ШИХТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОКСА Российский патент 2023 года по МПК C10B57/04 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к составу шихты для производства металлургического кокса.

Уровень техники

Из патента РФ №2663145 известна шихта, содержащая:

70-90 масс. % углей марок КС, и/или КСН, и/или КО, и/или ТС, и/или ОС,

1-30 масс. % нефтяной спекающей добавки, которая представляет собой остатки переработки нефти со следующими характеристиками:

зольность Ad - не более 2,5%;

выход летучих Vdaf - не более 90%;

содержание серы Sd - не более 5%;

температура размягчения по КиШ - не менее 40°С.

В описании этого патента сказано, что указанная шихта может использоваться для получения металлургического кокса без смешивания с другими марками углей.

Согласно приведенным в таблице 6 указанного патента результатам показатели реакционной способности (CRI) и послереакционной прочности (CSR) полученного из шихт, состоящих из углей КО и спекающей добавки (шихты 2, 3, 4) и состоящих из углей КС и спекающей добавки (шихты 6, 7, 8) кокса находятся в пределах CRI 27,9-30,2 и CSR 52,4-64,0, при этом аналогичные показатели у кокса, полученного из монокомпонентных шихт, состоящих соответственно из 100% углей КО (шихта 1) и 100% углей КС (шихта 5), составили CRI - 32,2 и 31,8 и CSR- 55,1 и 47,3.

В таблице 6 наблюдается тенденция к снижению реакционной способности (CRI) полученного кокса при увеличении содержания спекающей добавки с температурой размягчения 115°С в пределах 5-20 масс. %, добавляемой к углям КО или КС.

Влияние увеличения содержания спекающей добавки с температурой размягчения 115°С в пределах 5-20 масс. % на послереакционную прочность (CSR) является нелинейным, поскольку при незначительном увеличении содержания добавки указанный показатель увеличивается, но затем начинает снижаться. Данный эффект авторы патента связывают с переожирнением угля, возникающем для разных углей при разном содержании спекающей добавки.

Характеристики кокса, полученного со спекающей добавкой с температурой размягчения не равной 115°С, в патенте РФ №2663145 отсутствуют, но отмечается, что при увеличении температуры размягчения спекающей добавки пластические свойства всех типов исследованных углей улучшаются, а применение для модификации угля спекающей добавки с температурой размягчения ниже 40°С нецелесообразно из-за снижения эффекта улучшения пластических свойств и появления признаков слеживаемости угля, что делает невозможным его хранение в штабеле.

Недостатком данного изобретения является то, что в нем не исследовано влияние спекающей добавки на многокомпонентные угольные шихты, то есть угольные шихты, содержащие больше одного угля.

Кроме того, при добавлении спекающей добавки нужно ограничивать ее содержание для каждого выбранного угля, чтобы не допустить переожирнения угля, которое приводит к снижению прочности получаемого кокса.

Также в вышеуказанном изобретении отсутствует технология подачи в угольную шихту компонентов в жидкотекучем состоянии и, как следствие, невозможность применения изобретения в промышленном масштабе.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является шихта для получения металлургического кокса, раскрытая в патенте РФ №2627425, состоящая из:

40,0-98,0 масс. % смеси каменных углей,

1,0-30,0 масс. % нефтяного кокса, который характеризуется зольностью Ad не более 2,5%, выходом летучих веществ Vdaf не более 25%, содержанием серы Sd не более 5%,

1,0-30,0 масс. % нефтяных остатков, которые характеризуются зольностью Ad не более 2,5%, выходом летучих веществ Vdaf не более 90%, содержанием серы Sd не более 5%, индексом Рога (IR) не менее 10.

Недостатком данной шихты является то, что согласно представленным в вышеуказанном патенте в таблице 2 результатам с увеличением в шихте содержания нефтяного кокса и нефтяных остатков происходило снижение значения горячей прочности (CSR) и увеличение реакционной способности (CRT) кокса.

Из статьи Ковальчик Р.В., Томаш А.А. Теоретическая оценка влияния горячей прочности кокса CSR на его удельный расход в доменной плавке // ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет». 2008. №18-1 известно, что увеличение горячей прочности кокса CSR на 1% снижает степень прямого восстановления железа R_d на 0,24% и уменьшает расход кокса на 1,05 кг/т чугуна или на 0,22%.

Таким образом, снижение значения горячей прочности (CSR) приводит к увеличению расхода кокса.

Задачей настоящего изобретения является преодоление вышеуказанных недостатков.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат заявленного изобретения заключается в снижении зольности кокса, расширении интервала пластичности угольной шихты, повышении значения горячей прочности (CSR) и снижении реакционной способности (CRI) полученного кокса.

Для решения вышеуказанной задачи и достижения технического результата предлагается шихта для производства металлургического кокса, включающая, % масс: смесь угольных концентратов 60-98, нефтяной кокс с массовой долей летучих веществ от 8 до 12% 1-20, нефтяная спекающая добавка 1-20, причем нефтяной кокс получен путем замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков, а нефтяная спекающая добавка получена путем глубокой вакуумной перегонки остатка висбрекинга гудрона и имеет температуру размягчения по методу КиШ не ниже 105°С и массовую долю летучих веществ от 45% до 65%.

Также для решения вышеуказанной задачи и достижения технического результата предлагается применение вышеуказанной шихты для производства металлургического кокса.

Нефтяная спекающая добавка, раскрытая в настоящем изобретении, получена путем глубокой вакуумной перегонки остатка висбрекинга гудрона, которая позволяет отбирать фракции, выкипающие до 520-540°С, соответственно, такая нефтяная спекающая добавка включает лишь самые высококипящие фракции остатка висбрекинга гудрона.

Температура размягчения нефтяной спекающей добавки по методу КиШ (кольца и шара) определяется в соответствии с ГОСТ 11506-1973 БИТУМЫ НЕФТЯНЫЕ. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару.

Благодаря синергетическому эффекту от взаимодействия указанной нефтяной спекающей добавки и нефтяного кокса с низким содержанием летучих веществ (до 12%) происходит снижение зольности кокса, расширение интервала пластичности угольной шихты, повышение значения горячей прочности (CSR) и снижение реакционной способности (CRT) полученного кокса.

Осуществление изобретения

Для проверки возможности достижения заявленного технического результата произвели опытное коксование вариантов шихты для производства металлургического кокса, включающей, % масс:

смесь угольных концентратов 60-98, нефтяной кокс с массовой долей летучих веществ от 8 до 12% 1-20, нефтяная спекающая добавка 1-20, причем нефтяной кокс получен путем замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков, а нефтяная спекающая добавка получена путем глубокой вакуумной перегонки остатка висбрекинга гудрона и имеет температуру размягчения по методу КиШ не ниже 105°С и массовую долю летучих веществ от 45% до 65%.

Для достижения удовлетворительных эксплуатационных характеристик, температура размягчения нефтяной спекающей добавки должна составлять не ниже 105°С.Экспериментально было установлено, что нефтяная спекающая добавка с температурой размягчения по методу КиШ не ниже 105°С, полученная путем глубокой вакуумной перегонки остатка висбрекинга гудрона, имеет содержание летучих веществ от 45% до 65%.

Были сформированы следующие составы угольных шихт (варианты №№1-8), указанные в Таблице 1, 2 и проведено сравнение качества полученного опытного кокса с качеством кокса из базовой шихты.

В рамках эксперимента в вариантах шихты №№1-8 использовались нефтяной кокс и нефтяная спекающая добавка со следующими качественными характеристиками:

Нефтяной кокс - массовая доля летучих веществ 12,0%, массовая доля серы 3,92%, зольность 0,20%;

Нефтяная спекающая добавка - массовая доля летучих веществ 63,5%, массовая доля серы 4,32%, зольность 0,26%, температура размягчения по методу КиШ 118°С.

По результатам опытных коксований зафиксированы следующие результаты:

- снижение зольности угольной шихты на 3,4% (с 8,6% (базовая) до 5,2% (опытная шихта Вариант 8), соответственно, кокса металлургического на 4,2% (11,2% (кокс из базовой шихты) до 7,0% (кокс из опытной шихты Варианта 8);

- увеличение спекающих свойств шихты по параметрам толщины пластического слоя и дилатометрических показателям в части интервала текучести шихты. Так, максимальная толщина пластического слоя зафиксирована у шихты Варианта 3, 5 (увеличение на 10 мм относительно базового: с 15 до 25 мм). Максимальное увеличение интервала текучести шихты зафиксировано по Варианту 7 (увеличение на 42°С относительно базовой шихты: с 85°С до 127°С);

- увеличение (улучшение) значений горячей прочности (CSR) металлургического кокса максимально на 3,1% (с 62,2% (кокс из базовой шихты) до 65,3%) (кокс из опытной шихты Варианта 8); на 3,3% (с 62,2% (кокс из базовой шихты) до 65,5%) (кокс из опытной шихты Варианта 7).

Увеличение интервала пластичности угольной шихты позволяет добавлять к ней слабоспекающиеся угли, что позволяет расширить выбор углей для коксования и использовать менее ценные марки углей.

Для проверки возможности применения изобретения в процессе формирования шихты для производства металлургического кокса с использованием нефтяного кокса и нефтяной спекающей добавки, характеризующихся другими свойствами, были проведены дополнительные опытные коксования.

Для дополнительных опытных коксований по вариантам шихты №№9-16 использовались нефтяной кокс и нефтяная спекающая добавка со следующими качественными характеристиками:

Нефтяной кокс - массовая доля летучих веществ 8,2%, массовая доля серы 3,80%, зольность 0,22%;

Нефтяная спекающая добавка - массовая доля летучих веществ 55,4%, массовая доля серы 4,40%, зольность 0,31%, температура размягчения по методу КиШ 125°С.

Были сформированы следующие составы угольных шихт (варианты №№9-16), указанные в Таблице 3, 4. Проведено сравнение качества полученного опытного кокса с качеством кокса из базовой шихты.

Для дополнительных опытных коксований по вариантам шихты №№17-24 использовались нефтяной кокс и нефтяная спекающая добавка со следующими качественными характеристиками:

Нефтяной кокс - массовая доля летучих веществ 10,1%, массовая доля серы 3,88%, зольность 0,28%;

Нефтяная спекающая добавка - массовая доля летучих веществ 45,5%, массовая доля серы 4,31%, зольность 0,40%, температура размягчения по методу КиШ 165°С.

Были сформированы следующие составы угольных шихт (варианты №№17-24), указанные в Таблице 5, 6. Проведено сравнение качества полученного опытного кокса с качеством кокса из базовой шихты.

По результатам дополнительных опытных коксований зафиксированы следующие результаты:

- снижение зольности угольной шихты на 3,4% (с 8,6% (базовая) до 5,0% (опытная шихта Варианты 16 и 24), соответственно, кокса металлургического на 4,8% (11,2% (кокс из базовой шихты) до 6,4% (кокс из опытной шихты Вариантов 16 и 24);

- увеличение спекающих свойств шихты по параметрам толщины пластического слоя и дилатометрических показателям в части интервала текучести шихты. Так, максимальная толщина пластического слоя зафиксирована у шихты Варианта 13, 14, 22, 23 (увеличение на 5-10 мм относительно базового: с 15 мм до 20-25 мм). Максимальное увеличение интервала текучести шихты зафиксировано по Вариантам 13-16 и 22 (увеличение на 42-63°С относительно базовой шихты: с 85°С до 127-148°С);

- увеличение (улучшение) значений горячей прочности (CSR) металлургического кокса максимально на 3,9% (с 62,2% (кокс из базовой шихты) до 66,0%) (кокс из опытной шихты Варианта 15); на 3,4% (с 62,2% (кокс из базовой шихты) до 65,6%) (кокс из опытной шихты Варианта 13).

Результаты экспериментов подтверждают, что использование шихты в соответствии с настоящим изобретением позволило существенно улучшить качество шихты для коксования по параметрам зольности и спекаемости, а также повысить значения горячей прочности (CSR) получаемого кокса.

Описанные примеры осуществления приведены исключительно в целях иллюстрации. Специалисту будет очевидно, что возможны и иные варианты осуществления без изменения сущности изобретения.

Группа изобретений относится к составу шихты для производства металлургического кокса и ее применению. Шихта включает: смесь угольных концентратов в количестве 60-98 мас.%, нефтяной кокс с массовой долей летучих веществ от 8 до 12% в количестве 1-20 мас.% и нефтяную спекающую добавку в количестве 1-20 мас.%. Причем нефтяной кокс получен путем замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков, а нефтяная спекающая добавка получена путем глубокой вакуумной перегонки остатка висбрекинга гудрона и имеет температуру размягчения по методу КиШ не ниже 105°С и массовую долю летучих веществ от 45 до 65%. Технический результат заявленной группы изобретений заключается в снижении зольности кокса, расширении интервала пластичности угольной шихты, повышении значения горячей прочности (CSR) и снижении реакционной способности (CRI) полученного кокса. 2 н.п. ф-лы, 6 табл., 24 пр.

1. Шихта для производства металлургического кокса, включающая, мас.%:

смесь угольных концентратов 60-98 нефтяной кокс с массовой долей летучих веществ от 8 до 12% 1-20 нефтяная спекающая добавка 1-20,

причем нефтяной кокс получен путем замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков, а нефтяная спекающая добавка получена путем глубокой вакуумной перегонки остатка висбрекинга гудрона и имеет температуру размягчения по методу КиШ не ниже 105°С и массовую долю летучих веществ от 45 до 65%.

2. Применение шихты по п.1 для производства металлургического кокса.