Способ получения металлургического кокса Российский патент 2024 года по МПК C10B57/04 

Изобретение относится к области химической технологии твердого топлива и может быть использовано в коксохимической промышленности для получения кокса для доменного производства с использованием технологии трамбования угольной шихты.

В современных реалиях коксохимические производства вынуждены совмещать два технологических направления: снижение себестоимости угольной шихты для коксования за счет максимального использования малоценных, условно пригодных для коксования угольных концентратов и вторая задача получение кокса с высокими качественными характеристиками. Для успешного решения этих разнонаправленных задач необходимо внедрение новых технологий, позволяющих за счет технологических параметров подготовки и коксования угольного сырья, максимально реализовать потенциал, заложенный в угольных концентратах.

Технология трамбования угольной шихты несомненно является оптимальной для получения кокса высокого качества из углей, имеющих низкую технологическую ценность. Основное отличие получения кокса с использованием технологии трамбования угольной шихты заключается в том, что угольная загрузка имеет плотность от 1,1 т/м³ до 1,2 т/м³, угольный пирог формируется из влажной угольной шихты в трамбовочно-загрузочно-выталкивающей машине (ТЗВМ). Сформированный уплотненный угольный пирог загружается на поддоне в камеру коксования. Основные отличия технологии коксования трамбованной угольной загрузки, по сравнению с обычной (гравитационной), заключается в следующем:

- увеличенная зона контактов между угольными зернами,

- повышение давления зерен друг на друга за счет действий сил внутреннего трения,

- повышение внутрипластичного газового давления усиливающее процессы термохимического превращения.

Все выше перечисленное позволяет максимально использовать в шихте для коксования слабоспекающиеся и неспекающиеся компоненты.

Известны способы формирования шихты для получения качественного кокса с пониженной зольностью, повышенной прочностью, увеличенным выходом кокса. (патент РФ № 2637699, кл. С1, C10B 57/04 опубл. 06.12.2017, патент РФ № 2333236, кл. С1, C10B 57/04 опубл. 10.09.2008). Изобретения позволяют получить повышение механической прочности кокса, снижение себестоимости кокса за счет оптимального сочетания спекающих и коксующих высокотехнологичных угольных концентратов и различных добавок.

Существенным недостатком данных способов является:

- необходимость использования добавок для повышения качества кокса;

- фиксированное и ограниченное соотношение марок углей, используемых в шихте для коксования;

- увеличение себестоимости коксового передела за счет превалирования в составе шихты для коксования технологически ценных и дорогостоящих угольных концентратов.

В качестве прототипа (патент РФ № 2733610, кл.С1 С10В 57/04; 57/06 опубл. 05.10.2020) выбран способ получения инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС). Инновационный продукт углеродсодержащий получают при проведении процесса слоевого коксования в коксовых батареях с гравитационной загрузкой, в качестве исходного сырья используют от 60% до 100% углей одной или нескольких марок условно пригодных для коксования и 0-40% коксующихся углей.

Заявленный способ обеспечивает: снятие ограничений по выбору типа углей, используемых в шихте, но при этом полученный продукт не имеет высоких качественных характеристик по показателю прочности после реакции с диоксидом углерода.

Поэтому существенным недостатком данного способа получения углеродсодержащего продукта для доменного производства являются:

- получение продукта, имеющего высокий удельный расход в доменном производстве за счет сниженного качества;

- применение технологии гравитационной загрузки коксовой батареи не позволяет максимально реализовать потенциал угольной шихты.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является получение кокса для доменного производства с высокими прочностными показателями.

Поставленная задача достигается за счет способа получения металлургического кокса, включающего стадию трамбования угольной шихты, состоящей из 50,0-100,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования с показателем отражения витринита менее 1,0%, и 0-50,0% коксующихся углей, при этом плотность трамбованной шихты составляет 1,1 т/м³ до 1,3 т/м³, а полученный кокс имеет прочность после реакции с диоксидом углерода не менее 45%.

Скорость коксования угольной загрузки составляет 5,6-9,8 мм/час.

Сформированная шихта трамбуется в трамбовочно-загрузочно-выталкивающей машине (ТЗВМ) до плотности 1,1 - 1,3 т/м³ и на поддоне задвигается в камеру коксования. Полученный кокс характеризуется выходом летучих веществ не более 1,0% и прочностью после реакции с диоксидом углерода не менее 45%.

Использование в шихте 50,0-100,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования, позволяет получить качество кокса на заданном уровне и максимально удешевить шихту. При использовании углей одной или нескольких марок условно пригодных для коксования в количестве менее 50,0%, возрастает себестоимость производства кокса.

Введение в шихту до 50,0% коксующихся углей обеспечит требуемую прочность кокса после реакции с диоксидом углерода (показатель CSR не менее 45%).

Скорость коксования угольной загрузки в диапазоне 5,6 - 9,8 мм/час обусловлена техническими характеристиками коксовой батареи. Скорость коксования меньше 5,6 мм/час характеризуется длительным нахождением кокса в печах, и снижает срок эксплуатации коксовой батареи. При скорости больше 9,8 мм/час процесс коксования не завершён, кокс не соответствует требованиям доменного производства.

Пример 1

В условиях ПАО «Северсталь» проводился ряд работ на аналогичных шихтах, заданных в коксовом цехе №1 на батареях с гравитационной загрузкой и в коксовом цехе №3 на батареях с загрузкой трамбованной шихты. В таблице 1 представлены качественные характеристики угольных концентратов и соотношения компонентов, используемые в шихте для коксования. В качестве концентрата 1 применяются угли условно пригодные для коксования, в качестве концентрата 2 - коксующиеся угли.

Таблица1
Качественные характеристики сырья для коксования Наименование показателя Концентрат №1 Концентрат №2 Обозначения методики выполнения измерения Массовая доля общей влаги, W^r % 7,6 9,2 ГОСТ 11014 Зольность, A^d % 8,0 9,3 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf,% 35,8 16,9 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro,% 0,800 1,53 ГОСТ 55659 Участие в шихте для коксования,% 80 20

В таблице 2 приведены параметры работы коксовых батарей за время действия экспериментальных шихтовок. Скорость коксования угольной загрузки в КЦ-3 составила 7,2 мм/час.

Таблица 2
Параметры работы коксовых цехов (батарей) Номер коксового цеха Плотность загрузки угольного пирога, т/м³ Период, ч Температура, °С КЦ-1 технология гравитационной загрузки 0,800 14,1 1358 КЦ-3 технология трамбования 1,200 31,3 1284

Качественные характеристики полученного кокса приведены в таблице 3.

Таблица 3
Качественные характеристики кокса Наименование показателя Результат коксования Обозначения методики выполнения измерения КЦ-1 КЦ-3 Зольность, A^d % 11,1 11,1 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 0,8 0,8 ГОСТ 55660 Прочность кокса М40,% 68,8 76,7 ГОСТ 8929 М10,% 6,8 4,4 ГОСТ 8929 Показатель прочности после реакции с диоксидом углерода,CSR, % 39,5 58,7 ГОСТ Р 54250

Пример 2

В таблице 4 представлены качественные характеристики угольных концентратов и соотношения компонентов, используемые в шихте для коксования с применением технологии трамбования коксовой батареи №11 ПАО Северсталь. В качестве угольного концентрата №1 использовались угли условно пригодные для коксования и имеющие показатель отражения витринита менее 1,0%, а в качестве угольного концентрата №2 и №3 - технологически ценные коксующиеся угли.

Таблица 4
Качественные характеристики сырья для коксования Наименование показателя Концентрат №1 Концентрат №2 Концентрат №2 Обозначения методики выполнения измерения Массовая доля общей влаги, W^r % 7,3 7,9 9,2 ГОСТ 11014 Зольность, A^d % 8,3 8,3 8,7 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf,% 36,8 32,3 16,3 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro,% 0,705 1,05 1,57 ГОСТ 55659 Участие в шихте для коксования,% 60 10 30

В таблице 5 приведены параметры работы КБ11 за время действия шихтовки. Скорость коксования угольной загрузки составила 7,8 мм/час.

Таблица 5
Параметры работы коксовых цехов (батарей) Номер коксового цеха Плотность загрузки угольного пирога, т/м³ Период, ч Температура, °С КЦ-3 технология трамбования 1,157 28,7 1306

Качественные характеристики полученного кокса приведены в таблице 6.

Таблица 6
Качественные характеристики кокса Наименование показателя Результат коксования Обозначения методики выполнения измерения Зольность, A^d % 11,0 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 0,8 ГОСТ 55660 Прочность кокса М40,% 89,2 ГОСТ 8929 М10,% 4,8 ГОСТ 8929 Показатель прочности после реакции с диоксидом углерода,CSR, % 46,5 ГОСТ Р 54250

Технико-экономическое преимущество предложенного способа состоит в том, что используются угли условно пригодные к коксованию и при этом получаемый кокс имеет высокое качество, что в свою очередь положительно сказывается на снижении себестоимости чугуна и готового металлопроката.

Изобретение относится к области химической технологии твердого топлива и может быть использовано в коксохимической промышленности для получения кокса для доменного производства с использованием технологии трамбования угольной шихты. Способ получения металлургического кокса включает стадию трамбования шихты, состоящей из 50-100% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования с показателем отражения витринита менее 1,0%, и 0-50% коксующихся углей, при этом плотность трамбованной шихты составляет 1,1-1,3 т/м³, а полученный кокс имеет прочность после реакции с диоксидом углерода не менее 45%. Изобретение обеспечивает получение кокса для доменного производства с высокими прочностными показателями. 1 з.п. ф-лы, 6 табл., 2 пр.

1. Способ получения металлургического кокса, включающий стадию трамбования шихты, состоящей из 50-100% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования с показателем отражения витринита менее 1,0%, и 0-50% коксующихся углей, при этом плотность трамбованной шихты составляет 1,1-1,3 т/м³, а полученный кокс имеет прочность после реакции с диоксидом углерода не менее 45%.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что скорость коксования угольной загрузки составляет 5,6-9,8 мм/час.