Качество металлургического кокса

Поступающий на коксосортировку кокс разделяется по крупности на несколько фракций. В качестве металлургического кокса выделяется фракция крупнее 25 или 40 мм. В случае выделения фракции крупнее 40 мм из подрешетного продукта выделяется фракция 40-25 мм, которая используется в доменных печах малого объема. Фракция 25-0 мм предназначается для использования на аглофабриках. В некоторых случаях выделяют фракцию 25-10 мм как энергетическое топливо. Тогда для агломерационного производства остается фракция 10-0 мм. Доля металлургического кокса составляет 90-94 % от массы исходного продукта, поступающего на коксосортировку.

Качество кокса как доменного топлива характеризуется химическим составом, рядом физико-химических и физико-механических свойств. Зависит качество кокса от химического состава и технологических свойств исходных углей, условий подготовки их к коксованию, режимов коксования и последующей обработки полученного кокса.

Кокс состоит из органических и минеральных веществ, не участвующих в реакциях горения (золы). Главной частью кокса является его органическая масса, которая содержит 97-98 % углерода, 0,5-0,8 % водорода, 0,5-1,0 % серы, небольшие количества (около 1 %) кислорода и азота. Элементарный анализ органической массы кокса не дает полной информации о качестве кокса как топлива в доменном процессе. Главным показателем такого анализа является содержание углерода. Но для доменного процесса знания содержания углерода недостаточно, так как не учитывается, в какой форме находится углерод в коксе. Дело в том, что в органической массе кокса часть углерода находится в виде летучих веществ, выделяющихся в газ при температурах около 850˚С и фактически не участвующих в горении. Для доменного процесса важен углерод, находящийся в нелетучем виде, который дойдет с коксом до фурм в горне печи и сгорит. Кроме того, элементарный анализ не учитывает количества балласта в коксе (золы и влаги), которые резко влияют на фактическое количество углерода, поступающего в печь с коксом.

Более полную характеристику кокса по химическому составу дает технический анализ. При таком анализе определяют содержание золы (А), летучих веществ (Л), серы (S) и влаги (W). При этом содержание золы, летучих и серы определяется по отношению к сухой массе кокса. Содержание углерода находят по разности:

Определяемый таким образом углерод (C_H) не удаляется в газовую фазу при нагревании, поэтому он называется “нелетучим”. Содержание влаги в коксе дается сверх 100 %.

Зола всегда является нежелательной примесью кокса, и повышение ее содержания всегда снижает его качество. Наличие золы в коксе обусловлено присутствием минеральных примесей в углях. Наименьшее содержание золы в коксе из углей Донецкого бассейна (8-10 %). Более высокое (11-13 %) – в коксе из кузнецких и карагандинских углей. Как видно из табл.14, зола состоит в основном (до 85 %) из кислых оксидов (SiO₂ и Al₂O₃), содержание основных (CaO и MgO) не превышает 10 %. Поэтому присутствие золы не только снижает содержание нелетучего углерода в коксе, но и требует для ее ошлакования введения в доменную печь дополнительного количества флюса, увеличивая тем самым выход шлака, на расплавление которого необходим более высокий расход топлива (кокса). Вредное влияние повышенного содержания золы в коксе проявляется и в снижении его прочности.

На основании практических данных считают, что снижение содержания золы в коксе на 1 % (абс.) позволяет сократить удельный расход кокса на 1,5-2,0 % и примерно на столько же увеличить производительность доменных печей. В связи с этим значительная доля углей, идущих на коксование, подвергается предварительному обогащению с целью удаления максимально возможного количества пустой породы. Интенсивно ведутся исследования по совершенствованию способов и схем обогащения коксующихся углей.

Таблица 14

Примерные химические составы золы кокса

КОКС	Содержание, %
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	P2O5	Mn3O4
Из донецких углей	36,3-44,1	18,2-28,6	20,4-30,5	4,2-5,8	1,1-2,16	3,5-4,7	0,35-0,82	1,7-3,2
Из кузнецких углей	49,5-54,2	23,6-30,1	9,0-12,2	4,0-6,1	1,6-3,0	0,46-1,55	0,3-1,2	0,35-1,0
Из смеси кузнецких (70 %) и карагандинских (30 %) углей	49,1	27,0	12,5	9,9	1,7	2,0	0,8	-
Из смеси печерских (80 %) и донецких (20 %) углей	54,6	24,1	7,44	4,3	2,6	6,8	0,2	-

Летучие вещества кокса представляют собой элементы и соединения органической массы, не успевшие удалиться при коксовании. Содержание летучих определяется, в первую очередь, режимом коксования. С увеличением температуры процесса и продолжительности коксования содержание летучих снижается. Обычно оно составляет 0,8-1,5 %. Повышение содержания летучих в коксе свидетельствует о нарушении нормального температурно-временного режима коксования и об ухудшении качества кокса. Как уже отмечалось, летучие вещества выделяются из кокса в области умеренных температур доменной печи и не оказывают влияния на ее работу, за исключением водорода, который участвует в восстановительных процессах. Состав летучих кокса одного из коксохимических заводов, %: 13,2 CO₂; 24,1 CO; 0,9 CH₄; 39,5 H₂; 22,3 N₂.

Содержание серы является одной из важнейших характеристик качества кокса как топлива доменной плавки. Коксом вносится в доменную печь от 65 % (на заводах Урала и Востока) до 95 % (для заводов Юга СНГ) серы от ее общего количества, поступающего с шихтой. Поэтому несомненный интерес представляет вопрос об ее поведении в процессах подготовки углей и их коксования.

Содержание серы в коксе зависит, прежде всего, от содержания ее в углях. В углях различных бассейнов содержание серы неодинаково: донецкие коксующиеся угли содержат серы до 4 %, кузнецкие – около 0,7 %, карагандинские и печерские – около 1 %. В каменных углях сера находится в

виде пирита (FeS₂), сульфатов (CaSO₄, FeSO₄) и сложных органических соединений с углеродом. При обогащении углей 15-20 % серы удаляется с породой; в процессе коксования часть серы (до 20-25 %) удаляется с газами в виде сероводорода (H₂S) и частично в виде соединений с углеродом (CS₂, COS). Остающиеся в коксе соединения серы представлены сульфидами (FeS, CaS) и сложными органическими соединениями (табл. 15).

Несмотря на удаление некоторого количества серы с газами в процессе коксования, процентное содержание ее в коксе мало отличается от содержания в исходном угле, т.к. одновременно уменьшается масса коксового пирога. Попытки увеличить степень удаления серы в процессе коксования угля пока успеха не имеют. В результате в коксе остается довольно высокое содержание серы – от 0,5 % (в коксе из кузнецких углей) до 2 % (в коксе на донецких углях).

Таблица 15

Разновидности форм серы, содержащейся в угле и коксе

Форма содержания серы	В угле	В коксе
% абс.	% относит.	% абс.	% относит.
Пиритная	0,92	51,7	0,03	1,20
Сульфидная	-	-	0,46	29,10
Сульфатная	0,10	5,6	0,02	1,90
Органическая	0,76	42,7	1,07	67,80
Итого	1,78	100,0	1,58	100,0

Повышенное содержание серы в коксе крайне неблагоприятно сказывается на технико-экономических показателях доменной плавки. Снижение концентрации серы в чугуне и перевод ее в шлак требует увеличения основности шлака и более высоких температур в доменной печи, что требует, в конечном счете, повышения удельного расхода топлива. Практикой установлено, что повышение содержания серы в коксе на 0,1 % вызывает увеличение удельного расхода кокса в среднем на 1,2 % и снижает производительность доменной печи на 1,0 %. При содержании серы более 2 % кокс считается непригодным для доменной плавки.

Фосфор в коксе содержится в незначительных количествах: 0,02 % в коксе из донецких углей, до 0,05 % в коксе из кузнецких и карагандинских углей. Наличие фосфора в коксе при таком его содержании практически не отражается на показателях доменной плавки. Оно может иметь значение лишь при выплавке особо чистых по фосфору чугунов, имея в виду, что в доменной печи фосфор полностью восстанавливается и переходит в чугун.

Содержание влаги в доменном коксе определяется условиями его тушения и составляет 3-5 % при мокром тушении и до 0,5 % – при сухом. Повышенная влажность кокса ухудшает результаты отсева мелких фракций при его грохочении, а пониженная приводит к запыленности коксосортировок и подбункерных помещений доменных цехов.

Абсолютное значение влажности не оказывает влияния на работу доменной печи, так как влага испаряется в верхней ступени теплообмена за счет избытка тепла колошникового газа и дополнительного расхода кокса не требует. Тепловую работу доменной печи могут нарушать неконтролируемые колебания влажности кокса, так как случайные изменения его влажности будут вызывать изменения количества нелетучего углерода в одинаковых по весу порциях кокса, подаваемых в доменную печь. С целью устранения больших колебаний влажности кокса автоматизируют процесс его тушения, обеспечивая строго постоянное количество воды, подаваемой на единицу массы кокса, и продолжительность тушения. Большое значение имеет контроль влажности кокса в доменном цехе.

Физико-химические свойства кокса оказывают значительное влияние на развитие процессов восстановления оксидов и горения углерода у фурм. Наиболее важным из физико-химических свойств кокса как доменного топлива являются теплота сгорания, горючесть и реакционная способность.

Физико-химические свойства кокса определяются кристаллической структурой углерода, плотностью, наличием примесей в решетке углерода и другими физическими параметрами. Различают существование в коксе углерода в двух структурных формах; графита и аморфного углерода. Приведенные ниже данные свидетельствуют о том, что форма существования углерода в коксе оказывает заметное влияние на тепловой эффект реакций его горения:

для графита C + O₂ = CO₂ + 396 МДж/моль;

C + 0,50₂ = СO + 109,5 МДж/моль;

для аморфного C + O₂ = CO₂ + 410 МДж/моль;

углерода

C + 0,50₂ = CO + 125,3 МДж/моль.

В коксах, полученных из различных углей и в различных режимах коксования, соотношение между углеродом в форме графита и аморфного углерода (степень графитизации углерода) неодинаково. Во многих технических расчетах, не требующих особой точности, тепловые эффекты горения углерода кокса принимают как среднее арифметическое между тепловыми эффектами горения аморфного углерода и графита (степень графитизации принимается равной ~ 0,5):

С_кокса + О₂ = СО₂+401 МДж/моль или 33,4 МДж/кг С;

C_кокса + 0,5 О₂ = СО+117,8 МДж/моль или 9,810 МДж/кг С.

Горючесть кокса определяется скоростью взаимодействия его вещества с кислородом. Согласно современным представлениям о влиянии величины окислительных зон перед фурмами доменной печи на совершенство ее хода, снижение горючести кокса, увеличивая размер окисленных зон, облегчает опускание шихты в печи. поэтому предпочтение отдается коксу с пониженной горючестью.

Характеристикой горючести топлива является также температура воспламенения. Металлургический кокс загорается при температурах 650-700˚С, в то время как древесный уголь – при 250˚С. Горючесть зависит от завершенности пирогенетических превращений углерода, поэтому различные виды топлива располагаются в следующий ряд по снижению горючести: древесный уголь, полукокс, кокс, графит.

Реакционная способность топлива – это свойство, характеризующее скорость его взаимодействия с двуокисью углерода по реакции С+СО₂ = 2СО при температуре 1100˚С. Скорость этого взаимодействия можно определить по изменению состава отходящих газов при пропускании двуокиси углерода через нагретую до заданной температуры пробу. Мерой реакционной способности топлива является степень превращения углекислоты в окись углерода. Из анализа прореагировавшего газа реакционная способность определяется по формуле:

С повышением температуры опытов величина R возрастает.

Так же, как и горючесть, реакционная способность топлива снижается в ряду: древесный уголь, кокс, графит. Реакционная способность кокса повышается со снижением крупности его кусков, повышением пористости и снижением температуры коксования.

Значение реакционной способности кокса для доменного процесса заключается в том, что температуры, при которых углерод начинает интенсивно взаимодействовать с двуокисью углерода, определяют момент перехода косвенного восстановления оксидов железа в прямое. Поэтому для достижения наилучших результатов доменной плавки кокс должен обладать низкой реакционной способностью, так как при этом потребуется более высокая температура в доменной печи для начала прямого восстановления, что будет способствовать повышению степени косвенного восстановления оксидов железа. Практика работы доменных печей свидетельствует, что понижение реакционной способности кокса во всех случаях приводило к снижению удельного расхода кокса и повышению их производительности.

Физико-механические свойства кокса определяются его прочностью, гранулометрическим составом, пористостью и удельной массой.

Под прочностью кокса понимается его способность противостоять разнообразным разрушающим нагрузкам (ударным, истирающим), которым он подвергается при транспортировке, перегрузках, подаче в печь и в ходе плавки. Это свойство считается важнейшим показателем качества кокса. Прочный кокс не образует мелочи, позволяет сохранить высокую газопроницаемость шихты и высокую производительность доменной печи. прочность кокса определяют искусственным разрушением проб под воздействием ударных и истирающих нагрузок. Мерой прочности является изменение ситового (гранулометрического) состава кокса в процессе испытания.

Наибольшее распространение получил метод определения прочности кокса путем разрушения его во вращающемся барабане. Этот метод заключается в том, что проба кокса определенной крупности помещается внутрь барабана определенного размера, после чего он приводится во вращение с заданной скоростью в течение установленного времени. Куски кокса увлекаются вверх, падают, пересыпаются и, получая таким образом долю ударных и истирающих нагрузок, разрушаются в той или иной степени в зависимости от их механической прочности. Прочность характеризуется изменением крупности кусков кокса в результате испытания.

В нашей стране долгое время стандартным был метод определения прочности кокса в барабане, предложенном в России в конце девятнадцатого века Э.Сундгреном. барабан диаметром 2000 мм и шириной 800 мм имеет цилиндрическую поверхность в виде решетки из прутьев диаметром 25 мм с таким же расстоянием между ними. В барабан загружается проба кокса массой 410 кг в кусках более 25 мм. Барабан вращается в течение 15 минут со скоростью 10 об/мин. Образующиеся в результате разрушения мелкие куски кокса проваливаются в зазоры между прутьями. Показателем прочности является масса кокса, оставшаяся внутри барабана. Дополнительной характеристикой является количество фракции 10-0 мм в подбарабанном продукте. Многолетняя практика показала, что нормальная работа доменных печей возможна на коксе, дающем остаток в барабане не менее 300 кг. Лучшие сорта имеют барабанную пробу 340-350 кг.

Аналогичные методы испытания в барабанах применялись во многих странах, однако, размеры барабанов, масса пробы, число оборотов были различны. Это приводило к несопоставимости показателей прочности коксов и результатов работы на них доменных печей. Поэтому с 1963 г. в СССР описанный метод Сундгрена был заменен на международный метод определения прочности кокса в малом закрытом барабане диаметром и длиной 1000 мм (ГОСТ 8929-65). На внутренней поверхности барабана приварены 4 уголка высотой 100 мм. Для испытания берут пробу кокса крупнее 60 мм в количестве 150 кг, которую делят на 3 части массой по 50 кг. В барабан загружают одну из этих частей (50 кг) и приводят его во вращение со скоростью 25 об/мин в течение 4 минут. Затем пробу извлекают и рассеивают на ситах с круглыми отверстиями диаметром 40 и 10 мм. Прочность кокса характеризуется выходом фракции +40 мм (показатель М₄₀), а его истираемость – выходом фракции 10-0 мм (показатель М₁₀) в процентах к массе пробы. Испытанию подвергаются две пробы. В случае расхождения результатов по показателю М₄₀ более 3 % и по показателю М₁₀ более 1 % испытывают третью пробу. Конечный результат определяют как среднее арифметическое. Чем выше показатель М₄₀ и ниже М₁₀, тем прочнее кокс.

В последние годы на многих заводах прочность кокса испытывают в таком же (малом) барабане (по ГОСТ 5953-72), при таком же режиме его загрузки и вращения, но для испытания берут кокс крупностью +25 мм. Показателем прочности кокса служит выход фракции +25 мм (М₂₅), а истираемости – М₁₀. Среднее значение указанных показателей прочности кокса в 1985 г. на заводах Юга СССР изменялись в следующих пределах: М₂₅ – от 70,7 до 88,9 %; М₁₀ – от 6,3 до 11,3 %, а на заводах России и Казахстана: М₄₀ – от 57,8 до 75,1 %; М₂₅ – от 83,7 до 87,6 % и М₁₀ – от 6,5 до 10,0 %.

Кроме изложенных методов определения прочности доменного кокса применяются и другие. Недостаток всех этих методов испытания прочности кокса в холодном состоянии состоит в том, что они не могут оценить прочность его при высоких температурах, до которых кокс нагревается в доменной печи. предпринимаются попытки создать метод определения термической стойкости кокса.

Прочность кокса в существенной степени зависит от количества и формы трещин в его кусках. Разрушение кусков происходит по трещинам, местам внутренних напряжений, возникающих в процессе коксования. Исследованиями установлено, что изменение гранулометрического состава кокса не пропорционально приложенной работе разрушения: сначала кокс быстро дробится, количество мелких фракций резко возрастает, а крупных резко уменьшается, затем дробление замедляется. Последующее нарастание работы разрушения приводит главным образом к истиранию кокса, так как дробление по целому куску затруднено. Это позволило оценивать прочность кокса по стабилизированному ситовому составу, получающемуся после реализации всех трещин и внутренних напряжений. Извлечение кокса из горна доменной печи через фурмы показало, что его ситовый состав приблизительно соответствует этому стабилизированному составу.

Известно, что газопроницаемость слоя сыпучих кусковых материалов улучшается с повышением однородности размеров его кусков. С целью повышения однородности кокса по крупности с получением кусков оптимального размера для доменных печей (25-40 мм) предпринимаются попытки проводить предварительную стабилизацию его ситового состава путем воздействия на него определенной величины механической нагрузки с последующим отсевом образовавшихся мелких фракций. Это позволит уменьшить дальнейшее разрушение кусков кокса с образованием мелочи в доменной печи и улучшить газопроницаемость шихты в ее высокотемпературных зонах.

В таблице 16 представлены ситовые составы доменного кокса некоторых металлургических предприятий (1985 г.), а также изменение его крупности при подаче в доменные печи и движении к фурмам (на ММК и НТМК).

Таблица 16

Ситовый состав кокса и его изменение в доменном цехе некоторых заводов

Завод, точка отбора проб кокса	Содержание фракций (мм) в коксе, %.
+80	80-60	60-40	40-25	25-10	25-5	5-0	25-0
ММК:
из скипа	12,4	43,2	36,8	6,3	-	-	-	1,3
С большого конуса	7,4	26,4	45,4	16,2	-	-	-	4,6
Из фурм печи	1,0	10,8	40,2	30,5	-	15,9	1,6	17,5
НТМК:
Из скипа	10,4	48,2	32,2	8,0	-	0,8	0,4	1,2
С большого конуса	5,7	32,6	42,6	13,8	-	4,9	0,4	5,3
Из фурм печи	-	7,2	36,6	38,5	-	17,0	0,7	17,7
ОХМК	13,3	28,6	42,9	11,9	3,3	-	-	-
ЧерМК	15,7	56,1	21,8	4,2	2,2	-	-	-
НЛМК	19,3	38,0	30,4	9,5	2,8	-	-	-
ЗСМК	13,2	34,5	42,0	7,6	2,7	-	-	-
КарМК	9,3	37,8	37,0	12,4	3,5	-	-	-
В среднем по заводам Украины	7,6	27,2	46,5	15,8	-	-	-	2,9

Из представленных в таблице данных видно, что крупность кокса существенно изменяется при транспортировке и загрузке в доменные печи, особенно при движении его к фурмам печи. Содержание крупных фракций (+80 и 80-60 мм) при этом снижается за счет их разрушения, а мелких - возрастает.

Плотность и пористость кусков кокса находятся в обратной зависимости друг от друга. Различают истинную и кажущуюся плотность кусков и их насыпную массу. Истинную плотность материалов (r_ист) в г/см³ определяют как отношение массы сухого образца материала к его объему без пор. Ее определяют после тонкого измельчения пробы материала. Истинная плотность кокса составляет 1,8-2,0 г/см³. Кажущаяся плотность (r_каж) – это отношение массы сухого образца материала к общему объему его, включая объем всех его пор. Кажущаяся плотность кокса равна 0,9-1,0 г/см³. По значениям истинной и кажущейся плотности кокса определяют его пористость из выражения:

Пористость кокса определяет его внутреннюю удельную поверхность, которая сильно влияет на условия горения. Объем пор кокса разных сортов изменяется от 35 до 55 %. Для доменного кокса он составляет около 50 %. Пористость кокса определяется составом угольной шихты, степенью ее измельчения, скоростью и температурой коксования, ходом выделения летучих веществ и другими параметрами процесса. Специальных требований в отношении пористости доменного кокса металлургами не предъявляется. Поэтому коксохимики не занимаются ее регулированием.

Насыпная масса характеризует количество сыпучего кускового материала, находящегося в объеме 1 м³. Насыпная масса зависит от крупности кусков, пористости, удельной массы (плотности) вещества, формы кусков и др. насыпная масса кокса (g_нас) колеблется в пределах 400-500 кг/м³ (большие значения относятся к кускам кокса меньших размеров 25-40 мм). Объем межкусковых пустот в слое кусковых материалов определяется по формуле:

качество кокса определяется, прежде всего, качеством коксуемого угля. В таблице 17 представлены состав и основные характеристики качества коксов, полученных из углей различных месторождений СНГ и некоторых зарубежных стран. Из данных таблицы видно, что кокс, полученный из углей Донецкого бассейна, применяемый на металлургических заводах Юга и Центра европейской части стран, характеризуется высоким содержанием серы, которое в некоторых случаях достигает 2 %, прочен, имеет пониженное содержание золы. Высокое содержание серы требует повышенной основности шлаков и дополнительного расхода кокса на десульфурацию чугуна. Кузнецкий кокс, применяемый на заводах Сибири и Урала, содержит меньше количество серы (около 0,4 %), но имеет большую зольность и меньшую прочность (М₂₅ – 86,8 % и М₁₀ – 8,1 %; для донецкого кокса М₂₅ – 87 % и М₁₀ – 7,0 %).

Таблица 17

Характеристика качества кокса различных металлургических районов СНГ и некоторых стран дальнего зарубежья

Угли, страна	Район, завод	Снелет, %	Технический анализ, %	Пористость %	Барабанная проба
W	A	Л	S	М40	М25	М10
Донецкие	Украина и Центр европейской части России	86,91	3,7	10,5	1,0	1,59	49-52	-	87,1	7,0
Кузнецкие	Западная Сибирь	87,70	4,2	10,8	1,1	0,40		-	86,8	8,1
Кузнецкие и карагандинские	Урал	86,83	3,1	12,0	0,6	0,53		75,0	-	7,7
Карагандинские	КарМК	85,18	4,2	13,2	1,0	0,62		61,9	-	7,9
Печерские и кузнецкие	ЧерМК	87,53	3,8	11,1	0,9	0,47	38-50	61,2	-	9,0
Коннельсвильские, США	Питтсбург	88,80	4,9	9,8	1,1	0,95	47-56	-	-	-
Рурские, ФРГ	Рур	87,40	4,0	10,0	1,1	1,0		-	-	-
Дэрэмские, Англия	Кливленд	87,49	3,0	10,0	1,0	1,0		-	-	-

Кокс, полученный из смеси кузнецких и карагандинских углей и используемый на заводах Урала, по составу подобен кузнецкому, однако, повышенное содержание золы и серы в карагандинских углях увеличивает содержание их в коксе. Содержание серы в коксе составляет около 0,53 %, а золы – 12,0 % при такой же прочности, как и у кузнецкого кокса.

Карагандинский металлургический комбинат работает на коксе в основном (82-83 %) из карагандинских углей (остальное – кузнецкие и другие угли). Кокс характеризуется повышенным содержанием золы (13,2 %) и серы (0,62 %). Прочность кокса ниже, чем у кузнецкого, М₂₅ – 61,9 % вместо 75,0 %.

Череповецкий металлургический комбинат производит кокс из 85 % печерских и 15 % кузнецких углей. Кокс имеет повышенное содержание золы (около 11,1 %) и пониженное – серы (около 0,47 %). Прочность кокса удовлетворительная (М₄₀ – 61,2, М₁₀ – 9 %).

Главный угольно-металлургический район США (г. Питтсбург) использует кокс, содержащий 10 % золы и около 1 % серы, т.е. почти вдвое меньше, чем донецкий, и характеризуется высокой прочностью.

Металлургические заводы ФРГ работают на высококачественном коксе из рурских углей. Кокс содержит 10,0 % золы и до 1,2 % серы, имеет высокую механическую прочность.

Металлургические заводы Англии потребляют кокс из углей Дэрэмского бассейна. По качеству этот кокс аналогичен коксу из рурских углей; он содержит 10 % золы и 0,9-1,2 % серы.

Современные мощные доменные печи предъявляют все более высокие требования к качеству кокса. В частности, его прочностные характеристики должны иметь значения М₂₅ – не менее 90 %, а М₁₀ – не более 6 %. Такой кокс при традиционном слоевом процессе коксования можно получить из шихт, состоящих не менее, чем из 64 % хорошо спекающихся углей марок Ж, К, ОС. Однако запасы таких углей ограничены, а во многих странах отсутствуют. Стремление получать прочный, однородный по крупности и другим свойствам металлургический кокс из любых, в том числе некоксующихся углей, требует усовершенствования существующей и разработки принципиально новых технологий коксования. Поэтому в настоящее время ведутся широкие исследования и промышленные испытания в этих направлениях во многих странах с развитой металлургией.

Усовершенствования процесса коксования за последние 15-20 лет были связаны с разработкой новых режимов подготовки угольных шихт, позволяющих увеличить в них долю слабоспекающихся (газовых) углей для получения кокса требуемого качества, сократить время нагрева и коксования их, а следовательно и производительности коксовых печей. Так, предварительное брикетирование угольной шихты или ее трамбовка в самой коксовой печи позволяет увеличить массу шихты, загруженной в камеру, улучшить качество кокса и повысить производительность печей.

Особенно эффективен предварительный подогрев угольной шихты нагретым азотом в реакторе кипящего слоя до 200-250˚С. Это позволяет получить высокопрочный кокс из шихт, характеризующихся пониженным пластометрическим показателем (y = 11-12мм). Кроме того, подогрев шихты перед загрузкой ее в печь сокращает период коксования до 6-8 ч, т.е. на 40-50 % и повышает производительность коксовых печей в среднем в 2 раза.

Перспективна также технология производства формованного кокса из некоксующихся углей, впервые предложенная в нашей стране проф. Л.М. Сапожниковым еще в 1956 г. Основная идея этой технологии заключается в скоростном нагреве угольной шихты (3-0 мм) в установках с кипящим слоем. Скорость нагрева в этих аппаратах настолько велика, что угольная шихта при температуре до 350˚С не успевает отдать летучие вещества в газовую фазу и частично плавится. После выдержки (1-2 мин) в области плавления угольного вещества шихта формируется под давлением (0,2-0,5 МПа) в брикеты, которые затем прокаливаются в шахтной печи, нагреваясь от 350 до 800˚С в течение 2 часов. Прочность формового кокса, полученного по этой технологии, оказывается более высокой, чем у обычного кокса.

Первая доменная плавка на формованном коксе, проведенная в нашей стране в 1972 г., дала положительный результат. Ход доменной печи и технико-экономические показатели плавки на новом топливе были лучше, чем на донецком коксе. Многочисленные опыты за рубежом, в том числе Японии, проведенные в 1987 г. на доменной печи объемом 4250 м³, также показали, что формованный кокс является полноценной заменой обычного каменноугольного кокса. Его производства является экологически более чистым, что наряду с экономическими преимуществами открывает перспективу для широкого применения этого процесса в будущем.

Дата добавления: 2015-07-21