ВЛИЯНИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ДОБАВОК НА КАЧЕСТВО КОКСА

Ю.А. Яценко, В.И. Саранчук, Е.И. Збыковский

7 международная научная конференция аспирантов и студентов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" 2008 год

Донецкий национальный технический университет

В технологической цепи производства стали, доменный кокс продолжает оставаться неотъемлемой частью процесса производства металла. Выплавка чугуна и стали в мировом производстве продолжает расти. Так, прирост стали в 2007 году составил 7.7  % в сравнении с 2006 годом. Исходя из ежегодного прироста ВВП предполагается, что мировая потребность в стали в 2010 году возрастет до 850 млн. т, соответственно в чугуне до 675 млн.т. Следовательно, мировая потребность в доменном коксе составит 285 млн.т. На основании экспертных оценок стоимость кокса в 2008 году в среднем возрастет до 170-185 долл./т, против 155 долл./т в 2006.

Критерии качества доменного кокса определяются его функциями в доменном процессе в качестве разрыхлителя столба шихтовых материалов, восстановителя окислов металлов и источника энергии. К критериям качества кокса относятся: его гранулометрический состав, холодная прочность, горячая прочность и реакционная способность, содержание в коксе свободного углерода, вредных элементов и соединений и др. Важнейшей характеристикой качества кокса на заводах Европы, Азии, Америки и Австралии где работают доменные печи с пылеугольным топливом (ПУТ) считается показатель (горячей) механической прочности кокса после реакции с СО₂ при температуре 1100°С (CSR) и индекс реактивности кокса (CRI). Требования металлургических заводов Западной Европы и Северной Америки к качеству доменного кокса по показателям CSR и CRI очень высоки: CSR - более 55-70 %, CRI - менее 22-30 %

Из анализа существующих технологий производства кокса следует, что для получения доменного кокса с высокими качественными показателями необходимы в первую очередь высококачественные коксующиеся угли.

В связи с дефицитом высококачественных коксующихся углей в Украине на коксохимических заводах вынуждены вводить в шихту для коксования значительные количества слабоспекающихся и неспекающихся марок углей, а также изменять условия и режимы коксования, что отрицательно сказывается на качестве доменного кокса. Основное количество кокса выпускаемого коксохимическими заводами Украины, имеет низкое значение, по показателям CSR и CRI (CSR < 50 %, а CRI > 35 %). Кокс с такими качественными показателями не соответствует требованиям, выдвигаемым к коксу за рубежом и уже отдельными заводами Украины.

Интенсификацию коксохимического производства, улучшение качества кокса, в том числе и по показателям CSR и CRI, коксохимики, как правило, осуществляют с помощью совершенствования подготовки угольной шихты для коксования и варьированием технологических факторов производства: подбором дифференцированного состава шихты с учетом марочного и петрографического состава углей, избирательным измельчением углей перед коксованием, глубокой сушкой и предварительной подготовкой углей, трамбованием, брикетированием части угольной шихты, обработкой шихты различными органическими и неорганическими добавками, введением в шихту отходов резины, пластика, скоростью нагревания, варьированием конечной температуры коксования и др.

Сырьевая база Украины крайне бедна хорошо коксующимися углями, соответственно получение кокса, удовлетворяющего мировым стандартам, становится проблемой номер один в металлургическом производстве, и её решение автоматически выносится на первый план. Существует несколько возможных путей улучшения качества кокса: предварительная подготовка шихты, улучшение условий коксования, послепечная обработка кокса. Если первые два метода требуют значительных капиталовложений на сложное аппаратурное оформление, то послепечная обработка кокса заслуживает особого внимания из-за своей дешевизны и простоты метода.

На ЗАО "Макеевкокс" был проведен промышленный плановый эксперимент ящичного коксования с последующей обработкой кокса тетраборатом натрия различной концентрации.

Первым шагом было приготовление базовой шихты на основе, которой составлялись шихты для исследования. Для этого в углеподготовительном цехе ЗАО "Макеевкокс", который оборудован современной автоматизированной системой дозирования угля, были заданы в компьютере количества углей (%), которые будут составлять базовую шихту. Через 5 минут (время ожидания необходимое для усреднения состава шихты) после задания параметров шихты  был остановлен ленточный транспортер с готовой базовой шихтой. Для проведения опытов было отобрано 130 кг базовой шихты. Дальше с транспортера вагоноопрокидывателя было отобрано 130 кг угля марки "К" шахты "Красноармейская Западная №1".

После этого было составлено 3 шихты для ящичного коксования с разным количеством угля марки "К":

1)шихта №1 - содержимое марки "К" 50 %;

2)шихта №2 - содержимое марки "К" 30 % ;

3)шихта №3 - содержимое марки "К" 70 % .

Для проведения ящичного коксования исследуемую шихту загружали в металлические ящики, после загрузки они закрываются металлическими крышками, которые закрепляются к ящикам с помощью газосварки. Готовые ящики загружаются в промышленные коксовые печи. С помощью ящичного коксования процесс коксования исследуемых шихт протекает в реальных условиях, при которых проводят коксование угля в промышленных масштабах.

Размеры ящиков, в которых проводилось коксование, составляют 200x200x285 мм. C каждой стороны ящика проделано по 54 отверстия диаметр, которых составляет 6 мм. Масса одного ящика равняется 6,4 кг. Разовая загрузка ящика составляет близко 8 кг шихты. Для предупреждения рассыпания шихты через отверстия в ящиках, в ящики прокладывается бумага.

В результате эксперимента было установлено, что показатели качества кокса CSR и CRI при обработке их растворами различной концентрации сильно меняют свои значения. Сравнивали коксы, обработанные раствором тетрабората 2,4 (% объём.) и 4,8 (% объём.).

Шихта №1: показатель CRI уменьшился на 4,13%, показатель CSR увеличился на 10,91 %.

Шихта №2: показатель CRI уменьшился на 1,31%, показатель CSR уменьшился на 1,14%

Шихта №3: показатель CRI увеличился на 0,26%, показатель CSR уменьшился на 0,37%.

Дальнейшая обработка результатов исследования методами математического моделирования позволит найти уравнения описывающие зависимость между концентрацией раствора и показателями качества кокса.