шихта для получения металлургического кокса

Формула изобретения

Шихта для получения металлургического кокса, содержащая жирные, отощенно-спекающиеся угли и спекающую добавку, отличающаяся тем, что дополнительно содержит газово-жирные, коксовые слабоспекающиеся угли, а спекающая добавка получена путем смешения пекообразного продукта с отходами пластмасс в соотношении 1:0,1-0,2, нагрева смеси до 300-350°С в течение 0,5-1,0 ч при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Газово-жирные угли 15-20

Жирные угли 20-30

Коксовые слабоспекающиеся угли 20-40

Спекающая добавка 3-6

Отощенно-спекающиеся угли Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приготовлению шихтовых материалов и может быть использовано в производстве металлургического кокса.

Известна шихта для получения металлургического кокса, имеющая следующее соотношение компонентов, мас.%:

газовые угли - 15-25

жирные угли - 25-35

коксовые угли - 30-38

маслоокалинсодержащие шламы - 1-2

отощенно-спекающиеся угли - остальное

(Авт. свид. СССР 1736993, МКИ 5 С 10 В 57/04, 1992 г.).

Однако при введении в шихту маслоокалинсодержащих шламов увеличивается зольность шихты, а отсюда и зольность кокса. Механическая прочность кокса М25 возрастает незначительно, например на 0,8%.

Известна шихта для получения металлургического кокса, содержащая, мас.%:

газовые угли - 45-55

жирные угли - 17-25

коксовые угли - 10-15

спекающая добавка - остатки процесса термообработки сернистых гудронов в присутствии железорудного концентрата - 2-4

отощенно-спекающиеся угли - остальное

(Авт. свид. 1703674, МКИ 5 С 10 В 57/04, 1992 г.).

Данная шихта включает спекающую добавку - остатки процесса термообработки сернистых гудронов в присутствии железорудного концентрата с содержанием серы 2,65%. При коксовании шихты сера переходит в кокс, а на содержание серы в коксе наложены ограничения.

Задачей изобретения является повышение механической прочности кокса с одновременной утилизацией отходов пластмасс.

Поставленная задача достигается тем, что шихта для получения металлургического кокса, содержащая жирные, отощенно-спекающиеся угли и спекающую добавку, согласно изобретению она дополнительно содержит газово-жирные, коксовые слабоспекающиеся угли, а спекающая добавка получена путем смешения пекообразного продукта с отходами пластмасс в соотношении 1:0,1-0,2, нагревом смеси до 300-350^oС в течение 0,5-1,0 ч при следующем соотношении компонентов, мас.%:

газово-жирные угли - 15-20

жирные угли - 20-30

коксовые слабоспекающиеся угли - 20-40

спекающая добавка - 3-6

отощенно-спекающиеся угли - остальное

Сущность изобретения заключается в составлении оптимального состава шихты для получения металлургического кокса, в определении оптимального соотношения компонентов данной шихты, в новой технологии получения новой спекающей добавки, которая осуществляется в два этапа:

- получение пекообразного продукта путем смешения угля с добавкой, введение растворителя с образованием суспензии, обработку ее под давлением собственных газов при повышенной температуре, причем предварительно на поверхность добавки наносят катализатор, в качестве которого используют соли переходных металлов, в количестве 4,0-6,0 от массы добавки, в качестве последней используют отход установки сухого тушения кокса - пылевидный кокс в количестве 1,0-1,5% от массы угля, растворитель вводят в подготовленный уголь в соотношении (1,0-2,5):1, нагревают до температуры 210-350^oС, при которой выдерживают в течение 0,3-0,6 ч. (Патент RU 2181746 МПК 7 С 10 G 1/04,1/06, 2002 г.);

- получение самой спекающей добавки путем смешения пекообразного продукта с отходами пластмасс в соотношении 1:0,1-0,2, нагрева смеси при температуре 300-350^oС в течение 0,5-1,0 ч.

Экспериментально установлено, что содержание газово-жирных углей в шихте менее 15% нежелательно, т.к. ухудшаются усадочные свойства коксового пирога, увеличивается усилие выдачи(ампераж) его выдачи.

При содержании газово-жирных углей в шихте более 20% увеличивается выход летучих веществ в шихте, что приводит к снижению механической прочности кокса из-за увеличения трещинообразования в коксе.

Выбор пределов содержания в шихте жирных углей обусловлен следующим: увеличение содержания жирных углей в шихте более 30% приводит к снижению крупности кокса и его механической прочности вследствие развития больших внутренних напряжений в процессе коксования и увеличения градиента усадки, а также повышенной текучести пластической массы.

При содержании жирных углей в шихте менее 20% ухудшаются ее спекающие свойства, снижается прочность кокса и увеличивается ее истираемость.

Содержание коксовых слабоспекающихся углей в шихте варьировали от 20 до 40%. Исследованиями доказано, что содержание в шихте коксовых слабоспекающихся углей менее 20% приводит к увеличению относительной доли углей с высоким выходом летучих веществ (ГЖ, Ж, ОС), что способствует увеличению пористости и трещиноватости кокса, его реакционной способности и падению механической прочности. Введение в шихту более 40% коксовых слабоспекающихся углей наоборот понижает выход летучих веществ из шихты, что снижает усадку коксового пирога и затрудняет его выдачу из камеры коксования, также понижается спекаемость шихты с падением механической прочности кокса.

При содержании спекающей добавки в шихте менее 3% ее влияние на механическую прочность несущественно.

Увеличение содержания спекающей добавки в шихте более 6% нецелесообразно, т.к. прочность кокса снижается, а истираемость кокса возрастает.

Растворение отходов пластмасс (ОПМ) в жидком пекообразном продукте (ПОП) является процессом химического взаимодействия насыщенных атомами водорода радикалов алифатических молекул пластмасс с радикалами ароматических ненасыщенных водородом молекул пекообразного продукта. Экспериментально установлено, что образующиеся в процессе нагревания смеси отходов пластмасс и пекообразного продукта радикалы (осколки макромолекул ОПМ и ПОП) наиболее активно взаимодействуют с образованием устойчивых макромолекул спекающей добавки в интервале температур 300-350^oС. При температуре нагрева смеси ниже 300^oС радикалы взаимодействующих компонентов недостаточно активны, что не дает возможности получить спекающую присадку однородного состава. Выше 350^oС осуществлять нагрев смеси нецелесообразно, т.к. нарушается равновесное состояние процессов деструкции и полимеризации с преобладанием процессов пиролиза и дегидрирования, что способствует выводу атомов водорода из реакционной смеси в виде летучих веществ, а оставшиеся ненасыщенными водородом макромолекулы теряют свою спекающую способность.

Исследованиями показано, что время выдержки смеси при повышенной температуре должно находиться в интервале 0,5-1,0 ч. Выдержка смеси менее 0,5 ч нежелательна ввиду того, что не успевает завершиться процесс химического растворения отходов пластмасс в пекообразном продукте. Выдержка более 1,0 ч нецелесообразна, т. к. не способствует улучшению качества спекающей добавки вследствие превалирования процессов поликонденсации, более длительная выдержка уменьшает производительность процесса, увеличивает количество затрачиваемой на него энергии.

При получении спекающей добавки величина отходов пластмасс, добавляемых к пекообразному продукту, определялась исходя из достижения максимально возможного количества утилизируемых отходов пластмасс в процессе получения спекающей добавки с однородной структурой и оптимальными спекающими свойствами. Определено, что при соотношении в смеси ПОП:ОПМ менее 1:0,1 спекающая способность получаемого продукта практически не изменялась, а полученный продукт имел неоднородную структуру. При соотношении в смеси ПОП:ОПМ более 1: 0,2 спекающая способность конечного продукта не улучшается и приводит к ухудшению его физико-механических свойств - он становится липким и хуже дробится.

Предлагаемый состав шихты для получения металлургического кокса с указанным соотношением компонентов обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в получении кокса с повышенной механической прочностью. Получение данного технического результата достигнуто решением задачи на изобретательском уровне, в частности оптимально подобранным составом шихты, технологией получения одного из ее компонентов - спекающей добавки, утилизацией отходов пластмасс.

Необходимость использования в шихте в качестве спекающей добавки нового продукта обусловлена следующим. Механизм химического взаимодействия пекообразного продукта с полимерами заключен в процессе поликонденсации алифатических и ароматических структур с выделением водорода, обеспечивающего гидрирование этого процесса и получение продукта, обладающего спекающими свойствами. Спекающая добавка, вводимая в шихту, обладает высокой адгезией к углям, она смачивает угольные частицы, способствуя достижению лучшего пластического контакта между частицами угольной шихты. Кроме того, со спекающей добавкой в шихту вводится дополнительное количество насыщенной водородом мезофазы, за счет чего протекают более глубокие поликонденсационные процессы, связанные с образованием более устойчивых кристаллических углеродных систем, дающих прочный кокс.

Пример. Измельченные угли смешивали в соотношении, мас.%: газово-жирные (ГЖ) - 15, жирные (Ж) - 22, коксовые слабоспекающиеся (КС) - 37, спекающая добавка - 5% и отощенно-спекающиеся (ОС) - остальное, качественные характеристики которых представлены в таблице 1.

Предварительно готовили спекающую добавку. Сначала получали пекообразный продукт (Патент RU 2181746 МПК 7 С 10 G 1/04, 1/06, 2002 г.). Затем к полученному пекообразному продукту однородного состава добавляли измельченные до крупности 1-10 мм отходы пластмасс (полиэтилентерефталат) в соотношении 1: 0,15 и нагревали в течение 1,0 ч при температуре 300^oС. После охлаждения до температуры окружающей среды добавку измельчали до крупности 0-3 мм. Полученная добавка имела зольность 3,6%, выход летучих веществ 29,7%, легко дробилась и была однородна по составу. Смешивали ее с угольной шихтой и коксовали в лабораторных условиях по ГОСТ 9521-74. Шихту, массой 2 кг, загружали в ящик для коксования, помещали в нагретую до 1000^oС лабораторную печь. Нагрев коксовой печи производили с 650^oС со скоростью 2^oС в минуту до тех пор, пока не установилась температура 950^oС в центре коксуемой массы. Полученный кокс имел следующие показатели качества, %: механическую прочность (П25)-95,5; истираемость (П10)-4,0; структурную прочность (Пс)-86,7.

Результаты испытаний коксов различных составов угольной шихты сведены в таблицу 2. Исследования подтвердили, что коксы, полученные из угольных шихт, составленных из компонентов, количество которых взято в заявляемых пределах, обладают повышенной механической прочностью и пониженной истираемостью. Изменение содержания компонентов шихты за заявляемые пределы нежелательно, т.к. характеристики кокса получаются хуже.

Предлагаемая шихта применима в коксохимической промышленности для производства металлургического кокса.