Способ получения комплексного углеродистого восстановителя

(57) Использование: изобретение относится к черной металлургии, конкретно к электро- печной выплавке сплавов с использованием углеродистых восстановителей, Сущность изобретения: на подину печи загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов и марганцевого шлама в соотношении (3 - 4):1, в качестве присыпки используют марганцевый шлам в количестве 0,06 - 0,09 от объема загруженной смеси, коксование ведут при начальной температуре подсводового пространства печи 1000 С и периоде оборота подины 80 - 120 мин, 3 табл,таллургический Соколовская, ц, Ф,Л.Шапиро, В.Степакова таллургический 8, с. 20-22. , с, 24-25.КОМПЛЕКСНО- СТАНОВИТЕЛЯ ху, в качестве присыпки используют марган 6 - 0,09 от объесование ведут в подсводовом периода скороцевыи шлам в количестве 0,0 ма загруженной смеси, ко при начальной температуре пространстве печи 1000 С и сти подины (80 - 120) мин.Заявляемая совокупно определяется тремя основнь использованием для коксов лов, имеющих различную ность; наличием слоя присутствием в исходном с ний щелочных металлов.Введение в угольную за 0 (Л ны грузку марганего большую тепло Вт/(м град чем 8 - 0,40 Вт/ (м град,ее теплопроводноза, что позволяет соания до 80 мин при 50 мм, или увеличить ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯГО УГЛЕРОДИСТОГО ВОС Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к электропечной выплавке с использованием углеродистых восстановителей.Цель изобретения - увеличение реакционной способности и удельного электросопротивления восстановителя, используемого в электротермических процессах, а также вовлечение в коксохимическое производство больших запасов неиспользуемых ранее недефицитн ых энергетических углей с повышенным содержанием соединений щелочх материалов и отходов электротермических производств - марганцевых шлаков и повышение производительности кольцевой печи.Поставленные цели достигаются тем, что сначала на подину кольцевой печи загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов и марганцевого шлама в соотношении (3 - 4):1, а затем производят присыпку сверцевого шлама, имеющ и ро водн ость (0,88 - О, коксуемый уголь (0,3 приводит к увеличению сти более чем в 1,5 ра кратить время коксов высоте слоя загрузки 1 сть признаков Ос ми факторами: ания материа- теплопроводприсыпки; ырье соедине 1806165высоту слоя загрузки 250 мм при периодекоксования 120 мин,В способах аналога и прототипа эти величины равны соответственно 2,5 ч (1 50 мин)и 3 ч (180 мин) при максимальной высотеслоя загрузки 150 мм. Уменьшение периодакоксования ниже 180 мин приведет к тому,что получаемый восстановитель будет иметьнизкую степень готовности. При 120 минпроцесс косования слоя 250 мл полностьюзавершается равномерно по всей высоте,Уменьшение высоты слоя загрузки смесиниже 150 мм при повышенной теплопроводности смеси нецелесообразно из-за условий эксплуатации ходовой части печи.Увеличение высоты слоя загрузки смесисвыше 250 мм также нецелесообразно поконструктивным особенностям кольцевойпечи.Поскольку при коксовании угля (в отличие от брикетов) скорость нагрева в первойзоне неограничена, то начальная температура может быть поднята до 1000 С. По конструктивным особенностям кольцевойпечи в случае повышения температуры впервой зоне выше 1000 С возможен перегрев разделительной огнеупорной перегородки между узлами загрузки угля ивыгрузки кокса,Все это в совокупности приводит к увеличению производительности кольцевойпечи и обеспечивает получение высокопористого восстановителя с высокой реакционной способностью и удельнымэлектросопротивлением.Оптимальным соотношением угля ишлама является 3,5;1,0, При соотношении,отличающемся от 3:1 (например, 2,5:1,0), количество углерода в комплексном восстанновителе недостатЬчно для проявлениявосстановительных свойств, При этом увеличенное количество шлама приводит к превышению допустимой нормы (зольныхпримесей) в коксе. При соотношении, отличающемся от 4:1 (например, 4,5:1,0), теплопроводность смеси увеличиваетсянедостаточно для обеспечения равномерности прогрева, Выбранный предел соотношения (3-4):1 обеспечивает необходимоеколичество углерода для процесса восста. новления и оптимальное содержание шлама для увеличения теплопроводности.Загруженная смесь угля со шламом присыпается тем же марганцевым шламом вколичестве 0,06-0,09 от обьема смеси,вследствие чего прогрев загрузки сверхувозрастает за счет аккумулирования частитепла этой засыпкой, что в свою очередьспособствует более равномерному прогреву всего слоя, При этом в слое присыпки происходит пиролиз летучих продуктов коксования, что приводит к частичному восстановлению окислов металла в шламе, При объеме присыпки меньшем, чем 0,06 объема 5 загруженной смеси, существенного поглощения тепла не происходит, а при объеме присыпки большем, чем 0,09 объема загруженной смеси, происходит тот же нежелательный результат, что и при больших 10 количествах шлама в смеси с углем (т.е. недостаток углерода и чрезмерное увеличение зольности).В заявляемом способе предлагаетсяполучать комплексный углеродистый вос становитель из смеси двух материалов -энергетического слабоспекающегося угля с повышенным содержанием щелочных металлов(6,5 - 13,0 мас. О ) и марганцевого шлама, являющегося отходом 20 электротермического производства, в состав которого также входят соединения щелочных металлов (1,5 - 12,0 мас,%), Наличие в исходных материалах соединений щелочных металлов влияет за счет их активирую щего действия на повышение реакционнойспособности получаемого комплексного восстановителя. В заявляемом способе этот известный фактор реализуется в значительной степени вследствие того, что в отличие 30 от известного, где механизм активирующего действия добавок, вводимых механически до 2 о , объясняется их внедрением в межбазисное пространство решетки двумерноупорядоченного углерода в процессе 35 коксования, что приводит к кристаллографической микродеформации, а следовательно, к увеличению анизотропности и микропористости углеродистого тела восстановителя (т,е. химической активности), в 40 заявляемом способе активаторы являютсяестественными ингредиентами исходных материалов и присутствуют в угле не только в золе, но и в теле углеродистой составляющей, т.е, еще до коксования имеется в нали чии естественная частичнаякристаллографическая микродеформация угольной решетки по сравнению с решеткой аналогичного по степени метаморфизма газового угля, не содержащего, однако, соеди нений щелочных металлов, В процессепоследующего коксования щелочные металлы, содержащиеся в марганцевом шламе и эоле газового угля, также внедряются в кристаллографическую решетку углеродистого 55 вещества тела кокса, еще более увеличиваяего естественную "рыхлость", улучшая его физико-химические свойства за счет увеличения анизотропности основной структурной составляющей (коксо-витринита), а также увеличение пористости, т.е, общей ак5 10 15 коксование предлагаемой смеси в следую щем режиме: соотношение угля к шламу 3,5:1,0, высота слоя загрузки смеси 200 мм, вы "ота слоя присыпки 15 мм, что соответствует 0,075 объема загружаемой смеси. Зола 50 55 тивной поверхности, Присутствие соединений щелочных металлов в количестве более 2 ь как в угле. так и в шламе приводит в результате коксования смеси к сильному"разрыхлению" двумерноупорядоченной углеродной решетки в комплексном восстановителе, что влечет за собой развитие в нем высокопористой структуры, в значительной степени определяющей показатели качества восстановителя - его реакционной способности и удельного электросопротивления.Таким образом, при коксовании смеси слабоспекающегося газового угля с повышенным содержанием соединений щелочных металлов с марганцевым шламом по заявляемому способу происходит образова ние комплексного углеродистого восстановителя в виде конгломератов, имеющих высокие реакционную способйость и удельное электросопротивление за счет высокоразвитой пористой структуры, образованной вследствие совокупного влияния трех вышеперечисленных факторов, реализуемых в заявляемом способе:На кафедре химической технологии твердого топлива МХТИ им, Д.И.Менделеева на моделирующей кольцевую печь лабораторной установке в идентичных условиях были опробованы разные режимы способа получения комплексного углеродистого вос- становителя и соотношений смещения исходных материалов (химический состав которых приведен, в табл, 1) в смесь для коксования. Параметры режимов способа варьировались как в указанчых в формуле изобретения пределах, так и вне их.Результаты проведенных экспериментов приведены в табл, 2. На основании лабораторных исследований выбраны возможные пределы и оптимальные значения всех параметров заявляемого способа.На опытной кольцевой печи Московского коксогазового завода было проведено газового угля и марганцевый шлам содержали соответственно, мас, : К 20 + 1 ча 20 10,7 и 6,4; М побщ следы и 22; А 320 з 22,5 и 14; СаО 35 и 5; МцО 26 и 25; Р 205 006 и 1; всеобщ 17,8 и 15; Я 02 остальное. Температура в подсводовом пространстве печи в момент загрузки составляла 1000 С( +10), период коксования - 10 мин, конечная температура в подсводовом пространстве в момент выгрузки смеси -1200 С, ( й 10). После 20 25 30 35 40 завершения термической обработки смесис присыпкой получался комплексный углеродистый восстановитель в виде прокаленного конгломерата. Из полученногокомплексного углеродистого восстановителя отбирались представительные пробы, вкоторых по стандартным методикам опре. делялись реакционная способность и удельное электросопротивление восстановителя.Результаты исследования приведены втабл. 3, где для сравнения приведены такжепоказатели качества, определенные по темже стандартам для углеродистого восстановителя, полученного в этой же кольцевойпечи по способу-аналогу, и литейных коксобри кетов (прототип).В идентичных лабораторных условияхДнепропетровского металлургического института проведены специальные кинетические исследования, определяющие степеньвосстановления окислов марганца (при1500 С, в течение 10 мин) при использовании этих же трех углеродистых материалов(последний столбец табл. 3). В первой стро-ке табл. 3 приведены соответствующие данные для базового объектаметаллургического коксика, получаемого вкамерных печах, являющегося отходами доменного кокса и применяемого в настоящеевремя в качестве углеродистого восстановителя при электротермической выплавкеферросплавов,Сравнение показателей качества (табл.3) для углеродистых материалов, полученных. разными способами, показывает, чтоиспользование заявляемого сйособа посравнению со способом-аналогом позволитувеличить реакционную способность восстановителя для электротермических прсцессов в 1,2 раза, удельноеэлектросопротивление более чем в 3 раза,повысить степень извлечения ведущих элементов в сплав на 5-6%.Производительность кольцевой печипри получении восстановителя по способуаналогу составляет около 70 тыс, т/год, тогда как по заявляемому способу она составитоколо 170 тыс.т/год, Таким образом, использование заявляемого способа получения комплексного углеродистоговосстановителя в кольцевой печи позволитповысить ее производительность в 2,5 раза.Формула изобретенияСпособ получения комплексного углеродистого восстановителя для электротермических процессов, включающийсмешивание материалов, загрузк смеси наподину кольцевой печи, присыпку сверху,коксование, выгрузку материала, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения1806165 Таблица 1 и ц имитирующейновке каф жим получения вос льцевую печь лабохтт 11 кти ановителя торной ус оказатели качеств еакцииная Удельноеэлектро- сопротивление,102 см м отноше- Высот Времякоксоваие щ л голь:шлам Смесь,мм, .94,60 106,070,054,0 0,07 0,07 0,07 3,5:1,100 100 5:1,5: 1,5:1,13 14 20 20 07 20 О,075 О, 075 000 1 О ,1 5:1,0 5:1,0 15 0,07 0,07 101,578,099,5 5:1 50 1000 1000 19 9,5:1,0 250 20 реакционной способности и удельного злектросопротивления восстановителя, на подину загружают смесь газового угля с повышенным содержанием соединений ще-лочных металлов и марганцевого шлама в 5 соотношении (3,0 - 4,0);1,0, в качестве при 2,5:1,О 3,0:1,0 3,5:1,0 4,0;,1,0 4,5:1,0 3,5:1,0 3,5:1,0 3,5:1,0 35:1,0 3,5 й 1,0 3,5:1,0 сыпки используют марганцевый шлам в количестве 0,06-0,09 от объема загруженной смеси, коксование ведут при начальной температуре подсводового пространства печи 1000 С и периоде оборота подины 80-120 мин. 3,50 4,60 4,63 4,21 4,26 3,70 4,181806165 Та блица 3 Показатели качества Режим способа получения восстановителя в кольцевой печи МКГЗ Восстановитель Температура, С Высота слоя, мм Порис тость,Реакц.способ.,мл(г с) ВремяобоПрисыпки Загрузки Конец. Начал. рота поди"ны,мин Металлургицес"кий коксик 68,5 33,0 0,98 10,2 Коксование в камерной печи Из газовогоугля (аналог) 900 85,6 32,5 55,0 3,50 150 Нет 150 1200 Литейные коксобрикетыЗаказ 964 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Из смеси газо-. вого угля с повы" шенным содер" жанием соединений щелочных металлов с марганцевым шла" мом в соотно", шенин 3,5:1 0 .(заявляемый Удельное электро- сопротивление, 102 см,м е СтепеньвосстановленияИп из ИпО