СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СЖИГАЕМОСТИ УГЛЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА Российский патент 2000 года по МПК C10L9/10 C10B57/12 

Изобретение относится к способу увеличения повышения сжигаемости угля и, в частности, к способу повышения сжигаемости угля в процессе производства чугуна, основанном на применении угля.

Как правило, устройство для производства технически чистого железа в процессе типа COREX, который представляет собой процесс восстановления металла из руды плавкой и рассматривается как заменяющий доменную печь в процессе производства чугуна, можно в основном разделить на плавильное устройство с газификатором и восстановительную шахтную печь. Руда проходит через восстановительную шахтную печь, а затем загружается в плавильное устройство с газификатором для производства плавленого чугуна. Уголь также загружается в плавильное устройство с газификатором с целью восстановления и плавления железной руды. Когда уголь загружается в высокотемпературное плавильное устройство с газификатором, влага и летучее вещество испаряются одновременно с загрузкой. Восстановительный газ, полученный в плавильном устройстве с газификатором, восстанавливает железную руду в восстановительной шахтной печи, в то время как остаток угля (связанный углерод и зола), из которого удалены влага и летучее вещество, спускается в более низкую часть плавильного устройства с газификатором для окончательного восстановления и плавления восстановленной железной руды. В это же время образовавшееся количество летучего вещества угля определяется характеристиками плавильного устройства с газификатором, например температурой печи, давлением в печи и т.д. Однако в современном коммерчески используемом процессе COREX используется имеющий совсем немного летучего вещества кокс в количестве приблизительно 10 или более процентов от полного количества загружаемого угля с целью обеспечения высокой температуры печи, вместе с углем, у которого летучее вещество составляет приблизительно 30% при стандартных условиях. Так как 80-90% кокса составляет углерод, теплотворная способность на единицу объема кокса становится больше, чем теплотворная способность угольного остатка, который содержит сравнительно меньшее количество углерода, по мере того как кокс и угольный остаток перемещаются в более низкую часть плавильного устройства с газификатором. Соответственно, кокс выгоден для создания высокой температуры в печи. Однако использование кокса, более дорогостоящего, чем уголь, вызывает увеличение стоимости топлива. В связи с этим желательно снизить использование кокса.

Между тем, Alan W. Scaroni в Америке в журнале за 1981 год, доложил о результатах эксперимента, согласно которому летучее вещество угля, полученное в условиях, которые удовлетворяют непосредственно анализу ASTM (американское общество испытания материалов), можно заменить добавкой, перемешанной с углем при таких же условиях.

Согласно этому журналу, газификацию угля можно максимально повысить посредством увеличения или уменьшения количества летучего вещества, испаряющегося при высокой температуре, когда гранулы окиси (Al₂O₃, Co-Mo-Al₂O₃) размером 1 мм добавляется к бурому углю и битуминозному углю в виде тонкодисперсного порошка (размером зерна 70-100 меш).

Известно, что при добавлении окиси алюминия (Al₂O₃) образуется вторичный угольный остаток на поверхности пор, присутствующей во внутренней части окиси, чтобы ограничить образование летучего вещества. Когда добавляют Co-Mo-Al₂O₃, образование летучего вещества ускоряется посредством ускорения реакции перехода в газообразное состояние с помощью каталитической реакции кобальта (Co).

При рассмотрении вышеупомянутого результата, можно повысить сжигаемость угля посредством ограничения образования летучего вещества угля в процессе COREX путем загрузки нового материала с углем.

Однако поскольку дополнительный новый материал не должен в значительной степени влиять на шлак в процессе COREX в то же время для получения вышеописанного эффекта, добавка должна быть аналогичной компоненту шлака, и небольшое ее количество следует вводить таким образом, чтобы в значительной степени не повлиять на процесс.

С учетом вышеописанного, заявитель продолжил исследование и разработку способа с учетом тех факторов, что предпочтительная добавка для сжигания угля создает эффект сжигания и не влияет существенно на шлак, а также с той точки зрения, что предпочитается небольшое количество добавки.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа повышения сжигаемости угля без воздействия на шлак в процессе производства чугуна с применением угля посредством использования в качестве добавки для сжигания угля окиси магния или известняка.

Для выполнения этой задачи предлагается способ повышения сжигаемости угля, содержащий следующие операции: смешивание суспензии окиси магния (MgO) или суспензии известняка с углем, используемым в процессе производства чугуна; т.е. в процессе COREX с использованием угля; и сушка смеси с целью закрепления MgO или известняка на поверхности угля.

Ниже изобретение поясняется более подробно на примере конкретных вариантов его воплощения со ссылками на чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображен схематический вид в разрезе устройства для сжигания угля,
фиг. 2 - график, показывающий изменение веса по времени угля и угля, имеющего окись магния, закрепленную на его поверхности, для исследования влияния окиси магния на сжигание угля,
фиг. 3 - график, показывающий изменение веса по времени угля и угля, имеющего известняк, закрепленный на его поверхности, для исследования влияния известняка на сжигание угля.

В дальнейшем способ повышения сжигаемости угля поясняется описанием предпочтительного варианта выполнения изобретения со ссылками на чертежи.

Изобретение создано заявителем исходя из того, что сжигаемость угля может быть увеличена для уменьшения используемого количества кокса, посредством ограничения образования летучих компонентов угля при его загрузке в плавильное устройство с газификатором высокой температуры в процессе восстановления плавкой, например, в процессе COREX.

Способ повышения сжигаемости в процессе COREX посредством ограничения образования летучих компонентов угля представляет загрузку нового материала вместе с углем. Однако дополнительный материал не должен влиять на шлак в течение действия этого эффекта в процессе COREX. Соответственно, компонент добавки должен быть подобен компоненту шлака, и количество добавки должно быть как можно меньше, чтобы уменьшить влияние на процесс. При рассмотрении с вышеупомянутой точки зрения, в настоящем изобретении в качестве добавки для сжигания угля выбираются известняк, который является наиболее широко используемым вспомогательным материалом в процессе COREX, и окись магния (MgO), которая производится из карбоната магния (MgCO₃).

Таким образом сжигаемость угля может быть повышена посредством использования в настоящем изобретении известняка или MgO в качестве добавки, повышающей сжигаемость угля, без воздействия на шлак.

Для повышения сжигаемости угля суспензия известняка или суспензия MgO готовится посредством закрепления известняка или MgO на поверхности угля согласно изобретению. Суспензии готовят так, чтобы известняк и MgO были перемешаны однородно.

Предпочтительное количество известняка или MgO в приготовленной суспензии известняка или суспензии MgO составляет от 2 до 20 г на 100 г высушенного угля. Если количество известняка или MgO - менее 2 г на 100 г высушенного угля, то эффект увеличения коэффициента сжигания является недостаточным, а если количество известняка или MgO составляет 20 г на 100 г высушенного угля, то поверхность угля может быть покрыта достаточным количеством известняка или MgO. Поэтому предпочтительное количество известняка или MgO для смешивания с углем составляет от 2 до 20 г на 100 г высушенного угля.

Смешиваемое количество известняка (в виде суспензии) или MgO (в виде суспензии) относительно угля зависит от основности шлака (B4 = (CaO + MgO)/(Al₂O₃ + SiO₂)), требуемой в процессе COREX производства чугуна с использованием угля.

Соответственно, когда основность шлака, в процессе COREX производства чугуна с использованием угля, должна составлять 1.0 - 1.3, предпочтительное количество смешиваемого известняка составляет от 2.0 до 17 г на 100 г высушенного угля, и предпочтительное количество смешиваемой MgO составляет от 2.0 до 9.7 г на 100 г высушенного угля.

Поскольку основность шлака в процессе COREX производства чугуна с использованием угля должна сохраняться на уровне 1.12, максимальное добавляемое количество МgО преимущественно составляет приблизительно 9.7 г на 100 г угля, а максимальное добавляемое количество известняка составляет приблизительно 17 г на 100 г угля, которые рассчитываются с учетом состава золы, когда состав золы такой же, как и состав золы, содержащейся в угле, используемом в примерах, описанных ниже. Количество всей золы составляет 9.5%; из них AiO₂ = 6.517%, Al₂O₃ = 2.28%, MgO = 0.057% и CaO = 0.067%.

После смешивания суспензии известняка или суспензии MgO с углем и высыхания смеси известняк или MgO однородно прикрепляются к поверхности угля. В это время осуществляется сушка при температуре 100-300^oC в течение времени, приблизительно равном от 1 минуты до 3 часов. Процесс сушки можно осуществить как отдельный процесс. Однако предпочтительно, чтобы процесс сушки проводился наряду с процессом сушки для удаления влаги перед загрузкой угля в плавильное устройство с газификатором.

Если известняк или MgO однородно прикрепляются к поверхности угля вышеописанным способом, то испарение летучего вещества угля может быть ограничено во время сжигания угля. В результате коэффициент сжигания может быть увеличен на величину ограничения испарения.

В дальнейшем изобретение описывается более подробно со ссылками на примеры.

Пример 1
Экспериментальное устройство (экспериментальная печь), показанная на фиг. 1, которое было воспроизведено с плавильного устройства с газификатором, использовалось для исследования влияния добавки MgO на сжигание угля при одинаковых условиях.

Как показано на фиг. 1, газообразный азот подавался через впускное отверстие 1 для инертного газа, выполненное в более низкой части экспериментальной печи. Поступающий газообразный азот проходил через слой 2, заполненный шариками из глинозема, и температура азота значительно увеличивалась при прохождении через слой 2, заполненный шариками из глинозема. Затем газообразный азот проходил через реакционный сосуд 3 и выпускался через выпускное отверстие 5 для газа. Тем временем количество поступающего газообразного азота составляло 150 л/мин, а диаметр реакционного сосуда 3 составлял 150 мм. Температура экспериментальной печи была установлена равной 1000^oC.

На фиг. 1 позиция 4 относится к термопаре, позиция 6 - к бункеру и позиция 7 - датчику нагрузки.

Размер частиц угля, предназначенного для загрузки в экспериментальную печь, классифицировался непосредственно в шихтовом дворе, и при сепарировании получали уголь, имеющий размер частиц 8 - 10 мм. Просеянный уголь делили на две равные части и затем одну из частей сушили в сушилке без последующей обработки.

Тем временем готовили суспензию MgO для однородного прикрепления к углю. Суспензию MgO и другую часть угля смешивали в соотношении компонентов смеси MgO и угля, как представлено в таблице 1, и смесь сушили в сушилке. Сушку проводили при температуре 105^oC в течение 3 часов.

Уголь и уголь, имеющий MgO на своей поверхности, высушенные в сушилке, загружали в экспериментальную печь. Количество загруженного угля составляло 200 г (8-10 мм), и это количество образовало приблизительно 3 слоя частиц угля в реакционном сосуде. После загрузки наблюдали изменение веса во время реакции, используя датчик 7 нагрузки, установленный в верхней части экспериментальной печи. Результаты представлены в таблице 1 и на фиг. 2.

Результаты по изменению веса определяли после трехкратного повторения загрузки для уменьшения аналитической ошибки. То же самое количество угля загружали, когда изменение веса почти не наблюдалось (8 - 10 мм; 3 минуты).

Сжигание угля исследовали, измеряя уменьшение веса, происходящее во время реакции, и вес угля в конце проведенного вышеупомянутого эксперимента.

Как показано на фиг. 2, величина уменьшения веса угля, имеющего MgO на своей поверхности, меньше, чем величина уменьшения веса одного угля. Это означает, что MgO, закрепленный на поверхности угля, ограничивает испарение летучего вещества.

Как показано в таблице 1, при сравнении коэффициентов образования летучего вещества угля, имеющего MgO в качестве добавки, и угля, не имеющего MgO, что коэффициент образования летучего вещества угля, имеющего MgO, составляет приблизительно 2/3 от коэффициента образования летучего вещества угля, не имеющего MgO. В угле, имеющем MgO, закрепленном на его поверхности, 22% от 387.93 г загруженного угля, испаряется в виде летучего вещества, а остающийся уголь сжигается. Это все равно, что используется уголь, включающий 22% летучего вещества. В противном случае, когда используется только один уголь, 32% от 399.92 г загруженного угля испаряется в виде летучего вещества.

Пример 2
Эксперимент был выполнен при таких же условиях, как описано в примере 1, за исключением того, что в качестве добавки для увеличения коэффициента сжигания угля использовался известняк.

Была приготовлена суспензия известняка. Суспензию известняка и другую часть угля смешивали в том соотношении компонентов смеси известняка и угля, которое представлено в таблице 2, и с целью однородного закрепления известняка на поверхности угля смесь сушили в сушилке. Сушку проводили при температуре 105^oC в течение 3 часов.

После сушки в сушилке уголь и уголь, имеющий известняк, закрепленный на своей поверхности, загружали в экспериментальную печь. Количество загруженного угля составляло 200 г (8-10 мм), и это количество создавало приблизительно 3 слоя угольных частиц в реакционном сосуде. После погружения наблюдали изменение веса во время реакции, используя датчик 7 нагрузки, установленный в верхней части экспериментальной печи. Результаты иллюстрируются в таблице 2 и на фиг. 3.

Результаты по изменению веса определялись после трехкратного повторения загрузки для уменьшения аналитической ошибки. То же самое количество угля загружали, когда изменение веса почти не наблюдалось (8-10 мм; 3 минуты).

Сжигание угля исследовали, измеряя уменьшение веса, происходящее во время реакции и вес угля в конце проведенного вышеупомянутого эксперимента.

Как представлено на фиг. 2, величина уменьшения веса угля, имеющего известняк на своей поверхности, меньше, чем величина уменьшения веса одного угля. Это означает, что известняк, закрепленный на поверхности угля, ограничивает испарение летучего вещества.

Как следует из таблицы 2, при сравнении коэффициентов образования летучего вещества угля, имеющего известняк в качестве добавки, и угля, не имеющего известняка, коэффициент образования летучего вещества угля, имеющего известняк, составляет приблизительно 2/3 от коэффициента угля, не имеющего известняка. В угле, имеющем известняк, закрепленный на его поверхности, 19% от 558 г погруженного угля испаряется в виде летучего вещества, а остающийся уголь сжигается. Это соответствует использованию угля, включающего 19% летучего вещества. В противном случае, когда используется только один уголь, 31.89% от 600 г загруженного угля испаряется в виде летучего вещества.

Как описано выше, эффект сжигания угля увеличивается в способе согласно изобретению. Соответственно, количество используемого кокса может быть уменьшено благодаря увеличенной степени сжигания.

Изобретение не ограничивается предпочтительным вариантом выполнения и предполагается, что возможны различные изменения и модификации в рамках изобретения в объеме формулы изобретения.

Описывается способ повышения сжигаемости угля, используемого в процессе производства чугуна с применением угля, заключающийся в смешивании суспензии окиси магния с углем с последующей сушкой полученной смеси с целью закрепления MgO на поверхности угля. Технический результат - повышение эффективности способа. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Способ повышения сжигаемости угля, используемого в процессе производства чугуна с применением угля, заключающийся в смешивании приготовленной суспензии окиси магния с углем с последующей сушкой полученной смеси с целью закрепления MgO на поверхности угля. 2. Способ повышения сжигаемости угля по п.1, в котором суспензию MgO смешивают с углем таким образом, чтобы количество MgO в суспензии MgO составляло 2 - 20 г на 100 г высушенного угля. 3. Способ для повышения сжигаемости угля по п.1, в котором суспензию MgO смешивают с углем таким образом, чтобы количество MgO в суспензии MgO составляло 2 - 9,7 г на 100 г высушенного угля, причем в процессе производства чугуна основность шлака должна составлять 1,0 - 1,3. 4. Способ повышения сжигаемости угля, используемого в процессе производства чугуна с применением угля, заключающийся в смешении приготовленной суспензии известняка с углем с последующей сушкой полученной смеси с целью закрепления известняка на поверхности угля. 5. Способ повышения сжигаемости угля по п.4, в котором суспензию известняка смешивают с углем таким образом, чтобы количество известняка в суспензии известняка составляло 2 - 20 г на 100 г высушенного угля. 6. Способ повышения сжигаемости угля по п.5, в котором суспензию известняка смешивают с углем таким образом, чтобы количество известняка в суспензии известняка составляло 2 - 17 г на 100 г высушенного угля, причем в процессе производства чугуна основность шлака должна составлять 1,0 - 1,3.

Приоритет по пунктам:
20.12.96 - по пп.1 - 3;
27.12.96 - по пп.4 - 6.