Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

Современная стратегия крупных металлургических предприятий заключается в производстве стали с низкими затратами и высоким качеством выпускаемой продукции, при этом максимальное внимание уделяется вопросам охраны окружающей среды и социальным проблемам. Для успешной реализации стратегических задач необходимо внедрение новых и усовершенствование уже существующих технологий, которые основаны на использовании низкозатратных или беззатратных проектов улучшения. Одним из приоритетных научно-технических направлений развития коксохимии является экономически целесообразное использование твердых отходов производства кокса. Коксовая пыль — один из техногенных отходов коксохимических предприятий, образующийся в процессе работы аспирационных установок при выполнении различны х технологических операций, связанных с производством кокса (рассортировки валового кокса, сухого тушения кокса, перегрузках кокса и т. д). В среднем на одном коксохимическом предприятии в год может образовываться 18 000-20 000 т коксовой пыли [1], которая практически не находит применения из-за сложности с ее погрузкой и транспортировкой. Поэтому ее утилизация для коксохимических производств является весьма актуальной проблемой. Основное направление переработки мелких классов кокса — это производство брикетов [2, 3] и добавление их в шихту для коксования [4, 5]. Анализ литературных источников подтвердил, что проблема утилизации мелких классов кокса периодически возникает на многих предприятиях [6]. До недавнего времени коксовая пыль, образующаяся при коксохимическом производстве ПАО «Северсталь», экспортировалась. Однако в сложившихся геополитических условиях появилась необходимость использования данного продукта в технологической цепочке комбината. Технология использования мелкодисперсных коксовых добавок подразумевает добавление образующегося на предприятии отхода аспирации — коксовой пыли — в угольную шихту с последующим получением доменного кокса в процессе высокотемпературного коксования. Коксовая пыль в процессе коксования сама по себе является инертным веществом. Из-за высокой пористости и большой удельной площади поверхности она имеет большую площадь контакта с жидким материалом активных частиц, связь между которыми обуславливается адсорбцией твердых частиц в жидкой фазе. С одной стороны, коксовая пыль уменьшает усадку полукокса и количество выхода летучих материалов на этапе затвердевания, снижая усадку материала на двух этапах. С другой стороны, из-за своей пористой структуры она позволяет уменьшить напряжение, возникающее при сжатии коксового пирога, и снизить пористость кокса. Технология использования мелкодисперсных добавок при производстве кокса кроме возможности утилизации техногенных отходов также имеет ряд преимуществ, например, позволяет расширить сырьевую базу коксования, снизить закупочную стоимость шихты, позволяет воздействовать на процессы, протекающие на стадии пластического состояния, для улучшения прочностных свойств кокса и увеличения выхода его крупных классов. Изменение характера термического разложения шихт при использовании коксовой добавки объясняется улучшением сорбционного взаимодействия связующего с наполнителем и протеканием в сорбированной массе низкотемпературных реакций поликонденсации, приводящих к выделению легколетучих продуктов с образованием более высокомолекулярных продуктов уплотнения. Таким образом, создаются условия для глубокого протекания поликонденсационных процессов с образованием более устойчивых углеродистых систем [7], но наряду с этим существует вероятность снижения прочностных свойств кокса после реакции с диоксидом углерода (CSR, %). Данная работа направлена на определение оптимальной доли участия (процента по массе) коксовой пыли в угольной шихте, при котором возможно получение кокса заданного качества. В рамках лабораторных исследований определялись: 1) возможность участия коксовой добавки в угольной шихте для коксования; 2) влияние определенного процента добавки коксовой пыли на качественные характеристики получаемого кокса. Лабораторные исследования проводились в несколько этапов. Первоначально в качестве коксовой добавки рассматривалась коксовая мелочь — отсев кокса, имеющий крупность от 0 до 10 мм. Установлено, что внесение в угольную шихту данного продукта значительно снижает качественные характеристики как по показателю CSR («горячей» прочности кокса), так и по показателям М40 / М10 («холодной» прочности Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 116-121. Transactions of the Kala Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 116-121. © Карунова Е. В., Викулов В. Л., Калько О. А., Сорокина И. В., 2023 117