Спосіб поліпшення якісних показників доменного коксу

1. Спосіб поліпшення якісних показників доменного коксу шляхом розбризкування на 3 31186 О2 і СО 2 за рахунок утворення при подальшому нагріванні (в доменній печі) обробленого коксу захисної плівки з розплавлених боратів на поверхні шматків коксу. Недоліком відомого способу недостатня його ефективність через використання не повною мірою можливостей тетраборатів для поліпшення якісних показників CRI та CSR коксу, що обумовлено як особливостями обробки коксу розчинами тетраборатів, так і тим, що поверхня коксу гідрофільна по відношенню до крапель води (розчину тетраборату). Це призводить до стікання частини крапель розчину зі шматків коксу, не цілковито змочуючи його та відповідно не покриваючи всю поверхню молекулами тетраборату, що не дозволяє в повній мірі створювати на поверхні шматків коксу захисний шар. В основу корисної моделі поставлена задача в способі поліпшення якісних показників доменного коксу шля хом обробки теплих шматків коксу водним розчином тетраборату з поверхневоактивними речовинами (ПАР) забезпечити цілковите покриття поверхні шматків коксу молекулами тетраборату, створюючи надійний захисний шар. При цьому досягають підвищення показника міцності CSR коксу після реакції та зниження показника його реактивності CRI. Поставлена задача вирішується тим, що заявлено спосіб поліпшення якісних показників доменного коксу шляхом розбризкування на шматки доменного коксу при температурі 20-50°С 2-20%-ного водного розчину тетраборату, вибраного з ряду: тетраборат натрію, тетраборат калію, тетраборат кальцію, в такому об'ємі, щоб кількість сухого тетраборату в коксі відповідала 0,05-0,50% (мас.) у перерахунку на кокс. Новим у способі є те, що до водного розчину тетраборату додають 0,1-0,2% неіоногенної ПАР, причому для обробки застосовують такий об'єм розчину, щоб кількість ПАР в коксі відповідала 0,0035-0,0070% (мас.) у перерахунку на кокс. Ще однією відмінністю заявленого способу є те, що в якості неіоногенної ПАР обирають переважно монота діалкілові ефіри поліетиленгліколя марки “ДБ” чи моноалкілові ефіри поліетиленгліколя марки “ОП-10”. Між сукупністю ознак корисної моделі і технічним результатом, якого досягають при її реалізації, існує причино-наслідковий зв'язок. За способом, що заявляється, в водний розчин тетраборату вводять неіоногенну ПАР, бо остання відповідає основним обумовленим виробничим процесом вимогам: забезпечує швидке та цілковите змочування поверхні шматка коксу розчином тетраборату, не призводить до погіршення якості коксу, особливо за показниками CSR і CRI, безпечна для довкілля. ПАР - це хімічні сполуки, що знижують поверхневий натяг води. Неіоногенні ПАР являють собою високомолекулярні сполуки, які у водному розчині не утворюють іонів. Позитивна дія ПАР в розчині тетраборату на якісні показники CSR і CRI коксу обумовлена тим, що ПАР при попаданні на шматок коксу краплі такого розчину сприяє 4 зменшенню поверхневого натягу і крайового кута змочування між краплею розчину тетраборату і поверхнею коксу. А тому крапля вільніше розтікається по поверхні коксу, швидше проникає в його обсяг і значно знижує вірогідність її відриву від шматка коксу. При цьому молекулам тетраборату надається можливість покривати більшу поверхню шматка коксу та глибше проникати в нього. У кінцевому рахунку на поверхні шматка коксу тетраборат створює надійний захисний шар, що значно знижує реактивність коксу (CRI) по відношенню до О2 та СО2 і підвищує міцність коксу після реакції (CSR). Прискорення неіногеними ПАР процесу змочування коксу водним розчином тетраборату обумовлена складом молекул, точніше складом і кількістю вуглеводних радикалів, з яких складаються молекули неіногених ПАР марок «ДБ» і «ОП-10», переважно застосовуваних за корисною моделлю, про що свідчать їхні хімічні формули. Так, «ДБ» - це моно- та діалкілові ефіри поліетиленгліколя за формулою: [(СН3)3С]С6Н4О(С2Н4 О)mН, де m = 6-7, а «ОП-10» - це моноалкілові ефіри поліетиленгліколя за формулою: де n = 10-18, m СnН2n+1С6Н4О(С 2Н4О) mН, = 10-12. За корисною моделлю переважно застосовують ПАР марок «ОП-10» і «ДБ» тому, що вони є доступними, недорогими та досить ефективними, тому їхня кількість в технологічному процесі незначна. Застосовувані ПАР є екологічно безпечними, оскільки їхні гранично допустимі концентрації низькі: ГДКп=0,5мг/дм 3, 3 ГДКв=0,1мг/дм . Більш перспективним для використання є «ДБ». Виявлено, що коли на шматок коксу попадає крапля розчину те траборату без ПАР, то термін змочування коксу складає 1525 секунд, якщо в розчині тетраборату знаходиться «ОП-10» - 8-10 секунд, а якщо «ДБ» 1-2сек. Міцність коксу після реакції (CSR), отриманого за пропонованим способом з використанням «ДБ» та «ОП-10», підвищується у порівнянні з прототипом на 4-13% (відносних)* (*Примітка: % (відносних) - це відношення абсолютного збільшення (зменшення) величини показника до його вихідної величини, помножене на 100%.), у порівнянні з вихідним коксом - 25-34% (відносних). Показник CRI такого коксу знижується відповідно на 7-10% (відносних) та 13-24% (відносних). Таке поліпшення показників якості коксу CRI та CSR дозволяє знизити витрати коксу у домні. Поліпшення показників якості коксу CRI та CSR, обробленого розчином тетраборату з добавкою ПАР за пропонованим способом, порівняно з показниками коксу, обробленого за відомим способом-прототипом, обумовлене зміною поверхневої енергії коксу за рахунок адсорбції ПАР на межі розділу фаз і її взаємодією з активними центрами коксу. Для обробки коксу за заявленим способом використовують розчин тетраборату з добавкою 0,1-0,2% ПАР. При застосуванні ПАР в кількості 5 31186 меншій, ніж 0,1% (мас), спостерігається недостатнє поліпшення показників CRI та CSR, бо, очевидно, цієї кількості ПАР мало для значного зниження поверхневого натягу і крайового кута змочування поверхні розділу фаз. Використання концентрації ПАР вищої, ніж 0,2% (мас.) технологічно й економічно недоцільне. Спосіб поліпшення якісних показників доменного коксу, що заявляється, реалізують наступним чином. Після вивантаження з коксової печі, гасіння та сортування шматки доменного коксу, які мають температуру 20-50°С та знаходяться у бункері для відвантаження, обробляють розбризкуванням 220%-ного водного розчину тетраборату натрію, калію чи кальцію з добавкою 0,1-0,2% ПАР. В якості ПАР обирають марки “ДБ” чи “ОП-10”, наприклад виробництва “Сульфоуголь” (м. Дзержинск, РФ). Водний розчин тетраборату 220%-ної концентрації для обробки коксу готують простим змішуванням розрахованої маси тетраборату та об'єм у води в те хнологічній ємності. Після приготування розчину тетраборату необхідної концентрації в нього вводять розраховану кількість неіоногенної ПАР для одержання 0,1-0,2%-ної концентрації з подальшим простим змішуванням. Для обробки застосовують такий об'єм приготованого розчину, щоб кількість сухого тетраборату в коксі відповідала 0,05-0,50% (мас), а ПАР - 0,0035-0,0070% (мас.) у перерахунку на кокс. Розчин тетраборату з ПАР на поверхню шматків коксу наносять шляхом розбризкування розрахованої кількості розчину через форсунки з використанням насосу. Конкретні приклади реалізації способу. Спосіб поліпшення якісних показників доменного коксу, що заявляється, було випробувано на зразках коксу з Макіївського коксохімічного заводу. Для обробки коксу готували водні розчини необхідної концентрації тетраборатів натрію, калію та кальцію з ПАР. У якості ПАР було використано «ДБ» та “ОП-10”. На поверхню шматків коксу наносили розраховану кількість розчину шляхом розбризкування через форсунки. Визначення якісних показників CSR і CRI коксу виконували згідно зі стандартом ASTM D 5341-99. Обробці піддавали зразки доменного коксу з такими показниками якості: проба №1 кокс з низькою міцністю після реакції з CSR=29,1% і високою реактивністю з CRI=48%; проба №2 кокс з вищим показником CSR=47,1% і нижчим показником CRI=36,8%. 6 6 0,25 тетраборату натрію та “ОП10” тетраборату калію та “ДБ” тетраборату кальцію та “ДБ” 7 8 9 0,25 0,25 0,25 У Табл.1 представлені результати іспитів зразків коксу проби №1 з визначенням показників CSR і CRI: необроблений кокс (приклад 1), дослідні зразки коксу (приклади 2-4). Зразок за прикладом 2 - кокс, оброблений 7%-ним розчином тетраборату натрію з розрахунку 35л/т коксу, тобто 0,25% (мас.) тетраборату натрію в перерахунку на 1т коксу, відповідно до умов прототипу. Зразки коксу за прикладами 3 і 4 оброблені тетраборатами калію та кальцію також за умовами прототипу. Зразки за прикладами 5 і 6 - це проби коксу, оброблені такою ж кількістю розчину тетраборату натрію, як і в прикладі 2, тільки в розчині знаходилось додатково 0,1% «ДБ» за прикладом 5 і 0,2% «ДБ» - за прикладом 6. У перерахунку на кокс кількість «ДБ» складала відповідно 0,0035% і 0,0070%. Зразок за прикладом 7 - кокс, оброблений розчином тетраборату натрію з 0,2% «ОП-10». У перерахунку на кокс кількість «ОП-10» складала 0,0070%. Зразки за прикладами 8 і 9 - це проби коксу, оброблені такою ж кількістю «ДБ», як за прикладом 6, але використовували при цьому 0,25% (мас.) тетраборатів калію та кальцію відповідно. Вплив обробки коксу (проба №2) на його які Приклади Спосіб 10 11 12 13 14 прототип Досліджувана проба коксу №2, оброблена розчином безобробки тетраборату натрію Тетраборату натрію та “ДБ” заявлений Кількість тетраборату, % (мас.) 0,25 0,25 0,25 тетраборату натрію та “ОП10” У Табл.2 представлені результати іспитів зразків коксу проби №2: необроблений кокс (приклад 10). Зразок за прикладом 11 - кокс, оброблений 7%-ним розчином тетраборату натрію з розрахунку 35л/т коксу, тобто 0,25% (мас.) тетраборату натрію в перерахунку на 1т коксу, відповідно до умов прототипу. Зразки за Таблиця 1 прикладами 12-14 - це проби коксу, оброблені такою ж якісні показники Вплив обробки коксу (проба №1) на йогокількістю розчину тетраборату натрію, як і в прикладі 11, тільки в розчині знаходилось додатково 0,1% «ДБ» - за прикладом 12, 0,2% Кількість Показники якості Досліджувана проба коксу «ДБ» - за Кількість ПАР, Приклади Спосіб тетраборату, % прикладом 13 та 0,2% “ОП-10” - за коксу, % №1, оброблена розчином % (мас.) прикладом 14. У перерахунку наCRI кількість ПАР кокс (мас.) CSR складала відповідно 0,0035%, 0,0070% і 0,0070%. 1 без обробки 48,0 29,1 Як 2 тетраборату натрію 0,25 видно із даних табл. 1, обробка доменного 45,0 35,8 коксу (проба №1) розчином тетраборату натрію, в 3 прототип тетраборату калію 0,25 45,1 34,5 якому розчинена також ПАР, сприяє значному 4 тетраборату кальцію 0,25 46,0 32,6 підвищенню міцності коксу після реакції (на 29,65 заявлений тетраборату натрію та “ДБ” 0,25 0,0035 43,5 37,7 0,25 К 7 31186 34,0% (відносних)) і зниженню його реактивності (на 10-13% (відносних)) у порівнянні з вихідним коксом. У порівнянні зі зразком проби коксу, обробленої відповідно до способу-прототипу, показники якості коксу поліпшуються: CSR - на 913% (відносних), CRI - на 3,3-7,3 % (відносних). Обробка аналогічним розчином експериментальних зразків (приклади 11-14) коксу із проби №2, який має значно вищу міцність після реакції та нижчу реактивність порівняно з пробою №1, більш ефективно знижує показник CRI (на 2123,9% (відносних)) і менш ефективно підвищує показник CSR (на 23,1-23,5% (відносних)) у порівнянні з вихідним коксом. У порівнянні зі зразком проби коксу, обробленої згідно зі способом-прототипом, показник CSR підвищується на 2-3,5% (відносних), а показник CRI знижується на 6,5-9,7% відповідно. Отже, використання запропонованого способу дозволяє в порівнянні з відомим способом прототипом: - підвищити якісний показник CSR (міцність коксу) на 4-13% (відносних); - знизити показник CRI (реактивність) коксу на 7,3-9,7% (відносних); - підвищити економічність процесу виплавки чавун у за рахунок використання якіснішого коксу за показниками CSR і CRI, що дозволить істотно знизити витрати коксу на 1т чавун у та знизити собівартість кожної тони чавуну на 5-7грн. (за цінами 2007 року) у порівнянні з вихідним коксом на 15-20грн. Обробка доменного коксу водним розчином татраборату з додаванням до нього ПАР дозволить на коксохімічних заводах одержувати кокс, що відповідає міжнародним стандартам за якісними характеристиками CSR≥55-70% та CRI≤30-22%. 8