МІНІСТЕРСТВО ПРОМИСЛОВОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ
МІНІСТЕРСТВО ПРОМИСЛОВОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ
Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут (УХІН)
На правах рукопису
КРИШЕНЬ
Іван Григорович
УДК 608.2:669.162.16:662.8
УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОМИСЛОВОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА КОКСУ
ІЗ ЧАСТКОВО БРИКЕТОВАНОЇ ВУГІЛЬНОЇ ШИХТИ
05.17.07 - хімічна технологія палива і пально-мастильних матеріалів
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків - 2003 р.
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Українському державному науково-дослідному вуглехімічному інституті (УХІН) Міністерства промислової політики України.
НауковиЙ керівник : | доктор технічних наук
Старовойт Анатолій Григорович,
Національна металургійна академія України МОН України, завідувач кафедри металургійного палива і відновників.
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор
Зубілін Іван Георгійович,
Харківський національний університет
ім. В.М. Каразіна МОН України,
ведучий науковий співробітник інституту хімії, професор кафедри технічної хімії
кандидат технічних наук, доцент
Збиковський Євген Іванович,
Донецький національний технічний університет МОН України, завідувач кафедри хімічної технології палива.
Провідна установа: | Національний технічний університет
“Харківський політехнічний інститут”.
Захист дисертації відбудеться " 26 " листопада 2003 року о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.822.01 в УХІНі за адресою: 61023, м.Харків, вул. Весніна, 7.
З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці УХІНу : 61023, м. Харків, вул. Весніна, 12.
Автореферат розісланий " 22 " жовтня 2003 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат технічних наук,
старший науковий співробітник М.І.Рудкевич
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Серед нових технологій виробництва доменного коксу, які дозволяють наблизити структуру використання коксівного вугілля до структури його запасів в Україні, часткове брикетування шихти (ЧБШ) характеризується найменшими капіталовкладеннями і можливістю широкого використання типового технологічного обладнання, характерного для звичайної технології. Така технологія вперше була впроваджена на коксохімічному виробництві Криворізького держав-ного гірничо-металургійного комбінату (КДГМК) “Криворіжсталь”, у якій для брикетування вугільної шихти використовувалось зв’язуюче російського виробництва. Вдоско-налення цієї технології у напрямку одночасного вирішення і сировинної проблеми і поліпшення якості коксу з використанням вітчизняного зв’язуючого у поєднанні з рішенням екологічних завдань коксохімічного та металургійного виробництв є актуальним і необхідним.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Робота виконана у відповідності з тематичними планами науково-дослідних робіт УХІНу та планами по новій техніці на коксохімічному виробництві КДГМК “Криворіжсталь” 1985-1999 р.р. (№ ДР 01860020680, № ДР 01890077627).
Мета і задачі роботи. Розширення сировинної бази коксування в напрямку використан-ня більшої частки слабкоспікливого вугілля та поліпшення якості коксу шляхом розробки та впровадження нового, більш ефективного зв’язуючого для брикетування вугільної шихти, розробки технологіч-них параметрів підготовки та коксування ЧБШ і поліпшення техніко-економічних та екологічних показників виробництва коксу за рахунок використання у складі шихти побічних продуктів та відходів коксохімічного та металургійного виробництва.
Об'єкти дослідження. Процеси брикетування вугільної шихти та її коксування, а також металургійні властивості одержаного коксу.
Предмет дослідження. Нова технологія підготовки і коксування частково брикетованої вугільної шихти.
Методи дослідження. Для характеристики властивостей частково брикетованої вугільної шихти та її складників, технологічних параметрів брикетування та коксування властивостей отриманого коксу використовували наявний в УХІНі та коксохімічному виробництві КДГМК "Криворіжсталь" комплекс стандартних та спеціальних хімічних та фізико-хімічних дослідних методик. Вперше у коксохімічній практиці для експериментального вивчення розподілу щільності частково брикетованої вугільної шихти в камері коксування викорис-тано радіоізотопний метод. При плануванні експерименту та обробці отриманих даних використовували математико-статистичні методи, реалізовані із застосуванням комп'ютерної техніки.
Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:
-
вперше у вітчизняній практиці для брикетування розроблено нове зв’язуюче нафтохімічного походження, обробку яким вугільної суміші слід проводити при температурі на 18 – 20°С вище ніж температура його розм’якшення, що обумовлює інтенсифікацію процесу спікливості завдяки утворенню рідкорухливих речовин при термохімічній переробці вугілля;
-
вперше запропоновано механізм поверхневої взаємодії різних типів зв’язуючих з вугіллям різних марок, відповідно якому для одержання більш міцних брикетів з високометаморфізованого вугілля його слід обробляти в’язким (10 – 15 Пас) зв’язуючим, а з малометаморфізованого – більш текучим (2 – 3 Пас) зв’язуючим;
-
вперше експериментально досліджений розподіл щільності ЧБШ безпосередньо у камері коксування, що дало можливість розробити новий більш раціональний регламент опалювання коксової батареї;
-
поглиблена уява про вплив тиску та зв’язуючого на взаємодію хімічно інертних компонентів – коксового дрібняку та дрібнодисперсної замасленої окалини прокатного виробництва – з частково брикетованою вугільною шихтою при коксуванні.
Обгрунтування і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій, сформульованих у дисертації, визначаються:
-
використанням при проведенні лабораторних, напівпромислових та промислових досліджень держстандартизованих методик, сучасних засобів і методів дослідження та обробки результатів експерименту;
-
одержанням наукових даних та рекомендацій, підтвержених практикою роботи на новому зв’язуючому для брикетування промислової установки кокосохімвиробництва КДГМК “Криворіжсталь” в умовах розробленого і вперше впровадженого нового температурного режиму опалення батареї в залежності від розподілу щільності у камері коксування та впровадженням технології утилізації супутніх продуктів коксохімічного та відходів прокатного виробництва.
Практична цінність і реалізація результатів роботи:
У промислових умовах впроваджене нове, ефективне зв’язуюче, що виготовляється з недефіцитної сировини – відходів нафтоперероб-них підприємств України. Встановлені раціональні технологічні параметри підготовки шихти і процесу брикетування, які дозволяють одержати вугільні брикети з потрібними властивостями, збільшити вміст класу 25 мм у брикетованій частині шихти з 70 до 85 % та визначити його оптимальний вміст в кількості 26 %.
Розроблені і впроваджені технічні рішення, спрямовані на забезпечення рівномірності властивостей ЧБШ шляхом зменшення впливу явища сегрегації. Безпосередньо в промисловій камері коксування визначено розподіл щільності ЧБШ і у відповідності з ним розроблено та впроваджено температурний режим коксування, що дозволяє одержувати кокс високої якості, у тому числі для використання в доменних печах великого обсягу.
Розроблений і підтверджений доменними плавками оптимальний марочний склад ЧБШ дозволив досягти економії до 350 тис. тонн добре спікливих марок вугілля при виробництві 1 млн. тонн коксу.
Розроблені технологічні параметри підготовки вугільної шихти щодо брикетування з добавками коксового дрібняку. Промисловими дослідженнями показана економічна доцільність його введення в ЧБШ у кількості 1, 3 і 5 % для виробництва відповідно доменного, ливарного та феросплавного коксів.
У промислових умовах розроблено спосіб введення в брикетовану шихту дрібнодисперсної замасленої прокатної окалини. Показано, що ефективність цього заходу полягає не тільки у можливості її утилізації, а й дозволяє дещо поліпшити показники якості коксу, зменшити його питомі витрати в доменній печі і збільшити її продуктивність за рахунок внесення з коксом відновленого заліза.
Особистий внесок здобувача. Автор особисто сформулював мету та задачі дослідження, склав робочу програму виконання дослідів, виконав критичний огляд літератури з питань дисертації, брав особисту участь у лабораторних дослідах щодо розробки нового зв’язуючого для брикетування і під його керівництвом та при безпосередній участі були проведені досліди у промислових умовах. За участю здобувача виконана обробка експе-риментальних даних та особисто розроблений технологічний регла-мент роботи установки брикетування вугільної шихти та технологія її коксування. Авторприймав участь в організації та керівництві в прове-денні дослідних доменних плавок. Ним оброблені та проаналізовані одержані результати, сформульовані висновки по роботі.
Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались та обговорювались на засіданнях вченої ради УХІНу (м. Харків, 1998-1999 р.р.), науково-технічної ради Діпрококсу (м. Харків, 1995-1997 р.р.), технічної ради Криворізького коксохімічного заводу (м. Кривий Ріг, 1990-1996 р.р.) та КДГМК “Криворіжсталь” (м. Кривий Ріг, 1997-1999 р.р.), на IV Всеукраїнській науково-методичній конференції з міжнародною участю. ''Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій'' (м. Дніпродзержинськ, 2002 р.), на міжнародній науково-технічній конференції ''Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья с извлечением благородных металлов'' (м. Єкатеринбург, Росія, 2002 р.), на 29-ій міжнародній коксохімічній конференції (м. Острава, Чехія, 2002 р.), на 8-му міжнародному семінарі “Уголь в металлургии и энергетике” (м. Ялта, 2002 р.).
Матеріали розробки також експонувались на ВДНГ СРСР, постановою Головного комітету якої за №191Н від 30.11.1990 року за розробку і впровадження в промислових умовах раціонального технологічного режиму брикетування із зв’язуючим здобувач нагороджений срібною медаллю (посв. №14861).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 12 наукових статей, 3 тези доповідей, отримано 1 авторське свідоцтво на винахід.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота склада-ється із вступу, 6 розділів, загальних висновків, налічує 161 стор., у тому числі 39 таблиць (8 стор.) і 19 рисунків (16 стор.), додатки (17 стор.), список використаної літератури із 102 джерела (9 стор.).
ЗМІСТ РОБОТИ
ОГЛЯД ТА КРИТИЧНИЙ АНАЛІЗ СУЧАСНИХ УЯВЛЕНЬ ПРОЦЕСУ ВИРОБНИЦТВА КОКСУ ІЗ ЧАСТКОВО БРИКЕТОВАНОЇ ШИХТИ
Виконаний критичний аналіз сучасних уявлень про процес брикету-вання вугільної шихти показує, що для ЧБШ використовують зв’язуюче як коксохімічного, так і нафтохімічного походження. При використанні зв’язуючого коксохімічного походження існує небезпека контакту людини з речовинами поліароматичної структури, що мають канцерогенний вплив. Зв’язуюче нафтохімічного походження не має цих вад, але його необхідно імпортувати, переважно з Росії, або організувати таке виробництво в Україні із недефіцитної сировини, бажано з відходів виробництва. Бажано також, щоб зв’язуюче не тільки забезпечувало необхідну міцність брикетів, а й поліпшувало спікливість шихти.
З аналізу також випливає, що брикетувати слід не просто частину шихти, як це прийнято на практиці, а тільки найменш спікливу її частину, щоб досягти не тільки розширення сировинної бази коксування, а й поліпшення якості коксу.
Частково брикетована шихта більш ніж звичайна схильна до сегрегації при її транспортуванні (перевантаженні), має більшу насипну щільність та теплопровідність. А ці чинники є важливими для визначення правильного режиму опалення коксових печей.
Можливості установок часткового брикетування шихти використовуються недостатньо в плані вирішення проблеми охорони довкілля, наприклад, для утилізації промислових відходів.
ОБГРУНТУВАННЯ НАПРЯМКІВ ТА ВИБІР МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Основні напрямки роботи пов’язані з розробкою та впровадженням нового зв’язуючого, що виробляється в Україні з відходів виробництва нафтопереробних заводів. Необхідно визначити марочні склади брикетованої і вміщуючої частин шихти, їх спікли-вість і співвідно-шення в загальній шихті, визначити оптимальну кіль-кість зв’язуючого для брикетування і науково обгрунтовані парамет-ри цього процесу. Для досягнення оптимальних параметрів процесу коксування ЧБШ необхідно розробити заходи по відверненню її сегрегації, визначити розподіл насипної щільності шихти в камері коксування. Ефективність використання у доменному процесі коксу із ЧБШ найбільш повно можна визначити шляхом проведення дослідних доменних плавок.
Важливість проблеми охорони довкілля потребує розробки способів утилізації в процесі брикетування відходів та супутніх продуктів коксохімічного та металургійного виробництв, а саме: коксового дрібняку, смоляних відходів хімічних цехів та дрібнодисперсної замасленої прокатної окалини.
При проведенні цих досліджень якість вугільних концентратів, шихти, лабораторного та промислового коксів, якість і витрати зв’язуючого, вимір температур визначали за допомогою стандартних методик. Якість вугільних брикетів визначали шляхом чотирикратного скидання їх на сталеву плиту з висоти 1,5 м і визначення після цього вмісту класу 25 мм і 15 мм, а також стисненням їх між двома сталевими плитами у пресі із зусиллям 2 кН. Удавану щільність брикетів визначали за кількістю витисненої ними води. Для дослідження ЧБШ на конвеєрі та розподілу її щільності у камері коксування вперше використано безконтактний радіоізотопний метод (похибка вимірювань не більше 3 %).
Використані на всіх стадіях (лабораторній, напівпромисловій, промисловій) досліджень обладнання та методики дозволяють у широких межах варіювати технологічні параметри процесу та різнобічно характеризувати одержані продукти з достатнім рівнем достовірності експериментальних даних.
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ВИРОБНИЦТВА ЧАСТКОВО БРИКЕТОВАНОЇ ШИХТИ З ОДНОРІДНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ
Замість зв’язуючого типу Брикетин, яке вироблялось на Уфимському нафтопереробному заводі (Росія), і постачалось на КДГМК “Криворіжсталь” для вироблення частково брикетованої вугільної шихти, на Кременчуцькому нафтопереробному заводі було налагоджено виробництво вітчизняного зв’язуючого типу КВАГУ. Воно отримується компаундуванням компонентів: асфальтно-екстрактної суміші, яка утворюється при фенольному очищенні масел від смол і асфальтенів, з нафтовим гудроном – залишковим продуктом перегонки нафти і кислим гудроном, що утворюється при кислотному очищенні парафінів, тобто з відходів і побічних продуктів нафтопереробки. Характеристики цього зв’язуючого в порівнянні з “Брикетином” наведені в табл.1. Воно має у своєму складі більше смол і асфальтенів і тому – більшу спікливу здатність у суміші з вугіллям, особливо маркою Г. Для виявлення ефективності дії зв’язуючих на міцність брикетів були проведені лабораторні експерименти по брикетуванню вугілля різних марок, або їх сумішей (табл. 2) з різними зв’язуючими.
З табл.2 видно, що ефективність зв’язуючих КВАГУ дещо менша за “Брикетин” у зв’язку з більшим вмістом в останньому азотних речовин (табл.1). В напрямку від КВАГУ-1 до КВАГУ-3, тобто від менш в’язкого до більш в’язкого зв’язуючого, міцність брикетів з газового вугілля зни-жується і, навпаки, з вугіллям ПС – підвищується. Це пояснюється тим, що взаємодія зв’язуючого із органічною
Таблиця 1
Характеристика зв’язуючих речовин
Показник | Зв’язуюче
Брикетин | КВАГУ-1 | КВАГУ-2 | КВАГУ-3 | КВАГУ-Б1
Елементний
склад, %: |
С
Н2
N
О2
S | 85,60
10,32
0,65
0,72
2,71 | 85,61
9,31
0,54
2,33
2,21 | 85,32
9,42
0,55
2,36
2,35 | 85,13
9,40
0,54
2,27
2,66 | 85,09
9,35
0,55
2,30
2,42
Груповий
хімічний
склад, %: | парафіни
арени
смоли
асфальтени | 5,5
56,1
29,9
8,5 | 1,8
42,2
40,8
15,2 | 2,0
41,9
41,0
15,1 | 1,9
42,4
40,4
15,3 | 1,9
42,1
40,8
15,2
Щільність, кг/м3 | 1010 | 925 | 980 | 1000 | 990
Т-ра розм’якшення, ?С | 42 | 42 | 45 | 54 | 52
Дин. в’язкість при 100 ?С, Па·с | 2,8 | 1,3 | 3,1 | 15,1 | 9,0
Коксівність за Конрадсоном, % | 20,0 | 18,4 | 20,1 | 21,1 | 20,8
Vdaf, % | 87,5 | 89,4 | 88,6 | 87,8 | 88,9
Глибина проникнення голки при 25 ?С, мм 10-1 |
60 |
80 |
85 |
45 |
62
Спіклива здатність за Рога:
зв’язуючого
у суміші з вугіллям марки: Г
К
ПС |
29
49
74
20 |
25
56
74
21 |
31
61
74
21 |
26
53
74
21 |
29
55
74
21
Примітка: 1) Суміш КВАГУ-2 і КВАГУ-3.
Таблиця 2
Міцність на стиснення (МПа) брикетів,
виготовлених з різним зв’язуючим
Марка вугілля; співвід-ношення Г+ПС у суміші 2:1 | Зв’язуюче
Брикетин | КВАГУ-1 | КВАГУ-2 | КВАГУ-3 | КВАГУ-Б
Г | 9,41 | 8,74 | 8,49 | 6,28 | 7,75
ПС | 8,83 | 7,63 | 7,78 | 7,83 | 7,90
Г+ПС1 | 9,12 | 8,56 | 8,28 | 6,86 | 7,82
Г+ПС2 | 9,09 | 8,45 | 8,16 | 7,03 | 7,44
Г+ПС3 | 8,97 | 8,23 | 8,03 | 7,91 | 8,16
Примітки: 1) Зв’язуюче подавали в суміш Г+ПС.
2) Зв’язуюче подавали спершу у вугілля марки Г.
3) Зв’язуюче подавали спершу у вугілля марки ПС.
речовиною вугільного зерна є поверхневим процесом. Газове вугілля має більш розвинену поверхню у порівнянні з високометаморфізованими марками ПС за рахунок більшої кількості мікропор, у які краще проникає більш рухливе зв’язуюче. Більш в’язке зв’язуюче не здатне проникати у такі пори, але у макропори, якими більше характеризуються вугілля марок ПС, воно проникає легко. Тому при використанні більш в’язкого КВАГУ-Б потрібно його змішувати спершу з вугіллям марок ПС, а потім з малометаморфізованим вугіллям. Оскільки найменш спікливу частину шихти представляють марки вугілля ПС, то вони повинні бути основною брикетованою части-ною шихти, для яких більш ефективним є використання більш в’язкого зв’язуючого. У подальшому для брикетування використовувалось зв’язуюче КВАГУ-Б.
Відпрацювання промислової технології брикетування проводили на шихті проектного складу, %: Г – 55, Ж – 15, К – 10, ПС – 10, П – 10. При цьому брикетована частина складала 30 % від загальної і мала склад, %: Г – 16,7, Ж – 16,7, ПС – 33,3, П – 33,3, а вміщуюча частина шихти відповідно, %: Г – 71,4, Ж – 14,3, К – 14,3. Продуктивність пресу по сухій шихті підтримували рівною 50 т/год. Відпрацьовували три основні параметри – витрату зв’язуючого (рис.1) (в межах 3 – 8 %), температуру змішування шихти із зв’язуючим (рис.2) (57 – 70?С), величину зазору між пресуючими валками (рис.3) (3 – 8 мм).
За допомогою спеціальної програми для ПЕОМ була одержана система рівнянь, яка описує процес брикетування:
G>25 = [(12,5g – 36,3)(-0,091Т2 + 11,7Т – 307,8)(-1,417d2 + 11,9d + 51,26)]0,33
G<15 = [(190-20g)(0,065Т2 – 8,66Т + 309,9)(1,05d2 – 8,21d + 36,89)]0,33
Рск = [(128,1 – 449,2/g)(-0,122Т2 – 14,72Т + 375,3)(-0,67d2 + 4,78d + 71,44)]0,33 Рст = [(19,23 – 104,54/g)(-0,0099Т2 – 1,314Т + 36,54)(-0,240d2 + 1,675d + 6,494)]0,33
де G>25 – вихід брикетів, %; G<15 – вміст дрібняку в брикетах після пресу, %; Рск – міцність брикетів на скидання, %; Рст – міцність бри-кетів на стиснення, МПа; g – кількість зв’язуючого, %;Т – тем-пература процесу брикетування, ?С; d – зазор між валками пресу, мм.
Одержані рівняння подані також у вигляді графіків. Результати досліджень пока-зують, що міцність брикетів, їх вихід, а також вміст в них дрібняку мають екстремум в залежності від температури брикетування близько 66 – 69 С. Ця температура на 18 – 20 ?С вища за температуру розм’якшення зв’язуючого.
Оптимальна величина зазору між валками пресу складає 4 – 6 мм при витратах зв’язуючого 7,0 – 7,5 %.
При зміні витрат зв’язуючого у досліджених межах вихідні параметри брикетування змінюються за лінійним законом.
Виробництво ЧБШ з однорідними власти-востями означає недопущення явища сегрегації по всьому тракту шихтоподачі аж до вуглезавантажувальної машини включно. Причиною сегрегації є різниця у механічних імпульсах брикетів та зерен небрикето-ваної шихти. Величина імпульсу: , де – повний механічний імпульс, кгм/с; – повна швидкість частки у момент відриву від стрічки конвеєра, м/с; m – маса частки шихти (брикету або зернини), кг.
Отже, чим більше різниця між масами часток шихти і їх швидкості, тим більше буде сегрегація шихти. Дослідження сегрегації при завантаженні вугільної башти і механізму витоку з неї шихти дозволило розробити спеціальний маятниковий жолоб, використання якого дозволяє формувати профіль засипу башти без конуса, і як наслідок – ліквідувати сегрегацію.
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ КОКСУВАННЯ ЧАСТКОВО БРИКЕТОВАНОЇ ВУГІЛЬНОЇ ШИХТИ
Дослідження впливу зв’язуючих на вихід та якість продуктів коксування ЧБШ проводили на 5-кг лабораторній та 300-кг на-півпромисловій печах, табл. 3., 4.
Таблиця 3
Вихід продуктів коксування
Кількість зв’язуючого у шихті, % | Вихід продуктів коксування, % (від сухої шихти)
кокс | смола | бензольні вуглеводні | коксо-вий газ | сірко-водень | пірогенетич-на волога | аміак | втра-ти
0 | 73,4 | 4,95 | 0,93 | 12,6 | 0,37 | 5,40 | 0,20 | 2,15
7,0 (Брикетин 1) | 72,4 | 5,73 | 1,03 | 13,13 | 0,46 | 5,80 | 0,21 | 1,14
7,0 (КВАГУ-Б) | 72,5 | 5,68 | 1,02 | 13,6 | 0,49 | 5,36 | 0,30 | 1,05
Показано, що вихід продуктів коксування майже не відрізняється при використанні зв’язуючих “Брикетин” і КВАГУ-Б. Але при добавці 7зв’язуючого вихід коксу зменшується на 1 %, смоли збільшу-ється на 0,8 %, бензольних вуглеводнів – на 0,1 %, коксового газу – на 1 %. В складі коксового газу вміст водню збільшується при використанні “Брикетину” – на 1 %, а КВАГУ-Б більш ніж на 4 %. На 0,2-0,3 % збільшується вміст ненасичених вуглеводнів, а метану дещо падає.
У табл. 4 наведені результати коксування в 300-кг печі шихти складу, %: Г – 54,3, Ж – 15,7, К – 10, ПС – 10, П – 10. Брикети одержані шляхом добавки 7 % зв’язуючого, а їх вміст у вугільній шихті становив 35 %.
Таблиця 4
Характеристика якості дослідних коксів
Шихта | Гранулометричний склад щодо класів крупності (мм), % | Міцність,
% | Технічний аналіз, %
80 | 80-60 | 60-40 | 40-25 | 25 | М25 | М10 | Ad | Vdaf | Sdt
Небрикетована | 26,8 | 21,5 | 31,5 | 11,0 | 9,2 | 83,4 | 12,2 | 10,2 | 0,65 | 1,68
Брикетована із зв’язуючим | 1
2 | 25,4
26,0 | 21,9
22,8 | 32,9
32,0 | 11,3
11,2 | 8,5
7,4 | 84,1
84,7 | 11,2
10,7 | 10,2
10,2 | 0,85
0,80 | 1,61
1,63
Примітки: 1. Брикетин. 2. КВАГУ-Б.
Приведені результати підтверджують, що часткове брикетування шихти поліпшує якість коксу, причому, дещо ефективніше при використанні зв’язуючого КВАГУ-Б.
Відомо, що підвищення насипної щільності шихти позитивно впливає на якість коксу. Тому були проведені дослідження оптимального вмісту брикетів (класу >25 мм) у шихті, при якому цей важливий показник найбільший. Встановлено (рис.4.), що він складає близько 26 %.
Використання методу кореляційного аналізу для обробки одержаних даних дозволило отримати такі залежності:
М25 = -0,003G2>25 + 0,154G>25 + 85,62;
М10 = 0,0014G2>25 – 0,0081G>25 + 8,37;
де G – кількість класу >25 в шихті, %.
Проведені дослідження розподілу насипної щільності звичайної шихти і ЧБШ у камері коксування показали (рис.5), що при використанні останньої вона більша і характеризується більшою рівномірністю.
У відповідності з дослідженими особливостями було розроблено нову температурну криву опалення коксових печей і проведено впровадження відповідного теплового режиму батарей №№ 5, 6.
ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ КОКСУ ІЗ ЧАСТКОВО БРИКЕТОВАНОЇ ШИХТИ НА РОБОТУ ДОМЕННИХ ПЕЧЕЙ
Для перевірки теоретичних положень вироблення ЧБШ та ефективності використання одержаного з неї коксу були проведені тривалі доменні плавки на доменних печах (ДП) КДГМК “Криворіжсталь” №2 обсягом 1361м3 і № 8 обсягом 2700 м3. Частка дослідного коксу на ДП № 2 склала 20,3 %, а на ДП № 8 – 26,8 %. На ДП № 2 подавався кокс батарей 1-4, на ДП № 8 – батарей 8-10. Із ЧБШ вироблявся кокс на батареях 5,6 (табл.5) з шихти проектного складу, яка відрізнялась від базової більшим вмістом вугілля марки Г на 25 %, марки ПС на 10 %, показник “Y” брикетованої частини складав 7-8 мм, вміщуючої частини – 14-15 мм.
Результати дослідних доменних плавок виявили суттєве поліп-шення техніко-економічних показників ДП при роботі з викорис-танням дос-лідного коксу, завдяки зниженню питомої витрати коксу на 0,4 – 1,2 % та підвищенню продуктивності печей на 1,2 – 2,8 %. При цьому отримані нові дані про вплив реакційної здатності коксу на роботу ДП.
Таблиця 5
Середні показники якості дослідного і базового коксів
Кокс | № кокс. бат. | Технічний аналіз | Міцність, % | ДQV,
г/кг·м3 | R,
мл/г·с
Wrt | Ad | Sdt | Vdaf | М25 | М10 | Дкг | Скг
Базовий | 1-4 | 3,9 | 10,4 | 1,55 | 1,0 | 89,7 | 6,2 | 55,4 | 26,5 | 3,84 | 0,44
Базовий | 8-10 | 2,4 | 10,4 | 1,55 | 1,0 | 88,7 | 6,4 | 55,9 | 25,0 | 3,52 | 0,28
Дослідний | 5-6 | 3,8 | 10,4 | 1,54 | 1,0 | 87,7 | 6,4 | 58,0 | 23,5 | 3,13 | 0,25
РОЗРОБКА МЕТОДУ ЗБІЛЬШЕННЯ ВИХОДУ ВАЛОВОГО КОКСУ ПРИ ЧАСТКОВОМУ БРИКЕТУВАННІ ВУГІЛЬНОЇ ШИХТИ
Більший вміст у ЧБШ газового вугілля, а також добавка до неї зв’язуючого призводять до зниження виходу валового коксу. Використовуючи наявність у шихті зв’язуючого, доцільно для підвищення виходу валового коксу ввести у неї ту чи іншу інертну добавку, бажано з відходів або супутніх продуктів коксохімічного або металургійного виробництва. Оскільки коксовий дрібняк (КД) є супутнім продуктом, то його доцільно використати для цієї мети. Щоб одержати при цьому якісний кокс, потрібно забезпечити необхідний контакт КД з пластичними речовинами у процесі коксування. Цього можна досягти додаванням КД тільки в брикетовану частку шихти і збільшенням поверхні контакту його з вугільними зернами, тобто його подрібненням до необхідної (оптимальної) межі. Визначення раціонального рівня подрібнення КД проводили шляхом дослідних коксувань ЧБШ (20 %) складу, %: Г – 45, Ж – 30, К – 10, ПС – 15, змішаною з КД, подрібненого до різної крупності. Було встановлено, що для одержання кондиційного коксу достатнім є подрібнення до 80класу <3 мм. При промисловому подрібненні КД разом з шихтою після впровадження спеціальних заходів по поліпшенню роботи молоткової дробарки була досягнута ступінь подрібнення КД до 60 – 80класу <3 мм. Вміст брикетів в шихті складав 20 %, КД – 1,3 і 5 %. Марочні склади шихти подані в табл. 6.
Проводили серійні коксування цих шихт, а також шихти без КД складу, %: Г – 45, Ж – 30, К – 10, ПС+П – 15 (вар. 0) по 5-7 печей. Результати цих експериментів подані в табл.7.
Одержані дані показують, що введення у шихту 3 % КД збільшує вихід валового коксу на 1,4 %, доменного коксу від валового на 1,2 %
Таблиця 6
Марочні склади шихти за участю КД
Марка вугілля | Марочний склад шихти, %
Вар. 0 | Брикетована частина | Загальна частина
Вар. 1 | Вар. 2 | Вар. 3 | Вар. 1 | Вар. 2 | Вар. 3
Г | 45 | 65 | 55 | 45 | 45 | 45 | 45
Ж | 30 | 30 | 30 | 30 | 27 | 27 | 27
К | 10 | - | - | - | 10 | 10 | 10
ПС+П | 15 | - | - | - | 17 | 15 | 13
КД | - | 5 | 15 | 25 | 1 | 3 | 5
Таблиця 7
Вихід і показники якості коксу
Шихта, варіант | Вихід валового коксу, % | Вихід класів коксу щодо крупності (мм), % | Показники якості коксу доменного, %
25 | 25 - 10 | 10 | + 80 мм | - 25 мм | М25 | М10
0 | 76,3 | 91,9 | 3,1 | 5,0 | 13,7 | 3,5 | 88,3 | 7,0
1 | 77,0 | 92,7 | 2,7 | 4,6 | 13,9 | 3,5 | 88,3 | 7,0
2 | 77,7 | 93,1 | 2,4 | 4,4 | 15,2 | 4,3 | 87,8 | 7,3
3 | 78,3 | 93,9 | 2,0 | 4,1 | 19,9 | 5,0 | 85,2 | 8,4
і майже не погіршує якості доменного коксу. При збільшенні кількості дрібняку до 5 % неможливо одержати кондиційний доменний кокс, але з урахуванням вимог до ливарного або феросплавного, такі кокси можливо виробляти і також досягти при цьому економічного ефекту.
Другим шляхом підвищення економічного ефекту використання технології ЧБШ є утилізація відносно якості зв’язуючого крім полімерів бензольного відділення ще й кам’яновугільної смоли, фусів і масел після механічного очищення стічних вод біохімічної установки. З їх впровадженням було вироблено 565 тис.т брикетів і утилізовано при цьому 20 тис.т вказаних речовин. Було також розроблено спосіб утилізації обмасленої дрібнодисперсної окалини прокатного виробництва, яка містить до 70 % окалини, 20 % мастила і 10 % води, шляхом добавки її у вміщуючу шихту при частковому брикетуванні. Дійсна густина окалини становить 4,8 г/см3, щільність – 2,15 г/см3, вона містить 95 % оксидів заліза, крупність зерен – 67 % класу 1 мм.
Розроблено спосіб подачі окалини у шихту. Визначено, що введен-ня окалини в ЧБШ у кількості 0,5 % поліпшує показники якості коксу М25 на 0,4 %, М10 – на 0,2 %, що обумовлено більш впорядкованою структурою коксу.
Тривале використання (більше 50 тис.т) окалини дозволило не тільки поліпшити якість коксу, а й виробляти додатково з 1 т суміші 60 кг коксу, 42 кг кам'яновугільної смоли, 60 кг коксового газу, 22 кг бензольних вугле-воднів і 500 кг заліза, у доменному виробництві – знизити витрати коксу на 2,9 кг/т чавуну і підвищити продуктивність доменної печі на 0,45 %.
ВИСНОВКИ
1.
Наукові розробки та результати експериментальних досліджень автора дозволили вирішити конкретну прикладну народно-господарську задачу – підвищення ефективності виробництва та якості доменного коксу, що отримується з частково брикетованих вугільних шихт. У межах роботи розроблено нове зв’язуюче для брикетування шихти, раціональний режим брикетування і коксування, принципи утилізації відходів виробництва.
2.
Вперше у вітчизняній практиці з відходів та супутніх продуктів нафтохімічного виробництва розроблене та впроваджене зв’язуюче для частково брикетованої вугільної шихти, яка поступає на виробництво доменного коксу.
3.
Підтверджена теза, яка полягає у тому, що чим більший вміст у зв’язуючому азотних речовин, тим кращі його адгезійні властивості.
4.
Науково доведено, що частково брикетована шихта повинна готуватись із двох шихт, що відрізняються марочним складом і спікливістю, а саме: вміщуючої шихти із товщиною пластичного шару Y 14 мм та брикетованої шихти з Y = 7-8 мм.
5.
Експериментально підтверджено, що взаємодія зв’язуючого із вугільним зерном у процесі брикетування є поверхневим процесом. Для досягнення більшої міцності брикетів потрібно більш в’язке зв’язуюче спершу подавати в більш метаморфізоване вугілля і навпаки.
6.
У промислових умовах одержані математичні залежності, які дозво-ляють визначити оптимальні технологічні параметри брикетування: зазор між пресуючими валками 4-6 мм, кількість зв’язуючого – 7 %, температура змішування 66 – 69 С. Вперше встановлено, що темпера-тура змішування повинна перевищувати температуру розм’якшення зв’язуючого на 18 – 20 С. При цьому забезпечується вихід цілих брикетів (класу 25 мм) не менше 85 %, що на 15 % більше, ніж до оптимізації цього процесу. Збільшення виходу бри-кетів при збільшенні зазору або порушенні температурного режиму можна компенсувати відповідним збільшенням витрати зв’язуючого.
7.
На підставі аналізу фізичних явищ, які мають місце при транспортуванні ЧБШ показано, що її сегрегація зумовлена різницею механічних імпульсів окремостей, тобто їх масою і швидкістю. Розроблено нові конструкції та режими роботи маятникового жолобу та реверсивного пересувного конвеєру, які дозволяють практично повністю усунути явище сегрегації шихти у вугільній башті.
8.
На основі експериментальних досліджень отримані математичні рівняння, які пов’язують вміст у ЧБШ цілих брикетів (класу >25мм) та показники міцності коксу М25 і М10. Оптимальним вмістом є той, при якому забезпечується максимальна насипна щільність шихти – 26 %.
9.
Застосування при брикетуванні шихти зв’язуючого КВАГУ-Б замість “Брикетин-1” призводить не тільки до поліпшення механічної міцності коксу, а також до зниження його реакційної здатності. Добавка 20 % коксу з частково брикетованої шихти до звичайного коксу дозволяє знизити витрати коксу на 1 т чавуну на 1,2 % і підвищити продуктивність доменної печі на 2,8%.
10.
За рахунок впливу тиску та наявності зв’язуючого при брикетуванні шихти для виробництва доменного коксу можливе використання до 3 % КД, необхідний ступінь здрібнення якого (до 80 % класу < 3 мм) можна досягти в типовій дробарці вуглепідготовчого цеху. Введення у частково брикетовану шихту КД у кількості до 3 і 5 % дозволяє виробляти відповідно ливарний або феросплавний кокси.
11.
Часткове брикетування шихти дає змогу утилізувати у шихтах для коксування смолоподібні відходи хімічних цехів коксохіміч-ного виробництва та замаслену дрібнодисперсну окалину металургій-ного виробництва. Розроблено спосіб транспортування і введення у шихту цієї окалини. Показано позитивний вплив цього заходу: поліпшення якості коксу і відповідне поліпшення роботи доменної печі, одержання додаткового коксу, коксового газу, хімічних продуктів, відновленого заліза (0,5 т на 1 т окалини).
12.
Загальний економічний ефект від впровадження зв’язуючого КВАГУ-Б і удосконалення технології часткового брикетування шихти складає 3,3 грн/т валового коксу.
Основний зміст дисертації викладено у наступних роботах:
1.Дюканов А.Г., Васильев Ю.С., Гречко Ю.И., Никитина Т.Е., Крышень И.Г., Василенко Б.Я. Брикетирование угольных шихт перед коксованием и перспективы его совершенствования // Кокс и химия. – 1990. - №6. - с.12 -13.
2.Шатоха И.З., Крышень И.Г., Фомин Л.Д., Футрук П.О., Целинко Я.В., Василенко Б.Я. Явление сегрегации при заполнении угольной башни частично брикетированной шихтой // Кокс и химия. –1989. - №1. - с. 5-7.
3. Литвин Е.М., Крышень И.Г. Совещание по вопросам освоения и совершенствования технологии частичного брикетирования шихты перед коксованием // Кокс и химия. - 1989. - №10. - с. 56-58.
4. Литвин Е.М., Еремин А.Я., Гальперин Л.Ю., Василенко Б.Я., Крышень И.Г., Хворостинин В.О., Шатоха И.З., Касьяненко И.В. Выбор технологических параметров процесса брикетирования шихты на промышленной установке // Кокс и химия – 1989. - №11. - с. 13-15.
5. Дюканов А.Г., Ковалева Н.И., Бесчастный Ю.В., Ольшанская С.М., Крышень И.Г., Василенко Б.Я., Скляр В.Т., Шкарапута Л.Н., Даниленко В.В. Новое связующее для технологии частичного брикетирования угольной шихты // Кокс и химия. – 1990. - №9. - С. 2-3.
6. Торяник Е.И., Дюканов А.Г., Гречко Ю.И., Крюков А.Н., Крышень И.Г., Линецкий Б.М., Василенко Б.Я., Хомченко М.О. Получение различных видов кокса из угольных шихт с использованием коксовой мелочи // Кокс и химия. – 1995. - №4. - с. 11-13.
7. Крышень И.Г., Торяник Э.И., Старовойт А.Г., Шатоха И.З. Использование установки частичного брикетирования шихты для утилизации отходов коксохимического и прокатного производств // Кокс и химия. - 1996. - №5. - с. 25-27.
8. Крышень И.Г., Торяник Э.И., Невойса Е.Г., Старовойт А.Г. Исследование плотности частично брикетированой угольной шихты при производстве доменного кокса // Кокс и химия, 1997, № 6, с. 13-18.
9. Кришень І.Г. Особливості брикетування слабкоспікливого вугілля із різними органічними зв'язуючими // Углехимический журнал. – 2002. - № 1-2. – с. 14-17.
10. Крышень И.Г., Соловьев Г.Д., Шатоха И.З. Модернизация коксохимического производства комбината “Криворожсталь” // Сталь. - 1998. №4.С.6-9.
11.
Журавский А.А., Торяник Э.И., Крышень И.Г. Влияние процесса брикетирования на плотность частично брикетированной шихты и качество кокса // Кокс и химия. - 1999. - №12. - С. 16-20.
12.
Журавский А.А., Торяник Э.И., Крышень И.Г., Гербали С.М., Журавский О.А. Автоматическое построение математической модели функционирования объекта // Кокс и химия. - 2000. -№3. - С. 22-28.
13.
Авторское свидетельство №1560542 СССР. Способ коксования частично бри-кетированных угольных шихт / Шатоха И.З., Иваницкий В.Г., Целинко Я.В., Крышень И.Г., Лялюк В.П., Макаров Г.А., Ризницкий И.Г., Садовник В.Т., Байрака М.М., Василенко Б.Я., Соловьев Г.Д. // Открытия. Изобретения: Бюл. НТИ. - 1990.- №16. - С.23.
14.
Кришень І.Г. Удосконалення промислової технології виробництва коксу із частково брикетованої вугільної шихти // Збірка тез доповідей IV Всеукраінської науково-методичної конференції з міжнародною участю 22-25 жовтня 2002 р., м. Дніпродзержинськ ''Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій'' – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2002. – С. 21-26.
15.
Крышень И.Г. Совершенствование промышленной техноло-гии производства кокса из частично брикетированной угольной шихты // Труды международной научно-технической конференции 12 – 15 ноября 2002 г., г. Екатеринбург ''Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья с извлечением благородных металлов'' – Екатеринбург: УГГГА, 2002. – С. 89-90.
16.
Kryshen I.G. Improvement of industrial technology of cokemaking from partially briquetted coal blend // 29th international cokemaking conference, November 6 to 7, 2002, Malenovice, Czech Republic – Ostrava: Czech Cokemaking Society, 2002. – P. 190-193.
Особистий внесок здобувача:
1.
Публікації 1, 4, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 15. – Здобувачем особисто виконані: розробка робочих програм, організація та виконання промислових досліджень; обробка, аналіз та висновки щодо результатів досліджень;
2.
Публікації 5, 7, 12, 16. – Здобувачу належить ідея впровадження нового зв’язуючого у промислову технологію брикетування з утилізацією відходів коксохімічного та прокатного виробництв. Здобувачем особисто одержані промислові дані для побудови математичної моделі функціювання об’єкту;
3.
Публікація 9. – Здобувач особисто виконав лабораторні дослідження процесу брикетування з різними зв’язуючими.
4.
Публікації 2, 3. – Здобувачем особисто запропоновано засіб усунення явища сегрегації при завантаженні загрузвагона; розробка та підготовка матеріалів для доповіді.
Кришень І.Г. Удосконалення промислової технології виробництва коксу з частково брикетованих вугільних шихт. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.07 – хімічна технологія палива і пальномастильних матеріалів. – Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут Міністерства промислової політики України, Харків, 2003.
Теоретично обгрунтовані, досліджені і впроваджені в промислову практику КДГМК “Криворіжсталь” удосконалені технологічні параметри часткового брикетування та коксування вугільної шихти з різними видами зв'язуючого. Розроблене і впроваджене нове зв'язуюче КВАГУ-Б. Розроблені, експериментально випробувані і впроваджені в практику радіоізотопні методи контролю щільності частково брикетованої шихти (ЧБШ) у потоці на конвейєрній стрічці, у вугільній башті та у камері коксування. Одержані дані дозволяють обгрунтовано встановити новий раціональний режим опалювання коксової батареї. Порівняльні дослідно-промислові коксування та доменні плавки показали ефективність виробництва більш міцного коксу з ЧБШ та різних видів коксу з використанням коксового дрібняку та обмасленої прокатної окалини в суміші з ЧБШ.
Ключові слова: вугільна шихта, щільність, зв'язуюче, часткове брикетування, кокс, прокатна окалина, доменні плавки.
I.G.Kryshen. Improvement
