Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу
 Скачать 4.61 Mb.
|
Рисунок 8.7 – Барабаны для механического испытания коксаПредельные значения этих показателей для разных сортов кокса обычно устанавливаются стандартами. Например, для коксов из донецких углей установлено, что среднее значение М40 должно составлять для различных сортов 82, 77 и 72 %, а значение М10 – 8,9 и 10 %. Естественно, чем выше показатель М40 и ниже М10, тем выше качество кокса. Кроме описанных методов определения прочности кокса применяются и другие. Например, А.С. Бук предложил так называемый аэродинамический метод, основанный на непосредственном измерении газопроницаемости насыпной массы кокса, которая последовательно разрушается. Результаты испытания выражаются графиком в координатах газопроницаемость – работа разрушения. Прочность кокса оценивается по изменению газопроницаемости при приложении определенной работы разрушения. Дробление кокса происходит по трещинам, местам внутренних напряжений, образовавшихся в процессе спекания. Для примера на рис. 8.8 приводится схема типичного разрушения куска кокса по Л.М. Сапожникову.  Рисунок 8.8 – Схема типичного разрушения куска кокса в условиях доменной печи (цифры показывают размер образовавшихся фракций кокса) Изменение гранулометрического состава кокса не пропорционально работе разрушения: сначала кокс быстро дробится, количество мелких фракций резко возрастает, а крупных – резко падает, затем стабилизируется. Последующее нарастание работы разрушения приводит главным образом к истиранию кокса, так как дробление по целому куску затруднено. Это дало возможность Л.М.Сапожникову предложить оценивать прочность кокса по стабилизированному ситовому составу, получающемуся после реализации всех трещин и внутренних напряжений. Извлечение кокса из горна печи показало, что его гранулометрический состав приблизительно соответствует этому стабилизированному составу. Имеются предложения оценивать прочность кокса по среднему размеру куска после определенной работы разрушения (С.А. Шварц), по расчетно-определенной газопроницаемости, исходя из ситового состава (К.И. Сысков) и др. Существуют методы, при которых разрушение производится не в барабане, а сбрасыванием пробы кокса с определенной высоты на металлическую плиту. При таком разрушении истирание кокса почти отсутствует, что не соответствует условиям доменной печи. Правильный выбор соотношения дробящих и истирающих усилий является весьма важным. В некоторых случаях прочность кокса оценивают по гранулометрическому составу проб, отобранных под бункерами доменного цеха. Так как до этого, при перегрузках, кокс дробился, то содержание мелких фракций в нем также может характеризовать его прочность. Недостатком указанных методов следует считать то, что условия доменной печи совершенно отличны от условий испытания. Поэтому вопрос о правильной оценке прочности кокса и поведении его в доменной печи в настоящее время не может считаться окончательно решенным. Ситовый или гранулометрический состав определяют рассевом пробы кокса на нескольких ситах с определенными размерами отверстий (табл. 8.11). Международной практикой приняты сита с круглыми отверстиями 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 100, 120, 140 мм, а также с квадратными отверстиями ½; ¾; 1; 1 ½; 2; 3; 4 и 5 дюймов. У нас применяют квадратные сита 10, 25, 40, 60, 80 мм и круглые с 10, 20, 30, 40, 60, 80 мм. Кокс крупностью до 10 мм – относят к коксовой мелочи, 10- 25 мм – коксовому ореху, 25-80 мм – доменному коксу, более 80 мм – к литейному коксу. Таблица 8.11 – Ситовый состав некоторых коксов
Пористость или объем пор кокса определяет, прежде всего, удельную внутреннюю поверхность (поверхность пор единицы массы) кокса, которая сильно влияет на условия горения. Объем пор кокса разных сортов изменяется от 35 до 55 %, для доменного кокса составляет около 50 %. Пористость определяется составом шихты и ходом выделения летучих веществ, степенью измельчения шихты, скоростью и температурой коксования и др. Специальных требований в отношении пористости металлурги не предъявляют, и поэтому коксовики не принимают каких-либо мер для ее регулирования. Характеристикой физических свойств является насыпная масса кокса, которая зависит от крупности кусков, пористости, удельной массы вещества кокса и т.д. В среднем этот показатель составляет 430-500 кг/м3. Физико-химические свойства кокса определяются его реакционной способностью горючестью и теплотой сгорания. Под реакционной способностью понимают способность кокса реагировать с газами. Требования к этому свойству определяются технологическим процессом, в котором используется кокс. В данном случае рассматриваются только требования доменного процесса, при котором идет взаимодействие кислорода, углерода и водяного пара с углеродом кокса. Характеристикой реакционной способности является температура воспламенения. Металлургический кокс загорается при температурах 650-700оС, в то время как древесный уголь – при 250 оС. Температура горения при теоретическом расходе воздуха составляет 2400 оС. В условиях доменной печи, когда горение идет не до СО2, а до СО (расход воздуха ниже теоретического), эта температура гораздо ниже и составляет 1800-1900 оС. Реакционная способность топлива зависит от завершенности пирогенетических превращений углерода. Различные виды топлива располагаются в следующий ряд по снижению горючести: древесный уголь, полукокс, кокс, графит. Общепринятых и тем более стандартизированных методов определения реакционной способности кокса нет. Все они основаны на определении скорости взаимодействия кислорода или углекислого газа с испытуемым коксом. В связи с применением в последнее время увлажненного дутья и природного газа в качестве реагирующего газа может использоваться и водяной пар. Скорость этого взаимодействия можно оценивать либо по потере массы пробы кокса, либо по изменению состава отходящих газов. Наибольшее распространение получили методики, основанные на измерении взаимодействия кокса с углекислым газом по реакции С + СО2 2 СО. Для этого углекислый газ пропускают через пробу кокса, нагретую до установленной температуры, и определяют изменение состава газа, т.е. содержание СО и СО2 в прореагировавшем газе. Размер навески, скорость прохождения газа и другие данные различны для разных методик. Мерой реакционной способности является степень превращения углекислоты в окись углерода. Из анализа прореагировавшего газа реакционная способность R определяется по формуле  Проведение испытаний при разных температурах позволяет установить зависимость величины R от этого фактора. На рис. 8.9 приведены результаты определения реакционной способности разных видов топлива в зависимости от температуры. Видно, что наиболее высокая реакционная способность у древесного угля, наиболее низкая - у графита. Реакционная способность коксов увеличивается со снижением крупности кокса, повышением пористости, снижением температуры коксования. Влияние реакционной способности кокса на доменный процесс изучено недостаточно, поэтому следует считать, что требования металлургов к коксу в смысле реакционной способности пока не определены. Под горючестью понимают способность углерода кокса гореть, т.е. вступать в реакцию с кислородом. С+О СО2  1 – древесный уголь; 2 – подмосковный кокс; 3 – макеевский кокс; 4 – графит Рисунок 8.9 – Реакционная способность разных видов топлива в зависимости от температуры по Н.П.Чижевскому Теплота сгорания кокса составляет 28000- 29000 кДж/кг. Качество кокса определяется, прежде всего, качеством коксуемого угля. Разные металлургические районы мира характеризуются коксом определенного качества. В таблице 8.12 приведены основные характеристики коксов разных металлургических районов стран СНГ и некоторых капиталистических стран. Донецкий кокс, применяемый на заводах Украины, характеризуется высоким содержанием серы, которое в некоторых случаях доходит до 2 %, довольно прочен и имеет пониженное содержание золы. Высокое содержание серы требует дополнительных расходов на десульфурацию чугуна. Кузнецкой кокс, применяемый на заводах Сибири, содержит меньшее количество серы (около 0,42 %), хотя имеет повышенную зольность (около 11 %) и низкую прочность (барабанная проба составляет 320 кг, в то время как для донецкого кокса – 340 кг). Кузнецкий кокс содержит фосфора в два раза больше, чем донецкий (0,04 вместо 0,02 %). |