СПОСОБ СОСТАВЛЕНИЯ УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОКСА Российский патент 2010 года по МПК C10B57/04 G01N33/22 

Изобретение относится к производству металлургического кокса и может быть использовано в коксохимической промышленности, в частности для составления угольной шихты на основе определения технологической ценности угольных компонентов, включающих различные марки углей разной бассейновой принадлежности.

Из SU 1824416, кл. С10В 57/00, опубл. 30.06.1993 известен способ подготовки угольной шихты для коксования при использовании шихты повышенной влажности, включающий объединение компонентов шихты в группы хорошо спекающихся и слабоспекающихся углей, разделение группы хорошо спекающихся углей на крупную и мелкую фракции механической классификацией, разделение слабоспекающихся углей на крупную и мелкую фракции, измельчение крупных фракций хорошоспекающихся и слабоспекающихся углей, смешение мелких фракций хорошоспекающихся и слабоспекающихся углей с получением шихты для коксования. Перед разделением на фракции слабоспекающиеся угли измельчают, разделение измельченных слабоспекающихся углей производят пневмосепарацией, крупные фракции углей со стадии пневмосепарации измельчают совместно с крупной фракцией хорошоспекающихся углей и после измельчения направляют их на стадию измельчения слабоспекающихся углей.

Недостатком данного способа является низкое качество готового кокса.

Из SU 1359292 А1, кл. С10В 57/00, опубликовано 15.12.1987 известен также способ подготовки шихты для коксования, при переработке углей повышенной влажности, включающий измельчение и составление шихты из углей, пневматическую сепарацию шихты с выделением мелкого и крупного продукта, дробление крупного продукта и возвращение его на пневматическую сепарацию в качестве рециркулянта, при этом шихту составляют из недробленных углей и затем ее измельчают с рециркулянтом.

Наиболее близким решением к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ составления угольных шихт для получения металлургического кокса, основанный на определении показателей качества углей, используемых для составления угольных шихт, включающий определение оптической плотности поглощения (D) углей в области ИК-спектра на частотах 3040, 2945 и 2920 см^-1, дополнительное измерение оптических плотностей поглощения D₁₂₆₀ и D₁₀₉₀, определение параметра , причем для углей, у которых D₁₂₆₀>D₂₉₂₀, параметр (D₁₂₆₀-D₂₉₂₀), устанавливают соотношение углей в шихте так, чтобы показатель находился в пределах 0,48-0,50, а показатель не менее 4,1, при минимальных значений и (SU 1663016 А1, кл. С10В 57/04, опубл. 15.07.1991).

Недостатком данного способа является невозможность оценить показатели качества металлургического кокса из различных углей, в том числе из слабоспекающихся и хорошоспекающихся углей и их смесей при производстве металлургического кокса из различных углей различной бассейновой принадлежности (различных поставщиков).

Технической задачей предлагаемого изобретения является составление угольной шихты, включающей в себя угольные компоненты различного марочного состава и широкой бассейновой принадлежности, для производства металлургического кокса с высокими механическими свойствами.

Поставленная техническая задача решается тем, что способ составления угольной шихты для получения металлургического кокса включает определение показателей качества угольных компонентов, используемых для составления угольной шихты.

Отличиями способа является то, что по лабораторному коксованию производят оценку качества каждого i-того угольного компонента, используемого для составления шихты для коксования, по коэффициенту технологической ценности (КТЦ_i), который определяют по эмпирической формуле:

где M₁₀ - показатель механической истираемости готового кокса, полученного из i-того угольного компонента, используемого для составления шихты, определенный лабораторным путем по коксованию, %;

М₂₅ - показатель механической прочности (дробимости) готового кокса, полученного из i-того угольного компонента, используемого для составления шихты, определенный лабораторным путем по коксованию, %;

82 - минимально допустимое значение показателя М₂₅, установленное опытным путем для качественного металлургического кокса, %;

(см. Технические условия «Кокс металлургический из углей Восточных районов» ТУ 1104-076100-00190437-159-96, Держатель подлинника - Восточный научно-исследовательский углехимический институт ФГУП «ВУХИН»);

11 - максимально допустимое значение показателя M₁₀, установленное опытным путем для качественного металлургического кокса, %;

(см. технические условия «Кокс металлургический из углей Восточных районов» ТУ 1104-076100-00190437-159-96);

1 и 3 - безразмерные коэффициенты, установленные опытным путем, затем определяют долю каждого i-того угольного компонента, используемого для составления угольной шихты в коксовой и спекающей группах, и по их величине, с учетом коэффициента технологической ценности каждого i-того угольного компонента (КТЦ_i), определяют коэффициенты технологической ценности соответственно коксовой (КТЦ_к) и спекающей (КТЦ_с) групп и угольной шихты для коксования (КТЦ_ш), после чего определяют доли коксовой и спекающей групп в угольной шихте для получения металлургического кокса (К_кш, К_сш) по формулам, мас.%:

где значение величины КТЦ_ш - принимают в интервале между значением величины коэффициента технологической ценности коксовой и значением величины коэффициента технологической ценности спекающей групп, но не менее 1, после чего по величине доли каждого i-того угольного компонента, используемого для составления шихты соответственно в коксовой и спекающей группах, и по долям коксовой и спекающей групп в угольной шихте для получения металлургического кокса определяют долю каждого i-того угольного компонента, входящего соответственно в коксовую и спекающую группу, в шихте для получения металлургического кокса.

Опытным путем установлено, что для получения металлургического кокса с высокими прочностными свойствами, КТЦ угольной шихты должен быть равен в пределах от 1 до максимального значения КТЦ, определенного по коксовой или спекающей группе угольных компонентов.

Исходя из этого, по полученным значениям КТЦ угольных компонентов устанавливают их соотношение в шихте.

Вышеуказанные зависимости получены экспериментальным путем.

Долевое участие каждого i-того угольного компонента в шихте для получения металлургического кокса определяют путем проведения следующих операций:

- определяют лабораторным анализом М₂₅ и М₁₀, после чего определяют КТЦ каждого i-того угольного компонента, используемого для составления шихты - КТЦ_i - по формуле [1];

- определяют долю i-того угольного компонента каждого поставщика в общем количестве угольных компонентов, используемых для составления шихты, по формуле:

где K_i - доля i-того угольного компонента каждого поставщика в общем количестве угольных компонентов, используемых для составления шихты, мас.%:

V_i - количество угольного компонента каждого i-того поставщика, т;

V - общее количество угольных компонентов, используемых для составления угольной шихты, т;

- определяют доли коксовой и спекающей групп в общем количестве угольных компонентов, используемых для составления шихты, по формуле:

где K_к и K_с - доли соответственно коксовой и спекающей групп в общем количестве угольных компонентов, используемых для составления шихты (из наличия на складе), мас.%;

V_к и V_с - количество угольных компонентов соответственно коксовой и спекающей групп, используемых для составления шихты (из наличия на складе), т;

- отдельно определяют долю i-того угольного компонента каждого поставщика в коксовой и спекающей группах - Д_iк и Д_ic по формуле, мас.%:

- рассчитывают КТЦ соответственно коксовой и спекающей группы по формулам:

где КТЦ_к и КТЦ_с - коэффициенты технологической ценности соответственно коксовой и спекающей группы;

- затем определяют доли коксовой и спекающей групп в угольной шихте для получения металлургического кокса по формулам:

где K_кш и K_сш - доли соответственно коксовой и спекающей группы в угольной шихте для получения металлургического кокса, мас.%;

КТЦ_ш - задаваемый коэффициент технологической ценности угольной шихты для коксования, значение которого выбирают (задают) в интервале между величинами КТЦ_к и КТЦ_с, но не менее 1. При значении КТЦ _ш меньше 1 не обеспечивается качество металлургического кокса, а именно М₂₅ и М₁₀ (табл.5);

- Далее определяют долю каждого i-того угольного компонента, входящего соответственно в коксовую и спекающую группы, в угольной шихте для получения металлургического кокса по формулам:

где Д_i(кш) - доля каждого i-того угольного компонента, входящего в коксовую группу, в угольной шихте для получения металлургического кокса, мас.%;

Д_i(сш) - доля каждого i-того угольного компонента, входящего в спекающую группу, в угольной шихте для получения металлургического кокса, мас.%.

Пример 1.

1. Лабораторным путем по индивидуальным коксованиям определяют показатели M₂₅ и М₁₀ кокса, полученного из каждого i-того угольного компонента, после чего определяют КТЦ каждого i-того угольного компонента, используемого для составления шихты и находящегося на складе, по формуле [1]:

M_{25 ГОФ коксовая}=80,2%

M_{10 ГОФ коксовая}=11,9%

КТЦ _{ГОФ коксовая}=1-[3-{1-(11,9-11)/11+1-(82-80,2)/82+1}]/3=0,97 и т.д. определение ведется для всей коксовой группы.

М_{25 ЦОФ Беловская}=82,1%

M_{10 ЦОФ Беловская}=10,5%

КТЦ _{ЦОФ Беловская}=1-[3-{1-(10,5-11)/11+1-(82-82,1)/82+1}]/3=1,02 и т.д. определение ведется для всей спекающей группы (табл.1, столбец 3).

2. Общий запас угольных компонентов на угольном складе (например, по ОАО «ММК») составляет 320 тыс.т. Структура спекающей группы представлена поставщиками угольных компонентов: ЦОФ Беловская - 64000 т; ОФ Печерская - 32000 т; Денисовское - 48000 т; ОФ Распадская - 16000 т; Ульяновская -16000 т.

Структура коксовой группы представлена поставщиками угольных компонентов: ГОФ Коксовая - 67200 т; ОФ Междуреченская - 30400 т; ЦОФ Сибирь -14400 т; ОФ Нерюнгринская - 32000 т.

3. Определяют долю i-того угольного компонента каждого поставщика в общем количестве угольных компонентов, используемых для составления шихты и находящихся на складе - К, по формуле [4]:

K _{ЦОФ Беловской}=(64000/320000)×100=20% и т.д. (табл.1, столбец 4).

4. Определяют доли коксовой и спекающей групп в общем количестве угольных компонентов, используемых для составления шихты - K_к и K_с по формулам [5] и [6]:

K_к=[(67200+30400+14400+32000)/320000]×100=45%

K_с=[(64000+32000+48000+16000+16000)/320000)]×100=55% (табл.1. столбец 4).

5. Определяют долю i-того угольного компонента каждого поставщика соответственно в коксовой и спекающей группе - Д_iк и Д_ic, по формулам [7] и [8] соответственно:

Д _{ГОФ коксовая к}=(21/45)×100=46,67% и т.д.

Д _{ЦОФ Беловская с}=(20/ 55)×100=36,36% и т.д. (табл.1, столбец 5)

6. Определяют по формулам [9] и [10] КТЦ коксовой и спекающей групп КТЦ_к и КТЦ_с:

КТЦ_к=[(46,67×0,97)+(21,11×0,98)+(10×0,99)+(22,22×1,09)]/100=1,001

КТЦ_с=[(36,36×1,02)+(0×0,92)+(18,18×1,08)+(9,09×0,91)+(27,27×1,13)+(9,09×0,93)]/100=1,043 (табл.1, столбец 6);

Выбирают КТЦ_ш=1,02.

7. Определяют доли коксовой и спекающей групп в угольной шихте для получения металлургического кокса - K_кш и K_сш по формулам [2] и [3]:

K_кш=[(1,001-1,02)/(1,001-1,043)]×100=45,2%

K_сш=[(1,020-1,043)/(1,001-1,043)]×100=54,8% (табл.1, столбец 7)

8. Определяют долю каждого i-того угольного компонента, входящего соответственно в коксовую и спекающую группу, в угольной шихте для получения металлургического кокса - Д_i(кш) и Д_i(сш) по формулам [11] и [12]:

- в коксовой группе:

Д _{ЦОФ Коксовая(кш)}=(46,67×45,2)/100=21,1%

Д _{ОФ Междуреченская(кш)}=(21,11×45,2)/100=9,54%

Д _{ЦОФ Сибирь(кш)}=(10×45,2)/100=4,52%

Д _{ОФ Томусинская(кш)}=(0,0×45,2)/100=0%

Д _{ОФ Нерюнгринская(кш)}=(22,22×45,2)/100=10,04%

- в спекающей группе:

Д_{ЦОФ Беловская(сш)}=(36,36×54,8)/100=19,93%

Д_{ОФ Печорская(сш)}=(18,18×54,8)/100=9,96%

Д_{ОФ Распадская(сш)}=(9,09×54,8)/100=4,98%

Д _{Денисовское (СШ)}=(27,27×54,8)/100=14,95%

Д _{Ульяновская(сш)}=(9,09×54,8)/100=4,98% (табл.1, столбец 7).

Таким образом, по заданному КТЦ_ш=1,02, исходя из запасов угольных компонентов на складе, определены доли каждого i-того угольного компонента в составе угольной шихты для получения металлургического кокса. Лабораторным путем определяют показатели прочности полученного кокса М₂₅ и М₁₀ из подобранного состава шихты, которые соответственно составили 86,7% и 7,95%.

Результаты определения пяти опытных проверок состава угольной шихты по заданному коэффициенту технологической ценности - КТЦ_ш приведены в таблицах 1, 2, 3, 4, 5.

По результатам экспериментов видно, что предлагаемый способ составления угольной шихты для получения металлургического кокса позволит при наличии любых угольных компонентов, имеющихся на складе, получить металлургический кокс с высокими механическими свойствами, а именно с показателем механической прочности (дробимости) М₂₅ от 83,96% до 86,68% и показателем истираемости М₁₀ от 9,22% до 7,95% (табл.1,2,3,4). В таблице 5 отражен пример 5, в котором величина КТЦ_к и КТЦ_с меньше 1, а следовательно КТЦ_ш в этом интервале также будет меньше 1. Качество полученного кокса не соответствует требованиям, предъявляемым к металлургическому коксу, а именно М₂₅=78,63%, т.е. меньше 82%, а М₁₀=11,73%, т.е. больше 11%.

Использования предлагаемого способа составления угольной шихты для получения металлургического кокса обеспечит снижение расхода последнего в доменном процессе на выплавку чугуна.

Таблица 2 Наименование поставщиков Марки углей КТЦ_i K_i, мас.% Д_iс, Д_iк, мас.%. КТЦ_с, КТЦ_к Д_{i (сш)}, Д_{i (кш)}, мас.% 1 2 3 4 5 6   ЦОФ Беловская Ж, КС 1,02 30 60,0   21,82 ОФ Распадская ГЖО, ГЖ 0,91 20 40,0   14,54 Итого по спекающей группе K_с=50,0 100,0 КТЦ_с=0,976 К_сш=36,36 ГОФ Коксовая К, КО, КС, ОС 0,97 21 42,0   26,73 ГОФ Зиминка КС, КСН 0,64 0 0,0 0,00 ГОФ Анжерская КО 0,96 12 24,0 15,27 ГОФ Анжерская КС 0,84 0 0,0 0,00 ГОФ Анжерская КСН 0,76 0 0,0 0,00 ООО КАРО КСН 0,65 0 0,0 0,00 ОФ Бачатская КО 0,85 2,5 5,0 3,18 ОФ Томусинская КС 0,78 0 0,0 0,00 ОФ Междуреченская ОС 0,98 9,5 19,0 12,10 Коксующая добавка   1,75 5 10,0 6,36 ОФ Нерюнгринская ОС 1,09 0 0,0 0,00 ИТОГО по коксовой группе K_к=50,0 100 КТЦ_к=1,042 K_кш=63,64 ЗАДАВАЕМЫЙ КТЦ УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ (КТЦ_ш) 1,00 100,0 Значения показателей прочности и истираемости металлургического кокса, % М25 М10 85,528 8,494

Таблица 3 Наименование поставщиков Марки углей КТЦ_i K_i, мас.% Д_iс, Д_iк, мас.%. КТЦ_с, КТЦ_к Д_{i (сш)}, Д_{i (кш)}, мас.% 1 2 3 4 5 6 7 ЦОФ Бедовская Ж, КС 1,02 30 60,0   30,91 ОФ Распадская ГЖО, ГЖ 0,91 20 40,0   20,61 Итого по спекающей группе К_с=50,0 100,0 КТЦ_с=0,976 К_сш=51,52 ГОФ Коксовая К, КО, КС, ОС 0,97 21 42,0   20,36 ГОФ Зиминка КС, КСН 0,64 0 0,0 0,00 ГОФ Анжерская КО 0,96 12 24,0 11,64 ГОФ Анжерская КС 0,84 0 0,0 0,00 ГОФ Анжерская КСН 0,76 0 0,0 0,00 ООО КАРО КСН 0,65 0 0,0 0,00 ОФ Бачатская КО 0,85 2,5 5,0 2,42 ОФ Томусинская КС 0,78 0 0,0 0,00 ОФ Междуреченская ОС 0,98 9,5 19,0 9,21 Коксующая добавка   1,75 5 10,0 4,85 ОФ Нерюнгринская ОС 1,09 0 0,0 0,00 ИТОГО по коксовой группе К_к=50,0 100 КТЦ_к=1,042 К_кш=48,48 ЗАДАВАЕМЫЙ КТЦ УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ (КТЦ_ш) 1,01 100,0 Значения показателей прочности и истираемости металлургического кокса, % М25 М10 86,10308 8,22444

Таблица 4 Наименование поставщиков Марки углей КТЦ_i K_i, мас.% Д_iс, Д_iк, мас.%. КТЦ_с, КТЦ_к Д_{i (сш)}, Д_{i (кш)}, мас.% 1 2 3 4 5 6 7 ЦОФ Беловская Ж, КС 1,02 30 60,0   40,00 ОФ Распадская ГЖО, ГЖ 0,91 20 40,0   26,67 Итого по спекающей группе K_с=50,0 100,0 КТЦ_с=0,976 K_сш=66,67 ГОФ Коксовая К, КО, КС, ОС 0,97 21 42,0   14,00 ГОФ Зиминка КС, КСН 0,64 0 0,0 0,00 ГОФ Анжерская КО 0,96 12 24,0 8,00 ГОФ Анжерская КС 0,84 0 0,0 0,00 ГОФ Анжерская КСН 0,76 0 0,0 0,00 ООО КАРО КСН 0,65 0 0,0 0,00 ОФ Бачатская КО 0,85 2,5 5,0 1,67 ОФ Томусинская КС 0,78 0 0,0 0,00 ОФ Междуреченская ОС 0,98 9,5 19,0 6,33 Коксующая добавка   1,75 5 10,0 3,33 ОФ Нерюнгринская ОС 1,09 0 0,0 0,00 ИТОГО по коксовой группе К_к=50,0 100,0 КТЦ_к=1,042 К_кш=33,33 ЗАДАВАЕМЫЙ КТЦ УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ (КТЦ_ш) 1,02 100,0 Значения показателей прочности и истираемости металлургического кокса, % М 25 М 10 86,67816 7,95488

Таблица 5 Наименование поставщиков Марки углей КТЦi K_i, мас.% Д_iс, Д_iк, мас.% КТЦ_с, КТЦ_к Д_{i (сш)}, Д_{i (кш)}, мас.% 1 2 3 4 5 6 7 ЦОФ Беловская Ж, КС 1,02 5 11,1   6,30 ОФ Распадская ГЖО, ГЖ 0,91 40 88,9 50,46 Итого по спекающей группе K_с=45,0 100,0 КТЦ_с=0,922 K_сш=56,76 ГОФ Коксовая К, КО, КС, ОС 0,97 0 0,0   0,00 ГОФ Зиминка КС, КСН 0,64 21 38,18 16,51 ГОФ Анжерская КО 0,96 914,5 16,36 7,07 ОФ Междуреченская ОС 0,98   26,36 11,40 ЦОФ Сибирь КС, ОС 0,99 10,5 19,10 8,26 ИТОГО по коксовой группе К_к=55,0 100,0 КТЦ_к=0,848 К_кш=43,24 ЗАДАВАЕМЫЙ КТЦ УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ (КТЦ_ш) 0,8800 100,0 Значения показателей прочности и истираемости металлургического кокса, % М25 М10 78,62704 11,72872

Изобретение может быть использовано в коксохимической промышленности. Осуществляют лабораторное коксование и производят оценку качества каждого i-того угольного компонента, используемого для составления шихты для коксования, по коэффициенту технологической ценности (КТЦ_i). Определяют долю каждого i-того угольного компонента, используемого для составления шихты, в коксовой и спекающей группах и по их величине, с учетом коэффициента технологической ценности каждого i-того угольного компонента (КТЦ_i), определяют коэффициент технологической ценности соответственно коксовой (КТЦ_к), спекающей (КТЦ_с) групп и угольной шихты (КТЦ_ш). После этого определяют доли коксовой и спекающей групп в угольной шихте для получения металлургического кокса (К_кш, К_сш). По величине доли каждого i-того угольного компонента, используемого для составления угольной шихты соответственно в коксовой и спекающей группах, и по долям коксовой и спекающей групп в угольной шихте для получения металлургического кокса, определяют долю каждого i-того угольного компонента, входящего соответственно в коксовую и спекающую группы в шихте для получения металлургического кокса. Изобретение позволяет составить угольную шихту, включающую угольные компоненты различных марок и широкой бассейновой принадлежности, для производства металлургического кокса с высокими механическими свойствами. 5 табл.

Способ составления угольной шихты для получения металлургического кокса, включающий определение показателей качества угольных компонентов, используемых для составления угольной шихты, отличающийся тем, что осуществляют лабораторное коксование и производят оценку качества каждого i-го угольного компонента, используемого для составления шихты для коксования, по коэффициенту технологической ценности (КТЦ_i), который определяют по эмпирической формуле:

где M₁₀ - показатель механической истираемости готового кокса, полученного из i-го угольного компонента, используемого для составления шихты, определенный лабораторным путем, %;
М₂₅ - показатель механической прочности (дробимости) готового кокса, полученного из i-го угольного компонента, используемого для составления шихты, определенный лабораторным путем, %;
82 - минимально допустимое значение показателя М₂₅, установленное опытным путем для качественного металлургического кокса, %;
11 - максимально допустимое значение показателя M₁₀, установленное опытным путем для качественного металлургического кокса, %;
1 и 3 - безразмерные коэффициенты, установленные опытным путем, затем определяют долю каждого i-го угольного компонента, используемого для составления шихты, в коксовой и спекающей группах и по их величине, с учетом коэффициента технологической ценности каждого i-го угольного компонента (КТЦ_i), определяют коэффициент технологической ценности соответственно коксовой (КТЦ_к) и спекающей (КТЦ_с) групп и угольной шихты (КТЦ_ш), после чего определяют доли коксовой и спекающей групп в угольной шихте для получения металлургического кокса (К_кш, К_сш) по формулам, мас.%:


где значение величины КТЦ_ш - принимают в интервале между значением величины коэффициента технологической ценности коксовой и значением величины коэффициента технологической ценности спекающей групп, но не менее 1, и по величине доли каждого i-го угольного компонента, используемого для составления угольной шихты соответственно в коксовой и спекающей группах, и по долям коксовой и спекающей групп в угольной шихте для получения металлургического кокса, определяют долю каждого i-го угольного компонента, входящего соответственно в коксовую и спекающую группы в шихте для получения металлургического кокса.