ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2024-2-360-370CKBJIBipolytech-832Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯMETALLURGYЭлектрообезвоживание каменноугольной смолы – побочного продукта при получении кокса для доменной плавкиElectric dehydration of coal tar – a by-product of coke production for blast furnace smeltingГоловашовИ. А.GolovashovI. A.

Головашов Илья Александрович, студент

462359, г. Новотроицк, ул. Фрунзе, д. 8

Ilya A. Golovashov, Student

8 Frunze St., Novotroitsk 462359

golovashovilya56@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7917-2299АлексеевД. И.AlekseevD. I.

Алексеев Данил Игоревич, к.т.н., доцент кафедры математики и естествознания

462359, г. Новотроицк, ул. Фрунзе, д. 8

Danil I. Alekseev, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Mathematics and Natural Sciences

8 Frunze St., Novotroitsk 462359

alekseev41047@mail.ruШвалеваА. В.ShvalevaA. V.

Швалева Анна Викторовна, канд. пед. наук, доцент, доцент кафедры математики и естествознания

462359, г. Новотроицк, ул. Фрунзе, д. 8

Anna V. Shvaleva, Cand. Sci. (Ped.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Mathematics and Natural Sciences

8 Frunze St., Novotroitsk 462359

shvaleva.1978@mail.ruНовотроицкий филиал Национального исследовательского технического университета Московского института стали и сплавовРоссияNovotroitsk Branch of the National Research Technical University of the Moscow institute of Steel and AlloysRussian Federation202404072024282360370Copyright © Головашов И.А., Алексеев Д.И., Швалева А.В., 20242024Головашов И.А., Алексеев Д.И., Швалева А.В.Golovashov I.A., Alekseev D.I., Shvaleva A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/832

Целью исследования являлась адаптация технологии электрообезвоживания нефти применительно к каменноугольной смоле (побочного продукта при производстве кокса для доменной плавки) для удаления золы (фусов) и воды. Объектом исследований –  каменноугольная смола, поступающая с коксовых батарей, которая с водой и золой образует коллоидную систему. В работе использовали метод электрообезвоживания, используемый в настоящее время для удаления воды из коллоидной системы нефть–вода. Рассмотрена конструкция электродегидратора 2-ЭГ-160-2, а также особенности подачи смолы в электродегидратор (в сравнении с подачей нефти). Показано, что в предлагаемом способе работы электродегидратора смола и фусы будут оседать в нижней части агрегата ввиду большей плотности воды (плотность смолы порядка 1200 кг/м3 и более). Предложена схема включения электродегидратора в схему обеззоливания на коксохимическом предприятии. Произведен расчет процесса разделения каменноугольной смолы в электродегидраторе. В результате полученных в ходе расчетов показателей можно сделать вывод, что производительность данного оборудования при обезвоживании смолы (в отличие от нефти) значительно снижается, что связано с большей плотностью и вязкостью смолы. Вследствие высокой вязкости смолы по сравнению с вязкостью нефти (при 80°С в ~ 40 раз) производительность электродегидратора по смоле составит ~40 тыс. т (для нефти ~ 1 млн т). Однако производительности в 40 тыс. т по одному электродегидратору достаточно, чтобы закрыть потребности по обезвоживанию каменноугольной смолы для АО «Уральская Сталь». В результате проведенных исследований предложено включение в общую схему обезвоживания каменноугольной смолы электродегидратора с целью достижения нормативных показателей смолы для дальнейшего ее применения и продажи в качестве целевого продукта. Благодарности. Данная работа выполнена в рамках проекта образовательно-производственных групп, реализуемых в сотрудничестве НФ НИТУ «МИСИС» и АО «Уральская Сталь».

The aim of the study was to adapt the technology of electric dehydration of oil for use with coal tar (a by-product of coke production for blast furnace smelting) in order to remove ash (tar decanter sludge) and water. The research focuses on coal tar generated in coke ovens, which forms a colloidal system with water and ash. The method of electric dehydration was employed in the study, which is currently used to remove water from the oil–water colloidal system. The construction of the 2-EG-160-2 electric dehydrator was examined, along with the specifics of introducing coal tar into it in comparison to oil. It was demonstrated that, under the proposed operational conditions for the electric dehydrator, the coal tar and tar decanter sludge would settle at the bottom of the unit due to their higher density than that of water (the density of coal tar is approximately 1200 kg/m3 and higher). A scheme for integrating the electric dehydrator into the de-ashing process at a coke-chemical plant was proposed. The process of separating coal tar in the electric dehydrator was calculated. The results demonstrated that the efficiency of the equipment in the dehydration of coal tar, in comparison to oil, is considerably lower due to its higher density and viscosity (approximately 40 times higher at 80°C). Consequently, the performance of the electric dehydrator for coal tar would be approximately 40,000 tons, as opposed to approximately 1 million tons for oil. Nevertheless, the aforementioned performance per electric dehydrator is sufficient to meet the dehydration needs of AO “Ural Steel” for coal tar. Therefore, it is recommended that the electric dehydrator be integrated into the general coal tar dehydration scheme in order to ensure that the required quality standards for the tar are met, allowing it to be used and sold as a target product.

чугункокссмолаводафусыколлоидная структураразрушениеcast ironcokeresinwaterfusescolloidal structuredestructionДанная работа была проведена в рамках проекта учебно-производственных групп, реализуемого совместно с НФ НИТУ «МИСиС» и ОАО «Уральская сталь».The work was carried out within the framework of the project of training and production groups implemented in cooperation with the Novotroitsk Branch of the National Research Technical University of the Moscow Institute of Steel and Alloys and JSC «Ural Steel».ReferencesЕремина А.И., Гущина Е.Г. Разработка механизмов развития металлургического производства в регионах России (на примере Волгоградской области) // Modern Economy Success. 2020. № 5. C. 232–234. EDN: IQMQSV.Eremina A.I., Gushchina E.G. Development of mechanisms of development of metallurgical production in the Russian regions (on the example of Volgograd region). Modern Economy Success. 2020;5:232-234. EDN: IQMQSV.Леонтьев Л., Григорович К. Черная металлургия: состояние и перспективы // Наука в России. 2011. № 4. C. 46–50. EDN: OIWHUN.Leont’ev L., Grigorovich K. Ferrous metallurgy: modern state and prospects. Nauka v Rossii. 2011;4:46-50. (In Russ.). EDN: OIWHUN.Shatokhin I.M., Kuz’min A.L., Smirnov L.A., Leont’ev L.I., Bigeev V.A., Manashev I.R. New method for processing metallurgical wastes // Metallurgist. 2017. Vol. 61. No. 7-8. Р. 523–528. https://doi.org/10.1007/s11015-017-0527-4.Shatokhin I.M., Kuz’min A.L., Smirnov L.A., Leont’ev L.I., Bigeev V.A., Manashev I.R. New method for processing metallurgical wastes. Metallurgist. 2017;61(7-8):523-528. https://doi.org/10.1007/s11015-017-0527-4.Diez M.A., Alvarez R.A., Barriocanal C. Coal for metallurgical coke production: predictions of coke quality and future requirements for cokemaking // International Journal of Coal Geology. 2002. Vol. 50. Iss. 1. P. 389–412. https://doi.org/10.1016/S0166-5162(02)00123-4.Diez M.A., Alvarez R.A., Barriocanal C. Coal for metallurgical coke production: predictions of coke quality and future requirements for cokemaking. International Journal of Coal Geology. 2002;50(1):389-412. https://doi.org/10.1016/S0166-5162(02)00123-4.Шаповалова Н.Г., Гуменная С.Н. Сравнительный анализ показателей расхода энергоносителей на приготовление и вдувание пылеугольного топлива в горны доменных печей металлургических предприятий Украины // Экология и промышленность. 2018. № 1. С. 92–96. EDN: XOWGVV.Shapovalova N.G., Gumennaya S.N. Comparative analysis of indicators of utility consumption in process of preparation and injection of pulverized-coal fuel in blast furnace wells in metallurgical enterprises of Ukraine. Ekologiya i promyshlennost’. 2018;1:92-96. (In Russ.). EDN: XOWGVV.Подкорытов А.Л., Кузнецов А.М., Зубенко А.В., Падалка В.П., Ярошевский С.Л., Кочура В.В. Освоение технологии доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива на ЧАО «Енакиевский металлургический завод» // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2017. № 10. С. 53–65. EDN: ZRWQXV.Podkorytov A.L., Kuznecov A.M., Zubenko A.V., Padalka V.P., Yaroshevskij S.L., Kochura V.V. Mastering the technology for the blast furnace heat with the injection of the pulverized coal fuel into the hearth at the chao “Enakievskiy metallurgicheskiy zavod”. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2017;10:53-65. (In Russ.). EDN: ZRWQXV.Филиппов В.В., Михалев В.А., Миронов К.В., Форшев А.А., Тлеугабулов Б.С., Загайнов С.А. Развитие теории и технологии выплавки ванадиевого чугуна с применением пылеугольного топлива // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2017. № 4. С. 22–26. EDN: ZBQQXN.Filippov V.V., Mihalev V.A., Mironov K.V., Forshev A.A., Tleugabulov B.S., Zagainov S.A. Development of the theory and technology of smelting vanadium cast iron using pulverized coal fuel. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2017;4:22-26. (In Russ.). EDN: ZBQQXN.Миронов К.В., Михалев В.А., Буньков А.А., Загайнов С.А., Гилева Л.Ю. Опыт вдувания пылеугольного топлива при выплавке ванадиевого чугуна на ЕВРАЗ НТМК // Сталь. 2015. № 5. С. 17–19. EDN: UADBEV.Mironov K.V., Mikhalev V.A., Bun’kov A.A., Zagainov S.A., Gileva L.Yu. Experience of pulverized coal fuel injection under vanadium cast iron smelting at EVRAZ NTMK. Stal’. 2015;5:17-19. (In Russ.). EDN: UADBEV.Ярошевский С.Л., Кузнецов А.М., Курбатов Ю.Л., Кочура В.В., Афанасьева З.К. Исследование особенностей теплообмена в фурменной зоне доменной печи при вдувании ПУТ // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2017. № 4. С. 14–22. EDN: ZBQQXD.Yaroshevskij S.L., Kuznetsov A.M., Kurbatov Yu.L., Kochura V.V., Afanasieva Z.K. Studying heat transfer features in the tuyere zone of a blast furnace under pulverized coal injection. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2017;4:14-21. (In Russ.). EDN: ZBQQXD.Мирошниченко В.Г., Скляр А.В. Эффективное освоение пылеугольной технологии в доменном цехе ПАО «Алчевский металлургический комбинат» // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2016. № 4. С. 24–30. EDN: VXBAJP.Miroshnichenko V.G., Sklyar A.V. Effective development of pulverized coal technology in the blast furnace shop of PJSC Alchevsk Metallurgical Plant. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2016;4:24-30. (In Russ.). EDN: VXBAJP.Сорокин А.Ю., Пишикин А.А, Дагман А.И., Басов В.И., Титов В.Н., Загайнов С.А. Освоение технологии доменной выплавки чугуна с использованием пылеугольного топлива в доменном цехе № 2 ПАО НЛМК // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. № 7. С. 803–810. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-7. EDN: IUXGGQ.Sorokin A.Yu., Pishikin A.A, Dagman A.I., Basov V.I., Titov V.N., Zagajnov S.A. Mastering the technology of blast furnace smelting of pig iron using pulverized coal fuel in the blast furnace shop no. 2 of PJSC NLMK. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2019;7:803-810. (In Russ.). https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-7. EDN: IUXGGQ.Лялюк В.П. Анализ работы доменной печи объемом 5000 м3 на фурмах разного диаметра с позиций полных механических энергий потоков комбинированного дутья и горнового газа // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. Т. 76. № 7. С. 691–699. https://doi.org/10.32339/01355910-2020-7-691-699. EDN: KJATLV.Lyalyuk V.P. Analysis of the blast furnace operations with a volume of 5000 m3 on tuyeres of different diameters from the positions of full mechanical energies of flows of combined blow and hearth gas. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2020;76(7):691-699. (In Russ.). https://doi.org/10.32339/01355910-2020-7-691-699. EDN: KJATLV.Семенов Ю.С., Подкорытов А.Л., Горупаха В.В., Семион И.Ю., Оробцев А.Ю., Шумельчик Е.И. Повышение эффективности использования пылеугольного топлива при производстве чугуна и обжиге известняка в нестабильных технологических условиях // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. Т. 76. № 7. С. 676–690. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2020-7-676-690. EDN: ZMUAZL.Semenov Yu.S., Podkorytov A.L., Gorupakha V.V., Semion I.Yu., Orobytsev A.Yu., Shumel’chik E.I. Efficiency Increase of powdered coal application at hot metal production and limestone calcination under unstable technology conditions. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2020;7:676-690. (In Russ.). https://doi.org/10.32339/0135-5910-2020-7-676-690. EDN: ZMUAZL.Смирнов Л.А., Тлеугабулов Б.С., Загайнов С.А., Пыхтеева К.Б., Филиппов В.В., Михалев В.А., Миронов К.В. Некоторые теоретические аспекты технологии совместного вдувания природного газа и пылеугольного топлива // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2016. № 5. С. 19–23. EDN: WBFSKN.Smirnov L.A., Tleugabulov B.S., Zagainov S.A., Pykhteeva K.B., Filippov V.V., Mikhalev V.A., Mironov K.V. Some theoretical aspects of the technology of joint injection of natural gas and pulverized coal. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2016;5:19-23. (In Russ.). EDN: WBFSKN.Рогожников С.П., Рогожников И.С. Влияние водорода природного газа на изменение теплового и восстановительного процессов по радиусу доменной печи // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. № 1. С. 41–50. EDN: HJSUBA.Rogozhnikov S.P., Rogozhnikov I.S. Effect of the natural gas hydrogen on variation of the heat and reducing processes along the blast furnace radius. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2020;1:41-50. (In Russ.). EDN: HJSUBA.Волощук Т.Г. Анализ влияния различных факторов на качество каменноугольной смолы // Наука и производство Урала. 2017. № 13. С. 9–12. EDN: ZCJBWZ.Voloshchuk T.G. Analysis of affection of various factors on the quality of coal tar. Nauka i proizvodstvo Urala. 2017;13:9-12. (In Russ.). EDN: ZCJBWZ.Банников Л.П., Мирошниченко Д.В., Нестеренко С.В., Балаева Я.С., Фатенко С.В. Влияние содержания неокисленных пылевидных классов коксуемой шихты на свойства каменноугольной смолы // Наука и производство Урала. 2019. № 3. С. 15–22. EDN: USRMJL.Bannikov L.P., Balaeva Y.S., Miroshnichenko D.V., Fatenko S.V., Nesterenko S.V. Influence of small coal particles in coking batch on coal-tar quality. Nauka i proizvodstvo Urala. 2019;3:15-22. (In Russ.). EDN: USRMJL.Степанов Е.Н., Артюшечкин Д.А., Дуць Н.В., Смирнов А.Н., Волощук Т.Г. Влияние технологических факторов на качество каменноугольный смолы // Кокс и химия. 2021. № 12. C. 38–41. https://doi.org/10.52351/00232815_2021_12_38. EDN: RXPIKB.Stepanov E.N., Artyushechkin D.A., Duts N.V., Smirnov A.N., Voloschuk T.G. Influence of production conditions on the quality of coal tar. Koks i himiya. 2021;12:38-41. (In Russ.). https://doi.org/10.52351/00232815_2021_12_38. EDN: RXPIKB.Оплеухин C.А., Пукиш В.И., Доровских О.А. Установка дешламации смолы // Кокс и химия. 2011. № 11. С. 33–35. EDN: OJMYVT.Opleukhin S.A., Pukish V.I., Dorovskikh O.A. Slurry removal from tar. Koks i himiya. 2011;11:33-35. (In Russ.). EDN: OJMYVT.Filoneko Yu.Ya., Konev N.L., Parakhin A.V. Mathematical-statistical prediction of blast furnace coke quality // Кокс и химия. 1991. № 1. EDN: GKWZYH.Filoneko Yu.Ya., Konev N.L., Parakhin A.V. Mathematical-statistical prediction of blast furnace coke quality. Koks i himiya. 1991;1. EDN: GKWZYH.Вейненский В.В., Барский В.Д. Зависимость реакционной способности кокса от величины зольности и состава золы // Кокс и химия. 1990. № 12. С. 9–12. EDN: QKLBPM.Vejnenskij V.V., Barskij V.D. Dependence of coke reactivity on ash content and ash composition. Koks i himiya. 1990;12:9-12. (In Russ.). EDN: QKLBPM.Симакова А.В., Климчук В.А., Папин А.В., Герман Л.В. Каменноугольная смола и факторы влияния на ее характеристики // Химия и химическая технология: достижения и перспективы: материалы VI Всерос. конф. (г. Кемерово, 29–30 ноября 2022 г.). Кемерово: КузГТУ им. Т.Ф. Горбачёва, 2022. С. 402.1–402.4.Simakova A.V., Klimchuk V.A., Papin A.V., German L.V. Coal tar and factors influencing its characteristics. In: Himiya i himicheskaya tekhnologiya: dostizheniya i perspektivy: materialy VI Vserossijskoj konferencii = Chemistry and chemical technology: achievements and prospects: materials of the 6th All-Russian conference. 29–30 November 2022, Kemerovo. Kemerovo: T.F. Gorbachev State Technical University; 2022, р. 402.1-402.4. (In Russ.).Мельников И.И., Крячук В.М., Мезин Д.А., Горбунов А.А., Волощук Т.Г. Влияние нефтяной коксующей добавки на качество каменноугольной шихты, кокса и смолы // Кокс и химия. 2011. № 12. С. 21–23. EDN: OKFLNV.Mel’nikov I.I., Kryachuk V.M., Mezin D.A., Gorbunov A.A., Voloshchuk T.G. Influence of petroleum coking additive on the quality of coal batch, coke, and tar. Koks i himiya. 2011;12:21-23. (In Russ.). EDN: OKFLNV.Андрейков Е.И., Красникова О.В., Диковинкина Ю.А., Первова М.Г., Зорин М.В., Купрыгин В.В. Характеристики смолы высокотемпературного коксования нефтяного кокса с высоким содержанием летучих веществ // Кокс и химия. 2019. № 12. C. 38–43. EDN: FIEKEL.Andreikov E.I., Krasnikova O.V., Dikovinkina Y.A., Pervova M.G., Zorin M.V., Kuprygin V.V. Characteristics of hightemperature coking tar of volatile-rich petroleum coke. Koks i himiya. 2019;12:38-43. (In Russ.). EDN: FIEKEL.Саранчук В.И. Математическое описание основных процессов коксохимического производства // Кокс и химия. 1999. № 8. С. 34–37. EDN: RKPZIJ.Saranchuk V.I. Mathematical description of the main processes of coke production. Koks i himiya. 1999;8:34-37. (In Russ.). EDN: RKPZIJ.Кочкин Р.О. Прогноз качества кокса по показателям CSR и CRI // Кокс и химия. 2009. № 10. C. 17–23. EDN: KWHPWXKochkin R.O. Forecast of coke quality based on CSR and CRI indicators. Koks i himiya. 2009;10:17-23. (In Russ.). EDN: KWHPWX.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.