Мірошниченко Денис Вікторович. Оптимізація реакційної здатності як інтегрального показника якості коксу

Краткое описание

Мірошниченко Денис Вікторович. Оптимізація реакційної здатності як інтегрального показника якості коксу : Дис... канд. наук: 05.17.07 2006

Мірошниченко Д.В. Оптимізація реакційної здатності як інтегрального показника якості коксу.- Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.17.07. - хімічна технологія палива і пально-мастильних матеріалів. - Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут (УХІН), Харків, 2005.
Дисертація присвячена оптимізації реакційної здатності коксу по каналах як сировинної бази так і технології коксування.
Теоретично і експериментально обгрунтовані умови проведення випробування, що забезпечують скорочення тривалості і підвищення точності вимірювання реакційної здатності і термомеханічних властивостей коксу. Виконані метрологічна атестація вдосконаленої методики і апаратури, а відповідні документи внесені в Реєстр УХІНа.
Встановлено, що при випробуванні згідно методів „NSC” та УХІНу газифікація коксу, як і в доменній печі, протікає в дифузійному режимі. Механізм руйнування коксу полягає, переважно, в стиранні поверхневих шарів, ослаблених термічною і хімічною діями.
Розроблена методика, що дозволяє залежно від басейнового складу шихти використовувати ту або іншу з отриманих автором математичних моделей CRI і CSR коксу, заснованих на використанні показниківу, Vdaf, Sdtі Іо, як прогнозуючих параметрів. Аналіз цих моделей дозволив сформулювати практичні рекомендації в частині сировинної бази, що включає донецьке та імпортоване вугілля.
Рекомендації автора в частині застосування розроблених методики і моделей якості коксу враховані при розробці сировинних баз виробництва коксу на Авдіївському, Запорізькому та Маріупольському КХЗ.
Економічний ефект від використання розробленої методики в умовах ВАТ „Маркохім” та ВАТ МК „Азовсталь” склав 1,565 млн. гривень.
Встановлено, що стоншення помелу, збільшення щільності шихти, введення в неї обмаслюючих добавок і механічний тиск, підвищення ступеня „готовності” і застосування „сухого” гасіння коксу супроводжуються зниженням реакційної здатності і збільшенням термомеханічної міцності коксу. Введення в шихту добавок (коксового дрібняку, високозольного промпродукта збагачення вугілля, червоного шламу), що не спікаються, супроводжується підвищенням реакційної здатності і зниженням термомеханічної міцності коксу.

Аналіз і обговорення результатів виконаних в дисертаційній роботі теоретичних і експериментальних досліджень дозволяють сформулювати наступні основні висновки.
1. Автор констатує наявність різних вимог споживачів до металургійного коксу, як відновника, щодо показника реакційної здатності, котра є інтегральною (узагальнюючою) характеристикою його якості.
2. Розроблені наукові основи, технологічні і технічні прийоми забезпечили рішення конкретної прикладної галузевої задачі, а саме - регулювання реакційної здатності коксу з урахуванням вимог споживача. Для цього виконано теоретичний аналіз закономірностей формування властивостей кускового коксу як наслідок спікання кам’яного вугілля та на цій основі отримані та проаналізовані нові експериментальні дані відносно впливу складу органічної та мінеральної частин вугілля, а також умови його підготовки і коксування на реакційну здатність як інтегральну характеристику, що узагальнює поняття „якість коксу”.
3. Удосконалена відома методика оцінки реакційної здатності коксу при одночасній термічній, механічній і хімічній дії, як це має місце в реальних виробничих процесах.
Теоретично і експериментально обгрунтовані умови проведення випробуваннь, котрі забезпечують скорочення тривалості і підвищення точності вимірювання реакційної здатності і термомеханічних властивостей коксу завдяки раціональному співвідношенню параметрів крупності (6-10 мм); об'єму проби (380 см3); затрати повітря (20-25 дм3/хв); напруги струму в період нагріву (40 В); подачі повітря на газифікацію лабораторного (після досягнення 5900С) та промислового (6400С) коксу. Виконано метрологічна атестація вдосконаленої методики та апаратури, яка документально зафіксована у Реєстрі УХІНу.
4. Вперше досліджені кінетика газифікації і механізм руйнування коксу при його випробуванні за методом УХІНу. Встановлено, що при випробуванні згідно методів „NSC” та УХІНу газифікація коксу, як і в доменній печі, протікає в дифузійному режимі. Механізм руйнування коксу полягає, переважно, у диспергуванні (стиранні) поверхневих шарів, які ослаблені термічною і хімічною дією.
5. Експериментально встановлено, що між показником Km, який використовується для оцінки реакційної здатності коксу згідно стандартізованної методики, в інтервалі варіювання 0,18Km0,45 см3/гс і показником CRI, що визначається методом „NSC”, в інтервалі варіювання 36CRI57 %, а також між Kmі показником РЗ, який визначують за вдосконаленії методики УХІНу, в інтервалі варіювання 17РЗ29 %, має місто тісний регресійний взаємозв'язок з коефіцієнтами кореляції відповідно 0,792 і 0,887.
Природа встановлених кореляцій полягає в тому, що глибина проникнення молекул газу-окислювачу в об'єм шматків на глибину 2-3 мм при визначенні показників CRI і РЗ в дифузійному режимі газифікації близька до розміру зерен коксу (1-3 мм) при вимірюванні величини Kmу кінетичному режимі.
6. Вперше теоретично обгрунтовано та підтверджено експериментами у лабораторних і промислових умовах, що залежно від вживаної сировинної бази коксування на показники CRI і CSR переважно впливають різні мінеральні компоненти:
- на показники якості коксу, одержаного переважно з концентратів українського вугілля, найбільше впливає вміст в них дисульфідного заліза;
- у зарубіжних концентратах (Росія, Америка, Австралія) найбільш негативний вплив на CRI і CSR коксу спричиняють з'єднання непіритного заліза і кальцію.
7. Вперше обгрунтовано вибір показниківу, Vdaf, Sdtі Іо, які характеризують властивості органічних і склад мінеральних речовин вугілля, в якості прогнозуючих параметрів математичних моделей реакційної здатності коксу. Встановлена раніше і підтверджена автором зворотна залежність між реакційною здатністю і термомеханічною міцністю коксу дозволяє проводити розрахунок показників останньої згідно приведених в дисертації регресійних рівняннях.
8. Запропоновані автором методика визначення та математичні моделі реакційної здатності коксу є науковою основою розробки та диференціації сировинної бази коксування з урахуванням вимог конкретного споживача щодо властивостей коксу як вуглецевого відновника.
Аналіз моделі якості доменного коксу за показниками CRI і CSR дозволив сформулювати наступні практичні рекомендації стосовно сировинної бази, яка включає донецьке і імпортоване вугілля:
- для виробництва коксу, який відповідає високим вимогам якості, а саме: CRI<35% і CSR>55%, придатного для експортних постачань, необхідно використовувати шихту наступної характеристики: Іо<2,5; Sdt<0,8 %; Vdaf<29 %;
- для виробництва доменного коксу, придатного для внутрішнього споживання, з показниками CRI=35-50 % і CSR=30-55 %, можна використовувати шихти із значеннями Іо>2,5. Якщо шихта складається переважно з українських концентратів, - шихти з Sdt=0,8-2,5 % і Vdaf=29-32 %.
- для виробництва коксу, як високореакційного вуглецевого відновника в електротермічних процесах, з CRI>50 %; CSR<30 % і Km>0,8 см3/гс, рекомендується шихта із значеннями Іо>5,0; Sdt>2,5 %; Vdaf>32 %.
Аналіз моделі якості коксу за показниками, які визначаються методом УХІНа, дає можливість прийти до висновку, що знижені значення РЗ (<15 %) і підвищені значення ТММ (>80 %) забезпечує коксування шихти з величинамиу=18-23 мм і Vdaf=28-29 %.
Рекомендації автора в частині використання розроблених методики і моделей якості коксу враховані при розробці сировинних баз виробництва Авдіївського, Запорізького і Маріупольського КХЗ
9. Експериментально вивчено вплив ряду технологічних чинників і технічних прийомів підготовки і коксування шихти коксохімічних заводів України на якість коксу, зокрема на його реакційну здатність. Встановлено, що стоншення помелу, збільшення щільності шихти введенням у її склад обмаслюючих добавок і механічним тиском, підвищення ступеню „готовності” коксу та застосування „сухого” гасіння коксу, - всі ці чинники та прийоми обумовлюють підвищення структурної упорядкованості органічної маси коксу (збільшується його дійсна щільність) і супроводжуються зниженням реакційної здатності, збільшенням механічної і термомеханічної міцності.
Введення у шихту неспікливих добавок (коксовий дрібняк, промпродукт збагачення вугілля, червоний шлам), супроводжується протилежним ефектом і може бути застосовано для підвищення реакційної здатності коксу-відновника для електротермічних процесів.
Обробкою експериментальних даних вперше отримано кількісний вираз питомого впливу вивчених технологічних факторів на якість коксу, зокрема на його реакційну здатність.
10. Використання в умовах ВАТ МК „Азовсталь” виробленого на ВАТ „Маркохім” коксу покращеної якості за показниками CRI та CSR обумовило зростання виробництва доменної печі на 10,5 %, зниження витрати коксу на 31,4 кг/т чавуну та загальний економічний ефект у розмірі 31,3 млн. грн. при виплавці 1 млн. т чавуну. За експертними оцінками доля від використання методики прогнозування показників CRI та CSR у загальному економічному ефекті складає 5 % або 31,3Ч0,05=1,565 млн. гривень.