Последние годы в шихтах для коксования систематически снижается количество хорошоспекающихся углей в связи с сокращением их добычи и в перспективе такая тенденция сохранится. Наряду с ухудшением марочного состава, современная угольная сырьевая база характеризуется нестабильностью (как по марочному составу, так и по технологическим свойствам) и неравномерностью поставок по отдельным предприятиям. В условиях ухудшения и нестабильности угольной сырьевой базы получение доменного кокса требуемого качества невозможно без внедрения новых технологических процессов подготовки и коксования шихты.
Частичное брикетирование угольной шихты перед коксованием является эффективной технологией, обеспечивающей существенное уменьшение в шихтах для коксования количества хорошоспекающихся углей с одновременной стабилизацией и улучшением физических и химических свойств кокса. Процесс достаточно прост, надежен и сравнительно легко вписывается в существующую схему производства кокса.
Исследования технологии частичного брикетирования шихты проводятся во многих странах. Промышленные установки работают и строятся в Японии, ЮАР, ФРГ, Индии, КНР, Южной Корее [1—3]. В Японии с применением частичного брикетирования шихты получают ~50% всего производимого кокса [4].
В СССР исследования частичного брикетирования шихты проводили еще в 50-е годы [5, 6]. Но в тот период производство кокса не испытывало острого недостатка хорошоспекающихся углей и технология не была доведена до промышленного применения. В настоящее время в связи с ухудшением угольной сырьевой базы коксования вопросы разработки и внедрения частичного брикетирования шихты стали весьма затруднительными. Поэтому в конце 70-х годов ВУХИН и УХИН возобновили интенсивные исследования по брикетированию угольной шихты перед коксованием.
Технология процесса заключается в брикетировании части шихты со связующим, смешении брикетов с небрикетированной частью шихты и коксовании полученной смеси. Положительный технологический эффект обеспечивает повышение насыпной плотности коксуемой загрузки (за счет добавления в шихту брикетов), а также некоторое повышение спекаемости шихты (за счет связующего, как спекающей добавки, входящей в состав брикетов).
Наиболее важными вопросами, которые возникают при разработке технологии частичного брикетирования шихты и требуют изучения и решения, являются:
подбор состава угольных шихт для разных регионов страны и отдельных предприятий;
отработка и выбор рациональной технологии подготовки, брикетирования и коксования применительно к реальной угольной сырьевой базе;
оценка эффективности технологии по данным полузаводских и промышленных испытаний;
исследования, разработка и выбор эффективных недефицитных связующих для брикетирования.
Лабораторные и полузаводские исследования показали, что для сырьевой базы коксохимических производств Востока, Центра, Украины брикетирование со связующим 30—35% шихты перед коксованием позволяет без снижения прочности кокса заменить 15—25% хорошо спекающихся углей углями пониженной спекаемости или при неизменном составе шихты увеличить прочность кокса по показателю М25 на 0,5— 2,0%, по показателю М10 на 1,0—2,5%. Чем ниже прочность кокса из исходной шихты, тем, как правило, в большей степени удается улучшить качество кокса частичным брикетированием, причем особенно эффективно — по снижению истираемости.
Частичное брикетирование угольной шихты технически возможно двумя способами: брикетированием части шихты, поступающей на коксование, и брикетированием отдельных компонентов в рамках заданного общего состава шихты. Выбор способа определяется условиями действующих коксохимических производств, на которых предполагается осуществить частичное брикетирование. Первый способ целесообразно использовать на заводах с обогатительными фабриками, а также в случаях, когда схема углеподготовки не позволяет выделять в отдельный поток группу компонентой шихты. Второй способ может быть применен на предприятиях, где возможна подача на брикетирование смеси углей рационального марочного состава (например, при схеме ГДК). Полузаводскне испытания шихт разных регионов страны показали, что эффективность каждого способа определяется общим марочным составом шихты и конкретными условиями отдельных предприятий.
При брикетировании части шихты и использовании до 10% тощих углей сохранение прочности кокса на уровне базовой шихты возможно только при содержании брикетов в шихте 50%. Сокращает эту величину брикетирование отощенной части шихты состава, %: (ОС+ +Т) 65; Г 19; Ж 16. Тогда прочность кокса на базовом уровне обеспечивается при содержании брикетов 25—45%, причем повышение в общей шихте доли углей ОС+Т требует соответствующего увеличения объема брикетирования. Характерно, что аналогичная прочность кокса получена при брикетировании 100% шихты без связующего.
Таким образом, в зависимости от конкретных условий, сырьевой базы и поставленных задач может быть использовано брикетирование части шихты или отдельных ее компонентов. В последнем случае толщину пластического слоя брикетируемой части шихты целесообразно поддерживать >7 мм.
Эффективность технологии частичного брикетирования со связующим в значительной мере обусловлена повышением плотности угольной загрузки в печных камерах. При этом повышение плотности следует рассматривать не столько как метод увеличения производительности коксовых батарей, сколько как способ заметного улучшения условий спекания угольных зерен различной крупности и степени метаморфизма.
Насыпная плотность частично брикетированной шихты возрастает из-за высокой (~ 1,2 г/см3) плотности брикетов. Однако насыпная плотность небрикетированюй части шихты в промежутках между брикетами несколько снижается по сравнению с шихтой без брикетов. Поэтому общее увеличение плотности частично брикетированной шихты всегда несколько ниже расчетной (по плотности брикетов) величины. Форма брикетов и их масса (в пределах 40—120 г), как правило, существенно не влияют па плотность частично брикетированной шихты, но важное значение имеет количество брикетов в шихте. Зависимость плотности загрузки от этого показателя имеет вид кривой с перегибом, достигающей максимального значения при содержании брикетов 50—60%.
Дальнейшее увеличение доли брикетов приводит к снижению плотности загрузки из-за появления между брикетами пустот, не заполненных остальной шихтой. При 30—35% брикетов и шихте, что по-видимому, является оптимальным, плотность частично брикетированной шихты возрастает на 8—12% по сравнению с шихтой без брикетов. Так как период коксования частично брикетированной шихты увеличивается на 4— 5%, а выход кокса, как правило, снижается на ~ 1% за счет использования связующего с высоким выходом летучих веществ, общее повышение производительности коксовых батарей со ставляет 3—5%.
При брикетировании в поток брикетов поступают отходы брикетирования, количество которых при нормальной работе брикетных агрегатов ≤15%. Показано, что увеличение в брикетах содержания небрикетированной мелочи до 20% не оказывает влияния на плотность частично брикетированной шихты и качества получаемого кокса. Это позволяет упростить технологическую схему, исключив отделение мелочи от брикетов и возвращение ее в шихту.
Таким образом, проведенные полузаводские испытания показали, что частичное брикетирование шихты является эффективной технологией, перспективной для использования на заводах СССР. Полученные положительные результаты позволили провести промышленную проверку способа частичного брикетирования шихты со связующими для оценки возможности использования действующего печного фонда и существующего оборудования при коксовании частично брикетированных шихт и уточнения эффективности технологии.
Коксования шихты с брикетами в отдельных печах проведены на НТМК, а промышленная проверка технологии осуществлена в течение 10 суток на пяти батареях Днепропетровского коксохимического завода с испытанием полученного кокса в доменных печах Днепропетровского металлургического завода. В обоих случаях брикетировали 30—32% общезаводской шихты. В качестве связующего использовали каменноугольный пек (НТМК) и нефтебитум БН-70/30 (Днепропетровский коксохимический завод).
Насыпная плотность шихты с брикетами увеличилась на 8—10%. Поскольку повысить температуру в обогревательных простенках не представлялось возможным, дли обеспечения требуемой готовности кокса удлинили на ~5% период коксования. Производительность по коксу па Днепропетровском коксохимическом заводе увеличилась на ~4%. Замечено изменение характера и существенное уменьшение вертикальной усадки загрузки при коксовании частично брикетированной шихты: с 350 до 210 мм (НТМК) и с 300 до 250 мм (Днепропетровский коксохимический завод). Случаев тугого хода кокса и бурения печных камер не наблюдалось. Отмечен рост усилия (ампеража) при выдаче кокса, примерно соответствующий увеличению массы коксового пирога.
Данные о равномерности прогрева коксового пирога на НТМК показывают, что без дополнительного регулирования обогрева появляется тенденция к недогреву кокса в верхней зоне камер. Для современных коксовых батарей высотой до 5,5 м равномерность прогрева можно улучшить перерегулированием гидравлического режима с целью вытягивания факела горения. Камеры большой высоты, по-видимому, потребуют приближения уровня перегрева продуктов сгорания к своду камеры (снижения «уровня обогрева»).
При промышленном коксовании частично брикетированной шихты на Днепропетровском коксохимическом заводе оценено влияние частичного брикетирования шихты со связующим на выхода и качество продуктов коксования. Повышение выхода летучих веществ (за счет использования в качестве связующего нефтебитума) снизило выход валового кокса на 0,3%. Несколько увеличился выход коксового газа и сырого бензола, но наиболее значительно возросло количество сырой смолы. Состав коксового газа, качество смолы (по результатам анализов), бензола (по показателям работы цеха ректификации) и остальной химической продукции не изменились.
Выход металлургического кокса повысился на 1,4%, качество кокса по показателям М10 и М25 улучшилось соответственно на 1,0 и 0,6%.
Таким образом, промышленные испытания подтвердили технологическую эффективность частичного брикетирования шихты: улучшение качества кокса (особенно по прочности на истирание), повышение производительности коксовых батарей, увеличение выхода металлургического кокса, высокую эффективность его использование в доменном производстве. Частичное брикетирование шихты практически не внесло осложнений и не потребовало существенного изменения действующей технологии коксования. Показана возможность использования коксовых печей конструкции Гипрококса и коксовых машин существующих батарей для коксования частично брикетированных шихт.
Все изложенное подтвердило целесообразность широкого промышленного внедрения частичного брикетирования шихты перед коксованием. Однако нерешенной оставалась задача обеспечения новой технологии эффективными экономичными связующими для брикетирования, которые должны обладать как вяжущими, так и спекающими свойствами и обеспечивать:
технологичность при брикетировании, т. е. высокий выход и качество брикетов, надежную работу брикетных агрегатов и вспомогательного оборудования;
эффективность при коксовании, т. е. получение достаточно прочного кокса при повышенном участии в шихте слабоспекающихся углей;
отсутствие побочных отрицательных эффектов (например, снижения качества химических продуктов коксования).
Значительные потребности в связующем определяют также дополнительные требования:
доступность, т. е. обеспеченность значительными ресурсами, не используемыми для производства остродефицитных продуктов;
экологичность (прежде всего — пониженная канцерогенность);
экономичность.
Исследования показали, что наиболее рационально использование связующих с температурой размягчения по КиШ 30—50 °С.
По технологичности при брикетировании все испытанные каменноугольные связующие и большинство нефтяных соответствует предъявляемым требованиям. Брикеты, полученные с использованием каменноугольных связующих, имеют повышенную прочность при сжатии, а с нефтяными связующими (за исключением нефтебитумов) — при сбрасывании.
Библиографический список