Результат интеллектуальной деятельности: Угольная шихта для получения металлургического кокса

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

Известна шихта для получения металлургического кокса (см. а.с. SU 1703674 А1, МПК С10В 57/04), включающая газовые, жирные, коксовые и отощенно-спекающиеся угли, содержащая спекающую добавку - остатки процесса термообработки сернистых гудронов в присутствии железорудного концентрата при следующем соотношении компонентов в шихте, масс. %:

- 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.

К недостаткам известного состава можно отнести низкую коксуемость, высокий выход летучих веществ, низкий выход валового кокса, высокое содержание серы, что, в свою очередь, приводит к увеличению содержания в валовом коксе мелкой фракции кокса 0-25 мм, а также к снижению холодной и горячей прочности кокса.

Известна шихта специального состава для получения доменного кокса (см. а.с. RU 2124548 С1, кл. С10В 57/04). Шихта специального состава для получения доменного кокса включает смесь каменных углей различных технологических типов и специальную добавку, при этом она содержит в качестве специальной добавки нефтекоксовую мелочь при следующем соотношении компонентов, масс. %:

- нефтекоксовая мелочь 0,1-6,0

- смесь каменных углей - остальное.

К недостаткам известной шихты можно отнести отсутствие улучшения качественных характеристик кокса и сложная технологическая схема подготовки шихты, предполагающая раздельное дробление компонентов с последующим их смешением в центробежном смесителе.

Известна шихта 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 масс. ед.;

- каменноугольный пек (КП) отсутствовал в базовой шихте и вводился при опытном коксовании от 5 до 7,5 масс. ед.

При этом свойства шихты изменялись следующим образом:

- выход летучих V^Daf, % от 30,0 в базовой шихте до 31,0 с шихтой, в составе которой был использован каменноугольный пек; - зольность Ad, % от 5,4 в базовой шихте до 4,9-6,5 с участием каменноугольного пека; - индекс вспучивания от 1,5 в базовой шихте до 1,5-4,0 с шихтой, в составе которой был использован каменноугольный пек; - плотность, кг/м³ - не учитывалась в базовой шихте, а в шихте, в составе которой был использован каменноугольный пек, составляла от 699-725.

Свойства кокса, полученного по указанной технологии, характеризуются:

- показателем механической прочности М 40 в базовой шихте 48,0, и 70,5-74,6 с шихтой, в составе которой был использован каменноугольный пек;

- показателем истираемости М 10 в базовой шихте 26,0 и 6,0-8,7 с шихтой, в составе которой был использован каменноугольный пек.

К недостаткам полученной угольной шихты можно отнести низкую коксуемость, сравнительно высокий выход летучих веществ, что соответственно приводит к снижению холодной и горячей прочности кокса, а также к увеличению реакционной способности кокса, низкий выход валового кокса.

Известна шихта состава, в которой для повышения спекаемости используют органическую добавку - каменноугольный пек, который в шихту вводят до 8% (см. Кокс и химия, 1982, №7. Авторы: П.Ф. Гуртовник, Ю.А. Ларионов и др.) - наиболее близкий аналог. При этом шихта имеет следующий состав, масс. %:

- (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 шихты данного состава, несмотря на незначительное положительное влияние каменноугольного пека на холодную прочность, следует отнести низкую коксуемость, сравнительно высокий уровень выхода летучих веществ, что, в свою очередь, приводит к высокой истираемости кокса, низкой холодной и горячей прочности, низкий выход валового кокса.

Известна шихта по патенту РФ №2444556, М. кл. С10В 57/08 - прототип, включающая газовый жирный, газовый, отощенный спекающийся, коксовый угли и органическую добавку - каменноугольный пек, при этом шихта содержит угли следующих марок в указанном соотношении, масс. %:

- 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.

К недостаткам шихты-прототипа можно отнести высокий уровень выхода летучих веществ, низкий выход 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, оптимальной (улучшенной) спекаемости и коксуемости, для получения качественного кокса с пониженной зольностью, повышенной механической и горячей прочностью и увеличенным выходом кокса, в том числе крупного.

Поставленный технический результат достигается использованием сочетания общих с прототипом известных признаков, включающих угли: - 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 введены угли жирный (Ж) в количестве 3,0-16,0 масс. %, коксовый жирный (КЖ) - 1,0-8,0 масс. % и кокс нефтяной, при этом шихта содержит следующие компоненты в соотношении, масс. %:

- спекающие угли, в том числе: - газовый жирный (ГЖ) - 13,0-18,0

- жирный (Ж) - 3,0-16,0

- смесь жирный + газовый жирный (Ж+ГЖ) - 2,0-6,0

при общем количестве спекающих углей 18,0-40,0;

- коксовые угли, в том числе:

- коксовый (К) - 19,0-22,0

- коксовый жирный (КЖ) - 1,0-8,0

при общем количестве коксовых углей - 20,0-30,0;

- отощенные угли, в том числе:

- коксовый отощенный (КО) - 5,0-10,0

- коксовый слабоспекающийся (КС) - 14,9-18,0

- отощенный спекающийся (ОС) - 10,0-22,0

при общем количестве отощенных углей - 29,9-44,0

- каменноугольный пек, гранулированный - 0,1-5,0

- кокс нефтяной - 0,1-6,0.

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

Новизной предложенной угольной шихты для получения металлургического кокса является то, что в состав шихты дополнительно введены угли жирные (Ж) в количестве 3,0-16,0 масс. %, коксовый жирный (КЖ) - 1,0-8,0 масс. % и кокс нефтяной, при этом шихта содержит следующие компоненты в соотношении, масс. %:

- спекающие угли, в том числе: - газовый жирный (ГЖ) - 13,0-18,0

- жирный (Ж) - 3,0-16,0

- смесь жирный + газовый жирный (Ж+ГЖ) - 2,0-6,0

при общем количестве спекающих углей - 18,0-40,0;

- коксовые угли, в том числе:

- коксовый (К) - 19,0-22,0

- коксовый жирный (КЖ) - 1,0-8,0

при общем количестве коксовых углей - 20,0-30,0;

- отощенные угли, в том числе:

- коксовый отощенный (КО) - 5,0-10,0

- коксовый слабоспекающийся (КС) - 14,9-18,0

- отощенный спекающийся (ОС) - 10,0-22,0

при общем количестве отощенных углей - 29,9-44,0

- каменноугольный пек, гранулированный - 0,1-5,0

- кокс нефтяной - 0,1-6,0.

Так, введение в шихту каменноугольного пека в количестве 0,1-5,0 масс. %, в сочетании с введением в угольную шихту предложенных марок коксовых углей и кокса нефтяного в количестве 0,1-6,0%, позволяет получить снижение зольности угольной шихты и кокса, обеспечивает оптимальную спекаемость и коксуемость угольной шихты, нивелировать излишнюю ожирненность угольной шихты, что приводит к повышению механической прочности кокса с сохранением горячей прочности (CSR) кокса.

Снижение количества добавки пека каменноугольного позволяет нивелировать излишнюю ожирненность угольной шихты.

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

Признаки шихты, в которой кокс нефтяной характеризуется такими качественными характеристиками, как выход летучих веществ в диапазоне 10,0-11,9%, содержание серы - не более 3%, индекс спекаемости - не менее 8,0 ед. - являются признаками дополнительными, способствующими достижению поставленного технического результата.

Предлагаемую угольную шихту для получения металлургического кокса подготавливают следующим образом.

Шихту при следующем соотношении компонентов, масс. %:

- спекающие угли, в том числе: - газовый жирный (ГЖ) - 13,0-18,0

- жирный (Ж) - 3,0-16,0

- смесь жирный + газовый жирный (Ж+ГЖ) - 2,0-6,0

при общем количестве спекающих углей - 18,0-40,0;

- коксовые угли, в том числе:

- коксовый (К) - 19,0-22,0

- коксовый жирный (КЖ) - 1,0-8,0

при общем количестве коксовых углей - 20,0-30,0;

- отощенные угли, в том числе:

- коксовый отощенный (КО) - 5,0-10,0

- коксовый слабоспекающийся (КС) - 14,9-18,0

- отощенный спекающийся (ОС) - 10,0-22,0

при общем количестве отощенных углей - 29,9-44,0

- каменноугольный пек, гранулированный - 0,1-5,0

- кокс нефтяной - 0,1-6,0

готовят на участке шихтоподачи, где угли и добавки, входящие в состав шихты, дробят до заданного помола (содержание класса 0-3,0 мм в диапазоне 65-80%) при помощи молотковых дробилок. Подачу каменноугольного пека и кокса нефтяного в шихту осуществляют из силосов закрытого склада угля через дозировочное устройство, с заданным содержанием в шихте. Смешивание каменноугольного пека и нефтяного кокса с углем осуществляется в молотковых дробилках в процессе совместного дробления. В результате при совместном дроблении каменноугольного пека и кокса нефтяного в составе шихты достигается равномерное их распределение с однородным заданным помолом 0-3 мм.

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.

Первый пример состава угольной шихты

Смесь шихты при одном из вариантов состава подготавливали путем взвешивания в масс. % каждой марки углей:

- спекающие угли, в том числе: - газовый жирный (ГЖ) - 15,0

- жирный (Ж) - 8,0

- смесь жирный + газовый жирный (Ж+ГЖ) - 4,0

- коксовые угли, в том числе:

- коксовый (К) - 21,0

- коксовый жирный (КЖ) - 5,0

- отощенные угли, в том числе:

- коксовый отощенный (КО) - 8,0

- коксовый слабоспекающийся (КС) - 15,0

- отощенный спекающийся (ОС) - 17,0,

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

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.

Второй пример состава угольной шихты

Предлагаемую угольную шихту для получения металлургического кокса получают следующим образом.

Шихту при следующем соотношении компонентов, масс. %:

- спекающие угли, в том числе: - газовый жирный (ГЖ) - 18,0

- жирный (Ж) - 9,0

- смесь жирный + газовый жирный (Ж+ГЖ) - 2,5

- коксовые угли, в том числе:

- коксовый (К) - 20,5

- коксовый жирный (КЖ) - 6,5

- отощенные угли, в том числе:

- коксовый отощенный (КО) - 5,0

- коксовый слабоспекающийся (КС) - 18,0

- отощенный спекающийся (ОС) - 14,0.

Затем в смесь углей добавили каменноугольный пек гранулированный в количестве 1,0 масс. % и кокс нефтяной в количестве 5,5 масс. %. 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 CO₂ (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 состава шихты для коксования

Предлагаемую угольную шихту для получения металлургического кокса получали следующим образом.

Шихту при следующем соотношении компонентов, масс. %:

- спекающие угли, в том числе:

- газовый жирный (ГЖ) - 13,5

- жирный (Ж) - 9,0

- смесь жирный + газовый жирный (Ж+ГЖ) - 6,0

- коксовые угли, в том числе:

- коксовый (К) - 19,0

- коксовый жирный (КЖ) - 8,0

- отощенные угли, в том числе:

- коксовый отощенный (КО) - 5,0

- коксовый слабоспекающийся (КС) - 16,0

- отощенный спекающийся (ОС) - 19,9,

затем в смесь углей добавили каменноугольный пек гранулированный в количестве 1,6 масс. % и кокс нефтяной в количестве 2,0 масс. %. 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 осуществляют 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 шихту предлагаемого состава разработана 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 масс. %, при введении кокса нефтяного в количестве до 6 масс. % произошло снижение зольности угольной шихты до 0,5%, кокса металлургического до 0,6-0,7%, выхода летучих веществ из шихты до 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 (более 60%) сохранен. По механической прочности (М25) и истираемости (М10) зафиксирована тенденция повышения качества, обусловленная указанными выше причинами. Показатели механической прочности (М25) возросли на 0,4%, при этом истираемость (М10) снизилась на 0,2-0,3%.