РАСШИРЕНИЕ УГОЛЬНОЙ БАЗЫ КОКСОВАНИЯ
, . М., «Металлургиздат», 1962 – 302 с.
Рассматриваются различные методы расширения угольной базы коксования.
Увеличение механической прочности кокса при коксовании с большой скоростью плохоспекающихся углей происходит преимущественно вследствие снижения их вязкости в пластическом состоянии. (с. 12).
Процесс Бренштоф-Техник – коксование в узких камерах, стены которых выполнены из железа. Ширина камер может регулироваться. (с. 12-14).
Поскольку спекающиеся газовые угли дают хорошо спекшийся, но трещиноватый и мелкий кокс, можно рассчитывать, что добавка к этим углям отощающих материалов с высокоразвитой поверхностью снизят интенсивность спекания, благодаря чему увеличится крупность кокса и уменьшится его трещиноватость.
Аронова с сотрудниками [ и др. сырьевая база и технология коксования донецких газовых углей на КХЗ. Кокс и Химия, 1959, № 10, стр. 3] было выявлено, что добавка к газовому углю талька и гашеной извести, отличающихся большой дисперсностью, приводит к повышению прочности кокса. В малых дозах гашеная известь действует активнее талька, а с увеличением добавки влияние гашеной извести и талька становится практически одинаковым. Уменьшение дробимости кокса из газового угля может быть достигнуто путем добавки к углю небольшого количества (около 1,5%) минеральных веществ, обладающих развитой поверхностью (гашеная известь, тальк и сходные с ним глины). (с. 27).
Чем мельче руда, тем лучше и однороднее получается смесь её с углем.
Железококс, по данным исследователей, выходил из печи легко и получался более крупным, чем при коксовании углей без руды. (с. 38).
Добавление железной руды удлиняет период коксования, поскольку требует дополнительное тепло для восстановления железа. Добавление железной руды также увеличивает размер кусков кокса, но одновременно повышает его истираемость. (с. 40).
Легковосстановимые руды в процессе коксования быстро теряют свой связанный кислород, что нейтрализует содержание битума в угле. При этих рудах понижается выход смолы и бензола. С другой стороны, трудновосстановимые руды во время коксования ведут себя как инертный материал, поэтому в больших количествах они могут вводится в смесь при наличии достаточного количества спекающегося угля. (с. 41).
Наиболее пригодной рудой для производства железококса является магнитный железняк Fe3O4. Руда эта до температуры пластичности угля с химической точки зрения более или менее нейтральна, но в качестве тонкоизмельченного наполнителя она оказывает физическое влияние на процесс коксования, заключающее в увеличении насыпного веса и в повышении температуропроводности. Оба этих фактора способствуют улучшению качества кокса.
Имеются указания [Barking N. U., Eymann C. Die Beeinflьssung der Verkokungseigenschaften von Kohle durch Eisenerze, ihre Bedeutung fьr die Kohlenaufbereitung und fьr die Eisenkoksherstellung. «Brennstoff-Chemie», 1956, 9/V, Bd. 37, № 9 – 10, S. 129 – 144.] на то, что из малометаморфизованных углей с добавкой руды, отвечающей составу Fe3O4, может быть получен удовлетворительный металлургический кокс без участия в шихте коксовых углей.
Физико-механические свойства железококса в значительной степени зависят от степени измельчения железной руды и равномерного ее перемешивания с углем. Механизм сегрегации рудоугольной смеси отличается от явления сегрегации обычной угольной шихты. Как показали исследования и Цзи-Ляна [, Цзи-Лян. Исследование процесса сегрегации рудоугольных смесей. Кокс и химия, 1960, № 2, с. 5 – 9.], более крупные частицы угля при высыпании рудоугольной смеси стремятся располагаться в периферийных частях, а руды благодаря большему удельному весу – во внутренней части насыпной массы смеси. Для уменьшения степени сегрегации рудоугольной смеси при заполнении и опорожнении контейнеров и при ее транспортировании целесообразно применять руду тонкого измельчения (крупностью не больше 1мм), что благоприятствует использованию концентратов руд.
Смачивание углеродной смеси незначительными количествами масел способствует, с одной стороны, еще большему повышению ее насыпного веса, с другой – препятствует сегрегации смеси и несколько ослабляет специфическое действие руды.
Присадка 50% тонкоизмельченного Fe3O4 к некоторым углям позволяет получить железококс удовлетворительного качества с равномерным распределением железа, плотно покрытого коксом. При присадке даже в небольших количествах (5%) руд, легко отдающих свой кислород, кокс удовлетворительного качества не получается вследствие потери спекаемости угля.
Качество железококса определяется его способностью сохранять свою прочность в доменной печи в условиях вторичного нагревания до высоких температур. Вербицкой и [, Исследование термической устойчивости некоторых видов кокса. Изв. АН СССР, ОТН, 1959, № 6, с. 172 – 174.] показали, что прочность кокса, полученного из предварительно окускованных шихт, содержащих 20 – 40% руды, при вторичном нагревании до 14000 значительно понижается. Степень падения прочности сильно уменьшается при добавлении в шихту примерно 5% извести. (с. 42-43).
При производстве железококса значительная часть введенных в него окислов железа восстанавливается до металла, что позволяет, учитывая повышенный расход тепла на производство железококса при доменной плавке, сэкономить 5 – 6% горючего.
Добавление железосодержащих материалов в угольную шихту не сокращает выхода химических продуктов коксования (кроме аммиака), значительно увеличивает выход газа и содержание в нем окиси углерода при некотором уменьшении теплоты сгорания. (с. 44).
и обратил внимание на то обстоятельство, что неравномерное распределение значений насыпного веса угля в камере коксования при обычном распределении температур по простенкам приводит к неравномерному поспеванию коксового пирога. В участках камеры с меньшим насыпным весом угольной загрузки происходит перестой кокса, повышение температуры в вертикалях, перегрев кладки и ошлаковывание ее; на участках с большим насыпным весом – выдача кокса с недопалом. Исходя из этого, они предложили подавать тепло в отопительные вертикали в соответствии со значением насыпного веса находящейся против них угольной смеси. По их расчетам, при этом можно сократить период коксования на 1,5-2 часа, одновременно улучшая качество кокса и химических продуктов, а также сократить расход газа на отопление на 5 – 7%. Кроме того, при этом удлинится срок службы печей. (с. 79).
Результаты исследований также показывают, что насыпной вес угольной загрузки в камере коксовой печи не одинаков в различных частях ее и меняется как по высоте камеры, так и по ее длине. (с. 80).
и [, Коксование газовых углей в неизмельченном виде. Кокс и химия, 1961, № 8, с. 6 – 9.] считают целесообразным подвергать коксованию недробленые газовые угли с величиной кусков до 50 – 60мм или недробленые отсевы этих углей. В этом случае упрощается схема подготовки угля к коксованию, отпадают затраты энергии на дробление угля и одновременно повышается его насыпной вес. (с. 255).
«Металлургия и коксохимия».
Респ. межвед. сб. 1976, вып. 51.
,
“О вязкости рудно-угольных смесей в процессе спекания”.
Низкая вязкость пластической массы угля в широком температурном интервале является одним из главных условий высокой спекаемости угля и рудно-угольных смесей [3, 7]. Однако коксование углеминеральных шихт, как правило, сопровождается повышением вязкости пластической массы и, как показали исследования [6, 7], тем сильнее, чем более высокой адсорбционной способностью и развитой внешней удельной поверхностью обладают минеральные вещества. Эти свойства достаточно полно объясняют влияние на уголь трудновосстановимых минеральных добавок: кварцита, хромовой руды, известняка.
При добавлении к углю легковосстановимых минеральных компонентов (например, окисной марганцевой руды) их влияние более сложно, так как между рудой и углем протекают химические процессы взаимодействия. О природе взаимодействия марганцевой руды на уголь известно, что оно носит окислительный характер при активном каталитическом влиянии закиси марганца и других соединений руды [5]. Кислород, освобождающийся при диссоциации и восстановлении высших окислов марганца, взаимодействует с поверхностью угля, что сопровождается образованием и распадом углерод-кислородных комплексов различного состава. Это приводит к повышению ненасыщенности продуктов разложения угля и способствует (при оптимальном содержании руды) развитию процессов спекания.
По-видимому, в каждом отдельном случае в зависимости от природы минеральных веществ их влияние на механизм спекания и спекаемость углей может определяться суммой многих свойств (восстановимостью, адсорбционной способностью, величиной удельной поверхности, теплопроводностью, термическим расширением и др.), а также каким-либо одним или несколькими из указанных свойств, которые в определенных условиях могут иметь преобладающее значение, оставив другим свойствам подчиненную роль.
По результатам приведенных исследований можно заключить, что изменения вязкости пластической массы при пиролизе угля в смеси с легковосстановимой сырой марганцевой рудой определяются не только адсорбционной способностью и величиной удельной внешней поверхности ее, но и во многом зависят от обусловленных присутствием руды химических превращений органических продуктов пиролиза угля.
Литература:
1. , , Влияние марганцевой руды на выход жидких продуктов деструкции угля. – «Металлургия и коксохимия». Респ. межвед. сб. 1974, вып. 42.
2. , , Особенности пиролиза рудно-угольных смесей, содержащих марганцевую руду. – «Химия твердого топлива» 1974, № 5.
3. Пластическое состояние и спекание углей. Москва – Свердловск, Металлургиздат, 1962. 191с. с ил.
4. Определение вязкости углей в период пластичности. – «Кокс и химия», 1938, № 10.
5. Пиролиз смеси угля с марганцевой рудой. – В кн.: Процессы термического превращения каменных углей. Москва – Новосибирск, 1968.
6. Особенности взаимодействия пластической угольной массы с некоторыми минеральными веществами. – «Химия твердого топлива», 1969, № 3.
7. , , Особенности процесса коксования угольных шихт с минеральными добавками. – В кн.: Подготовка и коксование углей. Свердловск, 1966.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ШИХТ ДЛЯ КОКСОВАНИЯ
К.: Вища шк. Головное изд-во, 1989. – 288 с.
Описаны технологические процессы приготовления угольных шихт для коксования, основные свойства каменных углей, даны примерные расчеты угольных шихт. Приведено описание различного оборудования, использующего в углеподготовительном цехе. Изложены вопросы управления технологическим процессом, охраны труда и техники безопасности.
Для агломерационного топлива большое значение имеет зольность, так как высокое содержание золы, переходящей в агломерат, снижает содержание в нем железа и увеличивает количество шлаков в процессе доменной плавки. (с. 15).
Зола концентратов углей марок Ж и К содержит полезных компонентов (Fe2O3 + СаО) более 30 %, в то время как зола угля марки Г содержит их только 7,55 %, а нежелательных компонентов (SiO2 и Al2O3) около 90 %. (с.68).
Примерные геологические запасы углей Донецкого бассейна, %: Г – 57; ГЖ – 9,5; Ж – 13,5; К – 8; ОС – 9,5; Т – 2,5. Как видно, удельное значение наиболее ценных для коксования углей марок К, Ж и ОС в запасах бассейна невелико и составляет около 1/3. Поэтому при нынешних масштабах производства кокса получать его только из ХС углей нецелесообразно, так как это приведет к быстрому истощению их запасов. Следовательно, добычу и использование углей необходимо вести с учетом их природных ресурсов. (с. 85).
С увеличением удельной поверхности материала влагоемкость его увеличивается.
Порозность материала характеризуется коэффициентом порозности е, который определяется как отношение объема пустот между частичками к общему объему материала:
е = Vп/V,
где Vп – суммарный объем пустот в объеме материала, м3; V – общий объем материала, м3.
С увеличением крупности материала коэффициент пористости увеличивается, а влагоемкость его уменьшается. (с. 175-176).
«ПОДГОТОВКА ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ»
Изд-во «Наука», М. 1973 – 219 с.
В сборнике рассмотрены пути совершенствования технологии процессов подготовки металлургического сырья к плавке и получения железа.
Явление разупрочнения, помимо чисто термического растрескивания полиминерального конгломерата, какими являются железорудные материалы, находит естественное объяснение в кристаллохимии процесса восстановления. Разрушение исходных и возникающих кристаллических решеток Fe2O3, Fe3O4 и FeO, непрерывно заменяющих друг друга в ходе восстановления, является кристаллохимической причиной наблюдающегося процесса разупрочнения.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ КОКСА
, М.: «Металлургия» 1977 – 166 с.
Книга содержит изложение теоретических основ и практики производства специальных видов кокса, применяемых для литейного, агломерационного, электротермического производств и в качестве бытового топлива. Изложены основы получения спецвидов кокса, рассмотрено влияние исходного сырья, условий его подготовки и коксования на качество получаемого кокса. Обоснованы требования к технологии специальных видов кокса и аппаратурному оформлению.
В электротермическом производстве фосфора кислые окислы, такие как SiO2 и отчасти Al2O3, увеличивают скорость процесса и понижают температуру образования элементарного фосфора [, Электротермия. М.-Л., Госэнергоиздат, 1961. 311 с. с илл.]. (с.31).
Прочность кокса делится на:
- прочность собственного материала кокса;
- прочность пористого вещества кокса;
- прочность кусков кокса.
Высокая прочность материала кокса, т. е. стенок его пор, является необходимым условием получения прочного кускового кокса. Главным образом прочность материала кокса зависит от реологических свойств угля в период пластического состояния. Материал углей, имеющих небольшую вязкость (высокую текучесть) в пластическом состоянии, лучше сплавляется. При этом кокс получается более однородным и прочным.
Прочность пористого вещества кокса определяется как прочностью его материала, так и структурой кокса, его плотностью, характером распределения пор и стенок пор по классам. Угли, характеризующиеся большим выходом летучих, дают более пористый, а следовательно, менее прочный кокс.
Прочность кускового кокса зависит главным образом от степени его трещиноватости, величины внутренних напряжений и хрупкости материала. Густота сети трещин в коксе определяется градиентом скорости усадки [ Свойства каменных углей и процесс образования кокса. М.: Металлургиздат, 1961 – 299 с. с илл.]. Последняя растет с увеличением выхода летучих, поэтому угли низкой стадии метаморфизма дают более трещиноватый кокс. (с. 49-51).
Требования, предъявляемые к качеству различных видов недоменного кокса (с.46)
Кокс | Крупность, мм | А, % | S, % | V, % | Пористость, % | М40, % | М10,% | Реакц. способн, мл/г·с | Уд. электросопрот, Ом·мм2/м |
Литейный | >80 | <10,5 | <1 | <1,2 | <42 | >80 | <12 | <0,6 | - |
Электротерм | 5-25 (40) | <15 | <3 | <3 | >40 | Невысокая | >1,5 | >2500 | |
Агломерация | 0-3 | <15 | <3 | <3 | >40 | Не имеет значения | >1,5 | - | |
Бытовой | >10 | <20 | <2,5 | <20 | >40 | Невысокая | >1,5 | - |
В технологии производства кокса для электротермических производств, агломерации руд, бытового топлива, если зольность коксуемого угля не превышает допустимую, более целесообразно перерабатывать рядовые недробленные угли. Снижение при этом прочности может соответствовать требованиям потребителей, а технико-экономич. показатели процесса коксования улучшатся.
В ВУХИНе проведена работа по получению спецвидов кокса для электрометаллургии ферросплавово путем коксования углеминеральных шихт [, , и др. – Кокс и Химия, 1966, № 3, с. 26-32.]. При этом повышается электросопротивление восстановителя, процесс восстановления интенсифицируется. (с. 93).
«Научные основы производства формованного металлургического кокса из слабоспекающихся углей»
, , . М., «Металлургия», 1987. – 272 с.
Книга состоит из следующих глав:
Структура геологических запасов коксующихся углей. Научные основы производства формованного кокса из газовых и слабоспекающихся углей. Теоретические основы и особенности технологии нагрева угля газом-теплоносителем. Механизм формования пластической угольной массы из газовых и слабоспекающихся углей под давлением. Термическая обработка пластических угольных формовок в опытно-промышленных условиях. Свойства формованного кокса.