Способ получения кокса для доменного производства Российский патент 2023 года по МПК C10B57/04 C10B57/16 

Изобретение относится к области переработки углей и химической технологии твердого топлива. Может быть использовано в коксохимическом производстве, в частности получения доменного кокса из частично или полностью брикетированной угольной шихты.

Основной задачей коксохимического производства является разработка оптимальных технологических параметров подготовки и коксования угольного сырья, позволяющая максимально реализовать потенциал, заложенный в угольных концентратах.

Как известно из мировой и отечественной практики содержание мелких классов в угольной шихте для коксования негативно влияют на спекаемость и коксуемость что в свою очередь влияет на качественные характеристики получаемого кокса, а также, нарушают технологические параметры коксования и ухудшают качественные характеристики химических продуктов коксования.

Известен способ коксования частично брикетированных угольных шихт, включающий выделение из шихты флотоконцентрата, смешение флотоконцентрата с неспекающимся измельченным углем в соотношении 1:2 – 1:3 [Авторское свидетельство SU № 1171507, C10B57/08, 1985].

Известен так же способ брикетирования флотационного концентрата с измельченным тяжелым концентратом [Авторское свидетельство SU № 1399328, C10B57/08, 1988].

Недостатком приведенных способов является формирование угольной шихты из рядовых углей и дальнейшее обогащение, что не имеет технико-экономического обоснования в реальных условиях производства, как и фиксированное соотношение марочного состава угольной шихты.

Известен способ подготовки угольной шихты к коксованию, включающий дозирование, сортирование (классификацию), дробление, сушку, смешение углей. Согласно предложенному способу перед окончательным дроблением угольную шихту классифицируют по гранулометрическому составу, при этом отделяя класс фракцией менее или равной 6 мм, не подвергая ее измельчению, а оставшуюся часть шихты измельчают и смешивают с предварительно выделяемой фракцией меньше или равной 6 мм, сушат до 4-6% остаточной влажности, где отделяют пылевидный класс менее или равный 0,5 мм, с последующим его брикетированием и смешением брикетов с подсушенной шихтой для передачи в коксовое производство [Патент RU № 2550874, МПК C10B57/08, С10В53/08, С10L5/02, 2015].

Реализация данного способа возможна за счет комплексного изменения технологического передела и применения энергоемких технологических решений. Поэтому существенным недостатком данного способа подготовки угольной шихт для коксования является:

- введение дополнительного технологического передела для предварительного дробления и подсушивания угольной шихты для коксования;

- отсутствие диапазона процентного участия угольных брикетов в шихте для коксования;

- отсутствие указания размерного диапазона получаемых брикетов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ получения кокса для доменного производства, в котором формирование угольной шихты для коксовых батарей производится из 100% угольных концентратов марки Ж, при этом процесс коксования осуществляется за 14-18 часов в зависимости от конструкции коксовой батареи при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400°С, при этом получаемый продукт коксования имеет характеристику по показателю прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 48,0% [Патент RU № 2745787, МПК C10B57/04, C10B57/16, 2021].

Недостатком данного технического решения является то, что он не предполагает использование в шихте угольных брикетов, что, в свою очередь, не позволяет утилизировать угольную мелочь.

Технический результат предлагаемого изобретения – разработка способ подготовки угольной шихты для коксования с высокими технологическими свойствами, позволяющего максимально реализовать технологический потенциал угольных концентратов и за счет повышения качества кокса снизить его расход в доменном производстве.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения кокса для доменного производства, включающем коксование шихты при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400 °С за 14-20 ч, согласно изобретению, шихта имеет следующие компоненты, мас.%:

угольные брикеты – 5,0 – 100,0;

угольная шихта – 0 – 95,0,

при этом размер угольных брикетов составляет не более 60 мм по любому из направлений, и они получены из угольной мелочи с размером частиц не более 1,0 мм, выходом летучих веществ 0-38%, зольностью 0-20% и связующего в количестве 0-5 % от массы угольной мелочи.

В качестве угольной шихты применяют угли марок: газовые, газово-жирные, жирные, коксообразующие, коксообразующие-слабоспекающиеся, слабоспекающиеся, отощенные, тощие.

Угольные брикеты перед коксованием могут подвергаться предварительному дроблению.

Получаемый кокс имеет характеристики по показателю прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 45,0 %.

Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.

Мелкие классы угольных концентратов с размером частиц не более 1 мм формируются в угольные брикеты размером не более 60 мм по любому из направлений, с использованием не более 5% связующего вещества. Полученные брикеты дозируются в шихту в соответствии с заданными шихтовыми условиями как отдельный компонент.

Соотношение в шихте углей отдельных технологических групп определяется как ресурсами, так и свойствами угольных концентратов. Процент участия брикетов в угольной шихте может варьироваться от 5 до 100%. Шаг в 5% обусловлен точностью дозировки.

Брикеты в угольную шихту подают двумя способа либо включая в существующую систему подготовки шихты с последующим дроблением или смешивая не дробленые брикеты непосредственно с подготовленной угольной шихтой.

Специальными режимами коксования компенсируется включение в угольную шихту различного процента угольных брикетов. Так коксование в течение 14-20 часов при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400 °С обеспечивает получение кокса с характеристиками на уровне качества, необходимого для последующего доменного процесса.

Характеристика готового кокса - показатель прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 45,0% свидетельствует о том, что процесс коксования прошел в полном объеме и получен продукт, пригодный для его применения на последующем доменном переделе.

В качестве примера реализации способа представлены промышленные эксперименты, проведенные в коксовом цехе ПАО Северсталь.

В качестве сырья для получения брикетов использовался угольный концентрат производства ВоркутаУголь крупностью «-1,0 мм» из которого путем брикетирования получены два вида брикетов «Семечки» диаметр 4-6 мм – получены методом экструзии. «Пельмешки» 30х30х20 мм – получены при использовании, технологии валкового брикетирования.

Пример 1

Угольные брикеты «семечки» имели цилиндрическую форму диаметром 4-6 мм и длину 5-30 мм. Качественные характеристики угольных брикетов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование пробы Технический анализ Ad,% Vdaf, % Брикеты С («семечки») 8,6 33,4

В рамках эксперимента был получен кокс из двух вариантов шихты:

- состоящей из 100% угольных брикетов «семечки»;

- из смеси брикетов «семечки» с угольной шихтой в соотношении 50х50%.

Качественные характеристики кокса и технологические параметры коксования представлены в таблице 2.

Таблица 2

Наименование
пробы Ad,% М40, % М10, % CRI, % CSR, % Период, ч Темпера-тура, °С Кокс из 100% брикетов «семечки» 11,8 68,8 7,2 36,8 49,1 16:48 1305 Кокс из 50% брикетов «семечки» 11,1 67,0 6,7 32,6 52,3 16:48 1306

Пример 2

Угольные брикеты «пельмешки» имели форму сплюснутого эллипсоида 30х30х20 мм. Качественные характеристики угольных брикетов приведены в таблице 3.

Таблица 3

Наименование пробы Технический анализ Ad,% Vdaf, % Брикеты («пельмешки») 9,2 33,7

В рамках эксперимента получен кокс из шихты, состоящей из смеси угольных брикетов с угольной шихтой в соотношении 50х50%. Качественные характеристики кокса и технологические параметры коксования представлены в таблице 4.

Таблица 4

Наименование
пробы Ad,% М40, % М10, % CRI, % CSR, % Период, ч Тем-ра, С Кокс из 50% брикетов П 11,9 62,8 7,0 37,5 48,5 17:10 1294

Как можно видеть, полученный в ходе экспериментов кокс, полностью соответствовал требованиям, предъявляемым к нему на последующих металлургических переделах.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что благодаря повышению качественных характеристик кокса снижается его расход на производства чугуна, использование данной технологии максимизирует технологический потенциал угольных концентратов, что в свою очередь положительно сказывается на снижении себестоимости как чугуна, так и готового металлопроката, а также снижает экологическую нагрузку на производственную среду.

Изобретение относится к области переработки углей и химической технологии твердого топлива и может быть использовано в коксохимическом производстве, в частности получения доменного кокса из частично или полностью брикетированной угольной шихты. Способ получения кокса для доменного производства, включающий коксование шихты при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400 °С за 14-20 ч. Причем шихта включает следующие компоненты, мас.%: угольные брикеты – 5,0–100,0; угольная шихта – 0–95,0. При этом размер угольных брикетов составляет не более 60 мм по любому из направлений, и они получены из угольной мелочи с размером частиц не более 1,0 мм, выходом летучих веществ 0-38 %, зольностью 0-20 % и связующего в количестве 0-5 % от массы угольной мелочи. Технический результат заявленного изобретения заключается в разработке способа подготовки угольной шихты для коксования с высокими технологическими свойствами, позволяющего максимально реализовать технологический потенциал угольных концентратов и за счет повышения качества кокса снизить его расход в доменном производстве. 4 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 пр.

1. Способ получения кокса для доменного производства, включающий коксование шихты при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400 °С за 14-20 ч, отличающийся тем, что шихта включает следующие компоненты, мас.%:

угольные брикеты – 5,0–100,0;

угольная шихта – 0 – 95,0,

при этом размер угольных брикетов составляет не более 60 мм по любому из направлений, и они получены из угольной мелочи с размером частиц не более 1,0 мм, выходом летучих веществ 0-38 %, зольностью 0-20 % и связующего в количестве 0-5 % от массы угольной мелочи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве угольной шихты применяют угли марок: газовые, газово-жирные, жирные, коксообразующие, коксообразующие-слабоспекающиеся, слабоспекающиеся, отощенные, тощие.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что угольные брикеты перед коксованием подвергаются предварительному дроблению.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что угольные брикеты перед коксованием не подвергаются предварительному дроблению.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получаемый кокс имеет характеристики по показателю прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 45,0 %.