Процесс коксование угля

Реферат

Увеличение цен на нефть и поиски альтернативных источников энергии не только привели к разработке новых технологий, но обратили внимание на другое, не менее полезное сырье — уголь. Самым важным для промышленности является коксующийся уголь.

Коксование

Широко распространённый технологический процесс, появившийся в 18 столетии. Коксование состоит из стадий: подготовка к коксованию, собственно коксование, улавливание и переработка летучих продуктов.

В процессе нагрева угля без доступа воздуха происходят сложные химические и физико-химические превращения органической части материала угля, в результате которых выделяются парообразные и газообразные продукты и образуется твердый остаток — кокс.

Одновременно происходят физические явления, существенно влияющие на процесс коксообразования.

Первая стадия соответствует нагреву угля (шихты) до 200 °С. В энергетическом отношении межмолекулярные связи органических веществ углей прочнее внутримолекулярных. При указанном нагреве угля выделяются низкомолекулярные газы (СО 2 , СО, Н2 О и др.) и снижается содержание групп ОН и СООН. При этом заметной деструкции основной структурной цепи макромолекул не происходит, но все же совершаются некоторые внутримолекулярные перегруппировки, определяющие дальнейшее направление термохимических превращений.

Вторая стадия соответствует нагреву от 200 до 300 — 350 °С. В этом интервале температур еще не происходит значительной потери массы, но усилившиеся тепловые колебания молекул способствуют частичному отщеплению Н 2 О, СО, СО2 , СН4 и Н2 . Совершаются значительные внутримолекулярные перегруппировки.

Третья стадия соответствует нагреву от 350 до 450 — 470 °С. В этом интервале температур происходит небольшая потеря массы и изменяется агрегатное состояние вещества — из сыпучего состояния оно переходит в пластическое (жидкоподвижное) и наблюдается незначительное смоловыделение. Подводимая извне энергия расходуется на разрыв химических связей (преимущественно эфирных и кислородных) внутри основной структурной цепи. Этот процесс сопровождается разукрупнением молекул (диссоциацией), в результате чего новые молекулы меньшего размера способны переходить в пластическое состояние. В зависимости от природы углей, степени их метаморфизма глубина этих превращений, а также температуры этой стадии процесса различны. В данной стадии наряду с процессами деструкции протекают и процессы синтеза (структурирования), однако процессы деструкции преобладают над процессами поликонденсации.

18 стр., 8930 слов

Состояние и перспективы использования энергетических углей

... комплексное использование его энергетического и химического потенциала. Целью настоящей работы является знакомство с составом и строением угля, его классификацией, применением и перспективами комплексной переработки как рядового угля, так и ...

Четвертая стадия соответствует нагреву от 450 до 500 — 550 °С и сопровождается резким уменьшением массы угля в основном за счет выделения смолы. Происходит отверждение пластической массы, резко возрастает отношение С : Н, продолжается выделение низкомолекулярных газов. На данной стадии протекают преимущественно процессы поликонденсации, которые определяет деструкция, вызывающая возникновение активных центров для конденсации.

Пятая стадия соответствует нагреву от 500 — 550 до 850 — 900 °С и характеризуется постепенным уменьшением массы за счет выделения низкомолекулярных газов, в основном водорода. В результате дегидрирования образуются активные центры, происходит ассоциация (уплотнение) в твердой фазе. Резко увеличивается отношение С : Н, а также истинная плотность твердого остатка — кокса.

В интервале 500 — 550 °С, как указывалось выше, происходит образование полукокса — пластическая масса затвердевает и начинает приобретать вид и свойства кокса. По своей структуре полукокс уже не похож на уголь. Он потерял сыпучесть, приобрел пористое строение и способность образовывать куски (кусковатость).

Полукокс отличается от кокса значительным выходом летучих веществ, темным цветом (кокс серебристо-стальной), меньшей прочностью и пористостью.

Отдельные стадии процесса коксообразования зарождаются в последовательном порядке одновременно у обеих стенок коксовой камеры и по мере проникновения тепла в глубь загрузки продвигаются к центральной осевой плоскости печи, где промежуточные слои (пластический, полукокс), перемещающиеся от стенок коксовой камеры, сближаются. При этом одноименные промежуточные зоны сходятся (а в пластическом состоянии сливаются), затем исчезают, переходя в последующее состояние.

При воздействии температуры и времени на угольную загрузку, находящуюся в камере коксования, вязкая пластическая масса оказывает большее или меньшее сопротивление эвакуации продуктов разложения, которые стремятся увеличить объем угольной загрузки (привести к ее вспучиванию); при этом может развиваться определенное давление распирания, которое зависит также от газопроницаемости слоев полукокса-кокса и густоты сети трещин, образующихся в них.

Газопроницаемость и вспучивание пластической массы зависят от вязкости угля в пластическом состоянии. Крупность и степень трещиноватости кокса, так же как и структура тела кокса, зависят не только от свойств исходных углей или состава шихт, но и от основной особенности процесса в современных печах — его послойности. Линейная скорость коксования колеблется от 27 — 30 до 40 мм/ч.

Шихта загружается в разогретую до высоких (1100 — 1200 °С) температур камеру. В процессе коксования происходит уменьшение высоты загрузки, то есть вертикальная усадка коксового пирога в результате уплотнения угольной засыпи и усадки образовавшегося полукокса-кокса.

2. Особенности коксующихся углей. Марки углей

Коксующийся уголь — это каменный уголь, из которого в условиях коксования получают кокс определенной прочности и крупности. Он представляет большую ценность для промышленности и пользуется активным спросом во многих отраслях. Так, коксующийся уголь используется как основное топливо при производстве стали и энергетики. Коксующиеся угли отличаются от других каменных углей свойством переходить в пластическое состояние и спекаться при воздействии высоких температур без доступа кислорода.

Коксующийся уголь в концентрированном и необогащенном виде характеризуется низкой зольностью (менее 10 %), незначительным содержанием летучих компонентов (от 15 до 37 %) и серы (менее 3,5 %).

По сравнению с другими видами угля, коксующиеся угли обладают высокой температурой сгорания и характеризуются меньшим содержанием примесей. Соотношение составляющих веществ в разных месторождениях угля может немного отличаться. Это очень важно учитывать в процессе его коксования. Так, перед переработкой каменного угля обязательно определяется его состав, коксуемость, спекаемость и другие показатели.

Наибольшую ценность для промышленности предоставляют коксующиеся угли, которые используются в качестве технологического топлива во многих производственных отраслях народного хозяйства. Например, для выплавки чугуна. Главная особенность, которая отличает коксующийся уголь от энергетического — наличие витрена. Это зольная составляющая часть угля, которая образуется в результате разложения растений при отсутствии кислорода. Свойства витрена заключаются в способности плавиться и спекаться под воздействием высокой температуры. Таким образом, микрочастицы угля склеиваются в одну плотную массу. Чем больше концентрация витрена, тем выше качество коксования такого угля. Наибольшее количество плавких веществ содержится в таких марках угля: коксовые, газовые, жирные, отощенно-спекающиеся и коксовые жирные.

В природе существует много разновидностей каменного угля, которые отличаются техническим составом, показателями спекаемости и выходом летучих составляющих. Для коксования подходят всего несколько марок угля. Но не все они пригодны для спекания в чистом виде. Иногда требуется добавление некоторых компонентов. Итак, существуют следующие марки коксующегося угля:

Марки угля

Буквенное обозначение марок

Выход летучих веществ V г , %

содержание углерода С г , %

теплота сгорания Q гб , ккал/кг

Бурые

Б

41 и более

<76

6900 — 7500

Длиннопламенные

Д

>39

76

7500 — 8000

Газовые

Г

36

83

7900 — 8600

Жирные

Ж

30

86

8300 — 8700

Коксовые

К

20

88

8400 — 8700

Отощённо-спекающиеся

ОС

15

89

8450 — 8780

Тощие

Т

12

90

7300 — 8750

Антрациты

А

менее 8

>91

8100 — 8750

Кроме указанных в таблице, в некоторых бассейнах выделяются промежуточные марки:

§ газовые жирные (ГЖ)

§ коксовые жирные (КЖ)

§ коксовые вторые (K2)

§ слабоспекающиеся (СС)

Угли подразделяются на технологические группы по спекающей способности; для указания технологической группы к буквенному обозначению марки прибавляется цифра, указывающая низшее значение толщины пластического слоя в данных углях, например Г6, Г17, КЖ14 и т.п.

По размеру получаемых при добыче кусков каменный уголь классифицируется на:

§ П — (плита) более 100 мм

§ К — (крупный) 50 — 100 мм

§ О — (орех) 25 — 50 мм

§ М — (мелкий) 13 — 25 мм

§ С — (семечка) 6 — 13 мм

§ Ш — (штыб) 0 — 6 мм

§ Р — (рядовой) шахтный 0 — 200 мм, карьерный 0 — 300 мм

Марки угля Д и Г могут гореть без поддува, эта их особенность позволяет использовать уголь в котельных. А уголь СС, Т или ОС может использоваться для получения электроэнергии. Марки Г и Ж, как правило, применяют в чёрной металлургии.

коксование уголь флотация печь

3. Способы повышения ресурса угля для коксования

Метод избирательного дробления угольных шихт состоит в сочетании дробления с отсевом угля мелких классов. При этом более твердые, слабоспекающиеся и минерализированные компоненты измельчаются тоньше, а хорошо спекающиеся, переходящие полностью в пластическое состояние компоненты,— крупнее. Это способствует ослаблению внутренних напряжении в теле кокса и повышает его прочность.

Предварительная термическая подготовка углей, Коксование уплотненных и частично брикетированных шихт

При коксовании частично брикетированных шихт возможно дополнительное улучшение спекаемости благодаря тому, что брикетируют смесь угля со связующим, которое выполняет функции добавки, способствующей спеканию угля. Применение уплотненных и частично брикетированных шихт позволяет значительно увеличить долю слабоспекающихся углей в шихте. В Японии в настоящее время около 80% кокса производят при использовании частичного брикетирования.

Получение формованного кокса

Формованный кокс получают по ступенчатой схеме. На первой ступени предварительно подготовленное сырье превращается в заготовки заданной формы и размеров. Это достигается либо путем брикетирования на прессах смеси углей со значительным содержанием слабоспекающихся или неспекающихся компонентов со связующим, либо путем придания определенной формы мелкораздробленному слабоспекающемуся углю, нагретому до температуры пластического состояния. В этом случае функции связующего выполняет жидкая фаза пластической массы.

4. Схема процессов коксования, Углеподготовка

1) усреднение состава:

а) уголь сперва подвергают классификации методом грохочения (сортировке на отдельные фракции по размерам)

б) затем измельчению на валковых дробилках;

2) обогащение угля — удаление из него пустой породы, содержащей минеральные примеси.

Для обогащения угля используются методы отсадки и флотации.

а) Метод отсадки или мокрого обогащения, основанный на различии плотностей угля 1,2-1.3 г/cм2 и породы 2,0-2,6 г/cм2, осуществляют в отсадочной машине. Уголь поступает в корыто с ситом, заполненное водой, которая вследствие движения поршня непрерывно пульсирует. То она переливается через край, унося с собой более лёгкий уголь, то, опускаясь, прижимает к ситу более тяжёлую породу, которая удаляется с водой в особые отверстия.

б) Методом флотации обогащается мелкий уголь.

3) обезвоживание угля на центрифугах и сушка на барабанных сушилках;

4) приготовление угольной шихты путём смешения в определённом соотношении различных марок угля и окончательное дробление шихты на молотковых дробилках до частиц размером меньше 3 мм.

На коксохимические заводы поступают рядовые угли из различных шахт, зольность и содержание серы которых колеблется в широких пределах. Для получения углей с заданной зольностью и содержанием серы применяют обогащение.

Обогащение угля — это совокупность процессов, в результате которых в конечном продукте уменьшается содержание минеральных примесей и происходит более равномерное их распределение. При этом получаются порода, сростки породы с углем (промпродукт) и обогащенный продукт концентрат.

Операции обработки угля на углеобогатительной фабрике могут быть разделены на три стадии:

1) подготовка углей перед обогащением: раскрытие зерен угля путем измельчения в целесообразных пределах (дробление) и разделение угля на классы по крупности (классификация);

2) собственно обогащение;

3) операции после обогащения: обезвоживание и сушка концентрата, шламоулавливание, осветление сточных вод, вторичное дозирование продуктов обогащения.

Механическое разделение по крупности смеси частиц угля осуществляется на решетах и ситах, называется грохочением. Продукты, полученные при грохочении, имеют определенные размеры и называются классами.

Обогащение углей методом отсадки

Отсадкой называется процесс разделения смеси зерен по плотностям в турбулентном водном потоке, колеблющемся в вертикальном направлении с заданными амплитудой и частотой.

В результате действия переменных по направлению струй воды происходит разделение обогащаемого материала на тяжелый продукт, концентрирующийся в нижних слоях постели, и легкий продукт, поднимающийся в верхние слои постели. Обогащению отсадкой подвергается уголь крупностью от 0,5 до 80 мм. На долю отсадки приходится около 50 % обогащаемого угля.

Рисунок 2 Схема двухступенчатой отсадочной машины.

Обогащение углей в тяжелых средах

Обогащение углей в тяжелых средах основано на разделении его компонентов по плотности. Если среда по плотности занимает промежуточное положение между легкими и тяжелыми частицами угля, то произойдет его разделение на составляющие компоненты. Более плотные частицы потонут, а более легкие всплывут на поверхность среды.

Тяжелыми средами могут быть органические жидкости, растворы солей и суспензии. В промышленности распространены минеральные суспензии. Суспензией называется взвесь в воде тонкоизмельченных (<0,1 мм) минеральных частиц. В качестве утяжелителей применяются пирит, магнетит, барит и другие тяжелые минералы. Суспензии должны быть устойчивы, т. е. сохранять постоянное содержание утяжелителя в различных по высоте слоях.

Обогащение углей методом флотации

Флотация углей является наиболее эффективным методом обогащения угольных шламов. Этим способом обогащается около 11% угля. Пенная флотация заключается в том, что в аэрированной, насыщенной воздушными пузырьками пульпе при непрерывном подъеме их вверх происходит избирательное прилипание к ним относительно чистых угольных частиц и вынос их на поверхность, где образуется флотационная пена, снимаемая специальным устройством. Частицы породы, смоченные водой, к воздушным пузырькам не прилипают. Они остаются в пульпе и опускаются вниз. Пенная флотация применяется для обогащения шлама с размером частиц менее 0,5 -0,75 мм.

Для обеспечения высокой эффективности процесса флотации углей в пульпу добавляют реагенты, которые имеют определенное назначение.

Реагенты — собиратели уменьшают естественную смачиваемость угля и улучшают его флотационные свойства. Собиратели способствуют быстрому и прочному прилипанию флотируемых частиц к пузырькам воздуха. Реагенты — собиратели, находящиеся в пульпе в капельном или молекулярном состоянии, концентрируются на границе твердое тело — вода. Они являются, как правило, маслообразными, плохо растворимыми в воде.

Высокой флотационной активностью обладает керосин. В практике углеобогащения применяются осветительный, отсульфированный и тракторный керосин. Реагенты — вспениватели увеличивают прочность пузырьков воздуха, уменьшают их размеры и способствуют устойчивости пены.

Рисунок 3 Флотационная машина:

1 — Импеллер; 2 — Статор; 3 — Подача воздуха; 4 — Подача пульпы; 5 — Пенный слой; 6 — Пеносборник; 7 — Желоб

5. Печи коксования. Устройство коксовой печи

Коксовая печь — реактор периодического действия, поэтому температура угольной шихты в ней изменяется во времени. Непосредственно после загрузки шихты в холодную шихту поступает в единицу времени большее количество теплоты и уголь у стенок камеры начинает коксоваться, в то время как вследствие низкой теплопроводности шихты средние слои остаются холодными. По мере прогрева шихты ее температура возрастает при одновременном повышении температуры по сечению камеры.

Коксуют уголь в аппаратах периодического действия — коксовых печах (Рисунок 1):

  • Рисунок 1- Коксовая печь (коксовая батарея): а — разрез по обогревательному простенку;
  • б — поперечный разрез камеры: 1 — камеры;
  • 2 — загрузочные люки;
  • 3 — стояки для отвода газа;
  • 4 — коксовыталкиватель;
  • 5 — регенераторы;
  • 6 — обогревательный простенок

Коксовая печь состоит из:

  • камеры коксования;
  • обогревательных простенков для сжигания и циркуляции отопительного газа;
  • регенераторов для утилизации теплоты отходящих дымовых газов.

Камера коксовой печи является реактором косвенного нагрева, где теплота передаётся к коксуемому углю от теплоносителя (горючего газа) через стенку (Рисунок 2):

  • Рисунок 2 — Камера коксования (продольный разрез): 1 — рабочее пространство камеры;
  • 2 — дверцы;
  • 3 — свод;
  • 4 — отверстия для отвода коксового газа;
  • 5 — люки для загрузки шихты;
  • 6 — регенераторы;
  • 7 — каналы, соединяющие регенераторы с обогревательными простенками

Камера имеет прямоугольное сечение и образована двумя обогревательными простенками, подом и сводом, облицованным динасовыми огнеупорами.

С торцов камера закрывается дверями, которые снимаются по окончании коксования для выдачи готового кокса из камеры с помощью коксовыталкивателя.

В своде камеры находятся:

  • § три отверстия для загрузки угля, закрываемые крышками;
  • § два отверстия для отвода летучих продуктов коксования — прямого коксового газа, который через газоотвод поступают в газосборник, откуда направляются в цех улавливания.

В современных печах:

§ высота камеры составляет 5 — 6 м,

§ длина — 14 -15 м,

§ ширина — 0,4 — 0,45 м, чтобы обеспечить быстрый прогрев угля, так как теплопроводность шихты низкая.

1) В кирпичных простенках между соседними камерами устроены вертикальные отопительные каналы или вертикалы (обычно по 27 штук в каждом простенке) в которых сжигается газообразное топливо.

2) После обогрева камер горячие газы удаляются из печи через регенераторы — камеры, заполненные кирпичной насадкой, и нагревают их.

Аккумулированная в нагревателях теплота используется для предварительного подогрева воздуха и отопительного газа с целью достижения необходимой температуры ~ 1400 — 1500 єС в вертикалах и уменьшения расхода топлива.

Регенераторы работают попарно по принципу противотока.

Через один пропускают нагреваемый воздух, а через другой в противоположном направлении — отходящие топочные газы.

Газообразным топливом для обогрева коксовых печей служит обратный коксовый газ, доменный газ, или их смесь.

Коксовые печи компонуют в батареи, а батареи — в блоки. Одна коксовая батарея включает 61 — 79 параллельно работающих камер.

Батарея обслуживается комплексом механизмов:

  • § вагоном для загрузки угля;
  • § коксовыталкивателем;
  • § машиной для съемки дверей коксовых камер;
  • § коксотушительным вагоном с электровозом.

Рисунок 3 — Схема выгрузки коксового пирога: 1 — отверстие для загрузки угля; 2 — коксовыталкиватель; 3 — направляющая рама; 4 — тушильный вагон; 5 — стояки; 6 — газосборники; 7 — регенераторы; 8 — подовый канал; 9 — борова; 10 — газопроводы коксового газа; 11 — газопроводы доменного газа; 12 — перекидные каналы; 13 — рампа; 14 — задвижка; 15 — транспортёр для кокса.

1) После выгрузки предыдущей партии кокса в сильно нагретую камеру загружают угольную шихту из специального загрузочного вагона, передвигающегося по рельсовому пути, проложенному по верху батареи.

Продолжительность коксования составляет 12 — 14 часов.

Каждая камера коксовой батареи работает периодически, но вся батарея — в целом — непрерывно: одни камеры загружаются, другие — находятся в рабочем режиме, третьи выдают кокс.

2) После окончания коксования специальными механизмами снимают переднюю и заднюю дверцы камеры и с помощью коксовыталкивателя готовый кокс («коксовый пирог») выгружают в вагон.

3) Вагон отвозит кокс под тушильную башню, где он орошается водой, охлаждается и растрескивается на мелкие кусочки.

При мокром тушении кокса безвозвратно теряется около 50%тепловой энергии, затраченной на коксование.

И настоящее время всё более широко используется метод сухого тушения кокса с помощью циркулирующего инертного газа азота.

Теплоту нагретого при тушении кокса инертного газа используют для получения водяного пара.

6. Требования к качеству металлургическому коксу

Контроль качества кокса осуществляется по следующим его характеристикам:

§ Технический анализ.

§ Гранулометрический состав.

§ Прочность.

§ Пористость.

§ Насыпная масса.

§ Температура воспламенения.

§ Реакционная способность.

Технический анализ кокса.

Здесь дается информация о содержании серы (S), золы (А), летучих веществ (ЛВ) и влаги (W).

Важнейшая характеристика кокса — содержание углерода (нелетучего) — здесь не определяется. Его находят по разности СНЕЛЕТB = 100 — (А + ЛВ + S), а содержание влаги в коксе дается сверх 100 %.

Сера

Сера является вредной примесью чугуна и в подавляющем большинстве случаев кокс является главным ее поставщиком. Содержание серы в коксе определяется её содержанием в углях, поступающих на коксование. Практикой работы доменных печей установленно, что увеличение содержания серы в коксе на 0,1 % сопровождается увеличением удельного расхода кокса в 9 среднем на 0,3 % с одновременным таким же снижением производительности печи.

Зольность кокса

Зола в коксе является крайне нежелательной примесью и ее содержание должно быть минимальным. Зола в коксе влияет на выход

шлака и прочность кокса. Известно, что разрушение кусков кокса происходит по его зольным включениям. Поскольку содержание кремнезема в золе кокса чаще всего составляет 50 % и более, то для получения требуемой основности шлака необходим ввод в шихту основных оксидов, что снижает показатели доменной плавки. Считается, что каждый процент увеличения золы в коксе снижает производительность печи от 1,0 до 1,8 % (при содержании золы в коксе, соответственно, от 10 до 13 %) и увеличивает расход кокса от 1,2 до 2,0 %.

Летучие кокса

Содержание летучих в коксе косвенно характеризует его качество. Их содержание зависит от продолжительности периода коксования и конечной температуры коксования. Чем выше указанные параметры коксования, тем меньше в коксе летучих веществ. Нормальным содержанием летучих в коксе считается 0,8 — 1,2 %. Повышенное содержание летучих в коксе свидетельствует о незавершенности процесса коксования и отрицательно сказывается на его качестве. Такой кокс получил название — «недопал». Он характеризуется более темным цветом в сравнении с коксом хорошего качества и пониженной механической прочностью. Уменьшение выхода летучих веществ в коксе ниже 0,5 % свидетельствует об увеличенном периоде коксования, что приводит также к снижению прочности кокса вследствие его «пережога» и увеличения трещиноватости.

Влажность кокса

Влага в коксе не приносит вреда доменному процессу. При загрузке в печь влажного кокса происходит испарение этой влаги за счет тепла отходящих из печи газов — температура колошникового газа снижается. Для нормального технологического режима плавки очень важно использовать кокс с минимальными колебаниями его влажности. Поскольку загрузка кокса в 10 печь осуществляется по массе, то при минимальных колебаниях влажности кокса гарантирует стабильность теплового режима плавки.

Технические составы коксов, производимых на различных коксохимических предприятиях России, приводятся в специальной справочной литературе.

Гранулометрический состав кокса

Кокс в доменной печи определяет газодинамическое сопротивление слоя шихты движущемуся потоку газа и должен быть крупным, а также сохранять размер кусков по мере его движения от колошника к фурменным очагам. Гранулометрический состав кокса — это распределение его кусков по классам крупности, выраженное в процентах к массе исходной пробы. ГОСТ предусматривает следующую градацию кусков кокса по крупности: > 80 мм, 80-60 мм, 60-40 мм, 40-25 мм и 25 мм. Следует отметить, что фракция + 80мм нежелательна. Увеличение фракции +80мм на 1 % приводит к увеличению удельного расхода кокса на 1,2 %. Фракция — 25мм отсеивается и не используется в доменных печах.

Прочность кокса

Это — важнейшая характеристика кокса, определяющая в первую очередь газодинамические характеристики столба шихтовых материалов в доменной печи. Появление мелочи при разрушении непрочного кокса не только ухудшает газопроницаемость шихты в печи, но и уменьшает размеры фурменного очага, а значит и газораспределение в поперечном сечении доменной печи. Под прочностью кокса понимают его способность противостоять разрушающим воздействиям всех видов. Прочность определяется в барабане диаметром 1 м и длиной 1 м. Внутри барабана приварены 4 уголка с полочкой 100 мм. В барабан загружается 50 кг кокса фракции > 25 мм. Затем барабан вращается в течение 4 минут со скоростью 25 об/мин., после чего кокс извлекается из барабана и рассеивается на ситах с ячейками 60х60 мм, 40х40 мм, 25х25 и 10х10 мм. Выход кусков менее 10 мм характеризует истираемость кокса, а выход кусков кокса более 40 и 25 мм определяет его механическую прочность. Истираемость производимого кокса меняется в пределах от 6 до 11 % (от массы загруженного в барабан кокса), а выход класса более 25 мм составляет 84-98 %.

К числу важных показателей качества кокса как топлива относятся также пористость, насыпная масса, температура воспламенения.

Пористость

Пористость — это отношение объема пор куска к объему всего куска, выраженное в процентах. Пористость кокса влияет на условия его горения: чем выше пористость, тем интенсивнее происходит горение кокса, что приводит к сокращению объема фурменных очагов. Пористость кокса зависит от свойств исходных углей, состава угольных шихт, идущих на коксование, она определяется также режимом коксования и колеблется в пределах 35 — 50 %.

Насыпная масса кокса

Это — масса кокса в единице объема. Установлено, что доменные печи лучше работают на коксе с меньшим значением насыпной массы. Насыпная масса определяется не только геометрией куска, но и соотношением в слое крупных и мелких фракций. Чем однороднее кокс по гранулометрическому составу, тем меньше его насыпная масса и выше газопроницаемость. Считается, что насыпная масса доменного кокса имеет значение в пределах 0,45 — 0,47 м 33 .

Температура воспламенения кокса

Температура воспламенения кокса играет определенную роль при задувке доменной печи. Для производимых коксов температура воспламенения находится в пределах 650 — 750 °С. Реакционная способность кокса характеризует его способность взаимодействовать с диоксидом углерода. Повышение реакционной способности кокса приводит к развитию реакции прямого восстановления железа и перерасход кокса.

7. Область применения металлургического кокса

К основным областям применения кокса можно отнести:

1) Выплавка чугуна (доменный кокс) — как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов.

Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25—40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3 %) и не более 80 мм. Такие размеры кусков связаны с тем, что доменная печь является печью шахтного типа в которой происходит противоток отходящих газов и шихтовых материало. Если куски кокса будут менее требуемого они будут выносится из печи вместе с отходящими газами.

2) В литейное производство (литейный кокс) — как ваграночное топливо

Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного; наиболее пригоден продукт, в котором присутствуют куски менее 60—80 мм. Главное отличие литейного кокса от доменного — малое содержание S, которое не должно превышать 1 % (в доменном коксе до 2 %).

3) химическая и ферросплавная промышленность (специальные виды кокса)

В промышленности ферросплавов используют мелкий кокс (например, фракцию 10—25 мм), при этом в отличие от доменного и литейного производств предпочитают применять продукт с большой реакционной способностью.

4) Для бытовых целей (бытовой кокс).

Бытовой кокс применяется для удовлетворения бытовых нужд, в частности отопления. Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному.

8. Получение пекового кокса

Каменноугольным пеком называется остаток после разгонки смолы. При обычной температуре пек представляет собой твердый хрупкий продукт с раковинообразным изломом. В состав пека входит большое количество разнообразных многокольчатых ароматических и гетероциклических (содержащих атомы S, N и О) соединении. Выход и состав пека зависит от свойств смолы и условий ее ректификации. Пек характеризуется температурой размягчения, содержанием веществ, нерастворимых в толуоле, выходом летучих веществ и содержанием золы. Чем выше температура нагрева смолы в трубчатой печи и длительней ее пребывание при высокой температуре, тем выше температура размягчения пека, больше содержание в нем веществ, нерастворимых в толуоле, и ниже выход летучих веществ.

Обычно в цехах ректификации смолы получают так называемый среднетемпературный пек с температурой размягчения 65 — 75°С. Такой пек используется в качестве связующего при производстве электродных изделий, анодной и угольной масс, а также при брикетировании угольной мелочи. Кроме того, значительная часть пека подвергается коксованию с целью получения малозольного пекового (электродного) кокса, который в больших количествах потребляется для приготовления анодной массы, применяемой для выплавки алюминия и для других целей. При производстве пекового кокса используется высокоплавкий пек с температурой размягчения 135 -150°С. По сравнению со среднетемпературным пеком применение пека с высокой температурой размягчения увеличивает производительность коксовых печей, удлиняет срок их службы и улучшает условия труда. Высокоплавкий пек получают из среднетемпературного путем повышения его температуры размягчения. Этот процесс осуществляется в отделении пекоподготовки.

Пек с высокой температурой размягчения получают при обработке горячего среднетемпературного пека воздухом. Под действием кислорода воздуха многокольчатые ароматические соединения, входящие в состав пека, подвергаются дегидрированию и последующим реакциям конденсации-полимеризации с образованием высокомолекулярных соединений. При продувке воздухом из пека отгоняются легкокипящие соединения (пековые дистилляты).

В результате донный остаток обогащается сложными высококипящими соединениями, и температура размягчения его повышается. Обрабатывается пек в специальных кубах-реакторах, в которых через жидкий пек продувается воздух. Процесс обработки пека воздухом происходит с выделением тепла, поэтому подогрев реакторов применяется лишь для компенсации тепловых потерь.

Процесс получения высокоплавкого пека осуществляется на непрерывно действующих установках, состоящих из 2 — 5 последовательно установленных реакторов. Количество реакторов в установке зависит от ее производительности. Исходный пек, постепенно перетекая из одного реактора в другой, доводится до необходимой температуры размягчения.

В качестве сырья для получения высокоплавкого пека кроме среднетемпературного пека используется и пековая смола, которая образуется при коксовании высокоплавкого пека. На некоторых заводах окислению подвергаются также наиболее тяжелая часть псковых дистиллятов, получаемых при обработке пека воздухом. Окисление проводится при температуре 340 — 360° С. Удельный расход воздуха 180 — 230 мг/т пека. Выход высокоплавкого пека от среднетемпературного 87 -89%.

Пековый, или электродный, кокс получают в коксовых печах при коксовании высокоплавкого каменноугольного пека до конечной температуры 1050°С. При коксовании наряду с твердым остатком — пековым коксом (64 — 70%) — образуется 20 — 27% смолы и 7 — 8% газа. Выходы продуктов коксования зависят от исходного пека и условий коксования.

Коксование осуществляется в динасовых камерных печах с регенераторами, близких по своей конструкции к печам для коксования угольных шихт. Печи обогреваются коксовым или доменным газом. Основные размеры камер коксования: длина 13120 мм, высота 3000 мм, ширина 450 мм. Общий объем камеры 17 м 3 . Разовая загрузка камеры 14 — 16 т пека.

Коксовые печи объединяются в блоки по 5 — 12 печей. Машины и оборудование пекококсовых печей аналогичны соответствующим машинам и оборудованию, применяемым в коксовых цехах.

Загружается жидкий пек в камеру коксования в течение первых 3 — 5 ч непрерывно или отдельными небольшими порциями через строго установленные интервалы времени. Сокращение времени загрузки вызывает резкое охлаждение кладки печи, что в свою очередь приводит к быстрому разрушению печей. При непрерывном способе загрузки высокоплавкий пек самотеком поступает из куба-реактора в приемник, из которого перетекает в мерники и затем центробежными или плунжерными насосами подается в камеры через опущенные в них патрубки. Температура пека, загружаемого в камеры, должна быть не ниже 320°С. В связи с этим приемники и мерники жидкого пека обогреваются газом, а пекопроводы имеют тепловую изоляцию и паровую рубашку. Подача пека регулируется игольчатыми вентилями на вводе в каждую печь, а порционная подача контролируется по записи положения уровня пека в мерниках.

Летучие продукты коксования, выходящие из печей, охлаждаются до 80 -90°С в колене стояка и газосборнике при интенсивном орошении надсмольной водой. Количество подаваемой на охлаждение воды примерно в два раза больше, чем при коксовании угля (10 — 12 л 3 на 1 т коксуемого пека).

Это связано с высоким выходом пековой смолы и неравномерным выделением летучих продуктов в процессе коксования. Дальнейшее охлаждение газа и конденсация из него жидких продуктов производятся либо совместно с летучими продуктами, получаемыми при коксовании угля, если пекококсовые печи входят в состав коксового цеха, либо самостоятельно в отделении конденсации пекококсового цеха.

Выдаваемый из печей пековый кокс охлаждается водой по обычной схеме тушения в тушильных башнях с последующим дотушиванием на коксовой рампе. Кокс разделяется по крупности на два класса: крупнее 10 мм — электродный кокс и мельче 10 мм — коксовая мелочь.

Качество пекового кокса оценивается его зольностью, а также выходом летучих веществ и содержанием серы. Кокс пековый электродный первого сорта (КПЭ-1) должен содержать: золы — менее 0,3%, летучих веществ — менее 0,8% и серы — менее 0,3%.