ПЫЛЕУГОЛЬНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ Российский патент 2009 года по МПК C10L5/00 

Изобретение относится к черной металлургии, а имено к вдуванию пылеугольного топлива в горн доменной печи, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах.

Известно пылеугольное топливо для доменных печей, состоящее из тонкоизмельченного тощего угля [Журнал «Металлург» №11, 1965 г., стр.33-35].

К недостаткам известного пылеугольного топлива относятся невысокий процент замены кокса, а т.к. кокс является наиболее дорогим компонентом доменной шихты, следовательно, высокая стоимость получения чугуна.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому топливу является шихта для получения металлургического кокса, включающая газовые, жирные, коксовые, отощенно-спекающиеся угли и железосодержащую добавку, при этом, с целью повышения механической прочности кокса, в качестве спекающей добавки используют остатки процесса термообработки сернистых гудронов в присутствии железорудного концентрата с температурой размягчения 80-100°С и температурой кипения выше 530°С при следующем соотношении компонентов в шихте, мас.%:

Спекающая добавка2-4Газовые угли45-55Жирные угли17-25Коксовые угли10-15Отощенно-спекающиеся углиОстальное.

[Авторское свидетельство СССР №1703674, кл. С10В 57/04, опубл. 07.01.92]

Недостатками известной шихты являются недостаточная производительность доменной печи на известном топливе и недостаточная сырьевая база жирных углей для производства шихты, относительно невысокая производительность доменной печи на известном топливе, неудовлетворительная кинетика сжигания шихты в фурменной зоне, поэтому недостаточно высокая температура в фурменной зоне, высокая стоимость приготовления шихты, а следовательно, и производства чугуна в доменной печи.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования пылеугольного топлива для доменных печей, в котором дополнительное введение в тонкоизмельченные газовые угли тонкоизмельченного кокса, полученного из термически обработанного инертным носителем газового угля, при расчетном соотношении компонентов, обеспечивает интенсификацию сгорания пылеугольного топлива в фурменной зоне, этим обеспечивается повышение процента замены кокса пылеугольным топливом, увеличение производительности доменной печи и температуры в фурменной зоне, расширение сырьевой базы для производства пылеугольного топлива, снижение стоимости производства чугуна в доменных печах.

Поставленная задача решается тем, что в пылеугольном топливе для доменных печей, включающем тонкоизмельченный газовый уголь, согласно изобретению предусмотрены следующие отличия:

- дополнительно введен тонкоизмельченный кокс, полученный из термически обработанного инертным носителем газового угля;

- компоненты взяты при следующем соотношении, мас.%:

Газовый уголь1-85Кокс из газового угляОстальное

Кроме того, термическая обработка газового угля инертным теплоносителем выполняется до температуры 150-250°С, а кокс получен из малометаморфизованного малосернистого газового угля.

Суть изобретения состоит в том, что в качестве основного компонента пылеугольного топлива вместо остродефицитных жирных углей используют тонкодисперсный кокс, полученный традиционным способом слоевого косования в промышленных коксовых печах из газового угля, преимущественно малометаморфизированного малосернистого.

Перед загрузкой в камеры коксования, газовый уголь предварительно нагревают инертным теплоносителем до температуры 150-250°С, коксуют с периодом коксования 12-18 часов и конечной температурой 750-1050+50°С.

Механизм влияния на процес горения тонкоизмельченного кокса в фурменной зоне заключается в том, что кокс является более активным окислителем пылеугольного топлива, чем уголь.

Последние исследования (Хзмалян Д.М. Теория топочных процессов. М., Энергоиздат, 1990) показали, что при сжигании угольного топлива выделение летучих веществ запаздывает в сравнении с нагревом, т.е. основная масса летучих не успевает выделиться к моменту воспламенения частиц, летучие вещества при этом сгорают одновременно с горением твердых частиц, мелкие частицы угля (диаметром менее 160 мкм, что отвечает помолу пылеугольного топлива в доменном процессе), богатые летучими, горят без пламенного горения летучих около их поверхности, а время воспламенения и скорость выгорания частиц зависят от температуры среды и плотности их материала. Процесс воспламенения и выгорания пыли определяется реакционной способностью топлива, т.е. физико-химической структурой (плотностью, пористостью и др.). Кокс имеет преимущества перед любым типом каменного угля и анрацитов.

При исследовании удельной поверхности углей марок Г (газовых), Т (тощих), а также кокса, полученного их 100% газового малосернистого малометаморфизованного газового угля, получены следующие результаты:

Уголь марки Г имеет удельную поверхность0,7 м²/гУголь марки Т1,1 м²/гКокс из 100% газового угля8,0 м²/г

Таким образом, кокс из 100% газового угля более чем в 11 раз превышает удельную поверхность газового угля и в 7,5 разов - тощего угля.

Кроме того, при температуре в фурменной зоне доменной печи более 1500°С процесс горения пылеугольного топлива происходит в диффузионно-кинетической сфере (скорость горения определяется не только коэффициентом скорости гетерогенной химической реакции окисления, но и скоростью подвода окислителя к поверхности сжигаемого топлива и его размолом). Эти показатели обеспечиваются предлагаемым пылеугольным топливом, а замена в смеси для вдувания в фурменную зону тощего угля на тонкоизмельченный кокс из газового угля существенно повышает температуру в зоне фурм, а следовательно, повышает эффективность доменного процесса.

Пример

Опытные плавки с вдуванием пылеугольного топлива (ПУТ), состоящего из смеси углей марки «Г» и кокса, полученного из предварительно термоподготовленного газового угля вместо дефицитного угля марки «Т», проводились на промышленной доменной печи, где было взято 15%, 25%, 50% кокса из газовых углей и соответственно 85%, 75%, 50% угля марки «Г». Подача ПУТ в фурменные зоны доменной печи была по времени равномерной. Работа доменной печи в опытном периоде характеризовалась устойчивым сходом шихтовых материалов, стабильным тепловым состоянием горна, что выражалось в незначительных (до 0,05%) колебаниях содержания кремния на смежных выпусках.

Технологические показатели работы доменной печи в опытном периоде приведены в таблице 1.

Таблица 1Технологические показателиЕдиница измеренияСоставы ПУТ по содержанию кокса, %152550Производствот/сутки215021562161Расход кокса сухогокг/т428418412Расход ПУТкг/т164162160Температура дутья°С1001989982Расход кислородам³/т807471Давление под колосникамиатм1,271,261,26Содержание кремния в чугуне%0,720,720,73Содержание марганца в чугуне%0,170,170,16Расход известнякакг/т132131130

Задачей изобретения при выборе процентного соотношения компонентов в смеси ПУТ являются сохранение качественных показателей по зольности (<9%), содержанию серы (<0,8%), по выходу летучих веществ не более 28%, что соответствует освоенному уровню по летучим веществам ПУТ по условиям эффективной замены кокса и обеспечению безопасной эксплуатации пылеугольного комплекса.

Предлагаемый в изобретении кокс, полученный из газовых углей, входящий в состав ПУТ, при использовании его в доменной печи, характеризуется более низким содержанием летучих веществ в сравнении с газовыми углями марки «Г» и приближается по своим характеристикам к углю марки «А», а по содержанию серы показатели близки к углю марки «Г».

Показатели качества ПУТ приведены в таблице 2.

Таблица 2% кокса в ПУТЗольность, %Сернистость, %Влажность, %Выход летучих веществ, %Фракционный состав (мкм), %<80>63>63158,10,800,8622,9616,49,674,0258,30,760,9020,3216,69,474,0508,30,720,9217,1116,19,474,5

Следовательно, ввод в ПУТ кокса из газовых углей, при сохранении на базовом уровне содержания летучих веществ, способствует увеличению процентного содержания кокса в смеси и и улучшает качество ПУТ по содержанию серы.

Сравнительный анализ показателей газового угля марки Г (шахта Заречная), используемого для коксования, и кокса, полученного при коксовании газового угля приведены в таблице 3

Таблица 3№ п/пНазвание компонентаЗольность
на сухую массу, %Сернистость на сухую массу, S_d, %Выход летучих веществ на сухую беззольную массу, V^daf, %Влажность на рабочую массу, W^z, %Усадка, Х ммТолщина пластического слоя, мм1.Газовый уголь7,00,541,89,326,010,02.Кокс из газового угля10,50,650,98,3--

Кокс, полученный из газового угля, имеет следующие технические показатели:

Теплота сгорания на аналитическую массу по бомбе O^а _б=27700 кДж/кг;

Структурная прочность по методу Грязнова72,1%Реакционная способность в горячем состоянии70-90%Горючесть50-65 секТемпература воспламенения по методу Бунте500°СУдельная поверхность8,0 м²/г

Изобретение может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах. Пылеугольное топливо для доменных печей содержит тонкоизмельченные газовые угли, в состав которых дополнительно вводят тонкоизмельченный кокс, полученный из термически обработанных инертным носителем газовых малосернистых углей. Термическую обработку газовых малосернистых углей инертным носителем проводят при температуре 150-250°С. Изобретение позволяет интенсифицировать сгорание пылеугольного топлива в фурменной зоне, повысить процент замены кокса пылеугольным топливом, увеличить производительность доменной печи и температуры в фурменной зоне, снизить стоимость производства чугуна в доменных печах. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Пылеугольное топливо для доменных печей, содержащее тонкоизмельченные газовые угли, отличающееся тем, что в газовые угли дополнительно введен тонкоизмельченный кокс, полученный из термически обработанных инертным носителем газовых малосернистых углей, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

газовые угли1-85кокс газовых углейостальное