Способ формирования шихты для производства металлургического кокса из твердых природных компонентов

Изобретение может быть использовано для производства металлургического кокса. В качестве спекающей добавки используют измельченные сапромикситовые угли Барзасского месторождения Кузнецкого угольного бассейна, в которых сначала снижают содержание золы до 9,5-10% и пиритной серы. Далее производят ультратонкий помол сапромикситового угля до частиц размером 5-50 мкм и перемешивают его с размолотыми жирными, газово-жирными, слабоспекающимися и отощенно-спекающимися углями, добавляя угли энергетических марок. Изобретение позволяет снизить в шихте удельное содержание более ценных марок углей, повысить прочность металлургического кокса и снизить стоимость его производства, уменьшить удельный расход кокса при выплавке чугуна и повысить эффективность доменного процесса. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к коксохимической отрасли промышленности и может быть использовано при производстве металлургического кокса.

Коксовая шихта оптимального марочного состава включает коксующиеся угли, относящиеся к трем шихтовочным группам: спекающая основа (марки Ж, ГЖ) - 45%; коксовая присадка (марки К, КО, ОС) - 37,5%; отощающая присадка (марки КС, КСН, СС) - 17,5% [1]. Фактический состав шихты на коксохимических предприятиях России включает: спекающую основу (марки Ж, ГЖ) - 51,6%; коксовую присадку (марки К, КО, ОС) - 20,0%; отощающую присадку (марки КС, КСН, СС) - 25,1%, слабоспекающиеся угли (марки Г, ГЖО) - 3,3%. То есть явно выраженный дефицит углей, относящихся к группе коксовых присадок, компенсируют увеличением содержания углей других групп, а также добавкой четвертой группы, так называемой слабоспекающей. В связи с этим прочность российского кокса, используемого в металлургии, в среднем ниже, чем в странах Европы и США.

В качестве прототипа принят способ формирования коксовой шихты для получения прочного металлургического кокса, включающий смешение в определенных пропорциях следующих компонентов: жирные (Ж) и газово-жирные (ГЖ) угли (спекающая основа); коксовые (К), коксовые отощенные (КО) и отощенные спекающие (ОС) (коксовая присадка); спекающую добавку и угли отощающей присадки [2]. Наряду с положительным эффектом - увеличение прочности металлургического кокса, этот способ имеет недостаток, а именно в качестве спекающей добавки используются отходы пластмасс, состав которых не является постоянным. В связи с этим качество металлургического кокса ставится в определенную зависимость от качества используемых отходов химического производства. Тогда как в настоящее время возможно быстрыми темпами осваивать месторождения природных полезных ископаемых, использование которых позволит повысить качество производимого металлургического кокса.

Цель изобретения - повышение эффективности коксохимического производства, в частности производства металлургического кокса, за счет увеличения его прочности на основе формирования коксовой шихты из твердых природных компонентов, в частности углей менее ценных марок.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем формирование шихты для получения металлургического кокса из углей жирных, газово-жирных, коксовых слабоспекающихся, отощенно-спекающихся и спекающей добавки, в качестве спекающей добавки используют сапромикситовый уголь Барзасского месторождения Кузнецкого угольного бассейна, в котором сначала снижают содержание золы и пиритной серы, затем производят ультратонкий помол до частиц размером 5-50 мкм и равномерно перемешивают с другими компонентами, добавляя некоторое количество углей энергетических марок.

Спекаемость углей обусловлена их способностью образовывать при нагревании пластическую массу вследствие химического и физико-химического взаимодействия всех угольных мацералов (витринита, липтинита и фюзинита) и продуктов их термической деструкции.

Основные свойства пластической массы определяются содержанием в ней жидкоподвижных продуктов и их качеством. Повышение содержания в углях липтинита способствует увеличению выхода жидкой фазы, при этом пластическая масса становится легко подвижной и газопроницаемой. Это, в свою очередь, обеспечивает уменьшение вспучиваемости загруженной угольной массы при коксовании и получение более прочного кокса. Однако содержание липтинита в каменных углях большинства месторождений, как правило, не превышает нескольких процентов. Барзасский сапромикситовый уголь является естественным природным концентратом липтинита (содержание липтинита достигает 85-90%).

Проведенные опыты получения металлургического кокса, включающие формирование коксовой шихты с включением сапромикситовых углей в качестве спекающей добавки и некоторых марок энергетических углей показали, что при определенном содержании сапромикситовых углей в коксовой шихте прочность металлургического кокса возрастает до пяти раз.

Например, исходный сапромикситовый уголь зольностью 26,5-34,5% дробили до фракции < 1 мм и обогащали последовательно промывкой в струе воды (принцип гидросайзера) и разделением в тяжелой среде. Зольность угля снижали, таким образом, до 9,5-10%. Общее содержание серы в исходном образце составляло 0,7-1,1%, в том числе: 65% - органической, 28% - пиритной и 7% - сульфатной. После обогащения общее содержание серы в образцах практически не менялось, однако представлена она почти на 100% органической.

Далее производили ультратонкий размол сапромикситового угля до частиц размером 5-50 мкм и равномерно перемешивали его с промышленной коксовой шихтой с добавлением некоторых марок энергетических углей.

Лабораторное коксование проводили следующим образом. В цилиндрические стаканчики из нержавеющей стали (толщина стенки 1 мм) диаметром 50 мм и высотой 70 мм поместили 75-80 г шихты, слегка уплотнили постукиванием и сверху наложили штемпель массой 850 г для создания избыточного давления 0,04-0,05 кг/см². Стаканчики нагревали в муфельной печи от комнатной температуры до 1000°С со скоростью 1,5-2,0 градуса в минуту. Общее время коксования составило 9,5-10 часов. После чего коксовые брикеты подвергли мокрому тушению водой и испытанию на ручном гидравлическом прессе. В качестве характеристики прочности коксовых брикетов оценивали среднюю прочность на одноосное сжатие 3-4 образцов.

Результаты испытаний с различным количеством вносимых в исходную шихту энергетических марок углей (Г и ОС) крупностью 0-3 мм и добавки сапромикситового угля (СУ) сведены в таблицу.

Прочностные характеристики коксовых брикетов
№ п/п	Шихта	Прочность на сжатие, кг/см2
1.	Исходная шихта - промышленная шихта Кузнецкого металлургического комбината	3,5-5,5
2.	Шихта +
	2,5% - Г
	2,5% - ОС	5-8
	5,0% - СУ
3.	Шихта +
	2,5% - Г
	2,5% - ОС	9-12
	7,5% - СУ
4.	Шихта +
	5% - Г
	5% - ОС	20-25
	10% - СУ

Полученный результат свидетельствует о том, что данный способ формирования шихты для получения металлургического кокса в случае его применения может повысить эффективность коксохимического производства по следующим факторам:

- сапромикситовый уголь в настоящее время не является ценным и дефицитным, добавка его в коксовую шихту снизит удельное содержание в ней углей более ценных и дефицитных марок, т.е. значительно снизит остроту дефицита марок углей коксующей группы;

- добавка сапромикситового и некоторых марок энергетических углей повысит прочность металлургического кокса и снизит стоимость его производства.

Кроме того, получение более прочного и дешевого металлургического кокса позволит получить положительный эффект в металлургическом производстве, в частности, уменьшить удельный расход кокса при выплавке чугуна, увеличить объем доменной печи, а следовательно, повысить эффективность доменного процесса.

Источники информации

1. Станкевич А.С. и др. Рациональное распределение углей и состава шихт для коксования/ Кокс и химия, 2003, №9, с.16-21 (аналог).

2. Шихта для получения металлургического кокса/ Патент РФ №2224782, опубл. 27.02.2004 (прототип).

Способ формирования шихты для производства металлургического кокса из твердых природных компонентов, включающий формирование шихты из углей жирных, газово-жирных, коксовых слабоспекающихся, отощенно-спекающихся и спекающей добавки, отличающийся тем, что в качестве спекающей добавки используют сапромикситовый уголь Барзасского месторождения Кузнецкого угольного бассейна, в котором сначала снижают содержание золы и пиритной серы, затем производят ультратонкий помол до частиц размером 5-50 мкм и равномерно перемешивают с другими компонентами, добавляя угли энергетических марок.