Угольный брикет и способ его производства
COAL BRIQUETTE AND ITS PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к брикетам, применяемым в металлургии. Более конкретно изобретение относится к брикетам, которые получают из угольной мелочи.
Известен способ, включающий измельчения угля, термообработку, смешивание со связующим и прессование. При этом смешивают уголь со связующим при пиролизе угольной мелочи, а прессуют «шоколад»-образные плиты между полимерными пленками [Патент RU № 2268290, МПК C10L 5/10, C10L 9/08, 2006].
Недостатком данного способа является необходимость измельчения крупных фракции угля и последующая термообработка измельченного угля до развития пиролитических процессов, связанных с выделением первичных летучих веществ, а также сложность технической реализации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является брикет и способ его производства, включающий в себя операции смешивания 1-5 вес.ч. негашеной извести со 100 вес.ч. угольной мелочи и выдерживания смеси, смешивания 7-15 вес. ч. мелассы с выдержанной смесью, их перемешивания и прямого формования перемешанной смеси с целью формирования брикетов [Патент RU № 2224007, МПК C10L 5/02, C10L 5/06, 2004].
Недостатком данного способа является необходимость использования двухкомпонентного связующего с высокой долей участия, а также необходимость вылеживания смеси между дозировками связующего, что приводит к ограничениям производительности комплекса производства угольных брикетов, либо вводит необходимость строительства промежуточных бункеров вылеживания внушительных размеров.
Технический результат предлагаемого изобретения – разработка способа производства угольных брикетов, позволяющего использовать угольную мелочь, с целью дальнейшего использования брикетов в шихте для коксования.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства угольных брикетов для коксования, включающем операции смешения компонентов брикета и формование брикетов, согласно изобретению производят смешение угольной мелочи с размером частиц не более 1 мм, выходом летучих веществ 0-38%, зольностью 0-20%, и связующего в количестве 0 – 5 % от массы угольной мелочи, в течение не менее 5 мин, осуществляют формование брикетов размером не более 35 мм по любому из направлений, производят их сушку при температуре 10 - 150°С в течение 5 - 60 мин, при этом, его влажность составляет не более 20 %, а выход целевой фракции составляет не менее 90%.
В качестве связующего применяют или муку с содержанием клейковины не менее 20% и/или мелассу и/или смолу каменноугольную и/или пек нефтяной и коксохимический и/или полимерные связующие на основе лигносульфоната, поливинилацетата, портландцемента.
2
3
2
Формование брикетов осуществляется на валковых прессах с усилием не менее    50 тс/см или при помощи вибропрессов с плотностью упаковки брикета не менее 0,9 кг/дм или при помощи экструдеров с усилием пресса не менее 10 кгс/см.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем:
Фракция угля, применяемая в настоящем изобретении (0 – 1,0мм), при использовании в составе угольной шихты, загружаемой в коксовые батареи гравитационной загрузки, оказывает негативное влияние на качество готового кокса. При этом попадание в шихту для брикетирования угля, фракцией более 1,0 мм не критично. Обычно 80±2% частиц угольной шихты, используемой при коксовании, должны находится во фракционном диапазоне 0 – 3,0 мм. Согласно изобретению, габариты получаемого брикета не должны превышать 35 мм по любому из направлений – экспериментально подтверждено положительное влияние на качество готового кокса использование не дробленых брикетов, вышеуказанного размера, при этом чем ближе будет размер брикета к целевым размерам готовой шихты, тем более благоприятное воздействие будет оказываться на процесс коксования и качества готового кокса. Содержание летучих веществ и золы в угле, используемом для брикетирования, ограничиваются 38% и 20% соответственно, ввиду негативного влияния превышения данных показателей на качество готового кокса и удельный расход шихты на коксование. Также с целью экономической и технологической целесообразности расход связующего, в соответствии с изобретением, ограничивается 5% от массы угля, используемого при брикетировании – увеличение расхода связующего снижает экономические показатели технологии брикетирования угля, а также, при условии использования неорганических и некоторых органических связующих, приводит к увеличению содержания золы в готовом брикете.
В соответствии с изобретением влажность готового брикета не должна превышать 20% - это связано в первую очередь с влиянием влажности брикета на его прочностные характеристики (в соответствии с изобретением выход целевой фракции должен быть не менее 90%, в противном случае положительный эффект от использования брикетов в угольной шихте существенно снижается), сохранение этих характеристик в процессе транспортировки и хранения, а также с негативным влиянием лишней воды на процесс коксования угля, как с точки зрения тепловых затрат, так и с точки зрения периодов коксования и производительности коксовых батарей.
Согласно изобретению, предусмотрено использование следующих типов связующих – мука с содержанием клейковины не менее 20% (содержание клейковины оказывает влияние на прочностные характеристики готовых брикетов, снижение доли клейковины в муке, при сохранении прочности готовых брикетов, приводит к увеличению расхода связующего и как следствие повышает зольность готовых брикетов) и/или мелассу и/или смолу каменноугольную и/или пек нефтяной и коксохимический и/или полимерные связующие на основе лигносульфоната, поливинилацетата, портландцемента. Все перечисленные типы связующих были использованы при производстве лабораторных образцов брикетов и показали возможность их использования как индивидуально, так и в виде комбинированных связующих и обеспечивают характеристики брикетов, описанные в изобретении, при этом комбинированные смеси позволяют достигать более оптимальных показателей брикетов по влажности и зольности брикетов, понижая их, а также по выходу целевой фракции брикетов, повышая ее.
Согласно изобретению, достижение гомогенизированной смеси угля со связующим достигается при смешении компонентов в смесителе в течение не менее 5 минут (время смешения зависит от типа используемого смесителя, наибольшую эффективность для смеси, описанной в изобретении, показатели двухвалковые смесители). Снижение времени смешения компонентов приводит к увеличению расхода связующих при сохранении прочности готовых брикетов.
о
о
При проведении опытно-промышленных исследований определено, что для достижения заявленных прочностных характеристик брикетов необходимо время для окончательного набора прочности готовых брикетов. При этом время набора прочности зависит от температуры, при которой выдерживаются брикеты. Так, во время опытно-промышленного производства брикетов были получены следующие результаты – при температуре окружающей среды 10С брикеты вылеживались в течение 60 минут, а брикеты, которые проходили сушильную установку, с температурой внутри камеры сушки 150С набирали прочность за 5 минут. Также отработана технология комбинированного набора прочности брикетов «Открытый воздух – сушка».
Согласно изобретению, для получения брикетов из предложенных фракций угля и с использованием связующего до 5% и достижения выхода целевой фракции не менее 90% используются следующие технологии:
2
- формование брикетов при помощи экструдеров с усилием пресса не менее       10 кгс/см, работа с понижением усилия прессования приводит к увеличению расхода связующих веществ и как следствие к увеличению зольности готовых брикетов;
2
- формование брикетов на валковых прессах с усилием не менее 50 тс/см, понижение усилия пресса также приводит к увеличению расхода веществ и как следствие к увеличению зольности готовых брикетов;
3
- формование брикетов при помощи вибропрессов с плотностью упаковки брикета не менее 0,9 кг/дм, снижение плотности упаковки брикетов приводит к увеличению расхода связующих веществ и как следствие к увеличению зольности готовых брикетов;
Пример реализации изобретения.
2
о
l
Брикеты, соответствующие настоящему изобретению, были получены на опытно-промышленном комплексе, размещенном на промышленной площадке АО «Воркутауголь». В ходе наработки опытно-промышленной партии брикетов использовался уголь марки 2Ж, фракционным составом 0-500 мкм и влажностью 18%, содержанием летучих веществ 34% и содержанием золы 8,5%. Данный уголь, загружался в бункер, от куда с заданным расходом подавался на сборочный конвейер. На сборочный конвейер дозировалась мука (2 % от массы угольной мелочи), с содержанием клейковины 25% (связующее вещество). Компоненты шихты для брикетирования со сборочного конвейера подавались в двухвалковый смеситель, где происходила гомогенизация смеси в течение 7-8 минут. После смесителя шихта, готовая для брикетирования, при помощи конвейера, загружалась в экструдер с усилием прессования 50 кгс/см. Сырые брикеты (Ø 7мм,  = 8-10мм) после экструдера выдерживались на открытом воздухе в течение 40 минут, после чего подавались в сушильный шкаф, в котором производилась сушка в течение 10 минут, при температуре 110С. В результате готовые брикеты, влажностью 6-7%, с содержанием целевой фракции после пятикратного сбрасывания с высоты 2м – 95% отгружались в полувагоны и доставлялись в ПАО «Северсталь», г. Череповец. Доставленные брикеты загружались в камеру коксования промышленной коксовой батареи №6 в заданном соотношении с угольными концентратами, используемыми в то время в соответствии с шихтовой картой. Повышение качественных характеристик кокса, полученного с использованием угольных брикетов, соответствует предварительным лабораторным исследованиям.