EA030092B1

EA030092B1 - Кокс высокоомный

Info

Publication number: EA030092B1
Application number: EA201700068A
Authority: EA
Inventors: Василий Анатольевич Ким; Сергей Васильевич Ким
Original assignee: Товарищество С Ограниченной Ответственностью "Рентан"
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-06-29
Also published as: EA201700068A2; EA201700068A3

Abstract

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, химической промышленности, а именно к получению кокса с улучшенными физико-химическими свойствами для электротермического получения технического кремния и его сплавов, карбида кремния, фосфора и ферросплавов. Решаемыми задачами изобретения являются повышение реакционной способности кокса и упрощение схемы его пропитки. Технический результат достигается путем использования в качестве восстановителя углеродистого материала с развитой поровой структурой, удельной площадью поверхности 50-300 м/г следующего технического состава: зола (A) - 0,1-5,0%; летучие вещества (V) - 0,1-10,0%; сера - не более 0,5%; фосфор - не более 0,04%, остальное - углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродистый материал - 75,0-99,0; пыль газоочистки (микросилика) - 1,0-25,0.

Description

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, химической промышленности, а именно к получению кокса с улучшенными физико-химическими свойствами для электротермического получения технического кремния и его сплавов, карбида кремния, фосфора и ферросплавов. Решаемыми задачами изобретения являются повышение реакционной способности кокса и упрощение схемы его пропитки. Технический результат достигается путем использования в качестве восстановителя углеродистого материала с развитой поровой структурой, удельной площадью поверхности 50-300 м²/г следующего технического состава: зола (Л^а) - 0,1-5,0%; летучие вещества (ν^άαί) - 0,1-10,0%; сера - не более 0,5%; фосфор - не более 0,04%, остальное - углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродистый материал - 75,0-99,0; пыль газоочистки (микросилика) - 1,0-25,0.

030092

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, химической промышленности, а именно к получению кокса с улучшенными физико-химическими свойствами для электротермического получения технического кремния и его сплавов, карбида кремния, фосфора и ферросплавов.

Известен кокс для электротермической плавки фосфора, содержащий кусковой каменноугольный коксовый орешек в количестве 95,3-95,9% и колошниковую пыль в количестве 4,1-4,7%, содержащую, мас.%: Р₂О₅ - 15-30; δίθ₂ - 25-50; углеродистые вещества - 10-20; элементарный фосфор - 1,0. Кокс с улучшенными свойствами получают путем нанесения на поверхность восстановителя пропитки в виде водной эмульсии колошниковой пыли с соотношением воды и пыли 3:1 с последующей сушкой в специальных сушильных агрегатах. При этом удельное электросопротивление кокса при 1000°С повышается на 25%, а реакционная способность кокса не изменяется (Ав.св. СССР № 331082, кл. С10Ь 9/10, опубл. 07.11.1972 г., бюллетень № 9).

Недостатками аналога являются

низкая степень пропитки кускового каменноугольного кокса колошниковой пылью, не превышающая 5,0%, вследствие чего удельное электросопротивление при 1000°С возрастает лишь на 25%;

сложность процесса нанесения колошниковой пыли, связанная с применением энергозатратных способов, таких как смешивание и сушка кокса.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является кокс, содержащий, мас.%: коксовый орешек - 84,3-99,2; колошниковая пыль - 0,8-15,7 для электротермического получения ферросплавов, карбидов и фосфора, получаемый путем смешивания коксового орешка, увлажненного до влажности 20%, с колошниковой пылью (пылью газоочистки) (Ав.св. СССР № 1328370, кл. С10Ь 9/10, опубл. 07.08.1987 г., бюллетень № 29).

В процессе выплавки ферросплавов, карбидов и фосфора в качестве твердого восстановителя используется в основном коксовый орешек, доля которого составляет около 90%. Наиболее существенным недостатком коксового орешка, получаемого из спекающихся углей методом слоевого камерного коксования, является низкое удельное электросопротивление и низкая реакционная способность.

Недостатками прототипа являются низкая реакционная способность кокса (при смешивании коксового орешка с колошниковой пылью реакционная способность восстановителя на изменяется), не превышающая 0,2-0,6 мл/г-с, сложность технологического процесса, наличие дополнительных энергозатратных приемов, связанных со смешиванием и сушкой кокса.

Изобретение направлено на преодоление недостатков известных твердых восстановителей, а именно на достижение технического результата - повышение реакционной способности кокса, а также на исключение дополнительных энергозатрат, связанных с его производством.

Задачей изобретения является повышение реакционной способности кокса путем использования в качестве твердого восстановителя углеродистого материала с развитой поровой структурой, обладающего высокой реакционной способностью, превышающей на порядок реакционную способность коксового орешка, а также упрощение схемы пропитки.

Поставленная задача решается изобретением, связанным существенными признаками между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел. Единство изобретения соблюдено, так как заявляемый твердый восстановитель, названный авторами изобретения "Кокс высокоомный", обеспечивает получение технического эффекта.

Технический результат достигается тем, что в коксе высокоомном, состоящем из твердого углеродистого восстановителя, пропитанного водной эмульсией на основе пыли газоочистки - микросилики, в качестве твердого углеродистого восстановителя используют углеродистый материал высокоскоростного термоокислительного пиролиза каменного длиннопламенного угля, с развитой тонкопористой структурой и удельной площадью поверхности 50-300 м²/г, следующего технического состава: зола - 0,1-5,0%; летучие вещества - 0,1-10,0%; сера - не более 0,5%; фосфор - не более 0,04%; остальное - углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродистый материал: 75,0-99,0; пыль газоочистки - микросилика: 1,0-25,0.

Наиболее важные физико-химические свойства кокса для электротермических производств в значительной мере определяются такими показателями, как структурная прочность (прочность тела кокса), удельное электросопротивление, особенно в области температур 1000°С и выше, а также химической активностью твердого углерода кокса, определяемой его реакционной способностью (способностью к взаимодействию). В то же время указанные свойства находятся в тесной взаимосвязи со структурой кокса. Поэтому при оценке физико-химических свойств твердого восстановителя необходимо учитывать особенности его поровой структуры, так как ее развитость обусловливает химическую активность, прочность и удельное электросопротивление восстановителя.

Коксовый орешек, традиционно используемый в электротермическом производстве ферросплавов, карбидов и фосфора, получают путем фракционирования доменного кокса. Например, коксовый орешек марок КО-1 и КО-2 имеет следующий гранулометрический состав: 25 мм 10%; 25-10 мм 80-75%; 10 мм 10-15%. Как известно, микроструктура доменного кокса характеризуется наличием пор больших размеров (100-170 мкм) с хорошо оплавленными гладкими межпоровыми стенками толщиной 55-85 мкм. Не- 1 030092

развитость поровой структуры коксового орешка обусловливает низкие показатели его реакционной способности (0,2-0,6 мл/г-с). Таким образом, очевидно, что коксовый орешек не отвечает требованиям электротермического производства ввиду низкой химической активности.

К классу твердых восстановителей с высокой реакционной способностью (2,0-6,0 мл/г-с) относятся коксы, получаемые из каменных неспекающихся углей методом высокоскоростного термоокислительного пиролиза (коксования). Характерной особенностью таких материалов является развитость тонкопористой структуры и большая удельная площадь поверхности (120-500 м²/г). При этом использование каменного угля придает твердому восстановителю высокую структурную прочность (67-75%).

Использование углеродистого материала высокоскоростного термоокислительного коксования неспекающихся углей в составе кокса высокоомного, пропитанного микросиликой, придает ему, наряду с высокими показателями удельного электросопротивления и структурной прочности, также и высокую реакционную способность, на порядок превышающую аналогичный показатель у коксового орешка.

На основе результатов испытаний установлено, что условия пропитки водной эмульсией микросилики твердого восстановителя с развитой пористой структурой значительно облегчаются. Кроме того, значимым фактором успешной пропитки является температура: чем она выше, тем больше количество пропитанного вещества. Сопоставительный анализ между количеством усвоенной микросилики и удельной площадью поверхности пор выявил наиболее предпочтительный показатель последней в диапазоне 50-300 м²/г.

Изобретение демонстрируется следующим примером. Предлагаемый в качестве базового твердого восстановителя углеродистый материал получен авторами изобретения путем высокоскоростного термоокислительного пиролиза неспекающегося каменного длиннопламенного угля Шубаркольского разреза Республики Казахстан (уголь марки Д, балансовые запасы 2 млрд т) в шахтной печи (реторте) периодического действия, при скорости нагрева угольной загрузки в области температур деструкции более 30°С/мин.

Для выполнения исследований по оценке влияния углеродистого материала на физико-химические свойства кокса высокоомного были проведены полномасштабные испытания, включавшие следующие мероприятия:

подготовка водной эмульсии;

пропитка кокса высокоомного в условиях мокрого тушения горячего углеродистого материала, выгружаемого из шахтной печи;

оценка структурной прочности по ГОСТ (5953);

оценка удельного электросопротивления по методике УрО РАН РФ;

измерение реакционной способности по ГОСТ (10089-89).

В процессе испытания подвергали сравнению два вида кокса: прототип - кокс, полученный путем нанесения колошниковой пыли на поверхность увлажненного коксового орешка и предлагаемый - кокс высокоомный, пропитанный водной эмульсией микросилики в процессе мокрого тушения.

Результаты испытаний и сравнительные данные представлены в таблице.

- 2 030092

Физико-химические свойства прототипа и предлагаемого кокса высокоомного

пп	Показатели	Прототип	Предлагаемый
при 25°С	при 1000°С	при 25°С	при 1000°С
1	Удельное электрическое сопротивление, ом-см, при количестве нанесенной пыли, мае. %
0,0	3,0	1,1	4,8	2,7
1,0	4,0	1,4	6,2	5,3
2,0	5,2	1,7	7,8	6,4
3,2	8,9	3,0	10,3	8,0
6,2	48,5	16,5	54,8	19,7
11,2	129,8	43,3	165,4	63,2
15,6	246,6	82,2	314,7	105,8
20,0	-	-	427,0	137,8
25,0	-	-	748,3	384,7
2	Максимальное количество нанесенной пыли, мае. %	15,6	25,0
3	Реакционная способность, мл/г-с	0,27	6,84
4	Структурная прочность, %	75,0	75,0

Из приведенных данных следует, что кокс высокоомный имеет преимущества по сравнению с прототипом практически по всем рассмотренным параметрам, а именно:

во всем диапазоне количества нанесенной пыли удельное электросопротивление кокса высокоомного выше, чем у прототипа. Это связано с тем, что восстановитель, полученный из неспекающегося угля методом высокоскоростного термоокислительного коксования, имеет высокопористую структуру и обладает изначально более высоким удельным электросопротивлением (см. данные при нулевом расходе пыли);

по отмеченной выше закономерности максимальное количество нанесенной пыли также больше у кокса высокоомного, чем у прототипа;

наиболее значительным отличием предлагаемого кокса высокоомного от прототипа является то, что реакционная способность кокса высокоомного превышает аналогичный показатель у прототипа больше, чем на порядок. Это обусловлено развитостью поровой структуры кокса высокоомного;

структурная прочность у прототипа и структурная прочность предлагаемого кокса высокоомного равны между собой.

Таким образом, поставленные задачи изобретения - повышение реакционной способности кокса и упрощение схемы его пропитки - достигнуты в полном объеме. Более того, наряду с ними достигнуты более высокие показатели и по другим свойствам, а именно по удельному электросопротивлению и максимальному количеству нанесенной пыли. При этом в значительной мере упрощена и удешевлена процедура нанесения пыли.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Кокс высокоомный, состоящий из твердого углеродистого восстановителя, пропитанного водной эмульсией на основе пыли газоочистки - микросилики, отличающийся тем, что в качестве твердого углеродистого восстановителя используют углеродистый материал высокоскоростного термоокислительного пиролиза каменного длиннопламенного угля, с развитой тонкопористой структурой и удельной площадью поверхности 50-300 м²/г, следующего технического состава: зола - 0,1-5,0%; летучие вещества - 0,110,0%; сера - не более 0,5%; фосфор - не более 0,04%, остальное - углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродистый материал: 75,0-99,0; пыль газоочистки - микросилика: 1,0-25,0.

О