0,1-10 мм.

Подачу каменноугольного пека в подготовленную шихту осуществляют из бункера через дозировочное устройство, которое осуществляет распределение гранулированного каменноугольного пека по поверхности ленточного конвейера. Смешивание готовой шихты с каменноугольным пеком проводят после отделения пневмосепарации в процессе нескольких перегрузок шихты на перегрузочных станциях. Во время прохождения шихты через несколько перегрузочных станций происходит распределение гранулированного каменноугольного пека по объему поступающей в угольную башню шихты.

К недостаткам известного способа подготовки шихты - прототипа можно отнести низкую неравномерность распределения компонентов в объеме смеси, сказывающуюся на коксуемости и приводящую к невысокой холодной и горячей прочности, в т.ч. высокой истираемости кокса, высокому уровню выхода летучих веществ и пониженному выходу валового кокса. Также недостатком данного технического решения является схема подготовки шихты с дозированием каменноугольного пека после отделителей в кипящем слое, в результате чего каменноугольный пек в составе шихты присутствует в виде гранул фракцией до 10 мм.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание шихты с равномерно распределенными составляющими в ее объеме, приводящими к улучшенной спекаемости и коксуемости, для получения высококачественного кокса с повышенной механической и горячей прочностью металлургического кокса, более низким содержанием серы и увеличенным выходом кокса, в том числе крупного.

Поставленный технический результат достигается использованием сочетания общих с прототипом известных признаков, включающих подбор состава из углей - смесь жирный + газовый жирный, газовый жирный, коксовый, коксовый слабоспекающийся, коксовый отощенный, отощенный спекающийся и органическую добавку - каменноугольный пек, и новых признаков, заключающихся в том, что в состав шихты дополнительно вводят угли жирный (Ж) в количестве 3,0-16,0 мас.%, коксовый жирный (КЖ) - 1,0-8,0 мас.% и кокс нефтяной, при этом шихта содержит следующие компоненты в соотношении, мас.%:

при этом после подготовки всего состава смеси шихты и после добавления добавок каменноугольного пека гранулированного 0,1-5,0 мас.% и кокса нефтяного 0,1-6,0 мас.% в смесь углей осуществляют ее дробление и равномерное смешивание в молотковых дробилках.

Кокс нефтяной характеризуется следующими качественными характеристиками: выход летучих веществ в диапазоне 10,0-11,9%, содержание серы - не более 3,0%, индекс спекаемости - не менее 8,0 ед.

Новизной предложенного технического решения - способа подготовки угольной шихты для получения металлургического кокса является подбор состава шихты, в состав шихты дополнительно вводят угли жирный (Ж) в количестве 3,0-16,0 мас.%, коксовый жирный (КЖ) - 1,0-8,0 мас.% и кокс нефтяной, при этом шихта содержит следующие компоненты в соотношении, мас.%:

при этом после подготовки всего состава смеси шихты и после добавления добавок каменноугольного пека гранулированного и кокса нефтяного в смесь углей шихту дробят и равномерно смешивают в молотковых дробилках.

При этом введение перед дроблением в смесь шихты кокса нефтяного 0,1-6,0 мас.% в сочетании с добавкой пека каменноугольного от 0,1-5,0 мас.% позволяет во время дробления равномерно распределить эти добавки и все составляющие шихты по всему объему смеси и как результат получить оптимальную спекаемость и коксуемость угольной шихты, снизить зольность угольной шихты и кокса, нивелировать излишнюю ожирненность угольной шихты, вызванную снижением в ней добавки пека каменноугольного, что в свою очередь приводит к повышению механической прочности кокса с сохранением горячей прочности (CSR) кокса.

Положительным эффектом также является сокращение в шихте количества жирных углей, снижение выхода летучих веществ угольной шихты, что в свою очередь ведет к снижению расходного коэффициента «уголь-кокс».

Предлагаемый способ подготовки шихты для коксования осуществляют следующим образом.

Для этого каждый вид углей и добавки - каменноугольный пек гранулированный, кокс нефтяной в заданных количествах в мас.% на участке шихтоподачи объединяют в шихтовую смесь и дробят до заданного помола с размерами гранул от 0 до 3-х мм при помощи молотковых дробилок. При дроблении смеси происходит интенсивное перемешивание всех ее компонентов друг с другом. В результате получается однородная смесь всех составляющих шихты с равномерным фракционным составом.

Подготовленную шихту загружают в коксовые печи при помощи углезагрузочной машины и осуществляют ее коксование. В дальнейшем операции по получению готового кокса проводятся по известной технологии: нагрев и спекание без доступа воздуха до температуры 1000-1100°С, выдача кокса, тушение, сортировка и погрузка в вагоны.

Конкретный пример осуществления предлагаемого способа.

Смесь шихты при одном из вариантов состава подготавливали путем взвешивания (в мас.%) каждой марки углей;

затем в смесь углей добавили каменноугольный пек гранулированный в количестве 3,0 мас.% и кокс нефтяной в количестве 4,0 мас.%.

Полученную смесь всех составляющих шихты на участке шихтоподачи подали для дробления до заданного помола с размерами гранул от 0 до 3-х мм в молотковые дробилки, где происходило интенсивное перемешивание всех ее компонентов друг с другом. В результате получили однородную смесь всех составляющих шихты. Далее полученную смесь шихты загрузили в коксовые печи при помощи углезагрузочной машины и осуществили ее коксование.

В дальнейшем операции по получению готового кокса проводили по известной технологии: нагрев и спекание без доступа воздуха до температуры 1000-1100°С, выдача кокса, тушение, сортировка и погрузка в вагоны.

Второй пример осуществления предлагаемого способа.

Предлагаемую угольную шихту для получения металлургического кокса получают следующим образом.

Шихту получают при следующем соотношении компонентов, мас.%:

затем в смесь углей добавили каменноугольный пек гранулированный в количестве 1,0 мас.% и кокс нефтяной в количестве 5,5 мас.%.

Шихту готовили на участке шихтоподачи, где угли и добавки, входящие в состав шихты, дробили до заданного помола (содержание класса 0,0-3,0 мм в диапазоне 70-72%) при помощи молотковых дробилок. Подачу каменноугольного пека и кокса нефтяного в шихту осуществили из силосов закрытого склада угля через дозировочное устройство с заданным содержанием в шихте. Смешивание каменноугольного пека и нефтяного кокса с углем осуществляли в молотковых дробилках в процессе совместного дробления. В результате чего при совместном дроблении каменноугольного пека и кокса нефтяного в составе шихты достигалось равномерное их распределение с однородным заданным помолом 0-3 мм. Подготовленную шихту загружали в коксовые печи при помощи углезагрузочной машины и осуществляли ее коксование.

В дальнейшем операции по получению готового кокса проводили по известной технологии: нагрев и спекание без доступа воздуха до температуры 1000-1100°С, выдача кокса, тушение, сортировка и погрузка в вагоны.

Кокс из указанной шихты тушили с применением «сухого» тушения. При этом кокс, полученный из указанной шихты, характеризовался высоким уровнем прочностных характеристик. Так, механическая прочность (М25) составила 87,9%, прочность кокса после реакции с СО₂ (CSR) составила 66,1%, зольность 10,1%, что соответствует мировым требованиям стандартов качества кокса, в том числе по качеству кокса для доменных производств с применением технологии вдувания пылеугольного топлива.

Третий пример осуществления предлагаемого способа.

Предлагаемую угольную шихту для получения металлургического кокса получали следующим образом.

Шихту получают при следующем соотношении компонентов, мас.%:

затем в смесь углей добавили каменноугольный пек гранулированный в количестве 1,6 мас.% и кокс нефтяной в количестве 2,0 мас.%.

Шихту готовили на участке шихтоподачи, где угли и добавки, входящие в состав шихты, дробили до заданного помола (содержание класса 0,0-3,0 мм в диапазоне 70-72%) при помощи молотковых дробилок. Подачу каменноугольного пека и кокса нефтяного в шихту осуществляли из силосов закрытого склада угля через дозировочное устройство, с заданным содержанием в шихте. Смешивание каменноугольного пека и нефтяного кокса с углем осуществляли в молотковых дробилках в процессе совместного дробления. В результате чего при совместном дроблении каменноугольного пека и кокса нефтяного в составе шихты достигалось равномерное их распределение с однородным заданным помолом 0-3 мм. Подготовленную шихту загружали в коксовые печи при помощи углезагрузочной машины и осуществляли ее коксование.

В дальнейшем операции по получению готового кокса проводили по известной технологии: нагрев и спекание без доступа воздуха до температуры 1000-1100°С, выдача кокса, тушение, сортировка и погрузка в вагоны. Кокс из указанной шихты тушили с применением «мокрого» тушения. При этом кокс, полученный из указанной шихты, характеризовался высоким уровнем прочностных характеристик. Так, механическая прочность (М25) составила 85,5%, прочность кокса после реакции с CO₂ (CSR) составила 62,0%, зольность 10,8%, что соответствовало высоким уровням качества.

В настоящее время на предприятии на способ подготовки шихты предлагаемого состава разработана конструкторско-технологическая документация, проведены опытные и опытно-промышленные работы по получению кокса и получены положительные результаты.

Во всех протестированных экспериментальных составах угольных шихт, содержащих смесь углей и пек каменноугольный в количестве от 1% до 5%, при введении кокса нефтяного произошло снижение зольности угольной шихты на 0,5%, кокса металлургического на 0,6-0,7%, выхода летучих веществ шихты на 0,3-0,4%. Увеличение содержания серы произошло в допусках значений, установленных в ТУ 1104-076100-00190437-159-96 «Кокс металлургический из углей восточных районов».

Прочностные характеристики кокса по горячей прочности не претерпели изменений при введении кокса нефтяного, высокий уровень значений сохранен. По механической прочности (М25) и истираемости (М10) зафиксирована тенденция повышения качества, обусловленная указанными выше причинами.

Показатели механической прочности возросли до 87,5%, горячей прочности до 66,9%, при этом истираемость снизилась до 6,6%, реакционная способность до 24,5%, также произошло уменьшение содержания золы до 9,9% и серы до 0,38%. Кокс по гранулометрическому составу равномерный, практически отсутствуют классы более 80 мм, что важно для осуществления доменного процесса. При этом увеличился выход кокса на 6,1 мас.%.