Способ получения кокса для доменного производства
METHOD FOR OBTAINING COKE FOR BLAST FURNACE PROCESS

Изобретение относится к области переработки углей и химической технологии твердого топлива. Может быть использовано в коксохимическом производстве, в частности получения доменного кокса из частично или полностью брикетированной угольной шихты.
Основной задачей коксохимического производства является разработка оптимальных технологических параметров подготовки и коксования угольного сырья, позволяющая максимально реализовать потенциал, заложенный в угольных концентратах.
Как известно из мировой и отечественной практики содержание мелких классов в угольной шихте для коксования негативно влияют на спекаемость и коксуемость что в свою очередь влияет на качественные характеристики получаемого кокса, а также, нарушают технологические параметры коксования и ухудшают качественные характеристики химических продуктов коксования.
Известен способ коксования частично брикетированных угольных шихт, включающий выделение из шихты флотоконцентрата, смешение флотоконцентрата с неспекающимся измельченным углем в соотношении 1:2 – 1:3 [Авторское свидетельство SU № 1171507, C10B57/08, 1985].
Известен так же способ брикетирования флотационного концентрата с измельченным тяжелым концентратом [Авторское свидетельство SU № 1399328, C10B57/08, 1988].
Недостатком приведенных способов является формирование угольной шихты из рядовых углей и дальнейшее обогащение, что не имеет технико-экономического обоснования в реальных условиях производства, как и фиксированное соотношение марочного состава угольной шихты.
Известен способ подготовки угольной шихты к коксованию, включающий дозирование, сортирование (классификацию), дробление, сушку, смешение углей. Согласно предложенному способу перед окончательным дроблением угольную шихту классифицируют по гранулометрическому составу, при этом отделяя класс фракцией менее или равной 6 мм, не подвергая ее измельчению, а оставшуюся часть шихты измельчают и смешивают с предварительно выделяемой фракцией меньше или равной 6 мм, сушат до 4-6% остаточной влажности, где отделяют пылевидный класс менее или равный 0,5 мм, с последующим его брикетированием и смешением брикетов с подсушенной шихтой для передачи в коксовое производство [Патент RU № 2550874, МПК C10B57/08, С10В53/08, С10L5/02, 2015].
Реализация данного способа возможна за счет комплексного изменения технологического передела и применения энергоемких технологических решений. Поэтому существенным недостатком данного способа подготовки угольной шихт для коксования является:
- введение дополнительного технологического передела для предварительного дробления и подсушивания угольной шихты для коксования;
- отсутствие диапазона процентного участия угольных брикетов в шихте для коксования;
- отсутствие указания размерного диапазона получаемых брикетов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ получения кокса для доменного производства, в котором формирование угольной шихты для коксовых батарей производится из 100% угольных концентратов марки Ж, при этом процесс коксования осуществляется за 14-18 часов в зависимости от конструкции коксовой батареи при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400°С, при этом получаемый продукт коксования имеет характеристику по показателю прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 48,0% [Патент RU № 2745787, МПК C10B57/04, C10B57/16, 2021].
Недостатком данного технического решения является то, что он не предполагает использование в шихте угольных брикетов, что, в свою очередь, не позволяет утилизировать угольную мелочь.
Технический результат предлагаемого изобретения – разработка способ подготовки угольной шихты для коксования с высокими технологическими свойствами, позволяющего максимально реализовать технологический потенциал угольных концентратов и за счет повышения качества кокса снизить его расход в доменном производстве.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения кокса для доменного производства, включающем коксование шихты при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400 °С за 14-20 ч, согласно изобретению, шихта имеет следующие компоненты, мас.%:
угольные брикеты – 5,0 – 100,0;
угольная шихта – 0 – 95,0,
при этом размер угольных брикетов составляет не более 60 мм по любому из направлений, и они получены из угольной мелочи с размером частиц не более 1,0 мм, выходом летучих веществ 0-38%, зольностью 0-20% и связующего в количестве 0-5 % от массы угольной мелочи.
В качестве угольной шихты применяют угли марок: газовые, газово-жирные, жирные, коксообразующие, коксообразующие-слабоспекающиеся, слабоспекающиеся, отощенные, тощие.
Угольные брикеты перед коксованием могут подвергаться предварительному дроблению.
Получаемый кокс имеет характеристики по показателю прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 45,0 %.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Мелкие классы угольных концентратов с размером частиц не более 1 мм формируются в угольные брикеты размером не более 60 мм по любому из направлений, с использованием не более 5% связующего вещества. Полученные брикеты дозируются в шихту в соответствии с заданными шихтовыми условиями как отдельный компонент.
Соотношение в шихте углей отдельных технологических групп определяется как ресурсами, так и свойствами угольных концентратов. Процент участия брикетов в угольной шихте может варьироваться от 5 до 100%. Шаг в 5% обусловлен точностью дозировки.
Брикеты в угольную шихту подают двумя способа либо включая в существующую систему подготовки шихты с последующим дроблением или смешивая не дробленые брикеты непосредственно с подготовленной угольной шихтой.
Специальными режимами коксования компенсируется включение в угольную шихту различного процента угольных брикетов. Так коксование в течение 14-20 часов при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400 °С обеспечивает получение кокса с характеристиками на уровне качества, необходимого для последующего доменного процесса.
Характеристика готового кокса - показатель прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 45,0% свидетельствует о том, что процесс коксования прошел в полном объеме и получен продукт, пригодный для его применения на последующем доменном переделе.
В качестве примера реализации способа представлены промышленные эксперименты, проведенные в коксовом цехе ПАО Северсталь.
В качестве сырья для получения брикетов использовался угольный концентрат производства ВоркутаУголь крупностью «-1,0 мм» из которого путем брикетирования получены два вида брикетов «Семечки» диаметр 4-6 мм – получены методом экструзии. «Пельмешки» 30х30х20 мм – получены при использовании, технологии валкового брикетирования.
Пример 1
Угольные брикеты «семечки» имели цилиндрическую форму диаметром 4-6 мм и длину 5-30 мм. Качественные характеристики угольных брикетов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование пробы
Технический анализ
Ad,%
Vdaf, %
Брикеты С («семечки»)
8,6
33,4
В рамках эксперимента был получен кокс из двух вариантов шихты:
- состоящей из 100% угольных брикетов «семечки»;
- из смеси брикетов «семечки» с угольной шихтой в соотношении 50х50%.
Качественные характеристики кокса и технологические параметры коксования представлены в таблице 2.
Таблица 2
Наименованиепробы
Ad,%
М40, %
М10, %
CRI, %
CSR, %
Период, ч
Темпера-тура, °С
Кокс из 100% брикетов «семечки»
11,8
68,8
7,2
36,8
49,1
16:48
1305
Кокс из 50% брикетов «семечки»
11,1
67,0
6,7
32,6
52,3
16:48
1306
Пример 2
Угольные брикеты «пельмешки» имели форму сплюснутого эллипсоида 30х30х20 мм. Качественные характеристики угольных брикетов приведены в таблице 3.
Таблица 3
Наименование пробы
Технический анализ
Ad,%
Vdaf, %
Брикеты («пельмешки»)
9,2
33,7
В рамках эксперимента получен кокс из шихты, состоящей из смеси угольных брикетов с угольной шихтой в соотношении 50х50%. Качественные характеристики кокса и технологические параметры коксования представлены в таблице 4.
Таблица 4
Наименованиепробы
Ad,%
М40, %
М10, %
CRI, %
CSR, %
Период, ч
Тем-ра, С
Кокс из 50% брикетов П
11,9
62,8
7,0
37,5
48,5
17:10
1294
Как можно видеть, полученный в ходе экспериментов кокс, полностью соответствовал требованиям, предъявляемым к нему на последующих металлургических переделах.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что благодаря повышению качественных характеристик кокса снижается его расход на производства чугуна, использование данной технологии максимизирует технологический потенциал угольных концентратов, что в свою очередь положительно сказывается на снижении себестоимости как чугуна, так и готового металлопроката, а также снижает экологическую нагрузку на производственную среду.