Металлургическое топливо. Кокс.

Кокс – это твердый, спекшийся, прочный, кусковой продукт, образующийся при нагревании (коксовании) коксующегося каменного угля до температуры 1000-1100°С без доступа воздуха.

Нагревание угля без доступа воздуха (сухая перегонка) сопровождается разложением его органического вещества.

При достижении температуры 380-420°С угли, выделяя газообразные и жидкие продукты разложения, образуют вязкую, пластическую, тестообразную массу, которая при температуре 450-500°С затвердевает, превращаясь в монолит полукокса.

В ходе дальнейшего нагревания до температуры 900-1000°С из полукокса продолжают выделятся продукты разложения угольного вещества, происходит его усадка, в результате которой его монолитная масса растрескивается с образованием конечного кускового продукта – кокса.

С целью повышения качества металлургического кокса, угли, предназначенные для его производства, подвергаются, как правило, обогащению гравитационным методом и флотацией. При этом снижается содержание в них не только золы, но часто и серы. Угли после такого обогащения подвергаются обезвоживанию на центрифугах или виброгрохотах до содержания влаги 7-8 %.

Это необходимо в связи с тем, что избыток влаги оказывает отрицательное влияние на процесс коксования:

– во-первых, снижается насыпная масса шихты и, соответственно, производительность коксовых печей,

– во-вторых, увеличивается расход тепла и удлиняется продолжительность коксования, обусловленные необходимостью испарения влаги, что также обусловливает снижение производительности печей.

Угли, поступающие на коксование, обязательно должны быть измельчены до крупности частиц не выше 3 мм. При этом нежелательно и переизмельчение угля, так как это связано не только с перерасходом электроэнергии на дробление, но и снижает насыпную массу шихты и усиливает пылевыделение.

Для производства кокса на заводы, как правило, поступает несколько различных сортов углей, из которых в процессе складирования и усреднения в штабелях формируют так называемые шихтогруппы.

Затем усредненные компоненты загружают в бункеры, из которых их точно дозируют при составлении шихты для коксования. Составленная шихта смешивается и направляется в угольную башню, из которой она с помощью загрузочного вагона поступает в коксовые печи.

Качество кокса как доменного топлива характеризуется

– химическим составом,

– рядом физико-химических,

– 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.

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.

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.

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. Остающиеся в коксе соединения серы представлены сульфидами (FeS, CaS) и сложными органическими соединениями.

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.

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. Форма существования углерода в коксе оказывает заметное влияние на тепловой эффект реакций его горения.

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.

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.

Дата добавления: 2015-07-21