Способ получения комплексного углеродистого восстановителя Советский патент 1993 года по МПК C10B53/08 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к электропечной выплавке с использованием углеродистых восстановителей.

Цель изобретения -увеличение реакционной способности и удельного электросопротивления восстановителя, используемого в электротермических процессах, а также вовлечение в коксохимическое производство больших запасов неиспользуемых ранее недефицитных энергетических углей с повышенным содержанием соединений щелочных материалов и отходов электротермических производств - марганцевых шлаков и повышение производительности кольцевой печи.

Поставленные цели достигаются тем, что сначала на подину кольцевой печи загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов и марганцевого шлама 8 соотношении (3-4): 1, а затем производят присыпку сверху, в качестве присыпки используют марганцевый шлам в количестве 0,06-0,09 от объема загруженной смеси, коксование ведут при начальной температуре в подсводовом пространстве печи 1000°С и периода скорости подины (80-120) мин.

Заявляемая совокупность признаков определяется тремя основными факторами: использованием для коксования материалов, имеющих различную теплопроводность; наличием слоя присыпки; присутствием в исходном сырье соединений щелочных металлов.

Введение в угольную загрузку марганцевого шлама, имеющего большую теплопроводность (0,88-0,93 Вт/(м-град)); чем коксуемый уголь (0,38-0,40 Вт/ (м-град))| приводит к увеличению ее теплопроводности более чем в 1,5 раза, что позволяет сократить время коксования до 80 мин при высоте слоя загрузки 150 мм, или увеличить

00 О О

Ок СЛ

СО

высоту слоя загрузки 250 мм при периоде коксования 120 мин.

В способах аналога и прототипа эти величины равны соответственно 2,5ч(150мин) и 3 ч (180 мин) при максимальной высоте слоя загрузки 150 мм. Уменьшение периода коксования ниже 180 мин приведет к тому, что получаемый восстановитель будет иметь низкую степень готовности. При 120 мин процесс косования слоя 250 мл полностью завершается равномерно по всей высоте. Уменьшение высоты слоя загрузки смеси ниже 150мм при повышенной теплопроводности смеси нецелесообразно из-за условий эксплуатации ходовой части печи. Увеличение высоты слоя загрузки смеси свыше 250 мм также нецелесообразно по конструктивным особенностям кольцевой печи.

Поскольку при коксовании угля (в отличие от брикетов) скорость нагрева в первой зоне неограничена, то начальная температура может быть поднята до 1000°С. По конструктивным особенностям кольцевой печи в случае повышения температуры в первой зоне выше 1000°С возможен перегрев разделительной огнеупорной перегородки между узлами загрузки угля и выгрузки кокса.

Все это в совокупности приводит к увеличению производительности кольцевой печи и обеспечивает получение высокопористого восстановителя с высокой реакционной способностью и удельным электросопротивлением.

Оптимальным соотношением угля и шлама является 3,5:1,0. При соотношении, отличающемся от 3:1 (например, 2,5:1,0), количество углерода в комплексном восстан- новителе недостаточно для проявления восстановительных свойств. При этом увеличенное количество шлама приводит к превышению допустимой нормы (зольных примесей) в коксе. При соотношении, отличающемся от 4:1 (например, 4,5:1,0), теплопроводность смеси увеличивается недостаточно для обеспечения равномерности прогрева. Выбранный предел соотношения (3-4): 1 обеспечивает необходимое количество углерода для процесса восстановления и оптимальное содержание шлама для увеличения теплопроводности.

Загруженная смесь угля со шламом присыпается тем же марганцевым шламом в количестве 0,06-0,09 от объема смеси, вследствие чего прогрев загрузки сверху возрастает за счет аккумулирования части тепла этой засыпкой, что в свою очередь способствует более равномерному прогреву всего слоя. При этом в слое присыпки

происходит пиролиз летучих продуктов коксования, что приводит к частичному восстановлению окислов металла в шламе. При объеме присыпки меньшем, чем 0,06 объема

загруженной смеси, существенного поглощения тепла не происходит, а при объеме присыпки большем, чем 0,09 объема загруженной смеси, происходит тот же нежелательный результат, что и при больших

количествах шлама в смеси с углем (т.е. не- достаток углерода и чрезмерное увеличение зольности).

В заявляемом способе предлагается получать комплексный углеродистый восстановитель из смеси двух материалов - энергетического слабоспекающегося угля с повышенным содержанием щелочных ме- . таллов (6,5-13,0 мае. %) и марганцевого шлама,являющегося отходом

электротермического производства, в состав которого также входят соединения щелочных металлов (1,5-12,0 мас.%). Наличие в исходных материалах соединений щелочных металлов влияет за счет их активирующего действия на повышение реакционной способности получаемого комплексного восстановителя. В заявляемом способе этот известный фактор реализуется в значительной степени вследствие того, что в отличие

от известного, где механизм активирующего действия добавок, вводимых механически до 2%, объясняется их внедрением в межбазисное пространство решетки дву- мерноупорядоченного углерода в процессе

коксования, что приводит к кристаллографической микродеформации, а следовательно, к увеличению анизотропности и микропористости углеродистого тела восстановителя (т.е. химической активности), в

заявляемом способе активаторы являются естественными ингредиентами исходных материалов и присутствуют в угле не только в золе, но и в теле углеродистой составляющей, т.е. еще до коксования имеется в наличииестественная частичная кристаллографическая микродеформация угольной решетки по сравнению с решеткой аналогичного по степени метаморфизма газового угля, не содержащего, однако, соединений щелочных металлов. В процессе последующего коксования щелочные металлы, содержащиеся в марганцевом шламе и золе газового угля, также внедряются в кристаллографическую решетку углеродистого

вещества тела кокса, еще более увеличивая его естественную рыхлость, улучшая его физико-химические свойства за счет увеличения анизотропности основной структурной составляющей (коксо-витринита), а

также увеличение пористости, т.е. общей активной поверхности. Присутствие соединений щелочных металлов в количестве более 2% как в угле, так и в шламе приводит в результате коксования смеси к сильному разрыхлению двумерноупорядоченной углеродной решетки в комплексном вое- становителе, что влечет за собой развитие в нем высокопористой структуры, в значительной степени определяющей показатели качества восстановителя .- его реакционной способности и удельного электросопротивления.

Таким образом, при коксовании смеси слабоспекающегося газового угля с повышенным содержанием соединений щелоч- ных металлов с марганцевым шламом по заявляемому способу происходит образование комплексного углеродистого восстановителя в виде конгломератов, имеющих высокие реакционную способность и удель- ное электросопротивление за счет высоко- развитой пористой структуры, образованной вследствие совокупного влияния трех вышеперечисленных факторов, реализуемых в заявляемом способе .

На кафедре химической технологии твердого топлива МХТИ им. Д.И.Менделеева на моделирующей кольцевую печь лабораторной установке в идентичных условиях были опробованы разные режимы способа получения комплексного углеродистого восстановителя и соотношений смешения исходных материалов (химический состав которых приведен, в табл. 1) в смесь для коксования. Параметры режимов способа варьировались как в указанных в формуле изобретения пределах, так и вне их.

Результаты проведенных экспериментов приведены в табл, 2. На основании лабораторных исследований выбраны возможные пределы и оптимальные значения всех параметров заявляемого способа.

На опытной кольцевой печи Московского коксогазового завода было проведено коксование предлагаемой смеси в следую- щем режиме: соотношение угля к шламу 3,5:1,0, высота слоя загрузки смеси 200 мм, высота слоя присыпки 15 мм, что соответствует 0,075 объема загружаемой смеси. Зола газового угля и марганцевый шлам содер- жали соответственно, мас.%: КаО + NaaO 10,7 и 6,4; Мпобщ следы и 22; А 20з22,5 и 14; СаО 3,5 и 5; МдО 2,6 и 2,5; P20s 0,06 и 1; Ре0бщ - 17,8 и 15; Si02 остальное. Температура в подсводовом пространстве печи в момент загрузки составляла 1000°С ( ± 10), период коксования - 10 мин, конечная температура в подсводовом пространстве в момент вы грузки смеси - 1200°С,( ±10). После

завершения термической обработки смеси с присыпкой получался комплексный углеродистый восстановитель в виде прокаленного конгломерата. И.з полученного комплексного углеродистого восстановителя отбирались представительные пробы, в которых по стандартным методикам опре- . делялись реакционная способность и удельное электросопротивление восстановителя.

Результаты исследования приведены в табл. 3, где для сравнения приведены также показатели качества, определенные по тем же стандартам для углеродистого восстановители , полученного в этой же кольцевой печи по способу-аналогу, и литейных кок- собрикетов (прототип).

В идентичных лабораторных условиях Днепропетровского металлургического института проведены специальные кинетические исследования, определяющие степень восстановления окислов марганца (при 1500°С, в течение 10 мин) при использовании этих же трех углеродистых материалов (последний столбец табл. 3). В первой стро- ке табл. 3 приведены соответствующие дан- ные для базового объекта металлургического коксика, получаемого в камерных печах, являющегося отходами доменного кокса и применяемого в настоящее время в качестве углеродистого восстановителя при электротермической выплавке ферросплавов.

Сравнение показателей качества (табл. 3) для углеродистых материалов, полученных, разными способами, показывает, что использование заявляемого способа по сравнению со способом-аналогом позволит увеличить реакционную способность восстановителя для электротермических процессов в 1,2 раза, удельное электросопротивление более чем в 3 раза, повысить степень извлечения ведущих элементов в сплав на 5-6%.

Производительность кольцевой печи при получении восстановителя по способу- аналогу составляет около 70 тыс. т/год, тогда как по заявляемому способу она составит около 170 тыс.т/год. Таким образом, использование заявляемого способа п луче- ния комплексного углеродистого восстановителя в кольцевой печи позволит повысить ее производительность в 2,5 раза.

Формула изобретения

Способ получения комплексного углеродистого восстановителя для электротермических процессов, включающий смешивание материалов, загрузки смеси на подину кольцевой печи, присыпку сверху, коксование, выгрузку материала, отличающийся тем, что, с целью увеличония

реакционной способности и удельного электросопротивления восстановителя, на подину загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений ще- лочных металлов и марганцевого шлама в соотношении (3,0-4,0): 1,0, в качестве присыпки используют марганцевый шлам в количестве 0,06-0,09 от обьема загруженной смеси, коксование ведут при начальной температуре подсводового пространства печи 1000°С и периоде оборота подины 80-120 мин.

Использование: изобретение относится к черной металлургии, конкретно к электропечной выплавке сплавов с использованием углеродистых восстановителей. Сущность изобретения: на подину печи загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов и марганцевого шлама в соотношении (3-4): 1, в качестве присыпки используют марганцевый шлам в количестве 0,06-0,09 от объема загруженной смеси, коксование ведут при начальной температуре подсводового пространства печи 1000°С и периоде оборота подины 80-120-мин, 3 табл.

Таблица 1

Та6лица2

Коксование в камерной печи 900 1200 150 Нет

920

UOO

150

Есть

Из смеси газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов с марганцевым шламом в соотно-.

ТаблицаЗ

печи Нет

Есть

150

180

33,00,98

55,03,50

29,«I0,2

10,2

32,5

7,

68,5

85,6

Не пригодны