СПОСОБ ПОДГОТОВКИ УГОЛЬНЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ШИХТЫ ДЛЯ КОКСОВАНИЯ И КОМПОЗИЦИИ ТАКИХ СМЕСЕЙ (ВАРИАНТЫ)
DEVELOPMENT METHOD OF COAL MIXTURES FOR PRODUCTION OF CHARGTE FOR CARBONISATION AND COMPOSITION OF SUCH MIXTURES (VERSIONS)

Изобретение относится к коксохимическому производству, в частности к формированию шихты для производства металлургического кокса.
Известен способ подбора оптимальных угольных шихт для коксования (патент РФ №2088634, С10В 57/04, G01N 33/22, опубл. 27.08.1997), включающий, составление шихт с различным содержанием компонентов, приготовление навесок каждой из них, использование навески уголя марки К в качестве эталонной шихты. Затем каждую навеску коксуют раздельно, измельчают и хроматографируют, определяя суммарный объем мезопор для кокса каждого компонента шихты. О соответствии испытуемого компонента оптимальному составу судят по минимальному отклонению значения логарифма суммарного объема мезопор кокса из испытуемой шихты от значения логарифма суммарного объема мезопор кокса из эталонной шихты.
Такой способ сложен в использовании, длителен по времени, хотя и позволяет использовать большое количество марок углей для подготовки угольных шихт с подобранными характеристиками.
Известен способ формирования шихты для производства металлургического кокса из технологических углей, таких как жирные, газовые жирные, коксовые слабоспекающиеся, отощенные спекающиеся, в котором в качестве спекающей добавки используют сапромикситовый уголь, в котором сначала снижают содержание золы и пиритной серы, затем производят ультратонкий помол до частиц размером 5-50 мкм и равномерно перемешивают с другими компонентами, добавляя некоторое количество углей энергетических марок.
В данном способе используют узкий набор компонентов (угли марок Ж, ГЖ, КС, ОС), который не позволяет подбирать составы угольных шихт, требующих широкого набора компонентов для использования на различных коксохимических заводах.
Кроме того, использование спекающей добавки, которая перед применением требует специальной обработки, усложняет способ подготовки шихт.
0
Наиболее широким набором компонентов позволяет оперировать способ подготовки угольных шихт для производства металлургического кокса (патент США №6830660, С10В 57/00, 57/04, 53/00, опубл. 14.12.2004), путем подготовки смесей из множества исходных углей, включающих среднекоксующиеся угли низкой, средней и средневысокой спекаемости и высокококсующиеся угли высокой и средневысокой спекаемости. При этом к среднекоксующимся углям относят угли с отражательной способностью R 0,9-1,1 и спекаемостью не менее 3,0.
Таким образом, коксы высокого качества могут быть произведены из углей дешевых и доступных сортов путем подготовки смесей из нескольких углей, выбираемых из большого количества марок углей.
Для подготовки таких шихт необходимо использование марок углей с точно заданными свойствами (коксуемостью, спекаемостью и др.). Однако известно, что марки природных углей даже одних месторождений могут широко варьироваться по свойствам и показателям качества. Поэтому для получения необходимых компонентов для шихты требуется их сложная технологическая подготовка, что значительно усложняет способ приготовления шихт для коксования из доступных марок.
Задачей предлагаемого способа подготовки угольной шихты для коксования является разработка дифференцированных составов смесей, удовлетворяющих определенным требованиям для получения качественного кокса. Такие дифференцированные составы с заданными свойствами, приготовленные в качестве готовых композиций из большого набора природных углей, позволят значительно упростить технологию подготовки шихт для коксования.
Известна шихта для получения металлургического кокса (патент РФ №2305122, С10В 57/04, опубл. 27.08.2007), которую готовят в различных вариантах из определенного набора исходных углей: жирные, газовые жирные, коксовые слабоспекающиеся и коксовые отощенные. Такая шихта может иметь двух-, трех-, и четырехкомпонентный состав, который подбирается в каждом отдельном случае требуемым набором для конкретного применения.
0
К недостаткам данной шихты можно отнести ограниченный набор исходных компонентов для приготовления дифференцированных составов шихт. В двухкомпонентных смесях трудно достигается значение того или иного показателя (R или FSI), а многокомпонентные смеси технологически сложны в подготовке в углеподготовительных цехах коксохимпроизводств, что значительно удорожает себестоимость шихты.
Таким образом, задачей подготовки новых шихт является упрощение технологии подготовки для получения высококачественных сортов кокса, разработка дифференцированных композиций для подготовки шихт для коксования.
Поставленная задача решается тем, что в способе подготовки угольных смесей для производства шихты для коксования, включающим подготовку смесей из множества исходных углей, включающих как средне коксующиеся угли с низкой и средней степенью спекаемости, так и хорошо коксующиеся угли с высокой степенью спекаемости предлагается готовить составы двухкомпонентных смесей двух видов: составы из двух хорошо коксующихся углей с высокой степенью спекаемости, преимущественно ожирненных углей, из которых получают ожирняющие композиции, и составы из двух средне коксующихся углей с низкой степенью спекаемости, преимущественно отощенных углей, из которых получают отощающие композиции.
0
При этом к ожирняющим композициям с высокой степенью спекаемости относят композиции из углей, имеющих индекс свободного вспучивания FSI, равный 5 и более, и отражательную способность витринита - R, равную менее 1,15%.
0
А к отощающим композициям с низкой и средней степенью спекаемости относят композиции из углей, имеющих индекс свободного вспучивания FSI, равный 4,5 и менее, и отражательную способность витринита - R, равную более 1,15%.
Задача по составлению композиций решается следующим образом.
Ожирняющая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из хорошо спекающихся углей состоит из жирных (Ж) углей и газовых (Г) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
жирные угли 3-97;
газовые угли 3-97;
Ожирняющая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из хорошо спекающихся углей состоит из жирных (Ж) углей и газовых жирных (ГЖ) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
жирные угли 3-97;
газовые жирные угли 3-97;
Ожирняющая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из хорошо спекающихся углей состоит из газовых жирных (ГЖ) углей и газовых (Г) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
газовые жирные угли 3-97;
газовые угли 3-97;
Ожирняющая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из хорошо спекающихся углей состоит из газовых жирных отощенных (ГЖО) углей и газовых жирных (ПК) углей или жирных (Ж) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
газовые жирные отощенные угли 3-97;
газовые жирные угли или жирные угли 3-97;
Ожирняющая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из хорошо спекающихся углей состоит из газовых жирных отощенных (ГЖО) углей и газовых (Г) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
газовые жирные отощенные угли 3-97
газовые угли 3-97;
Ожирняющая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из хорошо спекающихся углей состоит из коксовых жирных (КЖ) углей и газовых жирных (ГЖ) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
коксовые жирные угли от 3 до 97;
газовые жирные угли от 3 до 97;
Отощающая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из средне спекающихся углей состоит из коксовых (К) углей и коксовых отощенных (КО) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
коксовые угли от 3 до 97;
коксовые отощенные угли от 3 до 97;
Отощающая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из средне спекающихся углей состоит из коксовых (К) углей и коксовых слабоспекающихся (КС) углей или коксовых слабоспекающихся низкометаморфизованных (КСН) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
коксовые угли от 3 до 97;
коксовые слабоспекающиеся угли или
коксовые слабоспекающиеся низкометаморфизованные
угли от 3 до 97;
Отощающая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из средне спекающихся углей состоит из коксовых отощенных (КО) углей и коксовых слабоспекающихся (КС) углей или коксовых слабоспекающихся низкометаморфизованных (КСН) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
коксовые отощенные угли от 3 до 97;
коксовые слабоспекающиеся угли или коксовые слабоспекающиеся низкометаморфизованные угли от 3 до 97;
Отощающая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из средне спекающихся углей состоит из тощих спекающихся (ТС) углей и коксовых слабоспекающихся (КС) углей или коксовых слабоспекающихся низкометаморфизованных углей (КСН) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
тощие спекающиеся угли от 3 до 97;
коксовые слабоспекающиеся угли или коксовые слабоспекающиеся низкометаморфизованные угли от 3 до 97;
Отощающая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из средне спекающихся углей состоит из отощенных спекающихся (ОС) углей и коксовых слабоспекающихся (КС) углей или коксовых слабоспекающихся низкометаморфизованных (КСН) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отощенные спекающиеся угли от 3 до 97;
коксовые слабоспекающиеся угли или коксовые слабоспекающиеся низкометаморфизованные угли от 3 до 97;
Отощающая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из средне спекающихся углей состоит из слабоспекающихся (СС) углей и коксовых отощенных (КО) углей или коксовых слабоспекающихся (КС) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
слабоспекающиеся угли от 3 до 97;
коксовые отощенные угли или коксовые
слабоспекающиеся угли от 3 до 97;
Отощающая композиция угольной смеси для производства шихты для коксования из средне спекающихся углей состоит из коксовых углей (К) и тощих спекающихся (ТС) углей или отощенных спекающихся (ОС) углей, или слабоспекающихся (СС) углей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
коксовые угли от 3 до 97;
тощие спекающиеся угли, или
отощенные спекающиеся угли,
или слабоспекающиеся угли от 3 до 97;
Известно, что отощающие угли делают шихту менее усадочной. Добавка их в шихту уменьшает трещиноватость и повышает крупность кокса. Однако недостаточная их спекаемость может привести к повышению истираемости кокса, неравномерности размеров кусков и ухудшению качества кокса.
Кроме того, отощенные угли образуют малое количество жидкой фазы, которое недостаточно, чтобы вовлечь в процесс спекания смеси зерен этих углей. Поэтому в шихте оптимальной спекаемости должно образовываться столько жидкой фазы, чтобы ее было достаточно для смачивания поверхности зерен всей коксуемой массы.
Если жидкой фазы мало, то шихта имеет недостаточную спекаемость и является отощенной шихтой. Если шихта имеет избыточную спекаемость, т.е. является ожирненной, в такую шихту могут быть добавлены отощающие компоненты (Р.Е.Лейбович. Технология коксохимического производства. - М. 1982. с.55). Т.о. возможно максимальное усреднение компонентов для обеспечения равномерности качества угольной шихты.
Все ожирняющие компоненты угольной шихты обладают большим запасом спекаемости, что позволяет достаточно широко варьировать их (Кафтана и др. Разработка дифференциальных составов для коксовых батарей с печными камерами разного объема. - Ж.NN. Кокс и химия, 1990, 11).
В предлагаемых составах содержание компонентов варьируется в пределах от 3 до 97 мас.%, в зависмости от чего варьируется и содержание отощающих компонентов.
0
Так как комплексные показатели подчиняются правилу аддитивности в смесях, они и использованы при разработке дифференцированных композиций шихт с заданными показателями R и FSI.
0
При подборе составов шихты находят оптимальное соотношение показателей индекса свободного вспучивания - FSI (или толщины пластического слоя - У) и отражательной способности витринита - R (или выхода летучих веществ - V), требуемого для производства качественного кокса.
0
0
Если в шихте будут преобладать спекающие (ожирненные) компоненты, то образуется большое количество жидкоподвижных продуктов, и они имеют низкую вязкость (FSI равен 6-8 ед., R равна 0,8-1,1%). В этом случае кокс будет сильно вспученный, с высокой реакционной способностью, с крупными порами и малой механической прочностью. Если в шихте будут преобладать плохо спекающиеся (отощающие) компоненты (FSI равен 1-4 ед., Rравна 1,20-2,00%), то кокс получится слабовспученныи с очень мелкими порами. Такой кокс имеет низкую механическую прочность и очень низкую реакционную способность.
Чтобы обеспечить оптимальные значения объема и вязкости жидкоподвижных продуктов необходимо, что бы FSI угольной смеси, направляемой на коксование, составлял 5 ед. (толщина пластического слоя составляла 15 мм), отражательная способность витринита должна быть 1,15% (выход летучих веществ около 30%). Эти параметры характерны для высококачественных углей марки К, которые могут без добавок давать хороший кокс. Однако ресурсы этих углей уже очень малы. Чтобы угольная смесь имела параметры качества близкие к марке К, необходимо включать в нее несколько спекающих и отощающих углей. Для упрощения технологии подготовки шихты целесообразно предварительно подготовить две группы компонентов - хорошо спекающихся (ожирненных, то есть богатых углями марок Ж, Г, ГЖ, КЖ) и низкой спекаемости (отощенных, то есть богатых углями марок КО, СС, ОС, ТС).
0
2
0
1
Ожирненные компоненты должны иметь индекс FSI не менее 5, (толщину пластического слоя более 15 мм) и значение R до 1,15%. Отощенные компоненты должны иметь индекс FSI до 4 / (толщину пластического слоя до 14 мм) и значение R более 1,15%. При смешении компонентов с такими свойствами между собой или с индивидуальными углями получаются шихты с оптимальными характеристикам.
Шихты для коксования могут составляться как из двух композиций - ожирненной и отощенной, так и из нескольких составляющих, включая ожирненную композицию и индивидуальные отощенные угли или отощенную композицию и индивидуальные ожирненные угли. Пределы содержания ожирненных компонентов в шихтах могут составлять от 20 до 80%, отощенные компоненты могут содержаться от 5 до 70% от массы шихты. Ниже приводятся примеры получения шихты для коксования заданного качества с участием различных ожирненных или отощенных композиций:
1. Шихта для получения металлургического кокса, содержащая ожирненную композицию по примеру 1 таблицы и коксовые отощенные угли при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ожирненная композиция (по примеру 1) - 40;
коксовый отощенный уголь - 60.
2. Шихта для получения металлургического кокса, содержащая ожирненную композицию по примеру 7 таблицы в смеси с коксовым отощенным углем и тощим спекающимся углем при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ожирненная композиция - 40;
коксовый отощенный уголь - 35;
тощий спекающийся уголь - 25.
3. Шихта для получения металлургического кокса, содержащая отощенную композицию по примеру 40 таблицы и жирный уголь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отощенная композиция - 60;
жирный уголь - 40.
4. Шихта для получения металлургического кокса, содержащая отощенную композицию по примеру 43 таблицы и газовый жирный уголь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отощенная композиция - 60;
газовый жирный уголь - 40.
5. Шихта для получения металлургического кокса, содержащая отощенную композицию по примеру 46 таблицы и ожирненный компонент по примеру 4 таблицы при следующем содержании компонентов, мас.%:
отощенная композиция - 40;
ожирненная композиция - 60.
Пример подготовки шихтовой смеси из ожирненной и отощенной композиции. Ожирненная композиция шихты для коксования готовится из рядовых углей марки Ж, добываемых на шахтах «Юбилейная» и «Осинниковская», и рядового угля марки ПК, добываемого на шахте «Есаульская». Рядовые угли на Центральной обогатительной фабрике «Кузнецкая» обогащаются с получением смеси композиций, имеющей соотношение марок ГЖ и Ж, равное 30:70. Готовая ожирняющая композиция шихты имеет отражательную способность витринита, равную 1,00%, индекс свободного вспучивания, равный 7, толщину пластического слоя 19 мм, что делает ее пригодной к коксованию в смеси с отощенной композицией или концентратами углей, имеющими низкую спекаемость, но высокую отражательную способность витринита.
Отощенная композиция шихты готовится из рядовых углей марки КО, добываемых на разрезе Новобачатский, и рядового угля марки КС, добываемого на разрезе Краснобродский. Рядовые угли обогащаются на Центральной обогатительной фабрике «Березовская» с получением смеси композиции углей КО и КС в соотношении 30:70. Готовая отощенная композиция шихты имеет отражательную способность витринита 1,29%, индекс свободного вспучивания, равный 3, и толщину пластического слоя, равную 9 мм.
Смесь готовой отощенной и готовой ожирненой композиций пригодна для получения кондиционной шихты для коксования. Соотношение отощенной и ожирненной композиций в шихте зависит от типа коксовой батареи и может составлять различное соотношение. Например, соотношение композиций 50:50 даст шихту с индексом свободного вспучивания, равным 5, отражательной способностью, равной 1,10% и толщиной пластического слоя 16 мм. Соотношение отощенной композиции в шихте к ожирненной композиции 40:60 даст шихту с индексом свободного вспучивания, равным 6, отражательной способностью, равной 1,00%, и толщиной пластического слоя, равной 17 мм. Первая шихта больше подходит для узкокамерных коксовых батарей, вторая - для ширококамерных батарей.
Другие примеры подготовки смеси, выполняемой аналогичным способом, с количественными значениями компонентов по вариантам приведены в таблице.
Таблица 1
Примеры составов композиций
№ композиции
Содержание марок углей
Марка
Доля, %
Марка
Доля, %
FSI, ед
R<sub>0</sub>, %
Ожирняющие композиции
1.
Ж
97
Г
3
81/2
0,9
2.
Ж
50
Г
50
7/2
0,8
3.
Ж
3
Г
97
5
0,7
4.
Ж
97
ГЖ
3
8
0,95
5.
Ж
50
ГЖ
50
81/2
0,85
6.
Ж
3
ГЖ
97
9
0,8
7.
ГЖ
97
Г
3
81/2
0,8
8.
ГЖ
75
Г
25
6/2
0,75
9.
ГЖ
3
Г
97
5
0,7
10.
ГЖО
97
ГЖ
3
6
0,75
11.
ГЖО
50
ГЖ
50
7/2
0,8
12.
ГЖО
3
ГЖ
97
8/2
0,85
13.
ГЖО
97
Ж
3
6
0,75
14.
ГЖО
50
Ж
50
7/2
0,8
15.
ГЖО
3
Ж
97
8/2
0,85
16.
ГЖО
97
Г
3
6
0,75
17.
ГЖО
30
Г
70
5 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
0,7
18.
ГЖО
3
Г
97
5
0,7
19.
КЖ
97
ГЖ
3
9
1,1
20.
КЖ
50
ГЖ
50
8
1
21.
КЖ
3
ГЖ
97
7
0,9
22.
КЖ
97
Ж
3
9
1,1
23.
КЖ
50
Ж
50
8
1
24.
КЖ
3
Ж
97
7
0,9
Отощающие композиции
25.
К
97
КО
3
5
1,2
26.
К
50
КО
50
4
1,25
27.
К
3
КО
97
3
1,3
28.
К
97
КС
3
4 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,2
29.
К
40
КС
60
4
1,35
30.
К
3
КС
97
3
1,45
31.
КО
97
КС
3
4
1,35
32.
КО
50
КС
50
3 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,4
33.
КО
3
КС
97
3
1,45
34.
ТЕ
97
КС
3
1
1,6
35.
ТЕ
50
КС
50
2
1,55
36.
ТЕ
3
КС
97
3
1,5
37.
ОС
97
КС
3
4 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,5
38.
ОС
45
КС
55
3 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,5
39.
ОС
3
КС
97
2
1,5
40.
К
97
КСН
3
4 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,2
41.
К
50
КСН
50
4
1,15
42.
К
3
КСН
97
3
1
43.
КО
97
КСН
3
4
1,35
44.
КО
50
КСН
50
3 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,25
45.
КО
3
КСН
97
3
1,1
46.
ТЕ
97
КСН
3
1
1,6
47.
ТЕ
50
КСН
50
2
1,25
48.
ТЕ
3
КСН
97
3
1,1
49.
ОС
97
КСН
3
4<sup> 1</sup>/<sub>2</sub>
1,5
50.
ОС
50
КСН
50
3 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,2
51.
ОС
3
КСН
97
2
1,1
52.
ЕЕ
97
КО
3
1
1,5
53.
ЕЕ
35
КО
65
1 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,45
54.
ЕЕ
3
КО
97
2
1,4
55.
ЕЕ
97
КС
3
1
1,5
56.
ЕЕ
50
КС
50
1 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,55
57.
ЕЕ
3
КС
97
2
1,6
58.
К
97
ТЕ
3
5 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,2
59.
К
50
ТЕ
50
4
1,4
60.
К
3
ТЕ
97
3
1,55
61.
К
97
ОС
3
5 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,2
62.
К
50
ОС
50
4
1,4
63.
К
3
ОС
97
3
1,55
64.
К
97
СС
3
5 <sup>1</sup>/<sub>2</sub>
1,2
65.
К
50
СС
50
4
1,4
66.
К
3
СС
97
3
1,55
Таблица 2
Примеры шихты на основе двух композиций
№
Содержание компонентов шихты
Композиция Ж-Г (пример №1)
Доля, %
Композиция К-КСН (пример №40)
Доля, %
FSI, ед.
R<sup>о,</sup><sup>%</sup>
1
Ожирненный
97
Отощенный
3
7
1,00
2
Ожирненный
50
Отощенный
50
6
1,15
3
Ожирненный
3
Отощенный
97
5
1,25