Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу
 Скачать 4.61 Mb.
|
Таблица 8.2 – Структура запасов углей Донбасса
Основное отличие углей Донбасса – хорошая спекаемость и высокая сернистость ( 2,5 %). Средняя зольность большинства пластов 7-15 %. Угли характеризуются легкой и средней обогатимостью. Угли западного Донбасса имеют повышенное содержание лейптинита и фюзенита, что объясняет существенную особенность их коксуемости. Содержание фосфора составляет 0,001-0,02 %. Выход основных химических продуктов из углей различных бассейнов дан в таблице 8.3. Угли Кузнецкого бассейна (более 8 млрд.т коксовых углей) отличаются низкой сернистостью (0,6-0,7 %), относительно малой зольностью (12-16 %), легкообогатимы, фосфор – до 0,2 %, в основном – витринит. В отличие от донецких газовых углей кузнецкие имеют большой выход летучих веществ и основных химических продуктов. Спекаемость углей меньше, чем спекаемость углей Донбасса. Таблица 8.3 – Выход основных химических продуктов из углей различных бассейнов
Караганда. Промышленные запасы коксующихся углей составляют более 4 млрд.т, в том числе более 2,6 млрд.т марки Ж и КЖ. Угли высокозольные (11-30 %), труднообогатимые, серы 1,3 %, фосфора - 0,1 %. Печорский бассейн. Промышленные запасы углей, пригодных для коксования 5 млрд.т, 60 % из них – жирные, 30 % – газовые, 10 % – коксовые и отощенно-спекающиеся. Серы – до 0,7 %, фосфора – до 0,01 %. Классификация коксуемости по маркам каменных углей и антрацитов дана в таблице 8.4. Таблица 8.4 – Классификация коксуемости по маркам каменных углей и антрацитов
Исследования показывают, что угли состоят из элементарных частиц, по сути соответствующих молекулам вещества. Структурные единицы угля в одних случаях называют мицеллами, в других – кристаллами. Размеры их составляют – 170-180 Ао. С точки зрения мицеллярной теории кокс складывается из мицелл, структура которых подобна структуре графита, но не идентична с ней. При коксовании мицеллы располагаются упорядоченно. Важным фактором при коксовании является прочность коксового остатка, то есть образовывать пластический слой. Этим свойством и обладают коксующиеся угли. Классификация углей по крупности (природной)
8.5 Оценка спекаемости углей Способность углей к коксованию определяется, прежде всего, их спекаемостью и коксуемостью, а также содержанием минеральных примесей, серы, фосфора, выходом летучих и др. Спекаемость – свойство угля при нагревании без доступа воздуха переходить в пластическое состояние и образовывать сплавленный монолит. Спекаемость – важнейший показатель, так как она обеспечивает качество кокса. Спекаемость зависит от условий спекания – скорости повышения температуры, степени измельчения, плотности спекаемого слоя. Наибольшая спекаемость у жирных углей. Следует различать спекаемость и спекающую способность, которая характеризует способность угля при нагревании без доступа воздуха запекать неспекающуюся добавку, образуя твердый остаток определенной прочности. Коксуемость – свойство угля образовывать самостоятельно или в смеси с другими углями кусковый кокс. По крупности, прочности, термической стойкости и реакционной способности кокс должен удовлетворять требования промышленности. Коксуемостью определяется структура кокса, его усадка, величина и характер трещиноватости, физико-химические свойства и т.д. В Украине, России и странах СНГ для изучения спекающихся углей применяют, в основном, пластометрический метод Л.М.Сапожнокова. Замеряемая толщина пластического слоя – Y (мм) – является показателем спекаемости. За рубежом наиболее распространены метод свободного вспучивания и метод Рога. Первый отличается простотой и дает оценку спекаемости по контуру коксового остатка. Метод Рога заключается в определении механической прочности тигельного королька, получаемого при нагревании (до 850 оС) смеси угля и антрацита. В последнее время его начали применять и в России. В США, Индии и других странах применяется метод Гизелера. В Украине, России и странах СНГ для лабораторного определения коксуемости угля используется комплекс показателей: толщина пластического слоя, пластометрическая усадка, вид пластометрической кривой, характер коксового остатка (трещиноватость, блеск, текстура, пористость). Выход летучих веществ (Vс или Vr) – в зависимости от того к зольной или беззольной части угля отнесена потеря массы. Выход летучих веществ обусловливает выход кокса от исходного угля. Выход летучих снижается с ростом метаморфизма углей, но не всегда соответствует степени зрелости угля. Влияние выхода летучих на спекаемость и коксуемость углей зависит от динамики газовыделения при нагревании. Зольность (Ас, %) – характеризует содержание примесей в углях. Минеральные примеси делятся на внутренние и внешние. Зольность можно снизить обогащением. При нагревании примеси претерпевают глубокие превращения. Так карбонаты разлагаются с выделением СО2, пирит превращается в оксиды железа с выделением сернистого ангидрида, глинистые вещества теряют кристаллическую воду и т.д. Зольность кокса всегда больше зольности углей. Основными компонентами золы являются SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO. Существенное значение имеет температура плавления золы для стойкости кладки печей. Чем больше SiO2 и Al2O3, тем выше температура плавления. Сернистость углей – определяет сернистость кокса. Общая сера (Sобщ) – суммарное содержание серы в соединениях угля в пересчете на элементарную серу. Соединения, содержащие серу, подразделяются на минеральные и органические. Минеральные состоят из пирита (FeS2) – 18-20 % и сульфатов (FeSO4CaSO4) – 1,5-8,0 %, 70,0-77 % серы входят в состав органической серы. При коксовании сера частично улетучивается в виде H2S, CS2, CОS и др. и частично остается в твердом, нелетучем остатке. Соответственно различают летучую и нелетучую серу. В молодых углях летучей серы больше. При обогащении количество серосодержащих соединений снижается в основном за счет пирита. В кокс переходит 50-60 % содержащейся в угле серы (в пересчете на элементарную), в смолу 3 %, в газ – около 40 %. Содержание фосфора и мышьяка. При коксовании фосфор полностью остается в коксе. Фосфор может быть связан как с органическим веществом, так и с минеральным. В первом случае при обогащении содержание фосфора будет увеличиваться, во втором случае – снижается. Для выплавки высококачественного металла требуется малофосфористый кокс (0,010-0,025 %). Мышьяк, как правило, сопровождает пириты. Мышьяка в углях содержится до 0,001 %. При коксовании содержание мышьяка уменьшается на 25-75 %. Обычно содержание мышьяка складывают с содержанием фосфора. Выход жидких и газообразных продуктов коксования - смола, сырой бензол, аммиак, коксовый газ. Высокотемпературной каменноугольной смолой принято называть сложную смесь жидких органических продуктов коксования, конденсирующихся при охлаждении до 20-40 оС. Количество смолы, образующейся при коксовании различных углей, составляет 1,5-6,0 % от массы угля. На выход смолы влияет петрографический состав угля. Сырой бензол – это смесь парообразных органических соединений, образующихся при коксовании и не конденсирующихся из газа вместе со смолой. Выход сырого бензола на заводах составляет около 1 % от общего количества угля. Образование аммиака непосредственно связано с превращением азота углей в результате термического воздействия на них. Выход аммиака при коксовании составляет 0,35-0,4 %.
1 – смола; 2 – бензол; 3 – аммиак Рисунок 8.1 – Зависимость выхода химических продуктов коксования от выхода летучих веществ в углях Донбасса 8.6 Составы угольных шихт для коксования Динамика изменения состава шихт Донбасса показана в таблице 8.5. Это обуславливалось как нехваткой коксующихся углей, так и необходимостью производства бензола, коксового газа, смол и т.д. Газовые угли впервые были введены в состав шихты в 1933 г на Алчевском КХЗ. С тех пор содержание газовых углей неуклонно возрастает. 8.7 Расчет показателей качества шихты Выход кокса  , %,где П – разница в выходе кокса в лабораторных и промышленных условиях (припек). Обычно П = 1,0-6,0 %. В Японии принята формула  , %Обычно Вк 77-78 %. Таблица 8.5 – Динамика изменения состава шихт Донбасса
Зольность  %,где Коз – коэффициент озоления Коз= 100/Вк. Зная требуемую зольность кокса можно определить требуемую зольность шихты и ее компонентов. Сернистость  %,где Кос – коэффициент остаточной серы в коксе (0,78-0,86). Фосфористость  %.8.8 Влияние состава и свойств шихты на качество кокса Установлены определенные зависимости между Vc, Y и показателями механических свойств кокса: при одной и той же толщине пластического слоя образуется тем более прочный и крупнокусковой кокс, чем меньше выход летучих; при Vc= const с увеличением Y повышается спекаемость углей и способность его принимать отощающие присадки с возрастанием или без снижения прочности кокса; при Vc= const с возрастанием Y – снижается крупность кусков кокса и увеличивается структурная прочность тела кокса; при одинаковой толщине Y способность углей Донбасса принимать отощающие присадки возрастает с увеличением Vc; при добавке отощающих углей к жирным и хорошо спекающимся газовым получается кокс тем более прочный, чем ниже выход летучих из добавляемых углей при одной и той же их спекаемости. В углях Украины – опасное давление распирания не возникает благодаря газовым углям. Эти же угли обеспечивают и достаточную усадочность пирога для легкой выдачи его из коксовых печей. Исходя из требований получения качественного кокса угли марок Д, Г, Т, ПА, А не пригодны для коксования (см. таблицы). Углей, пригодных для коксования, в Донбассе – газовых(Г) – 26,9 %, длиннопламенных (Д) – 27,5 %, коксовых (К) – 3,5 %, жирных (Ж) – 5,3 %, отощенно-спекающихся (ОС) – 2,9 % - от общих запасов. Примерный состав шихты для коксования: Г – 35-40 %, Ж – 30-40 %, К – 8-15 %, ОС – 15-20 %. Характеристика угольной шихты для коксования из донецких углей:W – 10 %; л.в. – 20 %; S 2,2-3,0 %; А – 7,5-8,0 %. Крупность угольной шихты – до 3 мм. В углях Донбасса серы до 4 %, Кузбасса – до 0,7 %, Караганде – 1 %, Печорского бассейна – 0,4-1,0 %. В процессе обогащения удаляется 0,4-0,8 % серы. В процессе коксования от 5 до 20 % серы уделяется вместе с летучими, остальная сера остается в коксе. 8.9 Производство кокса Процесс коксования протекает в камере коксовой печи, представляющей собой параллелепипед шириной 400-500 мм, высотой 4-6 м, длиной 14-17 м. (рис. 8.2). Узкая сторона камеры называется – машинной, более широкая – коксовой. С машинной стороны расположен выталкиватель кокса с приспособлениями для уплотнения и выравнивания угольной шихты. На коксовой стороне расположена эстакада для окончательного охлаждения и сортировки кокса, а также специальный вагон для приема раскисленного кокса из камеры и доставки его в башню для быстрого тушения и охлаждения кокса. Отдельные камеры объединяются в батареи. В одной батарее от 64 до 87 камер объемом от 35-40 до 70 м3. Между камерами расположены щелевидные пустоты – простенки, в которых происходит сгорание продуктов обогрева (в основном коксовый газ) и нагрев стенок камер.  Рисунок 8.2 – Схема коксовой печи Затем тепло стенок передается угольной шихте, загруженной в камеру через отверстия (люки), находящиеся вверху. На верхней площадке батареи расположено оборудование для загрузки угольной шихты в камеры. После загрузки, уплотнения и выравнивания поверхности шихты люки плотно закрывают. В одну камеру загружают от 40 до 60 т шихты и получают из нее 30-45 т кокса. Продолжительность коксования 15-18 часов. Производительность батареи 1500-2500 т кокса в сутки. Процесс коксования в батарее – комбинированный. Срок службы батареи – 20-25 лет. После подготовительных работ начинается процесс коксования. Первый этап – нагрев шихты. В предварительно разогретые регенераторы, расположенные внизу батареи, поступают газ и воздух. Они подогреваются до температуры 900-1000 оС и поступают в нижнюю часть вертикала – простенка. Здесь происходит сгорание газа. Нагретые продукты горения поднимаются вверх, проходят через перекидной канал и по следующему вертикалу опускается вниз, проходят через следующую (соседнюю) пару регенераторов в дымовую трубу. Постепенно регенераторы, подогревающие газ и воздух, охлаждаются, а пропускающие продукты горения в дымовую трубу – нагреваются.  Таблица 8.6 - Характеристика углей
1)Угли этих месторождений отнесены к группе коксующихся условно.  Продолжение таблицы 8.6
1) Угли этих месторождений отнесены к группе коксующихся условно.  Таблица 8.7 – Марочный состав коксовых шихт коксохимических заводов Украины в 1990 г
*Бассейны: Д – Донецкий, К – Кузнецкий, Кр – Карагандинский, П – Печорский, Л-В – Львовско-Волынский | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ападная Сибирь
%
%
онецкий, Цех 1