Способ получения комплексного углеродистого восстановителя
Использование: изобретение относится к черной металлургии, конкретно к электропечной выплавке сплавов с использованием углеродистых восстановителей. Сущность изобретения: на подину печи загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов и марганцевого шлама в соотношении (3-4): 1, в качестве присыпки используют марганцевый шлам в количестве 0,06-0,09 от объема загруженной смеси, коксование ведут при начальной температуре подсводового пространства печи 1000°С и периоде оборота подины 80-120-мин, 3 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51>ю С 10 В 53/08
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К ПАТЕНТУ (21) 4863922/02 (22) 04.09.90 (46) 30.03.93. Бюл, № 12 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) Ю.А.Нефедов, И.Б.Соколовская, О,Ф.Букварева, А,M.Çàãîðåö, Ф.Л.Шапиро, А.Г.Кучер, Ю.П.Пашков и Л.В.Степакова (73) Днепропетровский металлургический . институт (56) Кокс и химия, ¹ 12, 1988, с. 20 — 22.
Кокс и химия, ¹ 5, 1982, с, 24 — 25. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО УГЛЕРОДИСТОГО ВОССТАНОВИТЕЛЯ
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к электропечной выплавке с использованием углеродистых восстановителей.
Цель изобретения — увеличение реакционной способности и удельного электросопротивления восстановителя, используемого в электротермических процессах, а также вовлечение в коксохимическое производство больших. запасов неиспользуемых ранее недефицитн ых энергетических углей с повышенным содержанием соединений щелочных материалов и отходов электротермических производств — марганцевых шлаков и повышение производительности кольцевой печи.
Поставленные цели достигаются тем, что сначала на подину кольцевой печи загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов и марганцевого шлама в соотношении (3 — 4):1, а затем производят присыпку свер„„5U„„1806165 А3 (57) Использование: изобретение относится к черной металлургии, конкретно к электропечной выплавке сплавов с использованием углеродистых восстановителей. Сущность изобретения: на подину печи загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов и марганцевого шлама в соотношении (3 — 4):1, в качестве присыпки используют марганцевый шлам в количестве 0,06 — 0,09 от объема загруженной смеси, коксование ведут при начальной температуре подсводового пространства печи 1000 С и периоде оборота подины 80 — 120 мин, 3 табл. ху, в качестве присыпки используют марганцевый шлам в количестве 0,06 — 0,09 от объема загруженной смеси, коксование ведут при начальной температуре в подсводовом пространстве печи 1000 С и периода скорости подины (80 — 120) мин.
С)
Заявляемая совокупность признаков О1 определяется тремя основными факторами: а использованием для коксования материа- ОО лов, имеющих различную теплопровод- (д ность; наличием слоя присыпки; присутствием в исходном сырье соединений щелочных металлов.
Введение в угольную загрузку марганцевого шлама, имеющего большую теплопроводность (0,88 — 0,93 Вт/(м град)) чем коксуемый уголь (0,38-0,40 Вт/ (м.град)), приводит к увеличению ее теплопроводности более чем в 1,5 раза, что позволяет сократить время коксования до 80 мин при высоте слоя загрузки 150 мм, или увеличить
1806165 высоту слоя загрузки 250 мм при периоде коксования 120 мин, В способах аналога и прототипа эти величины равны соответственно 2,5ч(150мин) и 3 ч (180 мин) при максимальной высоте слоя загрузки 150 мм. Уменьшение периода коксования ниже 180 мин приведет к тому, что получаемый восстановитель будет иметь низкую степень готовности. При 120 мин процесс косования слоя 250 мл полностью завершается равномерно по всей высоте, Уменьшение высоты слоя загрузки смеси ниже 150 мм при повышенной теплопроводности смеси нецелесообразно из-за условий эксплуатации ходовой части печи.
Увеличение высоты слоя загрузки смеси свыше 250 мм также нецелесообразно по конструктивным особенностям кольцевой печи.
Поскольку при коксовании угля (в отличие от брикетов) скорость нагрева в первой зоне неограничена, то начальная температура может быть поднята до 1000 С. По конструктивным особенностям кольцевой печи в случае повышения температуры в первой зоне выше 1000 С возможен перегрев разделительной огнеупорной перегородки между узлами загрузки угля и выгрузки кокса, Все это в совокупности приводит к увеличению производительности кольцевой печи и обеспечивает получение высокопористого восстановителя с высокой реакционной способностью и удельным электросопротивлением.
Оптимальным соотношением угля и шлама является 3,5;1,0. При соотношении, отличающемся от 3:1 (например, 2,5:1,0), количество углерода в комплексном восстанновителе недостатЬчно для проявления восстановительных свойств, При этом увеличенное количество шлама приводит к превышению допустимой нормы (зольных примесей) в коксе. При соотношении, отличающемся от 4:1 (например, 4,5:1,0), теплопроводность смеси увеличивается недостаточно для обеспечения равномерности прогрева, Выбранный предел соотношения (3-4):1 обеспечивает необходимое количество углерода для процесса восста. новления и оптимальное содержание шлама для увеличения теплопроводности.
Загруженная смесь угля со шламом присыпается тем же марганцевым шламом в количестве 0,06 — 0,09 от обьема смеси, вследствие чего прогрев загрузки сверху возрастает за счет аккумулирования части тепла этой засыпкой, что в свою очередь способствует более равномерному прогреву всего слоя, При этом в слое присыпки происходит пиролиз летучих продуктов коксования, что приводит к частичному восстановлению окислов металла в шламе. При объеме присыпки меньшем, чем 0,06 объема загруженной смеси, существенно о поглощения тепла не происходит, а при объеме присыпки большем, чем 0,09 объема загруженной смеси, происходит тот же нежелательный результат, что и при больших количествах шлама в смеси с углем (т.е. недостаток углерода и черезмерное увеличение зольности).
В заявляемом способе предлагается получать комплексный углеродистый вос"5 становитель из смеси двух материалов— энергетического слабоспекающегося угля с повышенным содержанием щелочных металлов(6,5 — 13,0 мас. ) и марганцевого шлама, являющегося отходом
20 электротермического производства, в состав которого также входят соединения щелочных металлов (1,5 — 12,0 мас. ), Наличие в исходных материалах соединений щелочных металлов влияет за счет их активирую25 щего действия на повышение реакционной способности получаемого комплексного восстановителя. В заявляемом способе этот известный фактор реализуется в значительной степени вследствие того, что в отличие
30 от известного, где механизм активирующего действия добавок, вводимых механически до 2, объясняется их внедрением в межбазисное пространство решетки двумерноупорядоченного углерода в процессе коксования, что приводит к кристаллографической микродеформации, а следовательно, к увеличению анизотропности и микропористости углеродистого тела восстановителя (т,е. химической активности), в
40 заявляемом способе активаторы являются естественными ингредиентами исходных материалов и присутствуют в угле не только в золе, но и в теле углеродистой составляющей, т.е, еще до коксования имеется в нали45 чии естественная частичная кристаллографическая микродеформация угольной решетки по сравнению с решеткой аналогичного по степени метаморфизма газового угля, не содержащего, однако, соеди50 нений щелочных металлов. В процессе последующего коксования щелочные металлы, содержащиеся в марганцевом шламе и эоле газового угля, также внедряются в кристаллографическую решетку углеродистого вещества тела кокса, еще более увеличивая его естественную "рыхлость", улучшая его физико-химические свойства за счет увеличения анизотропности основной структурной составляющей (коксо-витринита), а также увеличение пористости, т.е, общей ак1806165
10
15 коксование предлагаемой смеси в следую- 45 щем режиме: соотношение угля к шламу
3,5:1,0, высота слоя загрузки смеси 200 мм, вы "ота слоя присыпки 15 мм, что соответствует 0,075 объема загружаемой смеси. Зола
55 тивной поверхности, Присутствие соединений щелочных металлов в количестве более
2ь как в угле. так и в шламе приводит в результате коксования смеси к сильному
"разрыхлению" двумерноупорядоченной углеродной решетки в комплексном восстановителе, что влечет за собой развитие в нем высокопористой структуры, в значительной степени определяющей показатели качества восстановителя — его реакционной способности и удельного электросопротивления.
Таким образом, при коксовании смеси слабоспекающегося газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов с марганцевым шламом по зая вляемому способу происходит образова ние комплексного углеродистого восстановителя в виде конгломератов, имеющих высокие реакционную способйость и удельное электросопротивление за счет высокоразвитой пористой структуры, образованной вследствие совокупного влияния трех вышеперечисленных факторов, реализуемых в заявляемом способе:
На кафедре химической технологии твердого топлива MXTN им, Д.И.Менделеева на моделирующей кольцевую печь лабораторной установке в идентичных условиях были опробованы разные режимы способа получения комплексного углеродистого вос- становителя и соотношений смешения исходных материалов (химический состав которых приведен, в табл, 1) в смесь для коксования. Параметры режимов способа варьировались как в указанчых в формуле изобретения пределах, так и вне их.
Результаты проведенных экспериментов приведены в табл, 2. На основании лабораторных исследований выбраны возможные пределы и оптимальные значения всех параметров заявляемого способа.
На опытной кольцевой печи Московского коксогазового завода было проведено газового угля и марганцевый шлам содержали соответственно, мас, : Kz0 + йа20
10,7 и 6,4; Мп бщследы и 22 ; Alg0322,5 и 14;
СаО 3,5 и 5; MgO 2,6 и 2,5; PzOs 0,06 и 1;
Ре >вщ — 17,8 и 15; SION остальное. Температура в подсводовом пространстве печи в момент загрузки составляла 1000 С(й10), период коксования — 10 мин, конечная температура в подсводовом пространстве в момент выгрузки смеси -1200 С, (+10). После
40 завершения термической обработки смеси с присыпкой получался комплексный углеродистый восстановитель в виде прокаленного конгломе рата. Из полученного комплексного углеродистого восстановителя отбирались представительные пробы, в которых по стандартным методикам определялись реакционная способность и удельное электросопротивление восстановителя.
Результаты исследования приведены в табл. 3, где для сравнения приведены также показатели качества, определенные по тем же стандартам для углеродистого восстановителя, полученного в этой же кольцевой печи по способу-аналогу, и литейных коксобрикетов (прототип).
В идентичных лабораторных условиях
Днепропетровского металлургического института проведены специальные кинетические исследования, определяющие степень восстановления окислов марганца (при
1500 С, в течение 10 мин) при использовании этих же трех углеродистых материалов (последний столбец табл. 3). В первой стро- ке табл. 3 приведены соответствующие данные для базового объекта металлургического коксика, получаемого в камерных печах, являющегося отходами доменного кокса и применяемого в настоящее время в качестве углеродистого восстановителя при электротермической выплавке ферросплавов, Сравнение показателей качества (табл.
3) для углеродистых материалов, полученных. разными способами, показывает, что использование заявляемого сйособа по сравнению со способом-аналогом позволит увеличить реакционную способность восстановителя для электротермических прсцессов в 1,2 раза, удельное электросопротивление более чем в 3 раза, повысить степень извлечения ведущих элементов в сплав на 5-6 g.
Производительность кольцевой печи при получении восстановителя по способуаналогу составляет около 70 тыс, т/год, тогда как по заявляемому способу она составит около 170 тыс.т/год. Таким образом, использование заявляемого способа получения комплексного углеродистого восстановителя в кольцевой печи позволит повысить ее производительность в 2,5 раза.
Формула изобретения
Способ получения комплексного углеродистого восстановителя для электротермических процессов, включающий смешивание материалов, загрузк смеси на подину кольцевой печи, присыпку сверху, коксование, выгрузку материала, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения
1806165 сыпки используют марганцевый шлам в количестве 0,06-0,09 от объема загруженной смеси, коксование ведут при начальной температуре подсводового пространства печи
1000 С и периоде оборота подины 80-120 мин. реакционной способности и удельного злектросопротивления восстановителя, на подину загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений ще- лочных металлов и марганцевого шлама в 5 соотношении (3,0 — 4,0):1,0, в качестве приТаблица 1 таблица2
Состав
Режим получения восстановителя в имитирующей кольцевую. печь лабораторной установке каф. хТТ 11хти
Показатели. качества
Реакционная способность
Удельное электросопротивление, 102 см м т„ оС
Соотношение уголь:шлам
Высота слоя
Время коксования (до
Tí он;
o1200 C), мин
Присыпки от объема
Смесь, мм мл(г с) смеси
200
100
26,0
О, 075
1000
74, 5
98,0
89,5
30,5
200
1000 100
200
1000
100
1000
200
100
1000 100
200
100
200
1000
100
8
200
1000
200
1000
100
200
1000
100
950 100. 200
200
1000
100
200
12 .
13
200
1000
200
1000
200
1000
250
1000
1000
17
1000 1000
120
2,5:1,О
3,0:1,О
3,5:1,0
4, О:,1,О
4,5:1,0
3 5- 1 О
3,5:1,0
3,5:1,0
3,5:1,0
3,5:1,О
3,5:1,0
3,5:1,О
3,5:1,0
3,5:1,0
3,5:1,0
3,5:1,0
3,5:1,0
3,5:1,0
9,5:1,0
0,075
0,075
0,075
0iО75
0,05
0,06
0,09
О, 095
0,075
0,075
0,075
0,075
0,075
О, 075
О, 075
О, 075
0,075
0,075
2,17
4,07
4,43
3,95
3,48
3,56
4,03
3,58
2,69
4,60
2,75
2,16
3>50.
4,60
4,63
4,21
4,26
3,70
4,18
75,0
94,0 . 89,0
63,5
106,0
70,0
54,О
72,0
104,0
105,1
99,0
101,5
78,0
99,5
1806165
Та "лица 3
Показатели качества
Режим способа получения восстановителя в кольцевой печи МКГЗ
Восстановитель
Удельное электросопротивление, 102 см,м
Температура, С
Высота слоя, мм
Порис" тость, Реакц, способ., мл (г. с) Время обоПрисыпки
Загрузки
Конец.
Начал. рота подины, мин
Иеталлургический коксик
68,5
33,0 0,98
10,2
Коксование в камерной печи
Из газового угля (аналог) 900
85,6
32,5
55,0 3,50
150 Нет
150
1200
Литейные коксобрикеты (прототип) 920
29, 4 0,42 7,4
150 Есть 180
Не пригодны
1 с00
1200
4,25 106,0 91 7
62, О.
100
15 (О, 075 объема смеси) 200
1000
Заказ 964 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Из смеси газо-. вого угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов с марганцевым шла" мом в соотно-. шении 3 5:1 О .(заявляемый
Составитель Ф. Шапиро
Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор П. Гереши
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Степень восстановления
Нп из Ипо (1500 С, 10 мин),
