Материал: Процесс коксование угля

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 м³/м³.

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.

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.

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 м³. 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.