title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Качество кокса

Качество кокса

Качество кокса определяется его химическим составом, а также физико-химическими и физико-механическими свойствами.
Для суждения о качестве кокса по химическому составу принимают во внимание: а) содержание летучих; б) содержание золы; в) содержание вредных примесей — серы и фосфора; г) содержание влаги.
Среднее содержание летучих в нормальном коксе, полученном в современных печах, колеблется в пределах 0,9—1,25% и в коксе, полученном в старых шамотных печах, — в пределах 2,0—1,5%. Более высокое содержание летучих наблюдается в тех случаях, когда в коксе имеется недопал — недококсованные куски. Наличие недопала крайне нежелательно, так как куски недопала обладают малой прочностью и, попадая в доменную печь, легко истираются и крошатся.
Содержание в коксе минеральных примесей, т. е. золы, зависит от содержания золы в угле, поступающем на коксование. Золы в коксе всегда бывает больше, чем в исходном угле, так как расход угля или концентрата на тонну кокса не опускается ниже 1,2 т.
Зола является нежелательной примесью кокса, она уменьшает содержание углерода в коксе, требует добавочного расхода известняка для ошлакования и добавочного расхода тепла для расплавления шлака, получающегося из золы и флюса. Кроме того, в целом ряде случаев наличие в коксе золы оказывает вредное влияние на прочность кокса. Содержание золы в коксе колеблется в пределах от 8 до 12—14%. В некоторых редких случаях получают малозольные коксы с содержанием 5—6% юлы и высокозольные коксы с содержанием до 22% золы.
Содержание серы в коксе, колеблющееся в разных сортах его от 0,5 до 2% и более, имеет очень большое значение для оценки качества кокса, поскольку увеличение содержания серы в коксе вызывает повышение расхода кокса и снижение производительности доменной печи.
Количество серы в коксе в значительной степени определяется количеством ее в коксующихся углях. Содержащаяся в углях сера бывает трех типов: сера пиритная, сера сульфатная и сера органическая, т. е. сера, входящая в состав органической массы горючего. Последний вид серы во многих углях является преобладающим. При обогащении и коксовании в той или иной степени удаляется лишь пиритная и сульфатная сера; количество органической серы остается без изменения. Поэтому чем выше содержание органической серы в углях, тем более сернистым будет получаться кокс.
Содержание фосфора в коксе обычно составляет 0,01% и в некоторых случаях поднимается до 0.05%.
При выплавке бессемеровского и специальных высококачественных чугунов содержание в коксе фосфора имеет существенное значение: оно должно быть максимально низким.
Обычно в коксе содержится 2—6% влаги. Содержание такого количества влаги не причиняет никакого вреда, однако для обеспечения правильного навешивания кокса требуется строго постоянное содержание влаги. Поэтому значительное колебания влажности кокса, имеющие место в практике, крайне нежелательны.
Разной величины куски кокса удерживают влагу неравномерно. Например, влажность коксовой мелочи может доходить до 10—15%, а влажность крупных кусков — 3—4%.
Под физико-химическими свойствами кокса понимают реакционную способность кокса и его горючесть, температуру воспламенения. Реакционной способностью кокса называется его способность реагировать с углекислотой с образованием окиси углерода. Различные сорта кокса реагируют с углекислотой с разной скоростью; эти различия довольно резко проявляются при сравнительно низких температурах. По данным иностранных исследователей, при температурах выше 1000° C реакционная способность кокса различных сортов становится одинаковой. Однако последние работы советских исследователей показали, что и при температурах 1400—1500° С различные сорта кокса обладают различной реакционной способностью.
Горючестью кокса называют скорость его горения; температура воспламенения кокса колеблется в пределах от 600 до 750° С.
Различия в горючести и реакционной способности кокса зависят от его пористости и структуры, которая, в свою очередь, зависит в основном от состава шихты и режима коксования.
Физико-механические свойства кокса определяются: а) механической прочностью; б) термической стойкостью; в) ситовым составом; г) газопроницаемостью.
Механическая прочность кокса, т. е. способность противостоять истиранию, дроблению от ударов и раздавливанию, является исключительно важным свойством кокса. Чем прочнее кокс, чем меньше он образует мелочи при движении в доменной печи от колошника до фурм, тем более благоприятные условия создаются для прохода газов вверх и фильтрации жидких продуктов доменной плавки вниз, тем выше качество кокса. Чем менее прочен кокс, чем больше образует он мелочи, тем хуже его качество, тем хуже будет работать доменная печь. Непрочный кокс, образующий много мелочи, вообще непригоден для доменной плавки.
Из всех свойств кокса, характеризующих его прочность, наименьшее значение имеет сопротивление кокса раздавливанию. Усилие, достаточное для раздавливания кокса, составляет примерно 150 кг/см2 и даже для самого плохого кокса не опускается ниже 100 кг/см2, что значительно выше наибольшей величины давления вышележащих слоев шихты в доменной печи.
К числу наиболее распространенных способов испытаний кокса на прочность относятся:
1) барабанная проба;
2) проба кокса на сбрасывание.
Проба кокса на сбрасывание имеет целью установить сопротивляемость кокса дроблению. При таком способе испытания порция кокса крупностью выше 50 мм с определенной высоты четыре раза сбрасывается на чугунную или стальную плиту, затем кокс рассеивается на фракции по крупности. Существуют различные способы проведения этого испытания. По способу, разработанному Днепропетровским углехимическим институтом, от исходной пробы весом 200 кг отсеивается класс крупнее 50 мм, от которого отбирается пять проб (весом каждая 25 кг). Проба загружается в ящик (750х500х500 мм), расположенный на высоте 2 м, откуда кокс четыре раза сбрасывается на чугунную плиту (1500х1000х20 мм) с бортами высотой 500 мм. После того кокс просеивают на ситах с квадратными отверстиями размером 50, 40 и 25 мм и берут среднеарифметическое из результатов пяти параллельных испытаний. За основу принимают остаток на сите 40 мм; этот остаток для кокса Юга колеблется в пределах 88—95%.

Такой способ испытания кокса имеет существенный недостаток: не учитывается истираемость кокса. Между тем, в доменной Печи куски кокса, опускающиеся сверху вниз, подвергаются весьма значительному истиранию. Для характеристики истираемости кокс испытывают в аппаратах, в которых развиваются главным образом истирающие усилия. Обычно для этого употребляют вращающиеся полые цилиндры — барабаны.
Существует несколько типов барабанов. В России стандартизирован барабан Сундгрена, приводимый в движение от электромотора (рис. 4). Барабан имеет два днища диаметром 2 м, сделанных из котельного железа; эти днища стянуты между собой круглыми 25 мм железными прутьями длиной 800 мм с просветами между ними в 25 мм. В барабан загружается 410 кг кокса, отобранного специальными вилами с расстоянием между рожками 25 мм.
Барабан вращается в течение 15 мин. со скоростью 10 об/мин. При этом куски кокса, подвергаясь истиранию и, частично, ударам, измельчаются; мелочь менее 25 мм в поперечнике проскакивает через просветы между прутьями. Вес остатка в барабане и представляет собой показатель барабанной пробы.
По техническим условиям, существовавшим до 1951 г., металлургический кокс должен давать остаток в барабане не менее 280 кг; в 1951 г., в связи с улучшением качества кокса, установлено новое предельное барабанное число для кокса, употребляемого большими доменными печами — 315. Для более точной оценки прочности кокса многие заводы не ограничиваются только барабанным числом, но производят рассев подбарабанного провала на фракции; в относительно прочном коксе фракций 0—10 мм должно быть не более 40—45 кг.
Однако не всегда высокое барабанное число соответствует надлежащей прочности кокса. Нередко бывали случаи, когда доменные печи плохо работали вследствие чрезмерного измельчения кокса, имевшего достаточно высокое барабанное число (320—330 и даже больше). Невидимому, при высоких температурах доменной печи механическая прочность кокса может быть ниже, чем при обычной температуре, вследствие недостаточной термической стойкости. Надо учитывать также, что на вес остатка в барабане влияет влажность кокса: с повышением влажности барабанное число увеличивается.
Таким образом, наиболее распространенная барабанная проба очень часто не дает правильного представления о действительной прочности кокса, вследствие чего окончательное суждение о прочности можно вынести только после проверки кокса в доменной печи.
Предложен ряд новых критериев для суждения о прочности кокса (например, индекс Сапожникова, Сыскова, Брука, Шварца), однако они еще не нашли широкого применения в повседневной производственной практике.
Прочность кокса зависит от многих факторов: от состава угольной смеси (шихты) для коксования, от режима коксования, степени измельчения углей, степени окисленности углей.
Как указывалось выше, шихта для коксования составляется из углей нескольких марок. Эти угли обладают различной спекаемостью. Для получения достаточно прочного кокса необходим подбор определенного соотношения между отдельными сортами углей и обеспечение определенного минимума содержания в шихте хорошо спекающихся углей.
Под режимом коксования понимают продолжительность периода коксования, скорость нагрева шихты, температуру, развивающуюся в отопительных простенках, и конечную температуру коксового пирога. Для каждых данных условий, т. е. при данном составе шихты и при данном состоянии и конструкции печей, имеется свой оптимальный режим коксования. Несоблюдение этого режима приведет к понижению прочности кокса.
При мелком дроблении угля, поступающего на коксование, кокс получается прочнее. В настоящее время угли, коксующиеся на коксохимических заводах Востока, дробятся таким образом, что фракция 0—3 мм составляет от 92,5 до 97%; на заводах Юга количество мелкой фракции несколько ниже. По ряду причин недопустимо и слишком тонкое дробление, поэтому нужна некоторая оптимальная степень дробления. В настоящее время оптимальная степень дробления кокса еще не установлена.
При длительном лежании на воздухе угли окисляются, поэтому коксующиеся угли могут храниться на окладах лишь определенное время, по истечении которого запасы их необходимо Обновлять. При нарушении установленного графика обновления запаса углей происходит их окисление, что резко ухудшает спекаемость углей и снижает прочность получаемого кокса.
Ситовый состав кокса дает возможность судить о крупности кокса и о соотношении между весовыми количествами различных по крупности классов кокса. Загрузка в доменную печь мелкого кокса крайне нежелательна не только потому, что мелкие куски ухудшают газопроницаемость шихты, но и потому, что мелкие куски наименее прочны и в доменной печи образуют много мусора.
Поэтому весь кокс, выданный из коксовальных печей, сортируют на три класса: 1) мелочь крупностью 0—15 мм (выход от валового кокса 1—3%); 2) орешек крупностью 15—25 мм (выход 2—5%); 3) металлургический кокс крупностью более 25 мм. Выход металлургического кокса (влажность 4%) составляет 91—92%.
Так как по пути в доменный цех происходит дополнительное измельчение кокса, последний перед загрузкой в скип снова пропускается через грохот для отсева фракций 0—25 мм.
В настоящее время на некоторых мощных отечественных печах отсеивается мелочь размером 0—40 мм с последующим выделением фракций 25—40 мм, которая используется в печах малого или среднего объема.
Большое значение для оценки качества кокса имеет равномерность его по кусковатости. Приблизительное представление о ней дает коэффициент:
Качество кокса

где (40—80), 80 и (25—40) — процентные содержания фракций соответственно 40—80 мм, 80 мм и 25—40 мм.
По исследованиям Днепропетровского углехимического института, значение коэффициента К должно быть равным примерно 3,7. Однако такой коэффициент достигается далеко не всегда, поэтому для того, чтобы обеспечить равномерную кусковатость кокса, загружаемого в доменную печь в один прием, необходимо сортировать кокс по крупности с раздельной загрузкой каждого класса по крупности.
Опыты, проведенные в этом направлении, дали положительные результаты. На рис. 5 показано влияние сортировка кокса по крупности на газопроницаемость слоя кокса.

Газопроницаемость слоя кокса определяется, во-первых, соотношением между крупными и мелкими фракциями, во-вторых, пористостью кусков кокса. Под пористостью кокса подразумевают отношение объема всех пор куска к общему объему самого куска, выраженное в процентах. Поры куска бывают большие и мелкие, закрытые и открытые. Их разделяют тонкие или толстые стенки. Для отечественных заводов пористость различных коксов колеблется в большинстве случаев в пределах от 49 до 53%.

title-icon Подобные новости