Одним из эффективных способов подготовки к коксованию шихт с большим (до 55- 65%) содержанием слабоспекающихся углей является их частичное брикетирование со связующим или всей шихты без связующего. В промышленных условиях метод частичного брикетировании шихт со связующим коксохимического происхождения применяется в Японии [1].
Эффективность всех новых методов подготовки угольных шихт к коксованию, а том числе и метода брикетирования, в значительной мере обусловлена повышением плотности угольной загрузки в печных камерах, которая, не меняя природы органической массы углей, существенно улучшает физико-химические условия протекания процессов спекания и коксообразовании. Известно, что при достаточном сближении зерен слабоспекающихся углей из них (в частности, из шихты, содержащей 70% Г6 и 30% СС) при нагревании можно получить высококачественный формованный металлургический кокс. Поэтому необходимый уровень спекаемости шихт для коксования — весьма условное понятие, зависящее от порозности угольной загрузки.
В коксующейся загрузке 40—50% составляют воздушные поры, препятствующие спеканию продуктов деструкции угольных зерен и получению кускового кокса. Поэтому важным технологическим фактором следует считать величину отношения образующегося количества термостойких жидкоподвижных продуктов деструкции органической массы углей к объему пустот. Чем меньше порозность угольной загрузки, тем менее потребуется жидкоподвижных продуктов и тем больше дешевых слабоспекающихся углей может быть в шихте.
Ранее было показано, что максимальную насыпную массу шихты — до 0,9 т/м³ влажностью 10% можно получить при следующем сочетания классов крупности углей, %: 60-30 мм 30—40; 12-6 мм 20—30: < 3 мм 40. Из этого соотношения вытекает необходимость содержания в шихте до 30% целых брикетов [2].
Вторым важным фактором, компенсирующим потерю спекаемости при вводе в шихты слабоспекаюшихея углей, является количество связующего при брикетировании. Применяемые и настоящее связующие вещества (брикетин, КВАГУ) обладают выраженными спекающими свойствами, и уменьшение их доли и шихте < 7% снижает, но только прочность брикетов (и, как следствие — плотность загрузки), но и механическую прочность кокса. Подвижность макромолекул органической массы углей увеличивается в результате пластификации углей в парах связующего. Известно, что уголь марки Т, обработанный парами антраценовой фракции смолы и сбрикетированный, после прокаливания дает прочный коксобрикет. Кроме того, смачиваемость зерен слабоспекающихся углей жидкоподвижными продуктами пластической массы, образующейся при деструкции хорошо спекающихся углей заметно возрастает. Ширина зоны пластического состояний также увеличивается.
Для шихт различной структуры и состава необходима применять и разные методы брикетирования. Угли марок Т и ОС с добавкой углей марок Ж и Г следует брикетировать отдельно от всей шихты со связующими. Шихты с большим содержанием углей марки Г предпочтительно брикетировать без связующих веществ [2, 3].
Насыпная платность шихты, содержащей 25-36% брикетов, увеличивается. По известной кривой, подтвержденной многими авторами [4], максимальный ее прирост равен 10-12% при доле брикетов и шихте 40—50%. При этом форма брикетов и их масса (в пределах 39 — 120 г) не влияют на насыпную плотность шихты при одинаковом количестве в ней брикетов. Имеется тенденция к увеличению насыпной плотности шихты при очень большой массе брикетов (до 500 г).
При выборе массы и формы брикетов следует исходить из условий рациональной конструкции прессующих валков и хорошего смешения брикетов с вмещающей их шихтой. Брикеты, полученные на современных высокопроизводительных валковых прессах, имеют подушкообразную форму и массу 60—95 г. При доле целых брикетов в шихте, равной 30%, прирост насыпной плотности шихты составит 8%, а увеличение производительности печей в зависимости от возможностей корректировки теплотехнического режима 4-5%. При содержании брикетов 15% прирост насыпной плотности шихты составит всего 2—3%; при этом показатели прочности кокса не изменятся [5]. Как показывают расчеты, реального экономического эффекта можно ожидать при коксовании частично брикетированной шихты с содержанием >20% брикетов.
Первые брикетные установки построены на Криворожском коксохимическом заводе (первая и вторая очереди); на Авдеевском заводе и коксохимическом производстве Череповецкого металлургического комбината строительство установок продолжается. У фирмы «Ниппон Стил» куплено 13 брикетных установок, из которых 5 работают на Криворожском коксохимическом заводе.
На этих установках используется связующее нефтехимического происхождения (битум БН 50/50, Брикетин-1), а начиная с 1990 г.— новое связующее КВАГУ-Б, поставляемое Кременчугским нефтеперерабатывающим заводом. На основе полупродуктов и промышленных отходов завода при участии УХИНа разработано новое асфальтогудроновое связующее с температурой размягчения 42-48ºС. Связующее прошло лабораторные, полупромышленные и промышленные испытаний, результаты которых позволили рекомендовать его взамен брикетина. Брикетная установка коксохимического производства Череповецкого комбината будет работать на мягком пеке собственного производства по схеме, аналогичной применяемой на японских установках.
Брикетная установка Криворожского завода работала вначале на частично брикетированной шихте пониженной спекаемости %: Г+ГЖ 37, Ж 30, К 10, ОС 18, Т 5. В дальнейшем доля углей марки Т была повышена до 10% за счет снижения содержания в шихте углей марки ОС и частично марок Ж и К.
Исследования показали, что при любом составе шихты качество брикетов не полностью соответствует требованиям регламента. Были проведены работы по подбору расхода пара и количества связующего (от 6 до 10%). Изменение этих параметров при зазоре между палками 5 мм существенно не сказалось на качестве получаемых брикетов. Содержание целых брикетов (класса >25 мм) в бункерах углезагрузочного вагона составило 7- 11%. Недостаточный выход целых брикетов и их низкая плотность (1.09.-1,11 г/см³) позволили увеличить плотность шихты и печных камерах только на 3-4% вместо 8-9% по ТЗЛ.
При зазоре между палками 3,5-4 мм качество брикетов повышается: выход целых брикетов после пресса составил 70-74,3% (класс >25 мм), кажущаяся плотность 1,153 г/см³.
На Авдеевском коксохимическом заводе заканчивается сооружение первой очереди брикетной установки, состоящей из трех японских прессов производительностью 50 т/ч брикетов каждый. Введение в эксплуатацию второй очереди брикетной установки (два пресса) задерживается из-за отсутствия брикетных прессов отечественного производства.
Существующая в мировой практике и внедряемая в СССР (на Криворожском и Авдеевском заводах) технология частичного брикетирования шихты со связующим требует больших капиталовложений, сложна в эксплуатации. Применение метода брикетирования всей или большей части шихты без связующего позволит значительно упростить и удешевить процесс. При этом отпадает необходимость в строительстве ряда объектов: прирельсового и основного склада связующих веществ, отделения дробления для небрикетируемой части шихты, дополнительного закрытого склада угля для ее брикетируемой части, парокотелен, насосных (связующего, конденсата и т. д.), а также части транспортных галерей и перегрузочных станций. Следует также учесть то обстоятельство, что брикетирование шихты без связующего — экологически чистый процесс.
Для брикетной установки Авдеевского завода предполагается установить три импортных (первая очередь) и два отечественных пресса (вторая очередь). При работе двух импортных прессов (один резервный) доля брикетов в шихте для коксовых батарей № 7—9 составит всего 13%. При работе четырех прессов (один резервный) доля брикетов в шихте будет 22—25% при необходимой доле 30—35%. Это приведет к снижению эффективности брикетирования по всем основным показателям: экономии хорошо спекающихся углей и снижению себестоимости шихты, прочности кокса, увеличению производительности печей.
В условиях Авдеевского завода целесообразно применить совмещенный процесс брикетирования части шихты со связующим и части шихты без связующего с установкой двух специальных прессов производительностью 80-100 т/ч вместо двух отечественных прессов для брикетировании шихты со связующим (производительностью 50 т/ч). При этом существенно возрастет доля брикетов и шихте и ее насыпная плотность. Потребность в связующем снизится со 125 до 79 тыс. т в год, необходимое количество цистерн со 140 до 89.
И настоящее время внедрение этого метода в промышленность сдерживается отсутствием высокопроизводительных отечественных брикетных прессов с повышенным давлением прессования (45—50 Н/мм² вместо 20; производительность 100 т/ч). Так как ввод установки в эксплуатацию задерживается, есть возможность переработать проект с учетом указанных параметров.
В сложившейся ситуации целесообразно ограничить применение процесса частичного брикетирования со связующим двумя установками (на Криворожском и Авдеевском заводах) с импортным оборудованием. Метод брикетирования в промышленных условиях необходимо развивать с применением отечественных прессов повышенного давления предстоит выполнить большой объем исследований по определению оптимальных параметров брикетирования, расчеты и техническую документацию по конструкции прессов, изготовить оборудование, смонтировать его и сдать в эксплуатацию.
Таким образом, результаты исследований, опыт внедрения метода брикетирования на Криворожском заводе свидетельствуют, что эта технология позволяет решить важные отраслевые и народнохозяйственные задачи:
Библиографический список.