www.industrialfurnaces.pl, www.ppik.pl 21

KOKSOWNICTWO KOKSOWNICTWO

Testy mielenia koksiku z wykorzystaniem młyna kulowego

Autor do kontaktu:mgr inż. Tomasz MicorekInstytut Chemicznej Prze-róbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrzee-mail: tmicorek@ichpw.pl

Wprowadzenie

Produkcja koksu polega na wysokotempera-turowym odgazowaniu wsadu węglowego bez dostępu powietrza w specjalnie przystosowa-nych do tego celu piecach przemysłowych-ba-teriach pieców koksowniczych. Wsad węglowy stanowi mieszanka kilku węgli, charakteryzują-

ca się odpowiednimi właściwościami fizykoche-micznymi. Oprócz węgli bazowych, które stano-wią ponad 90% składników mieszanki, niekiedy stosuje się również różnego rodzaju dodatki schudzające np. antracyt, węgle o niskiej zawar-tości części lotnych, pył koksowy z instalacji su-chego chłodzenia koksu, półkoks, koksik. Wpro-wadzenie do mieszanki wsadowej dodatków

Tomasz Micorek , Jolanta Robak, Michał Rejdak, Grzegorz Różycki, Grzegorz Jakubina, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla

W KILKU SŁOWACH

W pracy przedstawiono wyniki testów

mielenia koksiku do uziarnienia poniżej

0,2 mm w młynie bębnowym kulowym.

Jako mielniki zastosowano polidyspersyj-

ne złoże kul ceramicznych. Mielenie pro-

wadzono w sposób periodyczny w cza-

sie 15 godzin, pobierając w określonych

odcinkach czasowych próbkę produktu

mielenia. Surowiec wyjściowy i prób-

ki produktu poddano analizie rozkładu

ziarnowego.

Stwierdzono, że możliwe jest zmielenie

koksiku w stopniu zapewniającym uzy-

skanie ponad 90 % m/m w produkcie zia-

ren o rozmiarze poniżej 0,2 mm. Proces

mielenia przebiegał najefektywniej w cią-

gu pierwszych pięciu godzin procesu, wy-

dłużenie czasu trwania procesu znacznie

zmniejszyło efektywność procesu. Opty-

malnym rozwiązaniem w skali przemy-

słowej może być wykorzystanie młynów

bębnowych w systemie mielenia wieloza-

biegowym, zamkniętym.

SUMMARY

The paper presents the results of coke breeze

grinding tests for particle sizes below 0.2 mm

in a ball drum mill. A polydispersed ceramic

balls were used as a grinding aid. Grinding

was carried out in a batch manner during 15

hours, collecting a sample of the grinding pro-

duct at specified time intervals. The starting

raw material and product samples were ana-

lyzed for grain size distribution.

It was found that it is possible to grind the coke

breeze to a degree that provides more than

90% m / m in grains with a size below 0.2 mm.

The milling process was the most effective du-

ring the first five hours of the process, the lon-

ger process duration significantly reduced the

efficiency of the process. An optimal solution

on an industrial scale can be the use of drum

mills in a multi-gear and closed grinding sys-

tem.

Coke breeze grinding tests with use of ball mill

schudzających, ma na celu podniesienie stopnia jej metamorfizmu czyli podwyższenie wartości refleksyjności R i obniżenie zawartości części lot-nych Vdaf, a przez to osiągnięcie mniejszego skur-czu w koksie, co skutkuje niższą jego szczelino-watością i większą kawałkowatością. Składniki schudzające mieszanki w rodzaju karbonizatów (półkoks, koksik), które się nie uplastyczniają i niewiele odgazowują, należy rozdrobnić szcze-gólnie głęboko. Grube, nieuplastycznione ziar-na tych składników podczas tworzenia się pół-koksu i koksu stanowią źródła naprężeń, które prowadzą do powstania osłabień i szczelin w końcowym produkcie [1]. Najlepsze rezultaty koksowania osiągane są, gdy uziarnienie kok-siku mieści się w granicach od 0 do 0,5 mm [2].

Niniejszy artykuł prezentuje wyniki badań mielenia koksiku jako komponentu schudza-jącego mieszanek koksowniczych. Założeniem badań było wykorzystanie w tym celu bębno-wego młyna kulowego i uzyskanie produktu za-wierającego minimum 90 % m/m frakcji o uziar-nieniu poniżej 0,2 mm.

Metodyka badań

W badaniach wykorzystano młyn bębnowy kulowy typu 49.52 produkcji MAKRUM S.A. w Bydgoszczy (rys. 1).

Młyn jest przykładem młyna krótkiego z ob-wodowym wyładowaniem wsadu, z wewnętrz-ną okładziną ceramiczną. Jako mielniki zasto-sowano polidyspersyjne złoże kul z materiału ceramicznego na bazie tritlenku glinu Al2O3 o gęstości 2,366 kg/dm3 (mielniki o średnicy 30 i 40 mm). Masowy stopień wypełnienia młyna mielnikami na poziomie 50% odpowiadał ob-jętościowemu stopniowi wypełnienia młyna mielnikami na poziomie 9,3 %. Całkowita masa

mieliwa w jednorazowym wsadzie młyna wyno-siła 55 kg.

Mielenie w przedstawionych warunkach pro-wadzono w sposób periodyczny w czasie 15 godzin, co godzinę pobierając niewielką prób-kę produktu mielenia bezpośrednio z młyna. Zarówno surowiec wyjściowy, jak i pobierane próbki produktu poddano analizie rozkładu ziarnowego.

Jako surowca do testów użyto frakcję koksiku 0-10 mm charakteryzującego się następującymi parametrami: zawartość popiołu Ad = 13,4%, za-wartości części lotnych Vdaf poniżej 1,6%, zawar-tość wilgoci całkowitej Wtr poniżej 15%.

Miarą efektywności procesów rozdrabnia-nia jest stopień rozdrobnienia (przemiału), definiowany jako iloraz rozmiaru ziaren przed i po procesie. W zależności od potrzeb, roz-miary ziaren mogą być wartościami średnimi, modalnymi, maksymalnymi, minimalnymi lub n-procentowymi, tzn uwzględniającymi jedy-nie n % populacji ziarnowej nadawy i produk-tu (pomniejszonych o (n-1)% ziaren najwięk-szych) [3,4].

Efektywność przeprowadzonych testów mielenia węgli w młynie bębnowym określa-na była zmianą uziarnienia i wyliczonym na jej podstawie średnim stopniem rozdrobnienia (i), będącym stosunkiem średniego wymiaru ziaren przed (dp) i po (dk) rozdrobnieniu:

przy czym średni wymiar ziaren (dp i dk) oblicza-no jako średnią średnicę zastępczą ziaren wg równań:

gdzie:x – udział masowy frakcji, -dp, dk – średni wymiar ziaren przed i po rozdrobnieniu, mmdz – średnia średnica frakcji, mma1, a2 – wymiary liniowe oczek sita dla oznaczonej frakcji ziarna, mm

piece przemysłowe & kotły 1/2017

Rys.1. Młyn bębnowy kulowy typu 49.52 produkcji MAKRUM S.A. w Bydgoszczy

k

p

dd

i = (1)

zi

N

nikp dxd ∑

−

=1

,

21aad z =

(2)

(3)

www.industrialfurnaces.pl, www.ppik.pl 43

KOKSOWNICTWO KOKSOWNICTWO

Wyniki badań

Wyniki przeprowadzonych oznaczeń rozkła-du ziarnowego surowca wyjściowego i po okre-ślonym czasie mielenia przedstawiono w tablicy 1 i 2, przy czym bezpośrednie wyniki z analiz ziarnowych uzupełniono o obliczony wg wzo-rów 2 i 3 średni rozmiar ziaren d.

Analizy sitowe i wynikające z nich obliczone średnie wymiary ziaren niektórych z analizowa-nych próbek koksików wykazywały nieznaczne anomalie, polegające na wykazywaniu wyższe-go uziarnienia dla próbek o dłuższym czasie mielenia, niż uziarnienia próbek pobranych po krótszych okresach czasu. Jak wspomniano w opisie metodyki badań, próbki mieliwa do ana-lizy sitowej pobierane były w niewielkiej ilości (aby istotnie nie zaburzyć warunków mielenia) bezpośrednio z bębna młyna, co przypadkowo mogło spowodować obecność zwiększonej licz-by większych ziaren w próbce i wpłynąć na wy-nik analizy ziarnowej. Obserwowane anomalie są jednak na tyle nieistotne, że mogą być pomi-nięte w interpretacji uzyskanych wyników.

Na rysunkach 2 i 3 zaprezentowano, odpo-wiednio, zmianę średniego rozmiaru ziaren mie-liwa oraz zawartość frakcji o rozmiarze ziaren poniżej 0,2 mm w partii koksiku poddawanej mieleniu w zależności od czasu trwania procesu mielenia.

Jak widzimy na rysunku 2 mielenie badanej próbki koksiku w założonych warunkach prze-biegało najefektywniej w ciągu pierwszych pię-ciu godzin procesu: średni wymiar ziaren kok-siku zmniejszył się w tym czasie z 1,75 mm do 0,19 mm, a zawartość frakcji o rozmiarze ziaren

poniżej 0,2 mm wzrosła z 20,8 % m/m w surow-cu wyjściowym do 67,4 % m/m w produkcie. Dalsze wydłużanie czasu trwania procesu spo-wodowało znacznie wolniejszy spadek średnie-go wymiaru ziaren oraz wolniejszy wzrost ilości frakcji poniżej 0,2 mm w produkcie mielenia. Po 5 godzinie mielenia stopień ten wynosił 9,00 (średni wymiar ziaren zmniejszony został 9-cio krotnie), by po kolejnych 10-ciu godzinach mie-lenia wzrosnąć do 14,54. Po 15 godzinie miele-nia zawartość frakcji o rozmiarze ziaren poniżej 0,2 mm wyniosła 92,8 % m/m, a spełnienie wa-runku zawartości 90 % m/m frakcji o tym uziar-nieniu w produktach nastąpiło po 14 godzinie mielenia (90,5 % m/m).

Ze średnimi wymiarami próbek koksiku po różnym czasie mielenia i zawartością w nich frakcji poniżej 0,2 mm bezpośrednio korelują uzyskane dla przeprowadzonego procesu mie-lenia średnie stopnie rozdrobnienia koksiku. Na rysunku 4 przedstawiono zależność uzyskanego średniego stopnia rozdrobnienia (i) od czasu mielenia.

Uzyskany współczynnik determinacji R2 dla równania:

wynoszący 0,906 świadczy o bardzo dobrym do-pasowaniu modelu.

Podsumowanie

Analizując uzyskane wyniki badań należy mieć na uwadze, że badania wykonywane były dla określonego młyna o działaniu periodycznym i małej jak na warunki przemysłowe objętości ko-mory roboczej. Mimo to, przeprowadzone bada-nia pozwalają stwierdzić, że możliwe jest zmiele-

nie koksiku w stopniu zapewniającym uzyskanie ziaren produktu poniżej 0,2 mm.Realizacja mielenia w młynach bębnowych na skalę przemysłową z reguły odbywa się w spo-sób ciągły, przy czym mielenie może odbywać się w jednym urządzeniu mielącym – tzw. system jednozabiegowy, lub w systemie młynów pracu-jących kaskadowo – tzw. system wielozabiego-wy. W przypadku zawracania do węzła mielenia nadziarna odseparowanego z produktu, system mielenia jest systemem zamkniętym, natomiast jeżeli ziarno stanowi odrębny produkt lub od-pad – system mielenia jest systemem otwartym.Uzyskane wyniki badań sugerują, że - w przy-padku mielenia koksiku o rozkładzie granulome-trycznym przedstawionym w tablicy 1- optymal-nym rozwiązaniem mogłoby być zastosowanie systemu mielenia wielozabiegowego, zamknię-tego. Jako urządzenia podstawowe mogą w takim wypadku być wykorzystane odrębne młyny bębnowe z odpowiednio dobranymi pod względem ilości i wielkości mielnikami i zespół sit separacyjnych – klasyfikatorów lub młyn bęb-nowy zespołowy, składający się z szeregu komór oddzielonych rusztami - klasyfikatorami i wypeł-nionych mielnikami o różnych (zmniejszających się w kolejnych stopniach mielenia) średnicach.Zastosowanie systemu mielenia wielozabiego-wego, zamkniętego umożliwiłoby skrócenie czasu mielenia koksiku do żądanego uziarnienia i zwiększenie efektywności procesu, ponieważ:• „zatopione” w drobnej frakcji cząstki większe

mają zbyt mało punktów kontaktu z elemen-tami mielącymi i, pozostając w masie silnie rozdrobnionego materiał, nie mają szans na domielenie – odseparowanie ich i zawrócenie do pierwszego stopnia mielenia umożliwia ich rozdrobnienie;

• wraz ze zmieniającym się składem granu-lometrycznym mielonego wsadu powinna również ulegać zmianie struktura mielników (ilość i rozmiar), co w układzie jednozabie-gowym jest niemożliwe – z biegiem czasu materiał rozdrabniany jest mielnikami o śred-nicach zbyt dużych, co wpływa na spadek efektywności mielenia.

Mankamentem rozwiązania stosującego system mielenia wielozabiegowy, zamknięty są z reguły wyższe nakłady inwestycyjne.Analiza zawartości popiołu w koksiku przed i

piece przemysłowe & kotły 1/2017

Frakcja, mm Udział, % m/m

> 4,75 10,5

4,75 – 3,15 9,5

3,15 – 2 10,5

2 – 1 15,7

1 – 0,5 13,8

0,5 – 0,2 19,2

0,2 – 0,1 10,3

< 0,1 10,5

dp, mm 1,75

Tablica 1. Skład ziarnowy koksiku – surowca wyjściowego do rozdrab-niania w bębnowym młynie kulowym

Udział, % m/m

Czas mielenia, h 1 2 3 4 5 6 7 8

Frakcja, mm > 4,75 4,6 2,7 1,2 1,2 0,3 0,5 0,8 0,5

4,75 – 3,15 2,7 1,3 0,9 0,3 0,4 0,4 0,6 0,4

3,15 – 2 3,4 1,9 1,1 0,4 0,3 0,2 0,2 0,2

2 – 1 7,1 3,6 2,4 0,9 0,4 0,4 0,2 0,2

1 – 0,5 15,2 11,8 9,8 4,3 2,5 1,6 0,9 0,7

0,5 – 0,2 28,9 31,6 31,2 30,1 28,7 25,4 23,5 20,6

0,2 – 0,1 19,4 19,7 21,4 23,9 26,0 28,5 28,4 32,1

< 0,1 18,7 27,4 32,0 38,9 41,4 43,0 45,4 45,3

dk, mm 0,83 0,55 0,38 0,28 0,19 0,19 0,21 0,17

Tablica 2. Skład ziarnowy produktów mielenia koksiku w bębnowym młynie kulowym

Udział, % m/m

Czas mielenia, h 9 10 11 12 13 14 15

Frakcja, mm > 4,75 0,2 0,3 0,3 0,7 0,5 1,0 0,3

4,75 – 3,15 0,2 0,8 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3

3,15 – 2 0,3 0,3 0,2 0,2 0,3 0,2 0,2

2 – 1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2

1 – 0,5 0,4 0,5 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2

0,5 – 0,2 20,1 16,8 14,7 13,1 9,5 7,8 6,0

0,2 – 0,1 31,0 34,9 33,8 36,3 39,5 34,2 42,3

< 0,1 47,6 46,2 50,3 49,0 49,7 56,3 50,5

dk, mm 0,14 0,17 0,13 0,16 0,14 0,16 0,12

Tablica 2 c.d. Skład ziarnowy produktów mielenia koksiku rozdrab-nianego w bębnowym młynie kulowym

Rys. 2. Zależność średniego wymiaru ziaren koksiku od czasu miele-nia

Rys. 3. Zawartość frakcji o rozmiarze ziaren poniżej 0,2 mm w zależ-ności od czasu mielenia

y = 4,5071Ln(x) + 0,8371R2 = 0,906

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Czas mielenia, h

Śred

ni s

topi

eń r

ozdr

obni

enia

i, -

Rys. 4. Uzyskane stopnie rozdrobnienia koksiku w zależności od cza-su mielenia

8371,0)ln(5071,4 += xy (4)

Literatura:1. Karcz A., 1991: Kok-sownictwo cz.I. Kraków, Wydawnictwo AGH2. Loison R., Foch P., Boyer A., 1989: Coke, Quality and Production, London, Butterworths3. Drzymała J., 2009: Podstawy mineralurgii. Wrocław, Oficyna Wy-dawnicza Politechniki Wrocławskiej4. Schubert H., 1964: Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe. Leipzig, VEB Deutscher Verlag für Grudnstoffin-dustrie

5

KOKSOWNICTWO

po procesie mielenia wskazuje, że pomimo 15 h mielenia stosowanymi mielnikami ceramiczny-mi na bazie tritlenku glinu Al2O3, o średniej gę-stości 2,366 kg/dm3, nie uległy one starciu i nie podniosły zawartości popiołu (fazy mineralnej) w produkcie. Dostępność w ofercie handlowej mielników ceramicznych charakteryzujących się jeszcze wyższą gęstością i wytrzymałością na ścieranie (np. mielniki wysokoglinowe lub na bazie ditlenku cyrkonu) stwarza dodatkowa możliwość podniesienia efektywności procesu mielenia.

piece przemysłowe & kotły 3/2016