RU2565672C1 - Pulverised coal for blast-furnace melting - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention describes the pulverised coal for the blast-furnace melting of the carbon containing material, at that the carbon containing material includes 50-55 wt % of low ash and low sulphur fine ground coal with low output of the volatile substances, 40-45 wt % of fine dispersed semicoke produced at 600-650°C from low ash and low sulphur brown coals, and 5-10 wt % of dust wastes of the dry extinguishing of the metallurgical coke. Use of the materials with low output of the volatile substances improves ecological parameters of the cast iron casting in the blast-furnaces.

EFFECT: increased intensive heat generation during oxidating due to high chemical activity of the brown coal semicoke, ensures achievement of the necessary coefficient of coke replacement at lower flowrate of pulverised coal, more rational utilisation of high carbon wastes of the dry extinguishing of the metallurgical coke.

2 dwg, 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к процессу доменного производства с целью увеличения количества заменяемого кокса, и может быть использовано в теплоэнергетике.The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to the process of blast furnace production in order to increase the number of replaced coke, and can be used in the power industry.

В настоящее время общей тенденцией в доменном производстве является неуклонное сокращение доли металлургического кокса в энергетическом и материальном балансе доменной плавки по причине его высокой стоимости. Сокращение достигается путем замены части металлургического кокса другими видами технологического топлива, такими как: природный газ, мазут, каменноугольная смола или пылеугольное топливо (ПУТ). Последнее по разным источникам может заменить до 30-50% массы кокса, расходуемого на выплавку чугунаCurrently, the general trend in blast furnace production is a steady reduction in the share of metallurgical coke in the energy and material balance of blast furnace smelting due to its high cost. The reduction is achieved by replacing part of metallurgical coke with other types of process fuels, such as natural gas, fuel oil, coal tar or pulverized coal (PUT). The latter, according to various sources, can replace up to 30-50% of the mass of coke spent on smelting pig iron

Высокоскоростная и высокотемпературная газификация ПУТ в зоне горна доменной печи дает возможность частично заменить две функции из трех, выполняемых более дорогостоящим коксом: производство тепла и восстановительных газов.High-speed and high-temperature gasification of PUT in the furnace hearth of a blast furnace makes it possible to partially replace two of the three functions performed by more expensive coke: production of heat and reducing gases.

Выбор исходных компонентов для ПУТ определяется свойствами, которыми должно обладать пылеугольное топливо, а именно:The choice of starting components for FCS is determined by the properties that pulverized coal should have, namely:

- теплотворная способность ПУТ должна быть приближена к теплотворной способности кокса;- the calorific value of PUT should be close to the calorific value of coke;

- ПУТ должен быстро сгорать в фурменной зоне, чтобы не образовывать замусоренность столба шихтовых материалов, ухудшающую газопроницаемость и фильтрацию жидких продуктов. Это требование определяет тонину помола (<90 мкм) сырьевых материалов при производстве ПУТ;- The pulverized coal must quickly burn in the tuyere zone so as not to form a littered column of charge materials, impairing gas permeability and filtering of liquid products. This requirement determines the fineness of grinding (<90 microns) of raw materials in the production of pulverized coal;

- зола, образующаяся при сгорании ПУТ, должна быть легкоплавкой;- ash generated during the combustion of pulverized coal should be fusible;

- также необходимо, чтобы ПУТ обладал низкой абразивностью, слипаемостью, коксуемостью.- It is also necessary that the PUT has low abrasiveness, adhesion, coking properties.

Для производства ПУТ чаще всего используют смесь из 2-3 типов углей и твердых остатков их термической переработки (коксования или полукоксования), причем, как правило, один из компонентов смеси - это уголь с высоким содержанием летучих веществ, обеспечивающий быстрое воспламенение смеси. Однако деструкция углей с высоким выходом летучих веществ требует значительных затрат тепла и это существенно снижает коэффициент замены кокса.A mixture of 2-3 types of coals and solid residues of their thermal processing (coking or semi-coking) is most often used for the production of PCBs, and, as a rule, one of the components of the mixture is coal with a high content of volatile substances, which ensures rapid ignition of the mixture. However, the destruction of coal with a high yield of volatile substances requires significant heat and this significantly reduces the coefficient of replacement of coke.

Известно пылеугольное топливо, состоящее из высокосернистого практически беззольного нефтяного полукокса с добавкой десульфуратора (патент РФ №2490316 «Пылеугольное топливо для доменной плавки»). Недостатками такого ПУТ является высокое содержание серы в нефтяном полукоксе (4,2%), что само по себе приведет к увеличению расхода кокса, а добавка десульфуратора уменьшит содержание в шихте участие железорудного агломерата и соответственно производительность агрегата по чугуну. Кроме того, общеизвестно, что твердые продукты термической переработки нефти, даже полученные в режиме полукоксования, обладают крайне низкой реакционной способностью, что ставит под сомнение возможность его полной газификации в зоне горна.Known pulverized coal fuel, consisting of high sulfur practically ashless petroleum coke with the addition of a desulfurizer (RF patent No. 2490316 "Pulverized coal fuel for blast furnace smelting"). The disadvantages of such a PUT are the high sulfur content in petroleum semi-coke (4.2%), which in itself will lead to an increase in coke consumption, and the addition of a desulfurizer will reduce the content of iron ore sinter in the charge and, accordingly, the cast iron production unit. In addition, it is well known that solid products of thermal oil refining, even obtained in the semi-coking mode, have extremely low reactivity, which casts doubt on the possibility of its complete gasification in the hearth zone.

Также известно, что абразивная способность коксов и полукоксов намного выше абразивности угля.It is also known that the abrasive ability of coke and semi-coke is much higher than the abrasiveness of coal.

Наиболее близким к заявляемому ПУТ является патент РФ №2349634 на пылеугольное топливо для доменных печей, содержащее тонкоизмельченные газовые угли, к которому дополнительно присаживается тонкоизмельченный кокс, полученный из термически обработанных инертным носителем газовых малосернистых углей, при следующем соотношении компонентов, мас. %:Closest to the claimed PUT is RF patent No. 2349634 for pulverized coal fuel for blast furnaces containing finely divided gas coals, to which finely ground coke obtained from heat-treated inert carrier of low-sulfur coal is additionally seated, in the following ratio of components, wt. %:

Недостатком данного ПУТ является что, что при большом содержании газовых углей потребуется большое количество тепла на их термическую деструкцию, а при большом участии коксовой пыли, полученной из газовых углей, будет проявляться высокая абразивность, но не будет обеспечиваться необходимая скорость и полнота ее газификации вследствие недостаточного уровня химической активности (см. табл. 1).The disadvantage of this PCB is that, with a high content of gas coals, a large amount of heat will be required for their thermal degradation, and with a large participation of coke dust obtained from gas coals, high abrasion will be manifested, but the necessary speed and completeness of its gasification will not be ensured due to insufficient level of chemical activity (see table. 1).

Технические результаты, достигаемые при использовании заявляемого изобретения, обеспечивают:Technical results achieved using the claimed invention provide:

- повышение экономичности доменного производства;- increase the efficiency of blast furnace production;

- улучшение экологичности доменного производства;- improving the environmental friendliness of blast furnace production;

- расширение сырьевой базы материалов, используемых в качестве пылеугольного топлива, связанных с доменным производством;- expansion of the raw material base of materials used as pulverized coal associated with blast furnace production;

- утилизацию пылевидных отходов установок сухого тушения кокса (пыль УСТК).- utilization of pulverized wastes of dry coke quenching plants (dust УСТК).

Предлагается следующий состав смеси сырьевых материалов для производства ПУТ, % масс.: угли с низким выходом летучих веществ - 50-55; полукокс из бурых углей Канско-Ачинского бассейна - 40-45; пыль УСТК - 5-10.The following composition of the mixture of raw materials for the production of pulverized coal,% wt .: the coals with a low yield of volatile substances - 50-55; semi-coke from brown coals of the Kansk-Achinsk basin - 40-45; dust USTK - 5-10.

Технические результаты достигаются за счет того, что в пылеугольное топливо для доменной плавки, содержащем 50-55% масс. тонкоизмельченного энергетического кузнецкого угля с низким (10-18% масс.) выходом летучих веществ, добавляются 40-45% масс. мелкодисперсного полукокса (БПК), полученного по технологии «Термококс», при температуре 600-650°C из дешевых низкозольных бурых углей Канско-Ачинского бассейна углей и 5-10% масс. пылевидных отходов процесса сухого тушения кокса (коксовая пыль УСТК).Technical results are achieved due to the fact that pulverized coal fuel for blast furnace containing 50-55% of the mass. finely ground energy Kuznetsk coal with a low (10-18% wt.) yield of volatile substances, 40-45% of the mass are added. finely dispersed semi-coke (BOD) obtained using the Thermocox technology at a temperature of 600-650 ° C from cheap low-ash brown coals of the Kansk-Achinsk coal basin and 5-10% of the mass. dusty waste of the dry quenching process of coke (coke dust USTK).

Малосернистые (содержание серы 0,3-0,4%) энергетические угли с низким выходом летучих веществ (марки Т, СС) составляют более 30% масс ресурсов углей Кузнецкого угольного бассейна. После 2000 г. в Кузбассе введены в эксплуатацию для получения низкозольного продукта из этих углей 4 обогатительные фабрики общей мощностью 13 млн. т/год.Low-sulfur (sulfur content 0.3-0.4%) energy coals with a low yield of volatile substances (grade T, SS) make up more than 30% of the coal resources of the Kuznetsk coal basin. After 2000, 4 enrichment plants with a total capacity of 13 million tons / year were put into operation in Kuzbass to produce a low-ash product from these coals.

Угли с невысоким выходом летучих веществ имеют низкую реакционную способность и для интенсификации процесса их газификации в ПУТ предлагается добавлять мелкодисперсный полукокс, полученный при температуре 600-650°C из дешевых низкозольных бурых углей Канско-Ачинского бассейна углей. Этот продукт имеет содержание углерода 89-91% масс., исключительно высокую реакционную способность (14,2-12,4 мл/г·с, развитую внутреннюю поверхность 175-205 м²/г (Школлер М.Б. «Полукоксование каменных и бурых углей». Новокузнецк, 2001 г, с. 122, табл. 4.1).Coals with a low yield of volatile substances have low reactivity and to intensify the process of their gasification in PUT it is proposed to add finely dispersed semi-coke obtained at a temperature of 600-650 ° C from cheap low-ash brown coals of the Kansk-Achinsky coal basin. This product has a carbon content of 89-91% wt., Extremely high reactivity (14.2-12.4 ml / g · s, developed inner surface 175-205 m ² / g (Shkoller MB “Semicoking of stone and brown coals. ”Novokuznetsk, 2001, p. 122, table 4.1).

Пример 1: Для установления эффективности использования БПК в качестве инициатора окисления угольной пыли в доменной печи оценили его химическую активность при взаимодействии с кислородом на установке дифференциально-термического анализа Паулик-Эрдеи-Паулик.Example 1: To establish the effectiveness of using BOD as an initiator of coal dust oxidation in a blast furnace, its chemical activity during interaction with oxygen was evaluated on a Paulik-Erdei-Paulik differential thermal analysis unit.

Начало горения БПК отмечалось при температуре около 200°C. Максимальная скорость реакции имеет место при 400°C. Максимум скорости реакции кислорода с углем Т приходится на температуру 520°C при значении, которое почти в 4 раза ниже, чем у полукокса. Интересно протекает процесс окисления смеси, состоящей из 50% БПК и 50% Т (рис. 1 - влияние температуры на скорость реакции окисления кислородом БПК и угля Т).The onset of BOD combustion was noted at a temperature of about 200 ° C. The maximum reaction rate occurs at 400 ° C. The maximum reaction rate of oxygen with coal T occurs at a temperature of 520 ° C at a value that is almost 4 times lower than that of semicoke. An interesting process is the oxidation of a mixture consisting of 50% BOD and 50% T (Fig. 1 - the influence of temperature on the rate of oxygen oxidation of BOD and coal T).

Имеются 2 максимума реакции. Первый из них наблюдается: при 350°C, что соответствует развитию процесса инициирования; второй - при 450°C, что на 70°C ниже, чем у Т и на 100°C выше, чем у БПК. Скорость реакции во втором максимуме - наиболее высокая из всех исследованных образцов и представляется как результат сложения скоростей окисления БПК и Т. Скорость реакции окисления в данном случае значительно выше, чем при использовании в качестве инициатора угля, поскольку процессы удаления влаги из угля и его деструкции были реализованы при полукоксовании. Следовательно, применение БПК в качестве инициатора зажигания более эффективно с точки зрения экономии кокса, так как он имеет более низкий выход летучих веществ, к тому же состоящих в основном из СО и Н₂, являющихся восстановителями (табл. 2) (Школлер М.Б. «Полукоксование каменных и бурых углей». Новокузнецк, 2001 г., с. 122, т. 4.1).There are 2 reaction maxima. The first of them is observed: at 350 ° C, which corresponds to the development of the initiation process; the second - at 450 ° C, which is 70 ° C lower than that of T and 100 ° C higher than that of BOD. The reaction rate in the second maximum is the highest of all the samples studied and is presented as the result of adding the oxidation rates of BOD and T. The oxidation reaction rate in this case is much higher than when using coal as an initiator, since the processes of moisture removal from coal and its destruction were implemented in semi-coking. Therefore, the use of BOD as an ignition initiator is more effective from the point of view of coke saving, since it has a lower yield of volatile substances, moreover, consisting mainly of CO and H ₂ , which are reducing agents (Table 2) (Shkoller MB “Semi-coking of hard and brown coals.” Novokuznetsk, 2001, p. 122, v. 4.1).

БПК обладает высокой адсорбционной способностью. Это его свойство предоставляет возможность значительно упростить технологию приготовления ПУТ из смеси угля и полукокса. При смешении компонентов БПК адсорбирует влагу с поверхности угольных частиц, что позволяет не использовать внешний теплоноситель в процессе помола. В результате этого снижаются энергозатраты и количество газообразных выделений в атмосферу (Пат. 2320700 РФ. МКИ C10B 57/06. Способ приготовления пылеугольного топлива и установка для осуществления способа). При использовании в смеси БПК увеличивается серопоглощающая способность доменной шихты вследствие природного высокого содержания оксидов кальция в золе угля и соответственно полукокса (55-59%).BOD has a high adsorption capacity. This property of him provides an opportunity to significantly simplify the technology for preparing FCB from a mixture of coal and semicoke. When components are mixed, BOD adsorbs moisture from the surface of coal particles, which allows not to use an external coolant in the grinding process. As a result of this, energy costs and the amount of gaseous emissions into the atmosphere are reduced (Pat. 2320700 RF. MKI C10B 57/06. Method for the preparation of pulverized coal fuel and installation for implementing the method). When using BOD in a mixture, the sulfur absorption capacity of a blast furnace charge increases due to the naturally high content of calcium oxides in coal ash and, accordingly, semi-coke (55-59%).

Данный эффект был показан в опытно-промышленных экспериментах, по вдуванию БПК в горн доменной печи №1 на Западно-Сибирском металлургическом комбинате. По сравнению с исходной технологией содержание серы в чугуне снизилось с 0,023 до 0,021% (Слепцов Ж.Е., Гусаров А.К., Ашпин Б.И., Динельт В.М., Школлер М.Б., Эльберт Э.И. Опыт вдувания в доменную печь полукокса из бурых углей// БНТИ «Черная металлургия», 1975, №2, с. 37-40).This effect was shown in pilot experiments on the injection of BOD in the furnace of a blast furnace No. 1 at the West Siberian Metallurgical Plant. Compared to the original technology, the sulfur content in cast iron decreased from 0.023 to 0.021% (Sleptsov Zh.E., Gusarov A.K., Ashpin B.I., Dinelt V.M., Shkoller MB, Elbert E.I. The experience of injection into a blast furnace of a semi-coke from brown coal // BNTI "Ferrous metallurgy", 1975, No. 2, pp. 37-40).

Было показано, что абразивная способность обуглероженных продуктов (кокса и полукокса) может быть нивелирована при их смешении с тонкоизмельченными углями.It was shown that the abrasive ability of carbonized products (coke and semi-coke) can be leveled when mixed with finely ground coals.

Пример 2: Определение абразивной способности выполнялось по ОСТ 41-89-74 на приборе для определения абразивности горных пород ПОАП 2М, в котором испытуемый образец взаимодействует с дробью при вращении со скоростью 1400 об/мин в течение 20 мин. Индекс абразивности рассчитывается по формулеExample 2: Determination of abrasive ability was carried out according to OST 41-89-74 on the device for determining the abrasiveness of rocks POAP 2M, in which the test sample interacts with the fraction during rotation at a speed of 1400 rpm for 20 minutes The abrasion index is calculated by the formula

где

Where

Q - потеря массы пробы, мг.Q - sample mass loss, mg.

Были получены следующие результаты:The following results were obtained:

ТопливоFuel К_абр K _abr БПКBOD 0,90.9 ТT 0,30.3 Т:БПК_сэс=1:1T: BOD _SES = 1: 1 0,30.3

Абразивное действие полукокса, которое в 3 раза выше, чем у угля Т, после смешения с последним практически исчезает. Полукокс как бы размещается внутри угольной матрицы.The abrasive effect of semicoke, which is 3 times higher than that of coal T, practically disappears after mixing with the latter. Semi-coke, as it were, is located inside the carbon matrix.

Ресурсы пригодных для открытой добычи низкозольных (содержание золы 4-7%) малосернистых (содержание серы 0,3-0,5%) бурых углей в Канско-Ачинском бассейне составляют более 30 млрд.т. Их переработка в полукокс может быть осуществлена по технологии «Термококс», прошедшей длительную опытно-промышленную проверку и готовую к крупномасштабному тиражированию (Исламов С.Р. Энерготехнологическая переработка угля. Красноярск: ООО Поликор. - 224 с.). При получении БПК по данной технологии его зольность составит 8-9%, выход летучих веществ 12-15%.The resources suitable for open-cast mining of low-ash (ash content 4–7%) low-sulfur (sulfur content 0.3–0.5%) brown coal in the Kansk-Achinsk basin are more than 30 billion tons. Their processing into semi-coke can be carried out using the Thermocoke technology, which has undergone a lengthy pilot-industrial test and is ready for large-scale replication (Islamov SR Energy-technological processing of coal. Krasnoyarsk: LLC Polikor. - 224 p.). Upon receipt of BOD using this technology, its ash content will be 8–9%, and the yield of volatile substances 12–15%.

Высокая химическая активность буроугольного полукокса дает возможность вводить в состав пылеугольного топлива такие трудно воспламеняемые компоненты, как пылевидные отходы процесса сухого тушения кокса, близкие по своим свойствам (содержание золы, серы, выход летучих веществ) к металлургическому коксу. Этот путь утилизации данных отходов является более целесообразным, чем традиционная их подача в шихту агломерационных производств.The high chemical activity of brown coal semi-coke makes it possible to introduce into the composition of pulverized coal such difficult-to-ignite components as pulverized waste from the dry quenching process of coke, which are close in properties (ash, sulfur content, volatiles yield) to metallurgical coke. This way of recycling these wastes is more expedient than their traditional feeding into the charge of sinter plants.

Пример 3: Определяли с помощью прибора термогравиметрического и дифференциального калориметрического анализа LABSYS evo TG DTG DSC 1600 динамику тепловыделения при окислении в кислороде смесей углей марки Г с коксовой пылью в соотношении 1:1 (проба 1, близкая к прототипу) и угля марки Т в соотношении 1:1 со смесью коксовой пыли и буроугольного полукокса также (проба 2, заявляемая смессь). Результаты приведены на рис. 2 - Сравнительная DSC-диаграмма тепловыделения.Example 3: Using the LABSYS evo TG DTG DSC 1600 thermogravimetric and differential calorimetric analysis device, the heat evolution during oxidation in oxygen of mixtures of brand G coals with coke dust in a ratio of 1: 1 (sample 1 close to the prototype) and grade T coal in a ratio 1: 1 with a mixture of coke dust and brown coal semi-coke also (sample 2, the inventive mixture). The results are shown in Fig. 2 - Comparative DSC diagram of heat dissipation.

Из рис. 2 видно, что процесс окисления заявляемой смеси (проба 2) протекает более интенсивно и заканчивается раньше, а общее тепловыделение, определенное по площадям пиков, более чем 1,5 раза превышает тепловыделение при окислении пробы 1. Это происходит вследствие меньших затрат тепла на деструкцию угля с низким выходом летучих веществ.From fig. 2 shows that the oxidation process of the inventive mixture (sample 2) proceeds more intensively and ends earlier, and the total heat release, determined by the peak areas, is more than 1.5 times higher than the heat release during the oxidation of sample 1. This is due to lower heat consumption for coal degradation low volatility.

Кроме того, использование материалов с низким выходом летучих веществ, являющихся, как известно, практически бездымным топливом, позволит улучшить экологические показатели процесса выплавки чугуна в доменных печах. Повышенное интенсивное тепловыделение при окислении, обусловленное высокой химической активностью буроугольного полукокса, позволит обеспечить достижение необходимой величины коэффициента замены кокса при меньшем расходе ПУТ, обусловленное высокой химической активностью буроугольного полукокса.In addition, the use of materials with a low yield of volatile substances, which are known to be practically smokeless fuels, will improve the environmental performance of pig iron smelting in blast furnaces. Increased intense heat during oxidation due to the high chemical activity of brown coal semicoke allows achieving the required value of the coke replacement coefficient at a lower consumption of PUT due to high chemical activity of brown coal semicoke.

Claims (1)

Пылеугольное топливо для доменной плавки из углеродсодержащего материала, отличающееся тем, что углеродсодержащий материал содержит низкозольный и низкосернистый тонкоразмолотый уголь с низким выходом летучих веществ, мелкодисперсный буроугольный полукокс, полученный при температуре 600-650°C из низкозольных и низкосернистых бурых углей, и пылевидные отходы процесса сухого тушения металлургического кокса в следующем соотношении, мас.%:
- уголь с низким выходом летучих веществ 50-55;
- буроугольный полукокс 40-45;
- пылевидные отходы процесса сухого тушения металлургического кокса 5-10. Pulverized coal fuel for blast furnace smelting from carbon-containing material, characterized in that the carbon-containing material contains low-ash and low-sulfur finely ground coal with a low yield of volatile substances, finely divided brown coal semi-coke obtained at a temperature of 600-650 ° C from low-ash and low-sulfur brown coal, dry quenching of metallurgical coke in the following ratio, wt.%:
- coal with a low yield of volatiles 50-55;
- brown semi-coke 40-45;
- pulverized waste of the process of dry quenching of metallurgical coke 5-10.

Images