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.

Экономически целесообразное использование образующихся твердых отходов производства кокса является одним из приоритетных научно-технических направлений развития коксохимии. Коксовая пыль - один из техногенных отходов коксохимических предприятий образующийся в процессе работы аспирационных установок при выполнении различных технологических операций, связанных с производством кокса (рассортировки валового кокса, сухого тушения кокса, перегрузках кокса и т.д.). Особенность данного продукта заключается в том, что из-за своего мелкодисперсного состояния его хранение затруднено (высокое пыление, унос, есть риск экологических нарушений).

Перед коксохимическими предприятиями стоят разнонаправленные задачи: снижение себестоимости угольной шихты для коксования за счет максимального использования малоценных, условно пригодных для коксования угольных концентратов, вторая задача получение кокса с высокими качественными характеристиками и использование отходов производства с максимально возможным технологическим и экономическим эффектом. Технология трамбования угольной шихты позволяет максимально использовать в шихте для коксования слабоспекающиеся и неспекающиеся компоненты, к которым несомненно относиться коксовая пыль.

Сущность технологии трамбования заключается в том, что увлажненная угольная загрузка предварительно трамбуется в трамбовочно-загрузочно-выталкивающей машине (ТЗВМ) до плотности от 1,100 т/м³ до 1,300 т/м³, и сформированный таким образом угольный пирог на поддоне загружается в камеру коксования.

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.

- технологией производства не предусмотрено введение не угольных добавок.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является получение кокса для доменного производства с использованием не угольных добавок и имеющим высокие прочностные показатели.

Поставленная задача достигается за счет способа получения металлургического кокса, включающего стадию трамбования шихты, состоящей из 50,0-99,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования с показателем отражения витринита менее 1,0%, и 0-49,0% коксующихся углей и 1,0-6,0% мелкодисперсной коксовой добавки, при этом плотность трамбованной шихты составляет 1,1-1,3 т/м³.

Мелкодисперсная коксовая добавка представляет собой продукт с фракционным составом не более 1,0 мм, при этом содержание мелкодисперсной коксовой добавки класса крупности (фракции) от 0 до 0,5 мм должно быть не менее 40% от общего количества мелкодисперсной коксовой добавки.

Мелкодисперсная коксовая добавка состоит из коксовой пыли и/или дробленой коксовой мелочи и характеризуется выходом летучих веществ не более 2,0% и зольностью 10,0-25,0%.

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

Сформированная шихта трамбуется в пирог 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 50,0-99,0% 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 не более 49,0% коксующихся углей обеспечит требуемую прочность кокса после реакции с диоксидом углерода (показатель CSR не менее 45%).

Содержание в шихте мелкодисперсной коксовой добавки в количестве менее 1,0% не позволяет в должной мере утилизировать мелкодисперсные коксовые отходы и как следствие, не решает экологические и экономические задачи при производстве кокса.

Содержание в составе шихты мелкодисперсной коксовой добавки более 6% приводит к значительному снижению показателя прочности кокса после реакции с диоксидом углерода (CSR, %).

Содержание в мелкодисперсной коксовой добавке фракции от 0 до 0,5 мм в количестве не менее 40% обусловлено тем, что процесс коксования углей является гетерогенным, увеличение крупности неспекающихся частиц приводит к снижению площади соприкосновения частиц, снижает адгезию, что в свою очередь ухудшает спекающие свойства шихты для коксования.

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 данном примере сравниваем две технологии коксования, технологию гравитационной загрузки и технологию трамбования угольной шихты. В условиях ПАО «Северсталь» проводился ряд экспериментов 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 шихтах в качестве сырья для производства металлургического кокса выбран угольный концентрат, условно пригодный к коксованию и имеющий показатель отражения витринита менее 1,0% - концентрат №1, в качестве мелкодисперсной добавки использовали коксовую пыль с аспирационных установок коксохимического производства. Данные по качеству исходного сырья и соотношения компонентов в шихте для производства металлургического кокса приведены в таблице 1.

Таблица 1
Качественные характеристики сырья для коксования Наименование показателя Концентрат №1 Коксовая добавка Обозначения методики выполнения измерения Массовая доля общей влаги, W^r % 7,6 2,5 ГОСТ 11014 Зольность, A^d % 8,0 11,5 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf, % 35,8 1,2 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro, % 0,800 ГОСТ 55659 Класс крупности «0-0,5 мм», % 56 ГОСТ 2093 Участие в шихте для коксования, % 95 5

В таблице 2 приведены параметры работы коксовых батарей за время действия экспериментальных шихтовок. Скорость коксования 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

Приведенные данные подтверждают улучшение качества кокса при использовании аналогичных шихт и изменении технологии загрузки шихты

Пример 2

В условиях ПАО «Северсталь» коксовом цехе №3 на батареях с загрузкой трамбованной шихты. В шихтах в качестве сырья для производства металлургического кокса выбран угольный концентрат, условно пригодный к коксованию и имеющий показатель отражения витринита менее 1,0% - концентрат №1, концентрат №2, относящийся к группе коксующихся углей, в качестве мелкодисперсной добавки использовали коксовую мелочь, измельченную до фракционного состава менее 1,00 мм, и содержащую фракцию 0 - 0,5 мм в количестве 52%. Данные по качеству исходного сырья и соотношения компонентов в шихте для производства металлургического кокса приведены в таблице 4.

Таблица 4
Качественные характеристики сырья для коксования Наименование показателя Концентрат №1 Концентрат №2 Коксовая добавка Обозначения методики выполнения измерения Массовая доля общей влаги, W^r % 7,6 8,6 2,2 ГОСТ 11014 Зольность, A^d % 8,2 7,9 11,3 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf, % 35,8 21,5 1,1 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro, % 0,800 1,24 ГОСТ 55659 Класс крупности «0-0,5 мм», % 52 ГОСТ 2093 Участие в шихте для коксования, % 75 20 5

В таблице 5 приведены параметры работы коксовых батарей за время действия экспериментальных шихтовок. Скорость коксования составила 9,1 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 1,256 24,7 1324

Качественные характеристики полученного кокса приведены в таблице 6.

Таблица 6
Качественные характеристики кокса Наименование показателя КЦ-3 Обозначения методики выполнения измерения Зольность, A^d % 11,2 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 0,8 ГОСТ 55660 Прочность кокса М40, % 86,0 ГОСТ 8929 М10, % 5,5 ГОСТ 8929 Показатель прочности после реакции с диоксидом углерода, CSR, % 51,0 ГОСТ Р 54250

Пример 3

В условиях ПАО «Северсталь» коксовом цехе №3 на батареях с загрузкой трамбованной шихты. В шихтах в качестве сырья для производства металлургического кокса выбран угольный концентрат, условно пригодный к коксованию и имеющий показатель отражения витринита менее 1,0% - концентрат №1, концентрат №2, относящийся к группе коксующихся углей, в качестве мелкодисперсной добавки использовали коксовую мелочь, измельченную до фракционного состава менее 1,00 мм, содержащую фракцию 0 - 0,5 мм в количестве 48%. Данные по качеству исходного сырья и соотношения компонентов в шихте для производства металлургического кокса приведены в таблице 7.

Таблица 7
Качественные характеристики сырья для коксования Наименование показателя Концентрат №1 Концентрат №2 Коксовая добавка Обозначения методики выполнения измерения Массовая доля общей влаги, W^r % 8,2 8,0 1,8 ГОСТ 11014 Зольность, A^d % 8,7 8,7 11,1 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf, % 34,0 16,3 1,1 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro, % 0,812 ГОСТ 55659 Класс крупности «0-0,5 мм», % 48 ГОСТ 2093 Участие в шихте для коксования, % 73 25 2

В таблице 8 приведены параметры работы коксовых батарей за время действия экспериментальных шихтовок. Скорость коксования составила 8,6 мм/час.

Таблица 8
Параметры работы коксовых цехов (батарей) Номер коксового цеха Плотность загрузки угольного пирога, т/м³ Период, ч Температура, °С КЦ-3 технология трамбования 1,185 26,1 1301

Качественные характеристики полученного кокса приведены в таблице 9.

Таблица 9
Качественные характеристики кокса Наименование показателя КЦ-3 Обозначения методики выполнения измерения Зольность, A^d % 11,5 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 0,9 ГОСТ 55660 Прочность кокса М40, % 83,3 ГОСТ 8929 М10, % 6,1 ГОСТ 8929 Показатель прочности после реакции с диоксидом углерода, CSR, % 50,7 ГОСТ Р 54250

Технико-экономическое преимущество предложенного способа состоит в том, что используются угли условно пригодные к коксованию, а также мелкодисперсная коксовая добавка и при этом получаемый кокс имеет высокое качество, что в свою очередь положительно сказывается на снижении себестоимости чугуна и готового металлопроката, и позволяет решить проблему утилизации кокосовой пыли и коксовой мелочи.

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 50,0-99,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования, имеющих показатель отражения витринита менее 1,0%, 0-49,0% коксующихся углей и 1,0-6,0% мелкодисперсной коксовой добавки, при этом плотность трамбованной шихты составляет 1,1-1,3 т/м³. Изобретение обеспечивает получение кокса для доменного производства с использованием неугольных добавок с высокими прочностными показателями. 4 з.п. ф-лы, 9 табл., 3 пр.

1. Способ получения металлургического кокса, включающий стадию трамбования шихты, состоящей из 50,0-99,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования, имеющих показатель отражения витринита менее 1,00%, 0-49,0% коксующихся углей и 1,0-6,0% мелкодисперсной коксовой добавки, при этом плотность трамбованной шихты составляет 1,1-1,3 т/м³.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что фракционный состав мелкодисперсной коксовой добавки составляет не более 1,0 мм.

3. Способ по п.2, характеризующийся тем, что содержание мелкодисперсной коксовой добавки класса крупности (фракции) от 0 до 0,5 мм содержится в количестве не менее 40% от общего количества мелкодисперсной коксовой добавки.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что мелкодисперсная коксовая добавка состоит из коксовой пыли и/или дробленой коксовой мелочи и характеризуется выходом летучих веществ не более 2,0% и зольностью 10,0-25,0%.

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