Результат интеллектуальной деятельности: Добавка к шихтам для производства металлургического кокса

Предлагаемое изобретение относится к области получения металлургического кокса и может быть использовано в металлургии, в частности на коксохимических предприятиях.

Известно получение литейного кокса из угольной шихты с участием полукоксовой мелочи при проведении на ОАО «Алтай-Кокс» исследований по разработке и совершенствованию технологии получения литейного кокса улучшенного качества. При этом в состав угольной шихты вводилась отощающая добавка - полукоксовая мелочь. См. статью Кокс. Химия, 1997 год. №2. УДК 662.749.001.5, авторов: канд. техн. наук В.М. Страхова (Кузнецкий филиал ВУХИНа), канд. техн. наук О.Г. Унтербергера, Н.В. Капустиной (ВУХИН), В.В. Кочкина, P.P. Канцлера и B.C. Просвирова (АО «Алтай-кокс»).

С введением в шихту 1 и 3% полукокса повышалась крупность кокса, увеличивался средний размер куска с 69,56 у исходного кокса до 71,17 и 72,68% и содержание крупного класса более 60 мм - от 75,2 до соответственно 79,8 и 76,8%. При этом повышалась механическая прочность кокса.

К недостаткам получения литейного кокса с использованием полукоксовой мелочи можно отнести повышенную зольность шихты и, как следствие, повышенную зольность металлургического кокса, а также повышенную реакционную способность кокса.

Известен патент РФ №2224782 «Шихта для получения металлургического кокса», согласно которому в соответствующем соотношении содержатся жирные, газово-жирные коксовые слабоспекающиеся угли, отощенно-спекающиеся угли и спекающая добавка. Спекающая добавка получена путем смешения пекообразного продукта с отходами пластмасс в определенном соотношении, нагрева данной смеси до температуры 300-350°C в течение 0,5-1,0 часа.

Получение данной шихты эффективно с точки зрения утилизации отходов пластмасс, но недостаток известного решения заключается в необходимости приготовления спекающей добавки в течение определенного времени, данный фактор усложняет технологию приготовления смеси.

Известна более эффективная добавка коксующая по патенту РФ №2355729 - прототип в виде применения нефтяного кокса с выходом летучих веществ в интервале более 14% и менее 25% в качестве коксующей добавки к угольным шихтам, используемым для производства металлургического кокса.

Технический результат - замена остродефицитного угля марки К на дешевый попутный продукт - нефтяной кокс; утилизация нефтяного кокса и снижение себестоимости процесса коксования. Дополнительно, по мнению авторов и заявителя указанного патента, использование нефтяного кокса позволило при сохранении коксующих и спекающих свойств добавки на необходимом уровне обеспечить снижение содержания летучих веществ в шихте по сравнению с коксующими добавками с содержанием летучих веществ в диапазоне от 25 до 35%, улучшив соответственно качество шихты.

Однако замена остродефицитного угля марки К на дешевый попутный продукт - нефтяной кокс не является равноценной заменой по следующим причинам: - при полной или частичной замене в составе шихты компонентов марки К на добавку коксующую - нефтяной кокс значительно ухудшается качество кокса по содержанию серы, снижается уровень выхода летучих веществ шихты до критичных значений, создающих риски при ведении технологических процессов (бурение печи).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание добавки - заменителя углей шихты при производстве металлургического кокса, обеспечивающей замену по меньшей мере одного вида угля в составе шихты, позволяющую обеспечить высокую коксуемость шихты, пониженное содержание серы в конечном продукте и повышение качества кокса по показателям прочности кокса (CSR) и реакционной способности (CRI). Дополнительным техническим результатом является расширение технологических возможностей производства кокса, связанных с обеспечением беспрепятственной выдачи кокса из камер коксования и снижение затрат на производство кокса при использовании известных составляющих по новому назначению.

Поставленный предлагаемым изобретением технический результат достигается применением смеси каменноугольного пека с нефтяным полукоксом с выходом летучих веществ 12-27%, содержанием серы до 4,8%, температурным интервалом пластичности в диапазоне 50-100°C в соотношении от 1,0 к 10,0 до 1,0 к 2,5 - пеконефтекокса, в качестве добавки-заменителя по меньшей мере одного из группы углей шихты при производстве металлургического кокса.

Каменноугольный пек - это твердый продукт переработки каменноугольной смолы (выход 50-60% по массе). Однородное по внешнему виду термопластичное вещество черного цвета с блестящим раковистым изломом. Элементный состав (%): 92-93 C, 4,3-4,7 H, 0,3-0,85 S, 1,7-1,8 N, 0,8-1,0 O. Плотность 1,2-1,3 г/см³, зольность 0,2-0,3%, выход летучих 50-63%, содержание серы до 0,65 (по данным ОАО «Алтай-Кокс»). При этом для получения пеконефтекокса используется гранулированный каменноугольный пек.

Нефтяной полукокс - это продукт, получаемый путем полукоксования тяжелых нефтяных остатков без доступа воздуха при температуре не выше 550°C.

Использование смеси каменноугольного пека и нефтяного полукокса в качестве компонента шихты, обеспечивающего замену по меньшей мере одного вида угля в составе шихты и позволяющего обеспечить высокую коксуемость шихты, пониженное содержание серы в конечном продукте и повышение качества кокса по показателям прочности кокса (CSR) и реакционной способности (CRI), не известно из выявленных технических решений, что позволяет отнести признаки предлагаемого объекта к обладающими новизной, а в сочетании с количественными характеристиками и достигаемым положительным результатом - к имеющим изобретательский уровень.

Описание процесса получения добавки - заменителя углей шихты при производстве металлургического кокса, проведенные опытные работы получения кокса с более высокими эксплуатационными характеристиками позволяют отнести предлагаемые существенные признаки предлагаемого изобретения к промышленно выполнимым.

Указанная смесь каменноугольного пека и нефтяного полукокса обладает достаточной коксуемостью - против пека, пониженным содержанием серы - против нефтяного полукокса и выходом летучих веществ, обеспечивающих усадку коксового пирога до уровня, который не приводит к повышенному усилию при выдаче коксового пирога из печи.

Предлагаемая добавка - пеконефтекокс имеет универсальные свойства, позволяющие в зависимости от соотношения пека каменноугольного и нефтяного полукокса, заменять собой разные группы углей в шихте для производства металлургического кокса.

Для проверки возможности замены по меньшей мере одного вида угля в составе шихты на предлагаемую добавку были проведены опытные работы с использованием в шихте добавки заменяющей с различным количественным соотношением каменноугольного пека к нефтяному полукоксу - от 1,0 к 10,0 до 1,0 к 2,5.

Первоначально для шихты требуемого состава готовят заменяющую добавку - смесь каменноугольного пека и нефтяного полукокса. Для этого в определенном соотношении осуществляют смешение нефтяного полукокса с пеком каменноугольным. Добавка приготавливается путем равномерного дозирования каждого из двух продуктов из бункеров углеприема на ленту конвейера с последующим перемешиванием в перегрузочных желобах при транспортировке до силоса закрытого склада углей. Новая добавка обладает достаточными коксующими свойствами, увеличенным выходом летучих веществ и пониженным содержанием серы.

Использование новой добавки - пеконефтекокса в составе угольной шихты для производства кокса позволяет получить металлургический кокс с высокими качественными показателями по показателю М25, CSR/CRI, пониженному содержанию серы и имеющий достаточную усадку коксового пирога для обеспечения беспрепятственной выдачи кокса из камер коксования.

В результате проведенных работ пришли к выводу, что при увеличении доли участия пека в пеконефтекоксе происходит снижение содержания серы, увеличение выхода летучих веществ, улучшаются спекающие свойства добавки, что позволяет использовать ее для замены углей спекающих групп (марки Ж, ГЖ) с внесением коксующих свойств. При снижении доли участия пека в пеконефтекоксе происходит снижение выхода летучих веществ, сопровождающееся увеличением выхода валового кокса, улучшение коксующих свойств, что дает возможность использовать пеконефтекокс для замены углей коксовой и отощающей групп.

Так, в результате проведенных экспериментальных работ установлено, что при использовании соотношения пека к нефтяному полукоксу 1,0 к 10,0 индекс спекаемости пеконефтекокса, определяемый по ГОСТ ISO 15585, составил 65 ед., выход летучих веществ составил 18,5%. При использовании данного пеконефтекокса в составе шихты для коксования в качестве заменителя части углей коксовой и отощающей групп произошло увеличение показателя горячей прочности (CSR) кокса на 1,7%, снижение реакционной способности (CRI) кокса на 1,1% относительно варианта шихты, не содержащей пеконефтекокса. При использовании соотношения пека к нефтяному полукоксу 1 к 2,5 индекс спекаемости составил 100 ед., выход летучих веществ составил 25,6%, что позволило рассматривать пеконефтекокс в качестве заменителя углей спекающей группы. При использовании данного пеконефтекокса в составе шихты для коксования произошло увеличение показателя горячей прочности (CSR) кокса на 4,3%, снижение реакционной способности (CRI) кокса на 1,9% относительно варианта шихты, не содержащей пеконефтекокса. Т.е. при каждом новом соотношении каменноугольного пека к нефтяному полукоксу был получен конечный продукт - кокс с требуемыми эксплуатационными характеристиками по прочности кокса (CSR) и реакционной способности (CRI).

В настоящее время на предприятии проведен комплекс исследований по замене некоторых видов углей на предлагаемую добавку и получены положительные результаты.