Способ производства формованного кокса и шахтная печь для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК C10B53/08 C10B49/06 F27D11/08 

Изобретение относится к технологии изготовления кокса, в частности изготовления формованного кокса, и шахтной печи для изготовления формованного кокса, применяемого, например, в доменном производстве.

Цель изобретения - повышение реакционной способности формованного кокса и эффективности печи.

Сырые формованные брикеты приготовляют смешиванием со связующим (гудрон, асфальт, смола) углей, которые предварительно перемешиваются, высушиваются, дробятся и подогреваются. Нагретая масса затем прессуется в форме брикетов при помощи пресса.

Для реализации способа используют массу из 80% тощих углей (10-12% летучих веществ) 15% коксующихся углей (1/2 жирного) и 5% добавки из гудрона.

Сырые брикеты подают в верхнюю пер- зону предварительного нагрева и удаления летучих веществ нисходящим подвижным слоем шахтной печи, где они нагреваются до 850°С.

Брикеты на выходе из первой зоны имеют температуру 850°С, начиная с этой температуры электрическая проводимость становится заметной и увеличивается с повышением температуры, достигая максимума около 1100°С.

Во внутреннюю часть второй зоны карбонизации и коксования, где температура больше 900°С, подаются или наводятся электрические токи, которые нагревают брикеты до конечной температуры коксования, устанавливаемой 960±50°С (но может быть до 1250°С в зависимости от реакционной способности кокса, которую хотят получить. 1 ЮО°С для металлургического кокса.

Коксованные брикеты опускаются в нижнюю часть печи, соответствующую третьей зоне первичного охлаждения, в основание которой впускаются холодный рекуперированный и рециркулированный повторно используемый газ (который используется как противоточный теплоноситель во все зоны нагрева). В этой зоье кокс охлаждается до 250°С, а 1эз нагревается с 250до900°С.

В четвертой зоне окончательного охлаждения брикеты полностью охлаждаются до 100-150°С оставшейся частью потока ре- циркулиросанного газа, который нагревается до 250°С и затем направляется в верхнюю часть первой зоны, затем формованный кокс удаляют из печи, продувают нейтральным газом, что устраняет риск взрыва, формованный кокс выходит холодным, затем его просеивают.

Получают в результате формованный кокс размером

Тип. 1. 27 х 27 х 47 мм (30 г)

Тип 2. 32x43x51 мм (45 г)

Удельный вес: 1,2 г/см3 (может быть 0,8-1 г/см3).

Пористость, открытая воде: 30%, удельная поверхность 240 м2/г.

Температура при достижении 2% потерь по весу: 1030°С (1080° для известного кокса), из чего следует, что формованный кокс, полученный по предложенному способу, обладает более высокой реакционной способностью. Производительность печи по коксу 2-30 т/ч.

Варианты предложенной шахтной печи и схемы ее питания представлены на фиг.1-16.

Шахтная печь, показанная на фиг.1, имеет металлический кожух 1, на внутренней поверхности которого имеется огнеупорное покрытие 2, которое ограничивает камеру 3 трубчатой формы, слегка конусообразной в верхней части, в которой загружается масса формованных брикетов, которые образуют подвижный слой 4. В варианте, показанном на фиг.1, камера 3 имеет круглое сечение, но может иметь и прямоугольное сечение, как показано на фиг.8.

Шахтная печь загружается сверху при помощи герметичных устройств засыпки формованных брикетов, вращающегося бункера 5, в который брикеты подаются по ленточному транспортеру 6, управляемому датчиком 7 уровня загрузки, который находится в бункере. В нижней части бункера 5 имеется вращающийся колокол (конус) 8, через отверстие которого, под действием домкрата 9, поступают брикеты в герметичный шлюз 10 шлюзования, в котором имеются

трубопроводы 11 а, 116 очистки нейтральным газом. Герметичный шлюз 10, закрыва- ется в нижней части, заходящей а печь, распределительным конусом 12, открывэнием которого управляет домкрат 13, в зависимости от показаний датчика 14 уровня загрузки, который расположен в головке печи.

Открытие конусов 12 и 8 производится

0 последовательно, в зависимости от показаний датчика 14.

В вершине печи имеются устройства рекуперации создаваемых газов: это два трубопровода 15а, 156 большего диаметра,

5 которые входят в камеру печи по обе стороны от вращающегося конуса подачи 12.

Газ коксования, собранный в трубопроводах 15а и 156, подается в установку первичной очистки 16, где он охлаждается,

0 промывается и где конденсируется вода и нафталин. Обработанный газ возвращается в цикл, по объему от 60 до 80%, в печь по трубопроводу 17, а оставшаяся часть по трубопроводу 18 направляется в газгольдер (на

5 схеме не показан)через установку классической вторичной очистки 19.

В камере 3 печи имеются три различные функциональные зоны. Верхняя часть камеры соответствует первой зоне 20 обжига, в

0 которой брикеты постепенно нагревают, обездымливаются за счет возгонки угля и связующих веществ, и производится первая стадия карбонизации поднимающимся потоком горячих газов, который идет проти5 вотоком.

Средняя часть камеры печи соответствует второй зоне 21 конца карбонизации и коксования, о основании этой зоны установлены устройства 22 электрического подо0 грепа, которые расположены во внутренних стенах огнеупорного покрытия 2.

Третья зона 23 первичного охлаждения формованного кокса занимает нижнюю часть камеры; в основании этой зоны распо5 ложены устройства впуска п овторного используемого газа, который поступает из установки первичной очистки 16. Эти устройства представляют собой трубопроводы 24 впуска первичного повторно используе0 мого газа, поступающего через питающий кольцеобразный трубопровод 25, соединенный с трубопроводом рециркуляции 17 трубопроводом 26, на котором смонтирован вентиль 27 регулировки расхода, этот вен5 тиль управляется в зависимости от показаний датчиков температуры 28, расположенных е головке печи. Циркуляция повторно используемого газа в трубопроводе 17 обеспечивается вентилятором 29, а

расход первой партии повторно используемого газа, соответствующий первичному потоку, подаваемому в трубопровод 26, регулируется так, чтобы поддерживать заранее заданную температуру, измеряемую датчиками; это нужно, чтобы не происходила кон- денсация гудронов на брикетах в печи и на внутренних стенках печи.

В основании печи имеются устройства удаления кокса, поступающего из третьей зоны 23, - вращающийся под 30, который приводится во вращение мотор-редуктором 31, этот под может поступательно перемещаться в вертикальном направлении за счет действия домкрата 32 установки высоты.

За счет вращающегося пода 30 третья зона 23 соединяется с шлюзом 33, который выходит в четвертую зону 24 вторичного охлаждения кокса.

В четвертой зоне 34 вторичного охлаждения в основании имеются трубопроводы 35 для впуска вторичного газового потока охлаждения, который соответствует оставшейся части повторно используемого газа. Эти трубопроводы 35 выходят из кольцеобразного трубопровода 36, соединяемого трубопроводом 37, через вентиль 38 регулировки расхода, с трубопроводом рециркуляции 17. Вентиль 38 управляется в зависимости от показаний датчика температуры 39, который измеряет среднюю температуру кокса в четвертой зоне 34 вторичного охлаждения кокса. Расход оставшейся части повторно используемого газа,который вводится в виде потока вторичного охлаждения, регулируется для того, чтобы поддер- живать заданную температуру, определяемую датчиком 39, эта температура должна быть ниже максимальной температуры нормальной транспортировки кокса.

В верхней части четвертой зоны 34 вторичного охлаждения имеются трубопроводы 40, которые соединяются с кольцеобразным трубопроводом 41, собирающим поток вторичного охлаждения, этот кольцеобразный трубопровод соединяется трубопроводом 42, на котором смонтирован вентилятор 43, с кольцеобразным трубопроводом 44 возврата вторичного потока охлаждения, который окружает верхнюю часть печи, где производится рекуперация создаваемых газов и который соединяется с печью возвратными трубопроводами 45.

Четвертая зона 34 охлаждения соединяется на выходе с герметичным шлюзом 46. в котором имеются трубопроводы продувки 47, 48, шлюз соединяется с выпускным бункером 49, из которого холодный кокс подается на ленточный дозатор-экстрактор 50.

Последовательное и автоматическое открывание клапанов 51. 52. 53 соединения

между шлюзом 33. четвертой зоной 34 и герметичным шлюзом 46 обеспечивается домкратами 54, 55, 56 в зависимости от показаний датчика уровня загрузки 57, рлс5 положенного в головке четвертой зоны,

Описанная конструкция печи позволяет за счет устройства рециркуляции газов, разделяемых на первичный поток и втооичный поток, добиться, с одной стороны, оптими10 зации термического профиля печи в зоне карбонизации за счет регулировки первичного потока, с другой стороны - избежать накопления гудронов, конденсируемых на верху печи, за счет поддержания температу15 ры в головке печи не менее 150°С н за счет захвата этих гудронов путем растворения во вторичном потоке, выходящем из четвертой зоны охлаждения,

-Использование разнообразных углей 20 и уменьшение себестоимости коксового пирога.

Способ позволяет использовать антрациты, тощие угли, инертные материалы, коксовую пыль, нефтяной кокс и заменять 5 плавкие угли связующими материалами, такими как гудроны, (каменноугольная) смола и асфальтовые остатки.

-Децентрализация производства кокса.

0 Способ позволяет производить формованный кокс при помощи меньших печей, по необходимости приспособленных для требуемого количества и качества (формы, размеры, температура обжига и реакционная

5 способность кокса).

-Уменьшение затрат более чем на 20% при одинаковом производстве.

-Более высокая тепловая эффективность, поскольку газы головки печи выходят

0 при температуре около 1БО°С. брикеты из шахтной печи извлекаются холодными, а в классической батарее газы выходят при температуре 500°С, кокс выдается из печи при температуре выше 1000°С, а температура

5 дыма в дымоходе больше 400°С.

-Лучшая теплотворная способность кокса, так как сухое охлаждение брикетов в нейтральном газе не дает окисления углерода кокса, как это делают пары воды при .

0 классическом влажном гашении.

По сравнению с формованным коксом, обжигаемым в газовом пламени, электрический формованный кокс имеет следующие преимущества:

5 - Производство богатого газа коксования без тяжелых углеводородов, т.к. не смешивается с дымом сгорания, повторное использование производит крекинг углеводородов. Этот газ модно использовать в

качестве горючего для печи или выделять

из этого газа содержащийся в нем водород.

-Отличная теплотворная способность кокса, что связано с отсутствием любого горения (или поверхностного окисления брикетов в печи),

-Физические и химические качества кокса.

Комбинирование электрического нагрева и газового противотока позволяет проводить постепенное коксование с точным контролем температуры в различных зонах: обездымливание и предварительный обжиг, карбонизация и электрическое коксование, охлаждение брикетов.

-Однородность температур обжига обеспечивает постоянство качества кокса.

-Контроль температуры обжига позволяет поддерживать реакционную способностьполучаемогококса:резкционноспособный кокс для электрометаллургии (обжигается при низкой температуре), линейный коксе,низкой реакционной способностью (обжигается при высокой температуре 1300°С), доменный кокс с регулируемой реакционной способностью,

-Выбор калиОра кокса.

Подвод электрической энергии к фронту коксования в каждом брикете позволяет производить постепенное внутреннее коксование в зоне высокой температуры. Мож- но производить гомогенный кокс большого калибра, который лучше подходит для доменных печей и для вагранок, так как меха- ническая прочность заметно лучше прочности брикетов, обжигаемых в газовом пламени.

-Малая инерция печи.

Быстрый электрический контроль нагрева позволяет легко менять режим печи, корректировать обжиг и облегчает пуски и остановки печи.

-Отсутствие загрязнений и улучшенные условия труда.

Извлечение брикетов идет сухим способом, Печь герметична при загрузке и выгрузке. Следовательно, загрязнение атмосферы ограниченное, и условия работы значительно улучшены.

-Возможность создания маленьких и средних печей.

Небольшие печи, создающие на месте необходимое количество кокса требуемого качества, могут быть рентабельными, т.к. их можно автоматизировать, и-они не требуют больших капиталовложений.

Нагревательные устройства 22, расположенные во внутренней части второй зоны 21, соответствуют двум способам реализации,

В соответствии с первым способом реализации изобретения, который соответствует электрическому нагреву за счет электропроводности, внутренняя стенка огнеупорного покрытия 2, ограничивающая камеру 3, имеет сужение во внутреннем сечении для прохождения слоя формованных брикетов в нижнюю часть второй зоны 21. Это сужение ограничивается выступом 58.

образованным вдоль стенки камеры 3.

Как это видно из фиг.6. электроды 59 имеют профиль в вертикальном разрезе в форме буквы L, сориентированной по каждой стороне выступа 59, так что одно из плеч

5 L будет горизонтальным. Электрод 59 изготовлен из электропроводящего материала, например меди, и закрепляется при помощи анкерного болта 60, который проходит через электрод и огнеупорное покрытие 2,

0 болт закрепляется снаружи кожуха при помощи классических средств, например гайки и контргайки. Анкерный болт 60 электрически изолирован от кожуха за счет прокладки изолирующего материала в фор5 ме диска 61. Наружный конец анкерного болта образует клемму 62, к которой подсоединяется кабель электрического питания 63 электрода, кабель подключен к источнику питания 64, показанному на фиг.1.

0 Зона огнеупорного покрытия 2, непосредственно прилегающая к электроду 59., охлаждается трубой 65 внутренней циркуля ции, охлаждающего агента, эта труба расположена змеевиком вдоль двух сторон

5 электрода 59 параллельно огнеупорного покрытию. Электрод может охлаждаться и непосредственно внутренней циркуляцией охлаждающего агента. В случае печи с круговым сечением, показанной на фиг.2 и 4,

0 электроды 59 имеют форму круговых сег- .ментов, расположенных диаметрально противоположно; эти сегменты отделяются друг от друга разделяющей перегородкой 66 (фиг.7). Эта перегородка 66 имеет форму на5 клонной плоскости с наклоном, соответствующим наклону выступа 58, против которого располагаются электроды 59,

По первому варианту реализации изобретения, когда используется питание на

0 частоте сети, вокруг камеры располагают два электрода 59 на одну фазу. Электроды одной фазы расположены в камере диаметрально противоположно, как показано на фиг.2 и 4, так чтобы обеспечить прохожде5 ние тока в центре печи. Напряжение питания регулируется (пофазно) действием на вторичную обмотку трансформатора питания. В зависимости от размеров печи необходимо располагать по периферии печи два или три пары электродов.

Для печей небольшого диаметра, например, не больше 2 м, делают двухфазное питание, как показано на фиг.2 и 3, при помощи трансформатора Скотта, схема соединений показана на фиг.2, по этой схеме первичное трехфазное напряжение преобразуется в двухфазное регулируемое напряжение (фазы обозначены 1 и т в и 2 и 2).

В случае печей большого диаметра, например от 3 до 4 м (см.фиг.4 и 5), запитыва- ются три пары электродов, обозначенные 1, 1 б, 2, 26, 3, 3 б по трехфазной схеме фиг.6.

Электроды 59 в виде круговых сегментов в сечением в виде буквы L располагаются на охлаждаемом крае огнеупора 67 (фиг.6). На каждом из этих электродов образуется естественная осыпь сильно графмти- зированных брикетов (за счет локального сверхкоксования, которое обусловлено длительным пребыванием брикетов при высокой температуре), эти брикеты сильно проводят, они предохраняют электроды 59 и распределяют плотности тока в поднимающейся шихте.

Каждый электрод отделяется от соседнего электрода изолирующей огнеупорной перегородкой, стойкой к истиранию (например, кирпичи из карбида кремния, соединенных нитридом кремния) конусность которой обеспечивает небольшое постепенное уплотнение шихты в месте расположения медных электродов, что улучшает и делает однородной электропроводность слоя брикетов в процессе коксования.

Наоборот, под сжатой зоной коксования, на входе в зону первичного охлаждения 23, диаметр печи быстро увеличивается, так что уменьшается плотность слоя брикетов, увеличиваются контактные электрические сопротивления между брикетами , за счет этого устраняются паразитные токи в зоне охлаждения, где они нагревали бы уже коксованные брикеты. Развернутая ширина круговых сегментов электродов 59 выбирается приблизительно равной ширине огнеупорных перегородок 66, так чтобы избежать преимущественного прохождения (тока) между фазами или даже короткого замыкания с одной фазы на другую на периферии печи.

На фиг.8 показан вариант, когда сечение камеры печи прямоугольное.

Конструкция такой печи аналогична конструкции, описанной по фиг.1, в том, что касается устройств засыпки необработанных формованных брикетов и удалении кокса, и повторного использования коксового газа, собираемого в двух трубопроводах 70 и 71, которые расположены в головке печи4 и подаваемого к основанию зоны первичного охлаждения по двум трубопроводам 72 и 73. В; этом случае охлаждение кокса также проходит в две стадии, между которыми разделяются части повторно используемого га- 5 за, как это описывалось раньше.

Основное отличие состоит в линейной форме электродов 74 для пропускания тока, которые располагаются на противоположных сторонах прямоугольного сечения,

0 электроды крепятся на выступах 75. Эти электроды также имеют профиль в виде буквы L, на котором накапливается осыпь сильно графитизированных брикетов.

Для трехфазного питания, которое чаще

5 всего применяется в промышленности, печи группируются по три, как показано на фиг.8. Каждая фаза запитывает через трансформатор 76, одну пару электродов из меди. Элек-;, троды одной фазы расположены напротив

0 друг друга вдоль каждой широкой стороны печи, они отделяются от пары соседних электродов изолирующей огнеупорной стенкой 77,

В одном из вариантов первого способа

5 реализации изобретения, показанном не фиг.9 и 10, в круглой печи имеется внутренний корпус 80 в форме обтекателя из огнеупорного материала, а конструкция камеры 3 печи остается идентичной во всех перифе0 рийных участках. В этом корпусе 80 имеется центральный электрод 81 в форме усеченного конуса, по которому возвращаются токи, проходящие через массу горячих брикетов, ток подается от наружного кольцеобразного

5 электрода 82 с сечением в форме буквы L, который расположен вдоль внутреннего периметра камеры над выступом 67.

При таком расположении устраняются паразитные токи между электродами, кото0 рые запитываются от разных фаз, и ток про- ходЬт в центре печи. Электроды - наружный 82, включенный как анод, и центральный 81, включенный как катод, запитываются от источника постоянного тока, например от вы5 прямителя 83 или от источника однофазного тока для печей малой емкости.

Корпус в форме обтекателя 80 смонтирован на стержне 84, он проходит в центре колонны 85, которая обеспечивает крепле0 ние и подвижность вращающегося круглого пода 86.

Для регулировки высоты зоны электрического коксования корпус 80 перемещает- 5 ся в вертикальном направлении под действием домкрата 87, расположенного под стержнем 84. На верхней части стержня 84 имеется изолятор 88, который препятствует прохождению паразитных обратных токов вдоль стержня 84.

Центральный электрод-катод 81 в форме усеченного конуса изготовлен из материала, стойкого к истиранию, например из плотного карбида кремния, который достаточно электропроводен, чтобы ограничить локальные перегревы стенок катода 81. Катод 81 расположен на втулке 89 из изолирующего огнеупорного материала. Обратные токи по катоду 81 идут к основанию печи по охлаждаемому изолированному проводнику 90, расположенному в полой оси стержня 84.

Колонна 85 сделана скользящей, например, при помощи системы пазов (не показаны) в зубчатой конической шестерне 91, при помощи которой колонка приводится во вращение от конической шестерни 82, с которой она зацепляется; шестерня 92 закреплена на конце выходного вала мотор-редуктора 93. Вертикальное перемещение колонны обеспечивается домкратом 94. Дебит выдачи кокса, гомогенного по всей периферии, регулируется скоростью вращения пода и высотой этого пода.

Катод 81 охлаждается за счет подачи охлаждающего газа по трубопроводу 95, газ выходит через круговой зазор между корпусом в виде обтекателя и колонкой 85 в месте, где корпус 81 сочленяется с колонной.

По второмуспособу реализации изобретения, показанному на фиг.11-15. электрический нагрев производится индукционным способом.

Как показано на фиг.11, устройства нагрева, расположенные в основании зоны 21 коксования, представляют собой катушку индуктивности 100, коаксиальную с корпусом 3, она расположена в огнеупорной стенке 2 печи. Вертикальные пластинчатые сердечники из мягкой стали 101 расположены радиально вокруг катушки 100, и по ним проходят линии возврата магнитного поля. Катушка 100 запитывается от генератора 102 средней частоты от 50 до 1000 Гц.

Электрический проводник, который образует катушку 100, представляет собой полую трубу, в которой циркулирует охлаждающий агент, который подается в трубопровод 103 и выходит по трубопроводу 104, этот проводник при помощи проводников 105,106 подсоединяется к генератору 102.

Пластинчатые сердечники 101 образуют магнитное ярмо, охлаждаемое агентом, который вводится через трубопровод 107 и выходит через трубопровод 108.

Формула для расчета объемной мощности (электрическая мощность рассеиваемая в единице объема кокса) для варианта фиг.11 показывает, что радиус камеры и

проводимость брикетов являются определяющими для мощности , локально создаваемой в слое. В частности, поскольку индукционные поля в центре печи слабые,

этот первый вариант реализации изобретения имеет недостаток, т.к. происходит неодинаковый нагрев брикетов, проходящих у стенок и в центре печи, где нагрев может быть недостаточным.

В случае печей большой емкости (диаметр более 3 м), в которых поднимающийся газовый поток имеет ограниченную эффективность уменьшения неравномерности по- перечного нагрева, слои брикетов,

5 расположенные снаружи, будут иметь температуру и электропроводность значительно выше, чем брикеты в центре, это приведет к тому, что температуры окончания коксования будут разными, и качество

0 коксования брикетов будет разным в центре и у стенок.

Поэтому простое решение, показанное на фиг.11, ограничивается небольшими печами для коксования, в которых устройство

5 удаления кокса будет способствовать краевому течению брикетов (например, вращающийся под),

По одному из вариантов второго способа реализации изобретения, показанного

0 на фиг. 12, печь имеет устройство индукционного электрического нагрева в виде индукционной катушки 110, коаксиальной с корпусом 3 и уложенной в огнеупорной стенке 2 печи, и внутреннего корпуса в фор5 ме обтекателя 111 из огнеупорного матери- ала, в котором имеются устройства, позволяющие усилить магнитное поле вблизи оси печи. Огнеупорным материалом, из которого сделан корпус 111, может быть,

0 например, карбид кремния со связующим

из нитрида кремния, свойства которого как

электрического изолятора достаточны для

рассматриваемого применения и прочность

которого к абразивному износу и к тепло5 вым ударам высокая. Эти устройства могут быть в виде набора пластинчатых сердечников из мягкой стали, расположенных радиально, которые располагаются в корпусе в виде обтекателя 111.

0 Эти устройства можно дополнить, как показано, на фиг. 12, внутренней индукционной катушкой 113, коаксиальной с катушкой 110, эта вторая катушка запитывается в фазе с первой и располагается в корпусе в

5 форме обтекателя 111. Вертикально установленные по радиусу пластинчатые сердечники из мягкой стали вставлены в катушку 113 коаксиально с этой катушкой.

Как и в случае, показанном на фиг.12, индукционная катушка 110 сделана из полого электропроводника, намотанного гелико- идально, внутри которого циркулирует охлаждающий агент, подаваемый через трубопровод 114 и выходящий через трубопровод 115. Внутренняя индукционная катушка имеет такую же конструкцию, она охлаждается циркуляцией охлаждающего агента между точками впуска 116 и выпуска 117, эта цепь охлаждения проходит, внутри печи в колонне 118 меньшего диаметра, чем диаметр корпуса в форме обтекателя 111, который она удерживает. Колонна 118 пересекает вращающийся под печи, как это более детально показано на фиг,7 для первого способа реализации индукционного нагре- ва.

Пластинчатые сердечники 113 образуют внутреннее индукционное магнитное ярмо, которое охлаждается циркуляцией охлаждающего агента, подаваемого из центрально- го трубопровода 119, проходящего по оси колонны и выходящего к концам сердечников; возврат охлаждающего агента осуществляется через трубопровод, коаксиальный и внешний по отношению к трубопроводу 119.

Вертикальные пластинчатые сердечники 120 расположены радиально снаружи катушки 110 и образуют наружное индукционное ярмо, охлаждаемое циркуля- цией охлаждающего агента, который поступает по трубопроводу 121 и выходит по трубопроводу 122.

Генератор средней частоты 123 запиты- вает последовательно соединенные катуш- ки 110 и 113 по кабелю 124, подключаемому ко входу катушки 110, затем по кабелю 125, который соединяет выход катушки 110 со входом катушки 113, кабель 126 соединяет выход катушки 113 с генератором 123.

Катушки 110 и 113. расположенные в печи друг против друга, позволяют объединять их индукционные поля для того, чтобы одновременно и равномерно нагревать брикеты, которые проходят вдоль наружных стенок камеры 3 и вдоль стенок внутреннего корпуса 111.

По одному из вариантов второго способа реализации изобретения, устройства индукционного нагрева состоят из набора пар катушек индуктивности, расположенных радиально в огнеупорных стенках печи, они образуют внешний индуктор, который создает вращающееся поле, пересекающее камеру в горизонтальном направлении.

На фиг.13 две катушки 130, 131, оси которых совпадают и которые расположены по радиусу и диаметрально противоположны друг другу, намотаны на сердечники из магнитной стали из горизонтально уложенных пластин, эти катушки образуют индукторы 132, 133. Катушки 130 и 131 запитыва- ются от одной и фазы 1 многофазного тока, так чтобы магнитное поле пересекало в радиальном направлении камеру печи, т.е. чтобы торцы катушек 130 и 131. находящиеся напротив друг друга, были противоположной полярности.

В нормальном случае трехфазного тока имеется три пары диаметрально расположенных катушек. Каждая пара катушек 130, 131, которые соединены с одной фазой тока, равномерно смещена в индукторе так, чтобы результирующее поле вращалось на частоте питающего тока и создавало токи Фуко в массе коксующихся брикетов.

Индукторы 132, 133 охлаждаются циркуляцией охлаждающего агента, который поступает по трубопроводу 135 и выходит по трубопроводу 136.

Трехфазный генератор 137 средней частоты залитывает катушки, как показано на фиг.13. для двух катушек в аксиальной плоскости сечения. На фиг.15 показан горизонтальный разрез этой схемы питания, здесь показаны только наружные индукторы камеры печи.

По одному из вариантов, показанных на фиг. 14 и 15, в печи имеется внутренний корпус 140 в форме обтекателя из огнеупорного материала, в этом корпусе помещен внутренний индуктор, состоящий из нескольких радиально расположенных пластин, которые находятся напротив катушек внешнего индуктора; они образуют совокупность соединенных пар катушек, которые взаимодействуют и образуют поле, вращающееся в радиальном направлении между внутренним индуктором и внешним индуктором.

С катушкой 130 наружного индуктора соединена катушка 130а, которая запитыва- ется так, чтобы торцы катушек, находящиеся напротив друга, были противоположной полярности. Точно так же с катушкой 131 соединена катушка 131а. Катушки 130а и 131а намотаны на индуктор из магнитной стали из горизонтальных пластин, через индуктор проходит контур охлаждения, состоящий из центрального трубопровода 141 и наружных трубок возврата 142 (фиг.15).

В смешанном варианте реализация изобретения, показанном на фиг. 16, устройства электрического нагрева печи состоят в зоне коксования из устройств нагрева за счет электропроводности с наружным электродом 150 и центральным электродом 151: эти электроды запитываются от выпрямителя 152, и устройство индукционного нагрева с аксиальной катушкой 153, катушка питается от источника питания средней частоты 154.

и сердечником из мягкой стали 156 из вертикальных пластин, расположенных ради- ально, установленных в колонне 157 электрода 151. Аксиальная катушка располагается в выступе 155, на котором располо- жен электрод, ниже этого электрода.

Такой смешанный монтаж с комбинацией индуктивного нагрева на периферии ванны с нагревом за счет электропроводности в центре предназначен для печей сред- ней и большой мощности. В этом методе объединены:

-индукционный нагрев при помощи простой катушки, коаксиальной с камерой печи и расположенной в огнеупорном по- крытии печи. Эта катушка, идентичная базовому решению, предложенному для индукционного нагрева по фиг.11, обеспечивает нагрев наружных слоев,

-нагрев за счет электропроводности (от однофазного источника или от источника постоянного тока) слоя брикетов между центральным электродом и кольцеобразным электродом, Такое расположение связано с током проводимости к электроду, вокруг ко- торого нагреваются брикеты, т.к. за счет уменьшения сечения в этих местах увеличивается плотность тока и объемная мощность.

Такое объединение индукционной ка- тушки с нагревом за счет прохождения тока между центральным электродом и наружным электродом позволяет также вызвать быстрое вращение токов проводимости за счет воздействия на эти токи линий поля, создаваемых наружной катушкой. Точно так же непрерывно возобновляются линии тока между двумя электродами, за счет этого устраняется преимущественное прохождение тока вдоль наиболее электропроводных уча- стков брикетов, что приводит к локальному перегреву.

Для индукционного нагрева используется переменный поток, создаваемый индукционными катушками, которые являются наружными к массе брикетов в процессе коксования, такой нагрев позволяет устранить по большей части проблемы, связанные с изменением контактного сопротивления между брикетами и между брикетами и электродами.

Можно объединить эффект нескольких катушек, так чтобы линии индукции находились в зоне электрического коксования. Все эти возможности позволяют равномерно распределять токи нагрева в поперечном направлении, избежать локального перегрева брикетов вблизи катушек и избежать паразитных нагревающих токов снаружи от зоны обжига. За счет таких преимуществ

электромагнитная индукция, создаваемая в слое брикетов, позволяет в широких пределах менять уровни объемной мощности. При градиенте электрического поля от 75 до 100 В/м, создаваемая мощность может достигать величин от 5 до 10 МВт/мЗ горячих коксованных брикетов, а при наличии только токов проводимости объемная мощность значительно меньше.

Эта электрическая мощность, превышающая термические потребности коксования, которая выделяется в массе брикетов, может быть использована для восстановления углеродом кокса и летучими компонентами связующего, мелких частиц минералов или порошков окислов, которые могут вводиться в брикеты. Реакции восстановления, которые проходят одновременно с электрическим коксованием, регулируют температуру коксования брикетов и создают прочный металлизированный кокс.

Настоящее изобретение включает в себя способ производства формованного кокса, который позволяет добавлять к смеси углей для прессования брикетов другие компоненты:

-мелкие частицы и порошки окислов железа (концентраты, пыль металлургического производства и пыль из доменных газов, пыль из очистных установок и т.д.),

-мелкие частицы марганцевых минералов и пыль при производстве ферро1 марганца,

-концентраты хромитов для производства феррохрома,

-частицы окиси кремния и кварца, используемые при производстве ферросилиция.

Для всех этих различных применений процентное содержание мелких частиц ми- нералов, вводимых в коксовую смесь, ограничивается электропроводностью слоя брикетов, которая не может быть меньше 100 обратных Ом (электропроводность однородной среды, эквивалентной слою брикетов при температуре начала электрического коксования, т.е. от 850 до 900°С).

Изобретение относится к способу и устройству, позволяющему рассеивать, однородно и равномерно, значительные объемные электрические мощности, создаваемые за счет эффекта Джоуля индукционных электрических токов в проводящей гранулированной среде, которая за счет этого может быть доведена до высокой температуры.

Форму ла изобретения

1. Способ производства формованного кокса, включающий подачу сырых угольных

брикетов в вертикальную шахтную печь нисходящим подвижным слоем через зону предварительного нагрева и удаления летучих веществ, зону карбонизации и коксования и зону охлаждения, нагрев движущегося слоя угольных брикетов в зоне карбонизации и коксования при пропускании через них электрического тока, рекуперацию и противоточную рециркуляцию образующихся отходящих газов, отличающий- с я тем, что. с целью повышения реакционной способности формованного кокса, часть рециркулируемых газов вводят в зону предварительного охлаждения, а оставшуюся часть рециркулируемых газов подают в зону окончательного охлаждения и после зоны окончательного охлаждения отходящие газы рециркулируют в верхнюю часть зоны предварительного нагрева.

2.Шахтная печь для производства фор- мованного кокса, содержащая камеру трубчатой формы, имеющую в верхней части зону предварительного нагрева, в средней части вторую зону карбонизации и коксования и в нижней части зону охлаждения кок- са, подсоединенные к верхней части камеры герметичные устройства для ввода брикетов

на средства для отвода образующихся газов дистилляции и коксования угля, подсоединенные к нижней части камеры устройства для удаления кокса и устройство для ввода возвращаемого в цикл газа, подсоединенное циркуляционной трубой через насос к средству для отвода образующихся газов, средства электрического нагрева, располо- женные в основании второй зоны карбонизации и коксования, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности в работе печи, она содержит камеру дополнительного охлаждения, соединенную в верхней части со средство м для удаления кокса из третьей зоны и на выходе с герметичным шлюзом выгрузки и снабженную трубопроводом подачи вторичного потока охлаждения, подсоединенным к циркуляци- онной трубе, и в верхней части трубопроводом возврата газов вторичного охлаждения, соединенным с верхней частью камеры вблизи средства для отвода газов дистилляции и коксования угля.

3.Печь по п.2, отличающаяся тем, что средства электрического нагрева содержат одну или более пар диаметрально противоположных электродов, расположенных в стенке камеры второй зоны карбонизации

и коксования угля, причем в этой зоне в стенке печи выполнены выступы, образующие сужение внутреннего сечения камеры, в которых расположены электроды.

4.Печь по п.З, отличающаяся тем, что электроды выполнены в виде кольцеобразных сегментов, профиль которых в вертикальном сечении имеет L-обраэную форму, одно плечо сегмента расположено вдоль стороны выступа, а второе плечо - горизонтально.

5.Печь по п.4, отличающаяся тем, что камеры печи имеет круглое сечечие и кольцеобразные сегменты электродов отделены друг от друга перегородками из огнеупорного материала в форме наклонной плоскости, соответствующей наклону выступа, ограниченного профилем L-образного электрода.

6.Печь по одному из пп,3-5, отличающаяся тем, что она снабжена установленным в камере полым обтекателем из огнеупорного материала и расположенным в нем центральным электродом, взаимодействующим с периферийным электродом, расположенным вдоль внутренней стенки камеры.

7.Печь по п.5, отличающаяся тем, что обтекатель установлен с возможностью перемещения по высоте посредством стержня, проходящего через вращающийся под печи.

8.Печь по п.З. отличающаяся тем, что камера имеет прямоугольное сечение и электроды выполнены прямолинейными и закреплены на выступах, расположенных на противоположных сторонах камеры.

9.Печь по п.2. отличающаяся тем, что средства электрического нагрева содержат внешнюю индукционную катушку, уста- новленную коаксиально с камерой и расположенную в ее огнеупорном покрытии камеры печи.

10.Печь по п.9, отличаю щаяс я тем, что она содержит полый обтекатель из огнеупорного материала, в котором расположен внутренний магнитный листовой сердечник.

11.Печь по п. 10, отличающаяся тем, что она содержит внутреннюю индукционную катушку, коаксиальную с внешней индукционной катушкой и намотанную вокруг внутреннего магнитного сердечника, причем катушки питаются в одной фазе.

12.Печь по п.2, отличающаяся тем, что средства индукционного нагрева состоят из множества пар индукционных катушек, расположенных радиально в огнеупорной стенке камеры печи, образующих внешний индуктор, генерирующий вра- щающееся поле, пересекающее горизонтально камеру.

13.Печь по п.12. отличающаяся тем, что она имеет полый обтекатель из огнеупорного материала, в котором размещен

внутренней индуктор, состоящий из множества радиальных катушек, которые взаимодействуют для генерирования вращающегося поля между внешним и внутренним индукторами.

14. Печь по п.2, от л ичаю щая с я тем, что средства электрического нагрева состоят из комбинации по меньшей мере пары электродов - центрального электрода и взаимодействующего с ним периферийного электрода и по меньшей мере внешней индукционной катушки, коаксиальной с шахтой и размещенной в огнеупорном покрытии камеры печи.

Применение: в коксохимическом и доменном производстве. Сущность изобретения: сырые угольные брикеты подают в вертикальную шахтную печь нисходящим подвижным слоем через зону предварительного нагрева и удаления летучих веществ, зону карбонизации и коксования при пропускании через них электрического тока, и зону предварительного и окончательною охлаждения, образующиеся отходящие газы рекуперируют и противоточно рециркулируют часть отходящих газов в зону предварительного охлаждения, а оставшуюся часть - в зону окончательного охлаждения, и после зоны окончательного охлаждения отходящие газы рециркулируют в верхнюю часть зоны предварительного нагрева. 3 с п.ф-лы, 12 з.п.ф-лы, 16 ил. ё

42

ФигЛ

to

ТУ.

V

фиг.8

CO

n in

CN

oo

I

0 ID

го ю см со

5; §

/77

ill

cpv&. fЈ

13В

(рЈ/.13

fjff

Ъа