СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БРИКЕТОВ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УГЛЯ С ШИРОКИМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО СПОСОБА
MANUFACTURING METHOD OF BRIQUETTES WITH DIRECT USAGE OF COAL WITH WIDE PARTICLE DISTRIBUTION BY DIMENSIONS, METHOD AND FACILITY WITH USAGE OF THIS METHOD

Данное изобретение относится к способу изготовления угольных брикетов и к способу и устройству для получения жидкого чугуна с использованием этого способа. Конкретнее, данное изобретение относится к способу изготовления угольных брикетов с непосредственным использованием угля с широким распределением частиц по размерам, а также к способу и устройству для получения жидкого чугуна с применением упомянутого способа.
Производство чугуна и стали является ключевой отраслью промышленности, которая поставляет основные материалы, необходимые для создания конструкций и производства автомобилей, судов, бытовой техники и многих других изделий, которыми мы пользуемся. Оно является также отраслью промышленности с одной из наиболее долгих историй, которая развивалась вместе с человечеством. В чугунолитейном производстве, которое играет центральную роль в производстве чугуна и стали, после получения жидкого чугуна (то есть чугуна в расплавленном состоянии) с использованием в качестве сырья железной руды и угля из этого жидкого чугуна получают сталь, которую затем поставляют потребителям.
Примерно 60% мирового производства чугуна осуществляют с использованием доменного способа, разработанного в 14 веке. В доменном способе кокс, полученный с использованием в качестве сырья битуминозных углей, и железные руды, которые подверглись процессу спекания, загружают в доменную печь и в эту печь подают газообразный кислород, чтобы восстановить железную руду и получить таким образом жидкий чугун. Доменный способ, который является основным аспектом производства жидкого чугуна, требует исходных материалов, имеющих заданные твердость и размер зерна, которые могут обеспечить проницаемость в печи. В качестве источника углерода, применяемого в качестве топлива и восстанавливающего агента, применяют коксы, сделанные из конкретного угольного сырья, а в качестве источника железа применяют спеченные руды, которые были подвергнуты последовательному процессу уплотнения. Соответственно, в современном доменном способе необходимо включение оборудования для предварительной подготовки сырья, такое как оборудование для изготовления кокса, и оборудование для спекания для обработки железных руд, при этом необходимо не только включать дополнительное оборудование в дополнение к доменной печи, но и оборудование для предотвращения и сведения к минимуму выделения вредных веществ от этого вспомогательного оборудования. Таким образом, количество капиталовложений является значительным, что существенно увеличивает стоимость производства. Для того чтобы решить эти проблемы доменного способа, проводят большое количество исследований в области производства жидкого чугуна с помощью непосредственного использования угольного сырья в качестве топлива и восстанавливающего агента, а также непосредственного использования железных руд в качестве источника железа.
В патентах США №4409023 и №5534046 описаны способ и устройство для получения жидкого расплавленного чугуна с использованием кускового железного сырья. Устройство для получения жидкого чугуна осуществлено с использованием установки плавления-газификации, соединенной с реактором с уплотненным слоем или с реактором с псевдоожиженным слоем. Восстановленное железо, выходящее из реактора с уплотненным слоем или реактора с псевдоожиженным слоем, загружают в установку плавления-газификации для плавления, после чего оно превращается в жидкий чугун и шлак, которые затем выгружают. Уголь загружают в установку плавления-газификации, образуя слой уплотненного угля, а кислород подают через фурму в нижней области этого слоя уплотненного угля, чтобы сжечь уголь. Полученный при сгорании газ при подъеме через слой уплотненного угля превращается в горячий восстановленный газ. Горячий восстановленный газ выпускают из установки плавления-газификации и подают в качестве восстановленного газа в реактор с неподвижным или псевдоожиженным слоем.
На Фиг.4 представлена схема, показывающая исполнение вышеупомянутой установки плавления-газификации. Как показано на Фиг.4, установка 40 плавления-газификации, в которую поступают уголь и восстановленное железо, в основном включает купол в ее верхней части и слой уплотненного угля в ее нижней части.
Уголь, подаваемый при комнатной температуре внутрь установки 40 плавления-газификации, непосредственно контактирует с горячим потоком газа температурой примерно 1000°С в куполе и быстро нагревается, а затем опускается на верхнюю поверхность слоя уплотненного угля. При движении в направлении нижней области слоя уплотненного угля уголь проходит через область первичного пиролиза, область вторичного пиролиза, область газификации и область горения, чтобы превратиться в горячий восстановленный газ. В области первичного пиролиза получаются деготь и пиролитический газ, а в области вторичного пиролиза конденсируется обуглившееся вещество и выделяется газообразный водород.
Кроме того, в области газификации происходят химические реакции, как это указано химическими формулами на Фиг.4. К тому же восстановленное железо, подаваемое в установку 40 плавления-газификации, плавится, образуя расплавленный чугун, и происходит реакция, в ходе которой зола, содержащаяся в угле, и малоценные рудные породы, входящие в состав восстановленного железа, превращаются в шлаки. Тепло, используемое при плавлении и реакциях образования шлака, обеспечивают за счет теплообмена между восстановленным железом и углем и за счет горячего полученного при сгорании газа, образующегося при сгорании угля в области горения при химической реакции, указанной химической формулой.
Для получения удовлетворительных рабочих характеристик такой установки плавления-газификации важно сформировать слой уплотненного угля, который сохраняет соответствующую проницаемость. Чтобы осуществить это, необходимо контролировать размер частиц угля в пределах конкретного диапазона.
В патенты США №4409023 и №55534046 описаны ограничения по размеру частиц угля в установке плавления-газификации, характеризуемые диапазоном от 8 мм до 35 мм. Однако поставляемые из различных стран угли, используемые для производства чугуна, включают значительные количества мелкого угля с размером частиц менее 8 мм. Следовательно, перед загрузкой в установку плавления-газификации необходимо отделить и удалить эти угли, что приводит к потерям существенного количества исходного угля. К тому же это накладывает чрезмерное ограничение на размеры частиц исходных углей.
Для того чтобы преодолеть эти проблемы, в патенте США №6332911 описан способ, где используются мелкие угли в установке плавления-газификации. В этом способе из исходных углей, имеющих одинаковый состав и свойства, кусковой уголь с размером частиц 8 мм и более загружают в установку плавления-газификации непосредственно, а мелкие угли с размером частиц менее 8 мм загружают в установку плавления-газификации после того, как к ним в качестве связующего добавили битум, чтобы сформировать угольные брикеты установленного ранее размера или более.
При использовании этого способа сырье одинакового состава и свойств используют после того, как его подвергнут сортировке по размерам частиц. В результате рабочие характеристики установки плавления-газификации при получении жидкого чугуна зависят от исходного угля, так что следует уделять много внимания выбору исходного угля, то есть выбор исходных углей ограничен. Кроме того, в случае угольных брикетов, используемых в установке плавления-газификации, кроме ограничения по размеру частиц для поддержания необходимой проницаемости должно соблюдаться еще много условий. Они включают удовлетворение условий по прочности на сжатие, прочности в горячем состоянии, скорости разрушения в горячем состоянии, зольности и количеству связанного углерода. При использовании исходных углей, имеющих одинаковые состав и свойства, трудно удовлетворить все эти условия.
Кроме того, при использовании в качестве связующего дорогостоящего битума возрастают издержки на единицу продукции, связанные с угольными брикетами, что чрезмерно увеличивает стоимость изготовления жидкого чугуна.
2
К тому же, регулирование зольности является сложным, так как входящий в уголь компонент SiO образует в горячей зоне сгорания, образованной в нижней области неподвижного слоя угля в установке плавления-газификации, газообразный SiO. Этот газообразный SiO смешивается с жидким чугуном, который плавится при восстановлении в зоне газификации в слое уплотненного угля, таким образом увеличивая количество Si, содержащееся в жидком чугуне, и тем самым снижая качество жидкого чугуна.
Способ изготовления угольных брикетов по данному изобретению осуществлен для решения вышеупомянутых проблем и относится к изготовлению угольных брикетов хорошего качества путем добавления углей для регулирования качества к мелким углям.
Кроме того, данное изобретение относится к обеспечению способа получения жидкого чугуна в установке плавления-газификации с использованием способа изготовления угольных брикетов.
Кроме того, данное изобретение обеспечивает более экономичное устройство для получения жидкого чугуна, которое может работать в совокупности с имеющимся в настоящее время оборудованием и может использовать этот способ получения жидкого чугуна.
Для достижения вышеуказанных целей способ изготовления угольных брикетов по данному изобретению, применяемых при получении жидкого чугуна в установке плавления-газификации, включает стадию проведения исходной классификации по размерам частиц первой группы угля для получения мелких углей; стадию смешивания с этим мелким углем второй группы угля со средним коэффициентом отражения (Rm) 0,8 или выше; стадию сушки угольной смеси, включающей мелкие угли из первой группы углей и вторую группу угля, и проведения вторичной классификации этой угольной смеси по размерам частиц с получением размеров частиц угля, равных или менее установленного размера для загрузки в установку плавления-газификации; стадию добавления отверждающего агента и мелассового связующего к угольной смеси с размером частиц, равным или менее установленного размера для загрузки в установку плавления-газификации, и смешивания отверждающего агента, мелассового связующего и указанной угольной смеси; и стадию изготовления угольных брикетов путем формовки угольной смеси.
На стадии смешивания второй группы углей с мелкими углями эту вторую группу углей можно смешивать в количестве 15-80 мас.% от массы угольной смеси.
На стадии добавления отверждающего агента предпочтительно, чтобы один или более чем один отверждающий агент был выбран из группы, состоящей из негашеной извести, гашеной извести, известняка, карбоната кальция, цемента, бентонита, глины, оксида кремния, силиката, доломита, фосфорной кислоты, серной кислоты и оксида.
Более предпочтительно, чтобы этим отверждающим агентом была гашеная известь.
На стадии добавления отверждающего агента этот отверждающий агент может представлять собой негашеную известь, и эта негашеная известь может быть превращена в гашеную известь согласно нижеприведенной химической формуле:
2
2
СаО+НO→Са(ОН)
На стадии добавления отверждающего агента и мелассового связующего отверждающий агент может представлять собой негашеную известь, и эта негашеная известь и мелассовое связующее могут образовывать связку - сахарат кальция.
На стадии добавления отверждающего агента и мелассового связующего отверждающий агент можно добавлять в количестве 1-5 массовых частей на 100 массовых частей высушенной и подвергнутой классификации по размерам частиц угольной смеси, и при добавлении мелассового связующего, мелассовое связующее можно добавлять в количестве 5-15 массовых частей.
На стадии сушки угольной смеси и проведения вторичной классификации угольной смеси по размерам частиц содержание воды в угольной смеси предпочтительно контролируют на уровне 4-10 мас.% от массы угольной смеси.
Изготовленные угольные брикеты предпочтительно содержат летучих веществ 20-40%, угольной золы 20% или менее и связанного углерода 45-70% в расчете на сухое вещество.
2
Изготовленные угольные брикеты предпочтительно содержат 50% или менее SiO.
Изготовленные угольные брикеты могут включать 80% или более угольных брикетов размером 10 мм или более при оценке методом определения прочности в холодном состоянии. Метод определения прочности в холодном состоянии осуществляют, четыре раза подвергая 2 кг образца угольных брикетов свободному падению с высоты 5 м на стальную пластину и измеряя размеры частиц оставшихся угольных брикетов.
Изготовленные угольные брикеты могут включать 60% или более обуглившегося вещества с размером частиц 15 мм или более при оценке прочности в горячем состоянии. Оценку прочности в горячем состоянии проводят, пропуская газообразный азот через установку реакторной печи при 1000°С для получения обуглившегося вещества в инертной атмосфере и измеряя размер частиц этого обуглившегося вещества.
Для достижения вышеупомянутых целей получение жидкого чугуна по данному изобретению относится к способу получения жидкого чугуна в установке плавления-газификации, в котором формируют слой уплотненного угля с использованием углей и восстановленное железо, подвергнутое предварительному восстановлению, загружают в этот слой уплотненного угля. Способ производства жидкого чугуна в установке плавления газификации включает стадию осуществления исходной классификации по размерам частиц первой группы угля для подготовки мелких углей; стадию смешивания второй группы угля со средним коэффициентом отражения (Rm) 0,8 или выше с этими мелкими углями; стадию сушки угольной смеси, включающей мелкие угли из первой группы углей и вторую группу углей, и проведения вторичной классификации этой угольной смеси по размерам частиц с получением размеров частиц угля, равных или менее установленного размера для загрузки в установку плавления-газификации; стадию добавления отверждающего агента и мелассового связующего к угольной смеси с размером частиц, равным или менее установленного размера для загрузки в установку плавления-газификации, и смешивания отверждающего агента, мелассового связующего и указанной угольной смеси; стадию изготовления угольных брикетов путем формовки этой угольной смеси; стадию формирования слоя уплотненного угля с использованием кускового угля, который был отделен в ходе начальной классификации по размерам частиц, и угольных брикетов и загрузки восстановленного железа для смешивания с этим слоем уплотненного угля; и стадию подачи кислорода в этот слой уплотненного угля для сжигания угля в этом слое уплотненного угля и получения жидкого чугуна путем плавления восстановленного железа с использованием теплоты сгорания.
На стадии смешивания второй группы угля с мелким углем эту вторую группу угля смешивают в количестве до 15-80 мас.% от массы угольной смеси.
Стадия сушки угольной смеси и проведения вторичной классификации угольной смеси по размерам частиц может включать стадию сушки угольной смеси и стадию дробления угольной смеси с диаметром частиц, превышающим 4 мм, находящейся в высушенной угольной смеси, чтобы отобрать частицы угольной смеси, у которых диаметр стал 4 мм или менее.
На стадии добавления отверждающего агента и мелассового связующего один или более чем один отверждающий агент выбирают из группы, состоящей из негашеной извести, гашеной извести, известняка, карбоната кальция, цемента, бентонита, глины, оксида кремния, силиката, доломита, фосфорной кислоты, серной кислоты и оксида.
На стадии добавления отверждающего агента и мелассового связующего отверждающий агент может быть добавлен в количестве 1-5 массовых частей на 100 массовых частей угольной смеси, высушенной и подвергнутой классификации по размерам частиц. Кроме того, на стадии добавления отверждающего агента и мелассового связующего, мелассовое связующее может быть добавлено в количестве 5-15 массовых частей.
На стадии добавления отверждающего агента и мелассового связующего может быть добавлено мелассовое связующее с содержанием твердого вещества 70-85 мас.%.
Изготовленные угольные брикеты предпочтительно содержат летучего вещества 20-40%, угольной золы 20% или менее и связанного углерода 45-70% в расчете на сухое вещество.
2
Изготовленные угольные брикеты предпочтительно содержат 50% или менее SiO.
3
Изготовленные угольные брикеты имеют объем, предпочтительно, 10-50 см.
Изготовленные угольные брикеты предпочтительно содержат 80% или более угольных брикетов размером 10 мм или более при оценке прочности в холодном состоянии. Оценку прочности в холодном состоянии осуществляют, четыре раза подвергая 2 кг образца угольных брикетов свободному падению с высоты 5 м на стальную плиту и измеряя размер частиц оставшихся угольных брикетов.
Изготовленные угольные брикеты предпочтительно содержат 60% или более обуглившегося вещества с размером частиц 15 мм или более при оценке прочности в горячем состоянии. Метод оценки прочности в горячем состоянии осуществляют, пропуская газообразный азот в установку печи-реактора при 1000°С для получения обуглившегося вещества в инертной атмосфере и измеряя размер частиц этого обуглившегося вещества.
На стадии формирования слоя уплотненного угля угольные брикеты составляют от 20 до 80 мас.% угля, использованного для формирования этого слоя уплотненного угля.
На стадии получения жидкого чугуна количество растворенного Si в жидком чугуне составляет предпочтительно 1 мас.% или менее.
Дополнительно может быть включена стадия повторной переработки мелкого угля, образованного при получении угольных брикетов, и смешивания этого мелкого угля и угольной смеси.
На стадии получения жидкого чугуна могут загружаться восстановленное железо, полученное при осуществлении предварительного восстановления кусковой железной руды, и добавки. Иначе железная руда с небольшим размером частиц и добавки могут предварительно быть восстановлены и подвергнуты горячему прессованию, а затем восстановленное железо может быть загружено.
Данное изобретение относится к устройству для получения жидкого чугуна, где для получения жидкого чугуна в установку плавления-газификации загружают уголь и восстановленное железо, которое было подвергнуто предварительному восстановлению. Это устройство для получения жидкого чугуна включает классификатор частиц по размерам для проведения начальной классификации частиц первой группы угля по размерам; бункер для хранения угля для подачи второй группы угля со средним коэффициентом отражения 0,8 или более, при этом этот бункер для хранения угля осуществляет эту операцию независимо от классификатора частиц по размерам; блок предварительной обработки, соединенный с классификатором частиц по размерам и с бункером для хранения угля, где осуществляют сушку и вторичную классификацию при смешивании мелкого угля из первой группы угля со второй группой угля; по меньшей мере один смеситель, соединенный с блоком предварительной обработки и принимающий мелассовое связующее и отверждающий агент для смешивания с угольной смесью, в которой смешаны мелкий уголь из первой группы угля и уголь второй группы; пресс-вальцы, соединенные со смесителем, для формовки угольной смеси; и установку для плавления-газификации, соединенную с классификатором частиц по размерам и пресс-вальцами, загружаемую кусковым углем, отделенным в классификаторе частиц по размерам, угольными брикетами, сформированными в пресс-вальцах, и восстановленным железом и производящую жидкий чугун при подаче в нее кислорода.
Это устройство для получения жидкого чугуна может также включать бункер для связующего для подачи мелассового связующего и бункер для отверждающего агента для подачи одного или более чем одного отверждающего агента, выбранного из группы, состоящей из негашеной извести, гашеной извести, известняка, карбоната кальция, цемента, бентонита, глины, оксида кремния, силиката, доломита, фосфорной кислоты, серной кислоты и оксида. Бункер для связующего и бункер для отверждающего агента предпочтительно соединены со смесителем.
Блок предварительной обработки может включать сушилку, соединенную с классификатором частиц по размерам и бункером для хранения угля и осуществляющую сушку угольной смеси, в которой смешаны мелкий уголь из первой группы угля и уголь второй группы; другой классификатор частиц по размерам для отбора угля с диаметром частиц 4 мм или менее из сушилки и транспортировки этого угля в смеситель, и дробилку для дробления угля с диаметром частиц свыше 4 мм, прошедшего классификацию по размерам частиц.
Смеситель предпочтительно включает месильную машину для смешивания угольной смеси и мелассового связующего.
Устройство для получения жидкого чугуна по данному изобретению может также включать узел повторной переработки, соединенный с пресс-вальцами и смесителем, собирающий мелкий уголь, полученный при приготовлении угольных брикетов, и подающий этот мелкий уголь в смеситель.
Устройство для получения жидкого чугуна по данному изобретению может также включать бункер для хранения угольных брикетов, соединенный с пресс-вальцами, для временного хранения угольных брикетов, сформированных в пресс-вальцах.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлено схематическое изображение устройства для получения жидкого чугуна по первому исполнению данного изобретения.
На Фиг.2 представлено схематическое изображение устройства для получения жидкого чугуна по второму исполнению данного изобретения.
На Фиг.3 представлено схематическое изображение установки для проведения испытаний, применяемой для определения прочности экспериментальных образцов в горячем состоянии по данному изобретению.
На Фиг.4 представлена схема, иллюстрирующая работу установки плавления-газификации при получении жидкого чугуна.
Теперь будут подробно описаны исполнения данного изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи. Эти исполнения иллюстрируют данное изобретение, и подразумевается, что они его не ограничивают.
В данном изобретении обеспечен способ получения жидкого чугуна с использованием углей с широким распределением частиц по размерам. Для того чтобы обеспечить проницаемость и избежать рассеивания в установке плавления-газификации, в данном изобретении обеспечено устройство для получения жидкого чугуна, где контролируют размер частиц угля, подаваемого в установку плавления-газификации, по меньшей мере до предварительно установленного размера. То есть в устройстве и способе получения жидкого чугуна по данному изобретению куски угля, размер которых превышает установленный, непосредственно загружают в установку плавления-газификации, а угольные брикеты, изготовленные прессованием мелкого угля с размерами, равными или менее установленного, загружают в установку плавления-газификации для формирования слоя уплотненного угля. Кроме того, в устройстве и способе получения жидкого чугуна по данному изобретению в ходе получения угольных брикетов уголь для регулирования качества смешивают с мелким углем, а затем угольную смесь формуют в угольные брикеты, чтобы таким образом обеспечить предварительно установленную прочность в горячем и холодном состоянии. Соответственно, рабочие характеристики установки плавления-газификации улучшаются, и получается жидкий чугун хорошего качества.
Если уголь для регулирования качества смешивают таким образом с мелким углем, то качество жидкого чугуна можно улучшить, контролируя различные параметры. В частности, имеющий хорошее качество жидкий чугун можно получить, регулируя для контроля качества коэффициент отражения угля, соотношение углей при смешивании и соотношение кускового угля и угольных брикетов.
Особенно, угольные брикеты, подаваемые через блок подачи угля, включенный в установку для получения жидкого чугуна, должны удовлетворять следующим условиям в ходе смешивания углей для контроля качества таким образом, чтобы можно было получить жидкий чугун, имеющий желаемые свойства.
(1) Размер частиц угля должен быть ограничен определенным интервалом.
При соблюдении этого условия горячий газ, полученный при сгорании в области горения, однородно распределяется в слое уплотненного угля в установке плавления-газификации, так что можно увеличить эффективность теплообмена между горячим, полученным при сгорании газом и восстановленным железом и углем. Кроме того, так как можно соответственно поддерживать проницаемость слоя уплотненного угля, расплавленный чугун и шлаки могут однородно стекать вниз в пределах слоя уплотненного угля.
(2) Должен быть обеспечен определенный уровень прочности угольных брикетов в холодных условиях.
При удовлетворении этого условия можно свести к минимуму потери, вызываемые образованием порошка в процессе транспортировки и хранения угольных брикетов, подаваемых в установку плавления-газификации.
(3) Должен быть обеспечен определенный уровень скорости разрушения в горячих условиях.
В случае если в установку для плавления-газификации загружены угольные брикеты, образуются мелкие частицы за счет разрушения в горячих условиях из-за быстрого нагревания в куполе установки плавления-газификации. Эти мелкие частицы обеспечивают заданную скорость разрушения в горячих условиях, чтобы таким образом свести к минимуму количество потерь за счет рассеяния за пределы установки плавления-газификации, вызываемого потоком горячего газа, образованного в куполе.
(4) Должен быть обеспечен определенный уровень прочности угольных брикетов в горячих условиях.
При выполнении этого условия можно противостоять весу загруженных материалов, действующему на верхнюю область слоя уплотненного угля, и давлению полученного при горении газа из более нижней области, где происходит газификация слоя уплотненного угля в установке плавления-газификации.
(5) Количество угольной золы в исходном угле должно находится на определенном уровне или менее.
При выполнении этого условия можно поддержать на заданном или более низком уровне количество шлаков, получаемых при реакции шлакообразования между углем в области, где происходит газификация, и компонентами рудных пород в восстановленном железе.
(6) Должен быть обеспечен определенный уровень связанного углерода.
При выполнении этого условия можно избежать недостачи количества углерода, который нагревается и подается из области, где происходит газификация, в область, где происходит сгорание.
В данном изобретении условие (1) выполняется с помощью процесса классификации по размерам частиц, условие (2) выполняется путем смешивания соответствующего связующего с углем, и условия (3)-(6) выполняются при соответственном использовании угля для контроля качества. Если уголь для контроля качества не применяется отдельно для смешивания, и в установку плавления-газификации в качестве углей подают только кусковой уголь и угольные брикеты, трудно выполнить условия (3)-(6).
Ниже более подробно будут описаны устройство и способ получения жидкого чугуна по данному изобретению для выполнения вышеуказанных условий в отношении свойств угольных брикетов.
На Фиг.1 и 2 представлено схематическое изображение устройства для получения жидкого чугуна соответственно согласно первому и второму исполнению данного изобретения. На Фиг.1 изображено устройство 10 для получения жидкого чугуна, использующее реактор 100 типа реактора с неподвижным слоем, а на Фиг.2 изображено устройство 20 для получения жидкого чугуна, использующее реактор 200 с псевдоожиженным слоем. Каждое из устройств 10 и 20 включает блок 400 подачи угля, имеющий одинаковую структуру, и угли подают в установку 300 плавления-газификации посредством этого блока 400 подачи угля для образования слоя уплотненного угля.
В устройстве 10 для получения жидкого чугуна согласно первому исполнению данного изобретения, как показано на Фиг.1, кусковые железные руды и добавки смешивают и подвергают предварительному восстановлению в реакторе 100 с уплотненным слоем для получения восстановленного железа. Затем это восстановленное железо загружают в слой уплотненного угля установки 300 плавления-газификации, получая таким образом жидкий чугун. Слой уплотненного угля создают из угля, поступающего из блока 400 подачи угля.
В устройстве 20 для получения жидкого чугуна согласно второму исполнению данного изобретения, как показано на Фиг.2, железные руды с малым размером частиц и добавки смешивают, чтобы подвергнуть их предварительному восстановлению в реакторе 200 с псевдоожиженным слоем. Затем уплотненное горячим прессованием восстановленное железо подают из блока 240 горячего прессования, связанного с реактором 200 с псевдоожиженным слоем, в слой уплотненного угля, который формируют из угля, подаваемого из блока 400 подачи угля. Затем получают жидкий чугун в установке 300 плавления-газификации. Уплотненные горячим прессованием материалы подают в установку 300 плавления-газификации через блок 240 горячей промежуточной емкости для осуществления возможности поддерживания соответствующего подаваемого количества.
Блок 400 подачи угля, общий для обоих устройств 10 и 20 для получения жидкого чугуна согласно первому и второму исполнениям данного изобретения, будет, соответственно, описан ниже.
Устройства для получения жидкого чугуна по первому и второму исполнениям данного изобретения включают классификатор 411 для проведения исходной классификации первой группы угля по размерам частиц; бункер 417 для хранения угля для подачи второй группы угля со средним коэффициентом отражения 0,8 или более в качестве угля для регулирования качества, при этом бункер 417 для хранения угля осуществляет эту операцию независимо от классификатора 411 по размерам частиц; блок 419 предварительной обработки, соединенный с классификатором 411 по размерам частиц и с бункером 417 для хранения угля для сушки и проведения вторичной классификации при смешивании мелких углей первой группы и угля второй группы; по меньшей мере один смеситель 425, соединенный с блоком 419 предварительной обработки и принимающий мелассовое связующее и отверждающий агент для смешивания с угольной смесью, в которой смешаны мелкий уголь первой группы угля и уголь второй группы; пресс-вальцы 427, соединенные со смесителем 425, для формовки смеси углей; и установку 300 плавления-газификации, соединенную с классификатором 411 по размерам частиц и пресс-вальцами 427. Кусковой уголь, отделенный в классификаторе 411 по размерам частиц, угольные брикеты, сформованные в пресс-вальцах 427, и восстановленное железо загружают в установку 300 плавления-газификации. Затем в установке 300 плавления-газификации получают жидкий чугун, подавая туда кислород. Вышеупомянутые устройства включены в блок 400 подачи угля. В установке 300 плавления-газификации получают жидкий чугун и шлаки. Первая группа угля и вторая группа угля не смешиваются с использованием какого-либо иного процесса, но свободно упорядоченно смешиваются в ходе предлагаемого процесса, например, вторую группу угля можно свалить на ленту конвейера при транспортировке с помощью конвейера первой группы угля, в результате чего первая группа угля и вторая группа угля могут быть смешаны.
Дополнительно устройства для получения жидкого чугуна по первому и второму исполнениям данного изобретения включают бункер 423 для связующего для подачи мелассового связующего в смешиваемый уголь; и бункер 421 для отверждающего агента для подачи одного или более чем одного отверждающего агента, выбранного из группы, состоящей из негашеной извести, гашеной извести, известняка, карбоната кальция, цемента, бентонита, глины, оксида кремния, силиката, доломита, фосфорной кислоты, серной кислоты и оксида. Бункер 421 для отверждающего агента отделен от бункера 423 для связующего. Бункер 423 для связующего и бункер 421 для отверждающего агента соединены со смесителем 425.
Смеситель 425 может включать дополнительный смеситель для раздельного смешивания мелассового связующего и отверждающего агента и может включать месильную машину для их перемешивания.
Блок 419 предварительной обработки, как показано на увеличенном фрагменте Фиг.1, включает сушилку 459, соединенную с классификатором 411 по размерам частиц и бункером 417 для хранения угля, для сушки угольной смеси, в которой смешаны мелкий уголь из первой группы угля и вторая группа угля; другой классификатор 461 по размерам частиц для отбора угля с диаметром частиц 4 мм или менее из сушилки 459; и дробилку 463 для дробления угля с диаметром частиц свыше 4 мм, который подвергся классификации по размерам. Блок 419 предварительной обработки может дополнительно включать бункер 465 для хранения угольной смеси для раздельного и временного хранения угля с диаметром частиц 4 мм или менее. Это может быть применено не только к первому исполнению данного изобретения, но также и ко второму исполнению данного изобретения, как показано на Фиг.2.
Из исходных углей кусковой уголь с диаметром частиц свыше 8 мм, неспособный пройти через классификатор 411 по размеру частиц, пропускают через блок 413 сушки кускового угля, чтобы высушить его, а затем непосредственно загружают в установку 300 плавления-газификации. Кусковой уголь сушат в блоке 413 сушки кускового угля, тем самым контролируя содержание влаги в кусковом угле, которое должно быть 4 мас.% или менее. С другой стороны, мелкий уголь из первой группы угля, который проходит через классификатор 411 по размеру частиц и хранится в бункере 415 для хранения мелкого угля, затем смешивают для контроля качества со второй группой угля, хранящегося в бункере 417 для хранения угля, и формуют в угольные брикеты. Эти угольные брикеты затем временно хранят в бункере 431 для угольных брикетов, а затем подают в установку 300 плавления-газификации.
Устройства согласно первому и второму исполнениям данного изобретения дополнительно включают блок 440 повторной переработки, который соединен с пресс-вальцами 427 и который собирает уголь, образовавшийся при изготовлении угольных брикетов и направляет его в смеситель 425. Блок 440 повторной переработки включает классификатор 429 мелкого угля, бункер 433 для хранения мелкого угля и рециркуляционный трубопровод 435. Кроме того, блок 440 повторной переработки может включать дополнительные устройства, необходимые для осуществления повторной переработки. Блок 440 повторной переработки подает мелкий уголь, отделенный в классификаторе 429 мелкого угля, в бункер 433 для хранения мелкого угля для временного хранения в нем посредством рециркуляционного трубопровода 435, а затем посредством его же подает этот мелкий уголь в смеситель 425.
Жидкий чугун получают посредством каждой из следующих стадий с использованием устройств для изготовления жидкого чугуна по первому и второму исполнениям данного изобретения.
m
Способ изготовления угольных брикетов включает стадию проведения исходной классификации по размерам частиц первой группы угля в виде угольного сырья для получения мелкого угля; стадию смешивания второй группы угля со средним коэффициентом отражения (R) 0,8 или выше с этим мелким углем; стадию сушки угольной смеси, включающей мелкий уголь из первой группы угля и вторую группу угля, и стадию осуществления второй классификации по размерам частиц для угольной смеси; стадию добавления отверждающего агента к этой угольной смеси и смешивания отверждающего агента и угольной смеси; стадию добавления мелассового связующего к этой угольной смеси и смешивания мелассового связующего и угольной смеси; и стадию изготовления угольных брикетов путем формовки угольной смеси.
Способ получения жидкого чугуна включает стадию формирования слоя уплотненного угля с использованием кускового угля, который был отделен в ходе исходной классификации по размерам частиц, и угольных брикетов, и загрузку восстановленного железа для смешивания с этим угольным слоем; стадию подачи кислорода в этот слой уплотненного угля для сжигания угля в этом слое уплотненного угля; и стадию получения жидкого чугуна путем плавления восстановленного железа с использованием теплоты сгорания. Стадия добавления мелассового связующего в угольную смесь может включать процесс перемешивания для того, чтобы смешать их более однородно.
Понятие «группа угля» относится к совокупности углей, где смешаны по меньшей мере один или более чем один типы угля. Для того чтобы провести различие между кусковым углем и мелким углем при первичной классификации по размерам частиц используют стандарт с диаметром частицы 8 мм. Так как предпочтительно использовать кусковой уголь с диаметром частиц свыше 8 мм и отделять его от мелкого угля (8 мм и менее) в реакторе с уплотненным слоем для получения жидкого чугуна, вышеупомянутый стандарт применяют для проведения классификации частиц по размерам частиц. Вышеупомянутый стандарт представляет собой просто пример данного изобретения, и данное изобретение им не ограничивается. Следовательно, можно провести классификацию по размерам частиц, используя другой стандарт.
m
Дополнительно с мелким углем смешивают угли со средним коэффициентом отражения (R) 0,8 или выше. При анализе структуры угля, в случае расчета соотношения основных структурных компонентов и второстепенных структурных компонентов с использованием микроскопа, коэффициент отражения определяется амплитудой или энергией отраженного света и амплитудой или энергией падающего света, если свет направлен на поверхность материального объекта. Используемый средний коэффициент отражения угля определяется измерением максимального коэффициента отражения второстепенных структурных компонентов с использованием микроскопа и света с длиной волны 546 нм. Уголь можно оценить по коэффициенту отражения витринита, который является основным компонентом угля, и средний коэффициент отражения пропорционален прочности в горячих условиях. Следовательно, чем выше средний коэффициент отражения, тем больше прочность угольных брикетов в горячих условиях, так что поведение этих угольных брикетов в установке плавления-газификации становится более предпочтительным.
m
В случае, если средний коэффициент отражения (R) угля для регулирования качества будет меньше 0,8, то этот уголь для регулирования качества будет быстро разрушаться, так что не только его прочность в горячих условиях будет низкой, но он будет не способен удовлетворительно работать в качестве источника тепла. Соответственно, предпочтительно, чтобы средний коэффициент отражения угля для регулирования качества составлял 0,8 или более. Примером угля для регулирования качества является коксующийся уголь. В случае угля средний коэффициент отражения обычно не превышает 3,0.
При смешивании второй группы угля в качестве угля для регулирования качества с мелким углем в данном изобретении предпочтительно, чтобы эту вторую группу угля добавляли до тех пор, пока ее количество не составит 15-80 мас.% от массы угольной смеси. Если угли для регулирования качества составляют менее 15 мас.% от угольной смеси, становится трудным улучшить характеристики мелких исходных углей. Кроме того, если угли для регулирования качества превышают 80 мас.% от угольной смеси, имеется лишь минимальное увеличение свойств угольных брикетов при высокой температуре по отношению к увеличению стоимости исходного материала угольных брикетов.
Согласно данному изобретению можно добавлять и примешивать мелассовое связующее и отверждающий агент. Предпочтительно, чтобы по отношению к 100 массовым частям угольной смеси, которая была высушена и подвергнута классификации по размерам частиц, отверждающий агент составлял 1-5 массовых частей, а мелассовое связующее составляло 5-15 массовых частей.
2
Если негашеную известь (СаО), которая является одним из отверждающих агентов, смешивают с угольной смесью, то остаточная вода в угольной смеси реагирует с негашеной известью (СаО), превращая ее в гидроксид кальция [Ca(OH)] посредством химической реакции, описанной нижеприведенной химической формулой 1, чтобы таким образом удалить воду за счет реакции с сильным выделением тепла. Последующий процесс формовки осуществляется в предпочтительных условиях при удалении содержащейся воды, и обеспечивается заданная прочность.
[Химическая формула 1]
2
2
СаО+НO→Са(ОН)
Если воду удаляют таким образом и в качестве связующего используют мелассовое связующее, то негашеная известь и мелассовое связующее улучшают прочность угольных брикетов за счет химической реакции образования связки из сахарата кальция, и предотвращается растворение мелассового связующего в воде.
В данном изобретении предпочтительно отверждающий агент добавлять в количестве 1-5 массовых частей по отношению к 100 массовым частям угольной смеси. Если количество отверждающего агента составляет менее 1 массовой части, вода может удаляться недостаточно, так что не может образовываться хорошая связка из сахарата кальция между мелассовым связующим и отверждающим агентом, что приводит к снижению прочности угольных брикетов. Кроме того, если количество отверждающего агента превышает 5 массовых частей, свойства угольных брикетов резко снижаются.
Предпочтительно мелассовое связующее добавлять в количестве 5-15 массовых частей. Если количество добавленного мелассового связующего составляет менее 5 массовых частей, прочность угольных брикетов снижается из-за недостаточного количества мелассового связующего в мелком угле. К тому же, если количество добавленного мелассового связующего составляет более 15 массовых частей, возникают проблемы с адгезией и другие проблемы при смешивании в мелким углем. В случае мелассового связующего содержание твердого вещества предпочтительно составляет 70-85 мас.%. Если содержание твердого вещества составляет менее 70 мас.%, то содержание сахара, который проявляет связывающие свойства, является низким, а содержание воды - высоким, так что прочность угольных брикетов снижается. Кроме того, если количество твердого вещества превышает 85 мас.%, вязкость связующего увеличивается, так что трудно осуществить однородное смешивание.
В вышеуказанном случае, хотя и добавляется мелассовое связующее, данное изобретение не ограничено в этом отношении, и можно осуществить смешивание с другими связующими и другими добавками, которые улучшают свойства других связующих и угольных брикетов.
Кроме того, в данном изобретении стадия сушки угольной смеси и осуществления вторичной классификации по размерам частиц может включать стадию сушки угольной смеси и стадию дробления угольной смеси с размером частиц свыше 4 мм в этой высушенной угольной смеси, чтобы размер частиц угольной смеси стал 4 мм или менее. Предпочтительно количество воды в угольной смеси, в связи с количеством примешиваемого отверждающего агента, составляет 4-10 мас.% от общего количества. Если количество воды в угольной смеси составляет менее 4%, то реакция между угольной смесью и отверждающим агентом проходит недостаточно, так что прочность окончательно полученных угольных брикетов снижается. Кроме того, если количество воды в угольной смеси превышает 10 мас.%, адгезия и когезия в процессе формования происходят таким образом, что выход и эффективность процесса снижаются. Кроме того, если диаметр частиц угольной смеси превосходит 4 мм, то угольные брикеты могут разламываться при их формовке в результате большого диаметра частиц. Таким образом, диаметр частиц угля следует регулировать до величины 4 мм или менее.
Угольные брикеты, сформованные пресс-вальцами 427, предпочтительно содержат летучих веществ 20-40%, угольной золы 20% или менее и связанного углерода 45-70% в расчете на сухое вещество. Если количество летучих веществ составляет менее 20%, то количество образующегося газа, необходимого при восстановлении железной руды, сводится к минимуму, так что восстановление происходит в недостаточной степени и стоимость топлива возрастает. Если количество летучих веществ превышает 40%, то снижается количество связанного углерода, необходимого при получении жидкого чугуна. Кроме того, если содержание угольной золы превышает 20%, стоимость топлива возрастает в результате увеличения объема шлаков. Также стоимость топлива возрастает, если количество связанного углерода составляет менее 45%, в то время как если количество связанного углерода превышает 70%, количество газа, необходимого для восстановления руды, снижается, так что восстановление происходит в недостаточной степени и стоимость топлива возрастает.
2
2
Что касается состава угольной зоны, содержащейся в угольных брикетах, то предпочтительно, чтобы содержание SiO составляло 50% или менее. Если содержание SiO в угольной золе превышает 50%, то количество Si в расплавленном железе возрастает, так что качество жидкого чугуна снижается.
Кроме того, необходимо, чтобы угольные брикеты имели достаточную прочность, определенную холодным способом, для транспортировки и хранения и имели достаточную прочность в горячем состоянии, чтобы свести к минимуму образование мелких частиц, чтобы можно было обеспечить скорость проникновения при загрузке в установку плавления-газификации.
Что касается способа оценки прочности угольных брикетов в холодном состоянии, 2 кг образца угольных брикетов дают свободно упасть с высоты 5 м на стальную плиту. Это производят четыре раза. Затем определяют количество оставшихся угольных брикетов с размером частиц 10 мм или более. Предпочтительно, чтобы количество оставшихся угольных брикетов с диаметром частиц 10 мм или более составляло 80% или больше. Если это количество составляет менее 80%, то увеличение скорости разрушения при транспортировке и хранении угольных брикетов вызывает увеличение рабочих затрат и делает производство нестабильным в результате отрицательного воздействия на производственный процесс. К тому же, при снижении температуры жидкого чугуна в установке плавления-газификации снижается выход.
Что касается способа оценки прочности угольных брикетов в горячем состоянии, газообразный азот пропускают через реакционную печь при 1000°С и размер частиц полученного обуглившегося вещества в инертной атмосфере подразделяют на долю частиц с относительно большим размером - порядка 15 мм и более, и долю частиц с относительно малым размером - порядка 10 мм и менее. Чем выше доля частиц с большим размером и чем меньше доля частиц с малым размером, тем выше прочность угольных брикетов в горячем состоянии. Предпочтительно, чтобы доля частиц с большим размером составляла 60% или более от общего количества, чтобы обеспечить хорошую прочность угольных брикетов в горячем состоянии. Если доля частиц большого размера в обуглившемся веществе при способе оценки прочности угольных брикетов в горячем состоянии составляет менее 60%, то угольные брикеты недостаточно сгорают в установке плавления-газификации и в избыточном количестве скапливаются в сборнике пыли, что приводит к увеличению стоимости производства и стоимости топлива.
3
3
Существует различие в объеме угольных брикетов и кускового угля при загрузке в установку плавления-газификации. Изготовляют угольные брикеты, имеющие однородный объем 10-50 см, предпочтительно 20-40 см. Так как размеры кускового угля, полученного в природном состоянии, меньше, чем размеры угольных брикетов, с точки зрения вентиляции предпочтительно использовать угольные брикеты большего размера. Вышеупомянутый диапазон объема для угольных брикетов является оптимальным значением для того, чтобы обеспечить хорошую вентиляцию с учетом объема кускового угля.
Если в установку плавления-газификации для формирования слоя уплотненного угля загружают одновременно изготовленные таким образом угольные брикеты и кусковой уголь с диаметром частиц свыше 8 мм, то кусковой уголь с его природными компонентами и свойствами может не удовлетворять требованиям по компонентам и свойствам для установки плавления-газификации. Следовательно, предпочтительно, чтобы количество используемых угольных брикетов было отрегулировано в соответствии с компонентами и свойствами кускового угля, чтобы удовлетворять требованиям по компонентам и свойствам для установки плавления-газификации.
Соответственно, для загрузки в установку плавления-газификации применяют угольные брикеты в количестве 20-80 мас.% от общего количества угля. Если количество угольных брикетов составляет менее 20 мас.% от общего количества угля, трудно улучшить распределение газа, газификацию, реакцию сгорания, поток жидкого чугуна и шлаков и т.д. Если количество угольных брикетов превышает 80 мас.%, то количество используемого кускового угля в существенной степени сводится к минимуму, так что возникают проблемы в отношении эффективного использования запасов угольного сырья.
2
2
2
Особенно если жидкий чугун получают с использованием только кускового угля, количество загруженного SiO составляет примерно 100 кг на тонну угля, так что в горячей зоне сгорания в нижней области угольного слоя образуется SiO и будет смешиваться с расплавленным железом, которое восстанавливается и расплавляется в области газификации угольного слоя, тем самым увеличивая содержание [Si] в жидком чугуне. Напротив, так как количество угольной золы в исходном угле можно снизить и отрегулировать при загрузке угольных брикетов, в которые был подмешан уголь для регулирования качества, то загруженное количество SiO снижается приблизительно до 55 кг на 1 тонну угольных брикетов, чтобы таким образом свести к минимуму количество образующегося газа SiO. В итоге снижается содержание [Si] в жидком чугуне.
Если жидкий чугун получают с использованием угольных брикетов, полученных вышеупомянутым способом, предпочтительно, чтобы содержание растворенного Si в жидком чугуне составляло 1 мас.% или менее. Если содержание растворенного Si в жидком чугуне составляет более 1 мас.%, качество жидкого чугуна снижается.
Далее данное изобретение описано более подробно посредством экспериментальных примеров. Нижеследующие экспериментальные примеры просто иллюстрируют данное изобретение и ни в коей мере не ограничивают его.
Экспериментальные примеры
В следующих далее экспериментальных примерах были проведены следующие эксперименты в попытке получения жидкого чугуна хорошего качества путем регулирования коэффициента отражения и соотношения при смешивании угля для регулирования качества, а также количества применяемых угольных брикетов. Описаны экспериментальные примеры данного изобретения, в которых изменяется коэффициент отражения и соотношение при смешивании угля для регулирования качества, а также количество используемых угольных брикетов.
Коэффициент отражения и соотношение при смешивании угля для регулирования качества
m
В экспериментальных примерах по данному изобретению для получения угольных брикетов смешивали различные типы угля с различным средним коэффициентом отражения (R), а затем измеряли их прочность в горячем состоянии. Это показано в Таблице 1 ниже. Для того чтобы увеличить качество мелкого угля, для смешивания с мелким углем использовали группы угля для регулирования качества, имеющие средний коэффициент отражения выше, чем у мелкого угля.
Таблица 1
Группа угля
Технический анализ (в расчете на сухое вещество, мас.%)
Средний коэффициент отражения (R<sub>m</sub>)
Содержание летучего вещества
Угольная зола
Связанный углерод
А
16,6
8,5
74,9
1,45
В
18,0
14,1
67,9
1,27
С
19,1
6,9
74,0
1,00
D
34,8
6,8
58,3
0,80
Е
34,4
7,4
58,2
0,71
F
26,2
10,4
63,4
0,78
G
34,0
9,4
56,6
0,68
В экспериментальных примерах 1-8 по данному изобретению после смешивания угля групп типа с А по F, имеющих диаметр частиц 4 мм или менее, для изготовления с помощью пресс-вальцев угольных брикетов в форме подушечек размером 64,5 мм × 25,4 мм × 19,1 мм, смешивали 8 массовых частей мелассового связующего и 3 массовых части негашеной извести в качестве отверждающего агента в расчете на 100 массовых частей угольной смеси. Затем измеряли прочность угольных брикетов в горячем состоянии. Далее, для сравнения с экспериментальными примерами 1-10, в Сравнительных примерах 1-3 смешивали 8 массовых частей мелассового связующего и 3 массовых части негашеной извести в качестве отверждающего агента с одной из групп угля типа Е и типа F, которые имеют свойства, сходные со свойствами мелкого угля, и с использованием пресс-вальцев были изготовлены угольные брикеты. Затем была измерена прочность в горячем состоянии этих угольных брикетов. В случае группы угля G-типа использовали кусковой уголь вместо угольных брикетов и измеряли его прочность в горячем состоянии.
Измерение прочности в горячем состоянии для определения степени пиролиза угольных брикетов, происходящего в установке плавления-газификации, проводили с использованием установки 30 для испытания на пиролиз, показанной на Фиг.3. На Фиг.3 представлено схематическое изображение установки для испытания на пиролиз, применяемой для измерения прочности в горячем состоянии угольных брикетов в экспериментальных примерах по данному изобретению. Температуру в установке 30 для испытания на пиролиз поддерживали на 1000°С и через ее нижнюю часть пропускали газообразный азот со скоростью 2 литра в минуту для поддержания инертной атмосферы. При этих условиях испытуемые изделия 36 - угольные брикеты - помещали в кварцевую трубку 33 диаметром 60 мм, по два одновременно с интервалами 10 минут. Это повторяли четыре раза для испытания в целом 8 испытуемых изделий 36 - угольных брикетов. После подачи испытуемых образцов 36 - угольных брикетов, рудные образцы были извлечены и охлаждены, и с использованием стандартного сита были определены изменения в распределении частиц по размерам. Так как чем ниже степень пиролиза, тем выше прочность в горячем состоянии, считали, что прочность в горячем состоянии является хорошей, если имеется значительное количество крупного обуглившегося вещества и минимальное количество мелкого обуглившегося вещества. В экспериментальных примерах по данному изобретению прочность в горячем состоянии определяли, исследуя распределение обуглившегося вещества с большим размером частиц - порядка 15 мм или более, и обуглившегося вещества с маленьким размером частиц - порядка 10 мм или менее.
Экспериментальный пример 1
Со ссылкой на Таблицу 1, после смешивания группы угля Е-типа (70 мас.%) и группы угля А-типа (30 мас.%), для производства угольных брикетов добавили 8 массовых частей мелассового связующего и 3 массовых части негашеной извести в качестве отверждающего агента. Затем измеряли прочность угольных брикетов в горячем состоянии.
Экспериментальный пример 2
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что смешивали группу угля Е-типа (70 мас.%) и группу угля В-типа (30 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 2 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Экспериментальный пример 3
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что смешивали группу угля Е-типа (70 мас.%) и группу угля С-типа (30 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 3 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Экспериментальный пример 4
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что смешивали группу угля Е-типа (50 мас.%) и группу угля С-типа (50 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 4 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Экспериментальный пример 5
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что смешивали группу угля F-типа (20 мас.%) и группу угля В-типа (80 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 5 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Экспериментальный пример 6
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что смешивали группу угля Е-типа (80 мас.%) и группу угля D-типа (20 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 6 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Экспериментальный пример 7
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что смешивали группу угля Е-типа (85 мас.%) и группу угля D-типа (15 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 7 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Экспериментальный пример 8
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что смешивали группу угля Е-типа (50 мас.%) и группу угля F-типа (50 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 8 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Экспериментальный пример 9
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что смешивали группу угля Е-типа (10 мас.%) и группу угля А-типа (90 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 9 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Экспериментальный пример 10
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что смешивали группу угля Е-типа (10 мас.%) и группу угля В-типа (90 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 10 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Сравнительный пример 1
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что использовали группу угля Е-типа (100 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 11 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Сравнительный пример 2
Со ссылкой на Таблицу 1, за исключением того, что использовали группу угля F-типа (100 мас.%), остальные аспекты экспериментального примера 12 были идентичны экспериментальному примеру 1.
Сравнительный пример 3
Для всех групп угля G-типа использовали только кусковые угли, а угольные брикеты не использовали.
Была измерена прочность в горячем состоянии угольных брикетов, изготовленных согласно экспериментальным примерам и равнительным примерам, которая приведена ниже в Таблице 2.
Таблица 2
Соотношение углей при смешивании
Прочность в гор. состоянии (доля частиц больш. размера)
Прочность в гор. состоянии (доля частиц мал. размера)
Эксп. пример 1
Е/70 мас.%
А/30 мас.%
75,0%
2,2%
Эксп. пример 2
Е/70 мас.%
В/30 мас.%
72,2%
1,2%
Эксп. пример 3
Е/70 мас.%
С/30 мас.%
66,8%
1,2%
Эксп. пример 4
Е/50 мас.%
С/50 мас.%
65,9%
2,6%
Эксп. пример 5
F/20 мас.%
В/80 мас.%
87,8%
1,5%
Эксп. пример 6
Е/80 мас.%
D/20 мас.%
65,1%
1,8%
Эксп. пример 7
Е/85 мас.%
D/15 мас.%
60,7%
2,9%
Эксп. пример 8
Е/50 мас.%
F/50 мас.%
54,5%
2,7%
Эксп. пример 9
Е/10 мас.%
А/90 мас.%
86,5%
1,9%
Эксп. пример 10
Е/10 мас.%
В/90 мас.%
90,9%
1,4%
Сравн. пример 1
Е/100 мас.%
-
56,5%
7,2%
Сравн. пример 2
F/100 мас.%
-
50,1%
2,9%
Сравн. пример 3
G/100 мас.%
-
57,0%
2,8%
При использовании только кускового угля, без угольных брикетов, для получения жидкого чугуна (Сравнительный пример 3) прочность в горячем состоянии составляет приблизительно 57,0%. Следовательно, прочность в горячем состоянии при изготовлении угольных брикетов путем смешивания углей должна быть лучше, чем прочность в горячем состоянии при использовании только кусковых углей, обеспечивая таким образом более экономичное производство.
Как показано в Таблице 2, в случае Экспериментальных примеров 1-7 и Экспериментальных примеров 9 и 10 доля обуглившегося вещества с диаметром частиц 15 мм или более составляет по меньшей мере 60%, а доля обуглившегося вещества с диаметром частиц 10 мм или менее не превышает 3%, так что прочность в горячем состоянии относительно высока. С другой стороны, в случае Экспериментального примера 8 и Сравнительных примеров 1-3 доля обуглившегося вещества с диаметром частиц по меньшей мере 15 мм составляет менее 60%, а доля обуглившегося вещества с диаметром частиц порядка 10 мм или менее составляет по меньшей мере 2,7%, что указывает на относительно низкую прочность в горячем состоянии.
Кроме того, из Экспериментальных примеров 5, 9 и 10 очевидно, что если в качестве угля для регулирования качества подмешано, соответственно, 80 мас.% группы угля В-типа, 90 мас.% группы угля А-типа и 90 мас.% группы угля В-типа, имеются лишь слабые изменения прочности в горячем состоянии, и прочность в горячем состоянии составляет, соответственно, 87,8%, 86,5% и 90,9%.
Из вышеприведенных экспериментальных примеров очевидно, что можно получить относительно высокую прочность в горячем состоянии, если угольные брикеты изготовлены путем смешивания углей, коэффициент отражения которых равен или превышает коэффициент отражения группы углей D-типа. Соответственно, предпочтительно, чтобы средний коэффициент отражения углей для регулирования качества был по меньшей мере равен этой величине для группы углей D-типа - 0,8. Более предпочтительно, чтобы средний коэффициент отражения углей для регулирования качества был равен этой величине для группы углей В-типа - 1,27, чтобы прочность в горячем состоянии была свыше 70,0 мас.%.
Далее, из Экспериментального примера 7 очевидно, что уголь для регулирования качества следует добавлять в количестве по меньшей мере 15% для получения угольных брикетов, имеющих предпочтительную прочность в горячем состоянии.
Соотношение применения угольных брикетов
В экспериментальных примерах по данному изобретению при изготовлении угольных брикетов по Экспериментальным примерам 2 и 3 с помощью следующих экспериментов были определены свойства жидкого чугуна в соответствии с количеством угольных брикетов.
Использование угольных брикетов по Экспериментальному примеру 2
Для того чтобы определить свойства жидкого чугуна в зависимости от соотношения в смеси угольных брикетов и кускового угля, регулировали количество угольных брикетов, изготовленных согласно Экспериментальному примеру 2, для проведения следующих экспериментов. Результаты экспериментов приведены в Таблице 3.
Экспериментальный пример 2-1
После смешивания группы угля Е-типа (70 мас.%) и группы угля В-типа (30 мас.%), как в Экспериментальном примере 2, были изготовлены угольные брикеты путем смешивания 8 массовых частей мелассового связующего и 3 массовых частей негашеной извести в качестве отверждающего агента. Угольные брикеты использовали в количестве 20 мас.% от загруженного угля, а кусковой уголь использовали в количестве оставшихся 80 мас.% от загруженного угля.
Экспериментальный пример 2-2
Угольные брикеты Экспериментального примера 2 были использованы в количестве 30 мас.% от загруженного угля, а кусковой уголь был использован в количестве остальных 70 мас.% от загруженного угля.
Экспериментальный пример 2-3
Угольные брикеты Экспериментального примера 2 были использованы в количестве 50% от загруженного угля, а кусковой уголь был использован на оставшиеся 50% от загруженного угля.
Сравнительный пример 4
В установку плавления-газификации загружали только кусковой уголь, а угольные брикеты не использовали.
Таблица 3
Экспер. пример 2-1
Экспер. пример 2-2
Экспер. пример 2-3
Сравн. пример 4
Соотношение угольных брикетов при использовании (мас.%)
20
30
50
0
Затраты топлива (т/ч)
1037
1031
1019
1055
Разность давлений в установке плавления - газификации (кг/см<sup>2</sup>)
Давление дутья
4,4
4,3
4,0
4,5
Потери давления
2,02
1,82
1,75
2,03
Температура жидкого чугуна (°С)
1503
1520
1520
1493
[Si] в жидком чугуне (%)
0,72
0,60
0,50
1,13
Как показано в Таблице 3, когда количество применяемых угольных брикетов превышает 20%, давление дутья и потери давления в установке плавления-газификации стабилизируются, так что распределение газа становится однородным и вентиляция улучшается. Это является следствием того факта, что, поскольку используются угольные брикеты, размер частиц загруженного угля становится однородным, а частицы обуглившегося вещества становятся стабильными при высокой температуре. Соответственно, происходит увеличение эффективности теплообмена между газом, поднимающимся из нижней области установки плавления-газификации, и жидким чугуном, опускающимся из верхней области установки плавления-газификации. Результатом является увеличение скорости получения жидкого чугуна и снижение затрат топлива.
Использование угольных брикетов экспериментального примера 3
Для того чтобы определить свойства жидкого чугуна в зависимости от соотношения в смеси угольных брикетов и кускового угля, изменяли количество угольных брикетов, изготовленных в соответствии с Экспериментальным примером 3, и были проведены следующие эксперименты. Результаты экспериментов приведены в Таблице 4 ниже.
Экспериментальный пример 3-1
После смешивания группы угля Е-типа в количестве 70 мас.% и группы угля С-типа в количестве 30 мас.%, как в Экспериментальном примере 3, были изготовлены угольные брикеты путем смешивания 8 массовых частей мелассового связующего и 3 массовых частей негашеной извести в качестве отверждающего агента. Угольные брикеты использовали в количестве 20 мас.% от загруженного угля, а в качестве оставшихся 80 мас.% от загруженного количества угля использовали кусковой уголь. Затем загрузили небольшое количество кокса для поддержания стабильных условий работы установки плавления-газификации.
Экспериментальный пример 3-2
Угольные брикеты Экспериментального примера 3 использовали в количестве 40% от загруженного количества угля; остальные 60 мас.% от загруженного количества угля составлял кусковой уголь. Затем загрузили небольшое количество кокса для поддержания стабильных условий работы установки плавления-газификации.
Экспериментальный пример 3-3
Угольные брикеты Экспериментального примера 3 использовали в количестве 50% от загруженного количества угля; остальные 50 мас.% от загруженного количества угля составлял кусковой уголь.
Сравнительный пример 5
В установку плавления-газификации загружали только кусковой уголь, а угольные брикеты не использовали. Затем загрузили небольшое количество кокса для поддержания стабильных условий работы установки плавления-газификации.
Таблица 4
Экспер. пример 3-1
Экспер. пример 3-2
Экспер. пример 3-3
Сравн. пример 5
Используемое соотношение угольных брикетов (мас.%)
20
40
50
0
Установка плавления - газификации
Используемое соотношение кокса
10
8
0
12
Тем. жид. чугуна (°С)
Среднее
1498
1503
1507
1497
Отклонение
6,9
5,7
4,4
12,9
[Si] в жид. чугуне (%)
Среднее
0,92
0,90
0,59
1,15
Отклонение
0,12
0,11
0,10
0,15
Как видно из результатов, приведенных в Таблице 4, если количество используемых угольных брикетов возрастает свыше 20 мас.%, отклонение по температуре жидкого чугуна постепенно снижается. Кроме того, если угольные брикеты используют в количестве 50% от загруженного угля, как в Экспериментальном примере 3-3, то количество [Si] в жидком чугуне существенно снижается до 0,59%, и по мере увеличения количества используемых угольных брикетов температура жидкого чугуна и концентрация [Si] в расплавленном железе существенно снижаются.
Кроме того, с увеличением количества угольных брикетов, которые были использованы, распределение газового потока становится однородным за счет увеличения проницаемости слоя уплотненного угля, а прочность обуглившегося вещества угольных брикетов возрастает, значительно улучшая проницаемость для жидкости в нижней области слоя уплотненного угля. Таким образом, количество используемого кокса постепенно снижается, так что при использовании 50 мас.% угольных брикетов, как в Экспериментальном примере 3-3, возможно поддерживать стабильную работу даже без применения кокса.
С другой стороны, если угольные брикеты не используют, а используют только кусковой уголь, как в Сравнительном примере 5, распределение потока газа в слое уплотненного угля становится однородным, а проницаемость для жидкости в нем улучшается. Для того чтобы регулировать реакцию газификации, было необходимо использовать менее реакционно-способный кокс с более высокой прочностью в количестве приблизительно 12 массовых частей.
В данном изобретении, описанном выше, для получения жидкого чугуна можно применять угольные брикеты, использующие уголь с широким распределением частиц по размерам; в то же время используют уголь для регулирования качества со средним коэффициентом отражения 0,8 или выше.
Кроме того, контролируя заданную величину среднего коэффициента отражения угля для регулирования качества, соотношение в смеси мелассового связующего и отверждающего агента, соотношение в смеси мелкого угля и угля для регулирования качества, а также количество используемых угольных брикетов, можно выполнить различные условия в установке плавления-газификации, необходимые для получения жидкого чугуна, такие как скорость разрушения в горячих условиях, прочность в горячих условиях, количество угольной золы и количество связанного углерода.
Кроме того, в устройстве для получения жидкого чугуна по данному изобретению использован блок предварительной обработки для повторной сушки и классификации по размерам частиц, так что конечное качество угольных брикетов улучшается.
В устройстве для получения жидкого чугуна по данному изобретению отдельно используется бункер для связующего, чтобы можно было соответствующим образом регулировать количество подаваемого мелассового связующего, таким образом существенно облегчая процесс.
Кроме того, в установке для получения жидкого чугуна по данному изобретению смеситель может включать месильную машину, чтобы хорошо связать угольную смесь и мелассовое связующее, что улучшает конечное качество угольных брикетов.
Установка для изготовления жидкого чугуна по данному изобретению включает также бункер для хранения угольных брикетов для временного хранения изготовленных угольных брикетов. В результате количество угольных брикетов, загруженных в установку плавления-газификации, можно гибко регулировать в зависимости от условий производства.
Хотя исполнения данного изобретения были подробно описаны выше в связи с конкретными примерными воплощениями, следует понимать, что данное изобретение не ограничено этими описанными примерными воплощениями, но, наоборот, предполагается, что оно охватывает различные модификации и/или эквивалентные устройства в пределах сущности и объема данного изобретения, как это выражено в приложенной формуле изобретения.