ДОБАВКА К УГОЛЬНЫМ ШИХТАМ
ADDITIVE TO COAL CHARGE

Изобретение относится к области получения металлургического кокса и может быть использовано в металлургии, в частности на коксохимических предприятиях.
Известна добавка коксующая по патенту РФ №2355729. В качестве коксующей добавки к угольным шихтам, используемым для производства металлургического кокса, используют нефтяной кокс с выходом летучих веществ в интервале более 14% и менее 25%.
Известная добавка используется только как коксующая.
Задача, решаемая изобретением, - создание универсальной добавки к угольным шихтам, обеспечивающей совместное коксование в шихтах углей с разными пластическими свойствами (с разными интервалами пластичности), а также улучшающей качество кокса.
Поставленная задача решается за счет того, что в качестве универсальной добавки к угольным шихтам, используемым для производства металлургического кокса, применяют продукт замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков с содержанием летучих от 12 до 25% и температурным интервалом пластичности не менее 120°С.
Заявляемая добавка представляет собой продукт замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков, получаемый в более «мягком» температурном режиме по сравнению с температурным режимом коксования.
В результате получается продукт с неожиданно очень большим интервалом пластичности 120-350°С в интервале температур от 200°С до 550°С. Данный интервал пластичности замеряли по методу Гизелера, пластометрическим способом по методу Сапожникова и по методу Одибера-Арну.
Заявляемая добавка обеспечивает улучшение коксующих и спекающих свойств угольных шихт, состоящих из разнородного исходного сырья, за счет расширения диапазона непрерывного температурного интервала пластичности всей угольной шихты вплоть до 350°С (при температуре начала пластичности 200°С и температуре затвердевания 550°С). Для этого заявляемую добавку вводят в состав шихты для коксования. Собственный интервал пластичности заявляемой добавки перекрывает температурные интервалы пластичности всех входящих в состав шихт углей, что ликвидирует разрывы интервалов пластичности и усиливает спекаемость всех и каждого из углей, входящих в шихту. Это приводит к уплотнению угольной загрузки при коксовании, повышению плотности кускового тела кокса, улучшению его прочности, снижению истираемости и реакционной способности.
Реальная угольная сырьевая база коксования России не может обеспечить оптимальное соотношение марок углей в шихте при соблюдении совокупности определенных ограничений свойств шихты, поэтому для повышения качества кокса в угольную шихту необходимо вводить коксующие добавки. Учитывая масштабы коксового производства, добавка должна быть доступной по количеству, цене и не иметь направления более квалифицированного использования. В настоящее время и в обозримом будущем таким требованиям может отвечать только продукт пиролиза нефти. Известны попытки влияния на показатели прочности кокса путем добавок к угольной шихте различных органических материалов как коксохимического, так и нефтехимического происхождения. Основной целью этих работ было внедрение в шихты для коксования большего количества слабоспекающихся и газовых углей при снижении долевого участия коксовых и жирных, при этом главным являлось обеспечение прочности кокса на прежнем уровне или даже ее повышение.
Заявляемая добавка, как уже отмечалось, получена методом замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков. Этот продукт можно назвать нефтяным полукоксом, потому что температура предварительного нагрева тяжелого остатка переработки нефти (пиролизной смолы, гудрона и др.) не превышает 500°С и выход летучих веществ из полученного материала составляет 12-25% против 6-12% для обычного нефтяного кокса. Летучие вещества, содержащиеся в таком «модифицированном» нефтяном коксе, представляют собой нескоксовавшиеся углеводороды, характеризующиеся высокой ароматичностью, термостойкостью и способностью образовывать жидкую фазу при нагревании. Причем чем больше содержание летучих веществ в добавке, тем больше содержание в ней этих углеводородов, повышающих термопластические свойства добавки: спекаемость и температурный интервал пластического состояния.
Как известно, в процессе коксования компоненты угольной шихты подвергаются термической деструкции с образованием большого количества осколков макромолекул. Однако, как известно, не все образующиеся осколки макромолекул способны находиться в жидком состоянии и формировать пластическую массу. Поэтому введение в угольную шихту добавки с повышенным температурным интервалом пластичности должно способствовать при коксовании образованию большого количества пластической массы для цементирования относительно инертных угольных зерен. Добавка в процессе коксования размягчается, структура добавки становится вязкая, добавка как бы обволакивает куски шихты, скрепляя их между собой, образуя куски кокса.
На фиг.1 представлена кривая, характеризующая температурный интервал пластичности угля марки Hard Coking Coal (HCC) Peak Downs (Австралия), который считается наиболее ценным для производства кокса.
На фиг.2 представлена кривая, характеризующая температурный интервал пластичности заявляемой добавки.
Кривые на фиг.1 и 2 представляют собой модель коксования по методу Одибера-Арну.
На обеих кривых, представленных на фиг.1 и фиг.2:
1
точка t - точка размягчения продукта (точка начала пластического состояния);
2
точка t - точка максимального сжатия;
3
точка t - точка затвердевания продукта (точка конца пластического состояния).
1
3
1
2
1
3
1
2
3
2
1
2
Кривая, изображенная на фиг.1, представляет собой модель коксования углей марки HCC. В пластическом состоянии (в интервале между точками t и t) происходит спекание между собой зерен угля, подвергающихся коксованию (включая угли и все добавки). При нахождении угля коксующихся марок в температурном интервале между точками t и t происходит уменьшение его объема, уголь уплотняется. При коксовании угля марки HCC (фиг.1) его объем уменьшается до 40,35%. Общий температурный интервал пластичности угля марки HCC находится в интервале между 402°С (точка t) и 480°С (точка t). Такие температурные значения контрольных точек (t, t, t) означают, что уголь быстро переходит из твердого состояния в пластичное - до точки максимального сжатия 450°С (точка t), т.к. кривая на фиг.1 резко (почти вертикально) падает от точки t к точке t. В этот интервал уголь уплотняется. Поскольку уголь находится в пластичном состоянии в небольшом температурном интервале, он не успевает достаточно качественно взаимодействовать с зернами отличных от него других углей. После точки максимальной пластичности продукт также быстро затвердевает.
1
3
1
2
1
2
Кривая, изображенная на фиг.2, представляет собой модель коксования заявляемой добавки. Температурный интервал пластичности добавки очень большой - от 219°С (точка t) до 471°С (точка t). Плавный (почти пологий) характер кривой от точки t к точке t означает, что добавка очень долго (в широком температурном интервале) находится в состоянии пластичности (от точки t к точке t).
На чертежах приведены сведения о показателях «a» и «b». Показатель «a» характеризует максимальное сжатие пробы в процентах. Коэффициент «b» характеризует последующее расширение пробы.
Показатели «a» и «b» на обеих кривых примерно одинаковые, что свидетельствует о том, что показатели спекаемости и коксуемости заявляемой добавки и угля марки Hard Coking Coal равнозначны. Т.е. спекающие и коксующие свойства заявляемой добавки и угля марки Hard Coking Coal примерно одинаковы, а температурный интервал пластичности у заявляемой добавки значительно шире, что позволяет объединить в шихте для коксования разнородные марки углей с различными интервалами пластичности, улучшить коксующие свойства шихты (способность образования кускового кокса). Улучшение коксующих свойств шихты происходит за счет уплотнения шихты при коксовании происходящего из-за начинающегося при значительно меньших (по сравнению с любыми углями) значениях температуры начала пластичности. К моменту достижения точки максимального сжатия вся шихта значительно уплотнена вследствие того, что она долго находилась в пластичном состоянии под воздействием высоты загрузки коксующегося пирога.
Таким образом, заявляемая добавка обеспечивает высокое качество кокса, получаемого из углей разных марок - молодых, имеющих ранний температурный интервал пластичности, объединенных со старыми высокометаморфизованными углями, имеющими более поздний (высокий) температурный интервал пластичности. Если в качестве шихты для коксования использовать смесь таких углей без добавки, получится слабый (непрочный) кокс, т.к. известно, что разнородные угли дают слабый кокс. Заявляемая добавка увеличивает прочность кусков кокса по показателям М25 (М40), M10, а также по CSR и CRI, т.е. заявляемая добавка является улучшающей качество кокса. Т.е. можно назвать заявляемую добавку как добавку, улучшающую качество кокса.
Заявляемая добавка позволяет значительно упростить процесс коксования за счет снижения требований к исходной шихте для коксования; позволяет повысить качество кокса (прочность кокса, "горячую" и "холодную") за счет того, что вследствие широкого температурного интервала пластичности шихта начинает уплотняться при меньших температурах и находится в пластичном состоянии в очень широком интервале температур.