Прогноз качества металлургического кокса на основе его физико-химических показателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Карунова, Елена Владимировна

  • Карунова, Елена Владимировна
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2010, Москва
  • Специальность ВАК РФ05.17.07
  • Количество страниц 125
Карунова, Елена Владимировна. Прогноз качества металлургического кокса на основе его физико-химических показателей: дис. кандидат технических наук: 05.17.07 - Химия и технология топлив и специальных продуктов. Москва. 2010. 125 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Карунова, Елена Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ ПРОГНОЗА

ПОКОЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОКСА

1.1 Производства и требования к качеству металлургического кокса.

1.2 Функции металлургического кокса в доменном процессе

1.3 Методы определения для индексов прочности кокса

1.3.1 Основные определяемые характеристики качества кокса

1.3.2 Методы анализа

1.3.3 Взаимосвязь различных индексов прочности

1.4 Критерии пригодности шихты на коксование

1.5 Современное состояние методов прогноза показателей качества металлургического кокса

2. ФОРМИРОВАНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА КОКСА И ЕГО ВЗАИМОСВЯЗЬ С ПОКАЗАТЕЛЯМИ МЕХАНИЧ БСКОЙ ПРОЧНОСТИ

2.1 Описание гранулометрического состава кокса уравнением Розина-Рамлера

2.2 Влияния стадии метаморфизма углей и их петрографического состава на выход отдельных классов кокса.

2.3 Влияния технологических режимов коксования на гранулометрический состав кокса.

2.4 Взаимосвязь гранулометрического состава и механической прочности кокса

3 ПРИМЕНЕНИЕ ПЕТРОГРАФИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА КОКСА НА ЧЕРЕПОВЕЦКОМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ КОМБИНАТЕ

3.1 Технологическая и сырьевая база ОАО «Северсталь» ЧерМК

3.2 Петрографический метод исследования угольного сырья.

3.3 Оценка механической прочности кокса в рамках алгоритма ИГИ

3.4 Взаимосвязь петрографических характеристик с показателями прочности кокса после реакции с диоксидом углерода.

4. АЛГОРИТМ ПОДБОРА СОСТАВА УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ КАЧЕСТВА КОКСА.

4.1 Анализ существующих методов подбора шихты для коксования.

4.2 Сущность предлагаемого технического решения.

4.3 Алгоритм подбора шихты для коксования.

4.4 Порядок составления и оформления шихтовых карт

4.4.1 Методика расчета прогноза качества кокса

4.4.2 Алгоритм расчета

4.4.3 Точность прогноза

4.4.4 Анализ отклонений фактических показателей от прогнозных.

4.5 Примеры реализации способа.

4.6 Анализ работы КХП ЧерМК «Северсталь» после внедрении методики «Составления шихтовых карт с расчетом прогноза качества кокса».

5. ДИАГНАСТИРОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОКСА С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ ЯМР 1Н И 13С СПЕКТРОСКОПИИ

5.1 Сущность определения прочности кокса спектрометрическими методами ЯМР

5.2. Возможность использования релаксометрических измерений методом ЯМР протонов для оценки строения и свойств веществ

5.3. Подготовка шихты для коксования в цилиндрах в коксовой батарее и обработка полученных данных.

5.4. Спектры ЯМР 1Н высокого разрешения

5.5. Спектры ЯМР 1Н низкого разрешения 106 5.6 Корреляционные зависимости между прочностными характеристиками металлургического кокса и показателями спектра ЯМР 1Н низкого разрешения

Выводы

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Химия и технология топлив и специальных продуктов», 05.17.07 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогноз качества металлургического кокса на основе его физико-химических показателей»

Актуальность проблемы.

Одной из центральных задач коксохимической промышленности является контроль и повышения качества получаемого кокса при технологической переработке углей для производства чугуна. Она в настоящее время приобретает особое значение, когда произошло разрушение сложившейся сырьевой угольной базы, нестабильность марочного состава поставляемых углей и угольных концентратов.

Череповецкий металлургический комбинат (ОАО «Северсталь»), одно из ведущих предприятий металлургической отрасли страны, производит до 15% кокса и стали в Российской Федерации. В последнее время, благодаря внедрению автоматизированных методов петрографического контроля качества поступающих углей, удалось в значительной мере преодолеть последствия разрушения сложившейся сырьевой угольной базы комбината, характерного для переходного периода от централизованной плановой экономики к рыночным методам хозяйствования.

В связи с этим разработка научно обоснованных методов: подбора состава шихты, оценки качества металлургического кокса и способы его контроля являются весьма актуальными.

Работа выполнялась в соответствии с Энергетической стратегией России на период до 2020 г. (распоряжение Правительства Российской Федерации от 28.08. 2003 г. № 1234-р) и ФЦП Министерства образования и науки РФ "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы".

Цель работы и основные задачи исследования.

Разработка научно-технических основ формирования состава угольной шихты и прогноза качества полученного металлургического кокса на основе его физико-химических показателей. В соответствии с этим были сформулированы и решены следующие задачи:

1.Проведение исследований по формированию гранулометрического состава кокса и установлению взаимосвязи с показателями его механической прочности.

2.Разработка и применение на Череповецком металлургическом комбинате (ЧерМК) петрографической модели для прогнозирования качества кокса.

3.Разработка способа, позволяющего подобрать оптимальное соотношение поступающих угольных концентратов, с получением максимально возможного качества кокса для доменного производства, при этом учитывая особенности и потребности технологии коксохимического производства.

4.Проведение исследований прочности металлургического кокса с применением методов ЯМР 1Н и 13С спектроскопии.

Научная новизна и полученные результаты.

Разработана методика составления шихтовых карт с расчетом прогноза качества кокса. Методика основана на имеющейся статистической зависимости между качественными показателями шихты для коксования, технологическими режимами работы коксовых батарей и качественными характеристиками кокса. Определено влияние метаморфизма углей и их петрографического состава на выход классов кокса в сопоставимых технологических условиях коксования. Найдена взаимосвязь между показателями механической прочности кокса и параметрами гранулометрического состава кокса по Розину-Рамлеру. Впервые показано, что спектры ЯМР 13С (1Н) металлургического кокса состоят из двух линий разной интенсивности соответствующие ароматическим и алкильным углеродам (водородам), соотношение интенсивности которых можно принять за структурный показатель кокса.

Практическая значимость и реализация полученных результатов.

Использование установки измерительного комплекса MARAN Ultra позволит доработать методику на представительной серии реальных коксов ЧерМК ОАО «Северсталь», для оперативного определения прочностных характеристик металлургического кокса с применением спектроскопического метода ЯМР 1Н. Разработана методика работы с использованием установки измерительного комплекса для проведения в автоматическом режиме петрографических анализов углей и расчета прочностных характеристик коксов на Череповецкого металлургического комбината ОАО "Северсталь". Разработан пакет компьютерных программ для прогнозирования показателей качества кокса, которые в настоящее время применяют для расширения математического обеспечения автоматизированной системы управления коксохимическим производством ОАО "Северсталь".

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертации были доложены на научно-технической конференции молодых специалистов и инженеров «Северсталь - пути к совершенствованию». (Череповец, 2004 г.), на конференции России и стран СНГ «Перспективы развития углехимии и химии углеродных материалов в XXI веке» (Звенигород, 2005 г.), Российской научной конференции (с международным участием) «Глубокая переработка твердого ископаемого топлива - стратегия России в 21 веке» (Звенигород, 2007 г).

Диссертация выполнена ФГУП "Институт горючих ископаемых - научно-технический центр по комплексной переработке твердых горючих ископаемых" (ФГУПИГИ).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК. Получен 1 патент.

Похожие диссертационные работы по специальности «Химия и технология топлив и специальных продуктов», 05.17.07 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Карунова, Елена Владимировна

выводы

1.Для формирования состава угольной шихты и прогноза качества получаемого металлургического кокса на основе его физико-химических показателей разработана методика составления шихтовых карт с расчетом прогноза качества кокса. Методика основана на имеющейся статистической зависимости между качественными показателями шихты для коксования, технологическими параметрами работы коксовых батарей и качественными характеристиками кокса.

2.Показано, что параметр метаморфизма углей и их мацеральный состав позволяет подбирать оптимальное сочетание компонентов угольной шихты и прогнозировать показатели механической прочности металлургического кокса.

3.Установлена возможность применения метода Розина-Рамлера для описания гранулометрического состава кокса и его качества при анализе производственных данных ОАО "Северсталь".

4.Методом факторного анализа получено общее описание производственных данных по реакционной способности (СШ=Г(кт), среднеквадратичное отклонение а=0,15%) и послереакционной прочности (С8Ы=а-в(СК1), г=0.93) кокса с учетом результатов петрографического исследования компонентов шихты и основных технологических параметров — температуры обогрева, периода коксования и степени сухого тушения кокса.

5.Впервые на основе теоретического и экспериментального анализов структурно-химических показателей коксов, полученных при разных температурах показано, что их ЯМР 1Н спектры содержат две линии (=8 м.д. и = 3 м.д.). Соотношение интенсивности этих линий коррелирует с показателем реакционной способности кокса к. Предложено использовать этот метод на металлургическом комбинате ОАО "Северсталь" для анализа прочностных характеристик металлургического кокса.

6 Методика "Составление шихтовых карт с расчетом прогноза качества кокса" использована при проведении опытно-промышленной проверке вариантов угольных шихт для коксования с постепенным увеличением доли углей марки ГЖО и последующим использованием полученного кокса на доменных печах №№ 4-5 ЧерМК ОАО "Северсталь". Экономический эффект составил 1373 тыс. рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Карунова, Елена Владимировна, 2010 год

1. Гофман М.В., Прикладная химия твердого топлива. М.: Металлургиздат, 1963. 597 с.

2. Сухоруков В.И., Научные основы совершенствования техники и технологии производства кокса. Екатеринбург, 1999. 393 с.

3. Грязнов Н.С., Основы теории коксования. М.: Металлургия, 1976. 312 с.

4. Логинов В.Н., Афанасьев A.C., Коновалова Ю.В. и др. Оценка влияния качества кокса на технологические показатели доменной плавки //Сб. трудов VII Междунар. конгр. доменщиков / Под ред. В.Н.Шатлова. М: Черметинформ, 2002. С. 12.

5. Курунов И.Ф., Качество кокса, его поведения в доменной печи и влияние на ее работу. ОАО «Черметинформация», «Новости черной металлургии за рубежом», 2003. 38 с.

6. Макаров Г.Н., Харлампович Г.Д., Химическая технология твердых горючих ископаемых. М.: Химия, 1986. 496 с.

7. Артемьев В.Б., Еремин И.В., Гагарин С. Г., Петрография углей и их эффективное использование. Москва, 2000. 335 с.

8. Афанасьев A.C., Коновалова Ю.В., Нетронин В.И., Изюмский H.H. Влияние состава углей и качества кокса на уровень технологии доменного производства // Кокс и химия. 2001. № 2. С. 15-20.

9. Вегман Е.Ф., Доменное производство: Справочное издание В 2-х т. Т.1. Подготовка руд и доменный процесс. М: Металлургия, 1989. 496 с.

10. Афанасьев A.C., Коновалова Ю.В., Гагарин С.Г. и др. Оценка качества доменного кокса // ХТТ. 2003. № 3. С. 47-58.

11. Коновалова Ю.В., Афанасьев A.C., Султангузин И.А. и др. Реакционная способность и прочность доменного кокса коксохимического производства ОАО «Северсталь» // Кокс и химия. 2003. № 1. С. 15-20.

12. Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Коновалова Ю.В., Султангузин И.А. Оценка реакционной способности и прочности кокса на основе кинетики его взаимодействия с диоксидом углерода // ХТТ. 2002. № 2. С. 37.

13. Глущенко И.М. Прогноз качества кокса. — М.: Металлургия, 1976. -200 с.

14. A.c. СССР №1074889, кл. С10В 57/00, опубликован в БИ №7,1984

15. Патент РФ № 2088634, кл. С10В57/04, опубл.27.08.2097

16. A.c. СССР №941394, кл. С10В 57/00, опубликован в БИ №25,1982

17. Золотухин Ю.А. и др. Особенности формирования угольной сырьевой базы коксования ОАО НТМК и разработка дополнительных критериев оценки ее качества. // Кокс и химия. 2000. № 5. С. 21-29.

18. Патент РФ № 2355730, кл. С10В57/04, опубл.20.05.2007

19. Станкевич A.C. и др. Модель оптимизации показателей прочности кокса на основе химико-петрографических параметров углей и нелинейного программирования. Кокс и химия. 2000. №5, с. 2-10.

20. Станкевич A.C. и др. Рациональное распределение углей и оптимизация состава шихт для коксования. Кокс и химия. 2003. №9, с. 8-16.

21. Мучник Д.А. Формирование свойств доменного кокса. — М.: Металлургия, 1983. 182 с.

22. Шварц С.А. Приложение математической статистики к анализу процесса коксохимического производства. — Харьков: Металлургиздат, 1962. -212 с.

23. Воронков В .П., Жуков П.П. Методы прогнозирования ситового и фракционного состава углей. М.: Недра, 1977. 136 с.

24. Степанов Ю.В., Сухоруков В.И. Усадка загрузки в процессе коксования. Формирование гранулометрического состава кокса // Кокс и химия. 2005. № 5. С. 21-27.

25. Сухоруков В.И. Усадка угольной загрузки в процессе коксования и формирование коксового пирога // Кокс и химия. 1982. № 3. С. 12-16.

26. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1964. — 576 с.

27. Кузнецов В .Я., Буланов Е.А., Зиновьева JI.A., Цекот Ю.Б. Изменение качества металлургического кокса при его прохождении от пробоотборников коксохимического производства до бункеров доменных печей // Кокс и химия. 2005. № 4. С. 18-20.

28. Гайниева Г.Р., Пьянков Б.Ф., Ройзен JI.C., Горбачев В.П. Влияние марочного состава шихты и ряда технологических факторов на свойства кокса // Кокс и химия. 2002. № 3. С. 20-23.

29. Иванов Е.Б., Мучник Д.А. Технология производства кокса. Киев: Вища школа, 1976. — 230 с.

30. Гуляев В.М., Мучник Д.А. Возможная точность прогноза качества механически обработанного кокса // Кокс и химия. 2005. № 6. С. 29-32.

31. Гагарин С.Г. Оценка выхода летучих веществ по мацеральному составу углей и степени их метаморфизма // Кокс и химия. 2000. № 11-12. С. 510.

32. Трифанов В.Н., Коновалова Ю.В., Султангузин И.А. и др. Расширение угольной сырьевой базы коксохимического производства ОАО "Северсталь" // Кокс и химия. 2002. № 11. С. 2-8.

33. Трифанов В.Н., Коновалова Ю.В., Гагарин С.Г. и др. О взаимосвязи показателей «холодной» и «горячей» прочности доменного кокса // Кокс и химия. 2005. № 2. С. 16-21.

34. Карунова Е.В., Коновалова Ю.В., Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Султангузин И.А., Контроль избирательного измельчения компонентов шихты по рефлектограммам их классов крупности, //Кокс и химия, 2005, №4, с. 6 11.

35. Коновалова Ю.В., Трифанов В.Н., Гюльмалиев A.M. и др.Формирование современной сырьевой угольной базы коксохимического производства ОАО «Северсталь»// Кокс и химия. 2006. № 2. С. 6.

36. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М.: Недра, 1994. 254 с.

37. Еремин И.В., Хархардин П.П. Состояние и пути совершенствования сырьевой угольной базы коксования // Кокс и химия. 1997. № 2. С. 4.

38. Щадов М.И., Еремин И.В. Рынок коксующихся углей России и проблемы их качества.// Уголь. 1996. № 11. С. 55-59.

39. Гагарин С.Г., Броновец Т.М. Проблемы маркировки угольных смесей// Кокс и химия. 2003. № 12. С. 4-10.

40. Броновец Т.М., Гагарин С.Г. Анализ коксуемости угольных шихт различного состава // ХТТ. 2000. № 5. С. 36-46.

41. Трифанов В.Н., Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Султангузин И.А. Высокотемпературное взаимодействие доменного кокса с диоксидом углерода //ХТТ. 2004. №2. С. 19.

42. Коновалова Ю.В., Трифанов В.Н., Гюльмалиев A.M. и др. Кинетика термической деструкции компонентов угольной шихты череповецкого металлургического комбината// ХТТ. 2004. № 4. С. 3-16.

43. Еремин И.В., Гагарин С.Г. Рефлектограмма витринита и мацеральный состав углей как важнейшие характеристики компонентов и структуры коксовых шихт// Кокс и химия. 1998. № 10. С. 9-18.

44. Гагарин С.Г., Еремин И.В. Компьютерный мониторинг прочности кокса на основе петрографической модели расчета угольных шихт // Кокс и химия. 1995. № 2. С. 10-15.

45. Коновалова Ю.В., Афанасьев A.C., Султангузин И.А. и др. Закономерности реакционной способности и доменной прочности кокса коксохимического производства ОАО "Северсталь" // Кокс и химия. 2003. № 1. С. 15-20.

46. Гладун Т.Г., Гагарин С.Г. Оценка энтальпии образования органической массы каменных углей и антрацитов// Журн. прикл. химии. 2002. Т. 75. №8. С. 1371.

47. Королев Ю.М., Гладун Т.Г., Гагарин С.Г. Оценка мацерального состава углей методом рентгенографического фазового анализа // ХТТ. 2003. № 2. С. 14-22.

48. Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Девяткин М.В. // ХТТ. 2003. № 6. С. 77.

49. Гагарин С.Г. Влияние структурных параметров на выход летучих веществ из углей и мацералов// ХТТ. 2004. № 5. С. 71.

50. ГОСТ 25543 88 « Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам».

51. Киселев Б.П. и др. Сырьевая база коксования России. Кокс и химия. 1999. №11, с. 2-9.

52. Трифанов В.Н., Коновалова Ю.В. Влияние состава углей и качества кокса на уровень технологии доменного производства ОАО «Северсталь» // Кокс и химия. 2001. № 2. С. 15-20.

53. Патент РФ № 2312883, кл. С10В57/04, опубл.20.12.2007

54. Агушевич И.В. Броновец Т.М. и др. Стандартные методы испытания углей. Классификация углей. — М.: НТК «Терек», 2008. — 368с., с. 241-242.

55. Карунова Е.В., Гюльмалиев A.M., Калабин Г.А, Султангузин H.A., Диагностирование прочности металлургического кокса с применением методов1 13

56. ЯМР 1н и 1JC спектроскопии.// Тезисы докладов. Российская научная конференция (с международным участием) «Глубокая переработка твердого ископаемого топлива стратегия России в 21 веке» 21-24 ноября 2007 г. Звенигород С. 34

57. Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г., Теоретические основы химии угля. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. 556 с.

58. Осипов O.A. //ЖФХ. 1957. Т.32. 1542 с.

59. Султангузин И.А., Гюльмалиев A.M., Яшин А.П. и др. Разработка математической модели теплотехнического режима процесса коксования с учетом фактической сырьевой базы и требований к качеству кокса // Отчет НТЦ «ЛАГ Инжиниринг». 2005. - 108 с.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.