Введение. Основным потребителем кокса в черной металлургии является доменное производство

Основным потребителем кокса в черной металлургии является доменное производство. Целью доменной плавки является получение чугуна из доменных руд.

Участвуя в доменной плавке кокс

1.служит топливом для получения в доменной печи высоких температур

Так как кокс является веществом пористым, он представляет собой наиболее благоприятной горючее для доменной плавки вследствие большой поверхности для соприкосновения с проходящими газами.

2.является восстановителем окислов железа руд в чугун.

Восстановление руды производится углеродом и главным образом, окисью углерода, которая получается в процессе сгорания кокса в двуокись углерода с последующим восстановлением её углеродом кокса в окись углерода.

3. занимая значительную часть объема доменной печи, является разрыхлителем материалов заполняющих печь, и создает условия для свободного прохода газов между ними.

Металлургия предъявляет к качеству кокса целый ряд требований. В основном эти требования сводятся к следующему:

1.минимальное содержание золы

2. минимальное содержание серы

3. низкое содержание влаги

4. однородность кокса по величине кусков

5. достаточная прочность кокса

6. пористость и горючесть кокса

7. минимальное содержание мелочи

1.1.Ситовый состав кокса

Ситовый состав кокса показывает соотношение его кусков различной величины. Этим составом в значительной мере определяет сопротивление доменной шихты напору поднимающихся газов. Это сопротивление тем меньше, чем больше промежутки между кусками кокса, а размер промежутков возрастает с увеличением крупности и равномерности кокса по ситовой характеристике. Поэтому в доменную печь необходимо загружать по возможности равномерный по кусковатости и достаточно крупный кокс.

Крупность и равномерность кусков кокса зависит от состава угольной шихты и условий коксования, а также от сортировки кокса в коксовом цехе.

Для определения гранулометрического состава кокса производят анализ его пробы общей массой 300кг путем рассева ее на ситах с квадратными отверстиями 6*6, 10*10, 25*25, 40*40, 60*60, 80*80 мм

Доменным коксом являются фракции выше 25 мм. Лучшие результаты работы доменных печей получены при применении кокса в кусках размером более 40 мм.

1.2. Прочность кокса

Прочность кокса является одним из самых важных его свойств. Под прочностью понимают суммарную характеристику сопротивления истиранию и сопротивление дробящим усилиям.

Сопротивление кокса дробящим усилиям (дробимость) зависит в основном от текстуры кусков: макро- и микротрещеноватости, наличия в кусках ослабленных мест, формы куска (его столбчатости, характера острых граней и углов). Дробимость кокса – свойство его кусков. Сопротивление истиранию (истираемость) зависит от свойств вещества кокса (его структуры), т.е. его твердости, пористости, характера и размера пор.

Хороший кокс должен обладать достаточной прочностью, так как по характеру своего применения он подвергается разнообразным механическим воздействия, начиная с момента выдачи его из коксовой камеры и кончая его попаданием в доменную печь. В доменной печи кокс, вместе с другими материалами, при постепенном опускании подвергается значительному истиранию, что влечет за собой при коксе с низкой прочностью образование больших количеств мелочи и пыли. Образовавшаяся мелочь располагается между кусками крупного кокса, уплотняет слои спускающегося в домне материала и делает их плохо проницаемыми для доменного газа и для спускающихся вниз шлаков, вызывая расстройство хода доменной печи.

Противодействие кокса дробящим и истирающим усилиям зависит от его строения. Чтобы кокс удовлетворял нормам механической прочности, стенки его пор должны быть твердыми, пористость равномерной по всему куску (отсутствие губки), масса его должна быть хорошо проплавлена, трещеноватость незначительна.

Чем больше пористость, тем тоньше стенки пор и ниже структурная прочность кокса. Пористость кокса определяется газопроницаемостью и вспучиваемостью пластической массы, которая зависит от ее вязкости и количества газов, выделяющихся за период пластического состояния. Чем меньше толщина пластического слоя исходной шихты, тем меньше пористость кокса. Это также достигается повышением содержания в шихте отощающих компонентов. Уплотнение шихты трамбованием также снижает пористость кокса. Аналогичное влияние на пористость кокса оказывает повышение скорости нагрева.

Пористость кокса определяется соотношением действительной и кажущейся плотности кокса: кажущаяся плотность – это плотность куска кокса, включающая объем пор; действительная плотность – это масса вещества кокса в единице объема, не содержащего пор:

(1)

где α_ист – истинная плотность кокса, г/см³ α _каж- кажущаяся плотность кокса, г/см³

Пористость металлургического кокса может составлять 35-55%

Трещеноватость влияет на стабильность качества кокса. Чем больше трещеноватость, тем меньше сопротивляемость кокса дробящим усилиям. При попадании такого кокса в доменную печь под влиянием давления и высокой температуры в печи он дробится на мелкие куски, препятствуя прохождению газов и стеканию шлаков.

Трещины вызываются уплотнением коксового пирога при усадке. Густота трещин зависит от скорости выделения летучих веществ и их количества, т.е. от состава коксуемой шихты, скорости и конечной температуры коксования.

Внешне менее заметны, но достаточно велики структурные трещины на границах минеральных частиц, включенных в органический материал кокса. Это объясняется тем, что коэффициенты расширения и усадки при изменении температур различны для минеральных зерен и органического материала. Зерна не сращиваются с веществом кокса. Поэтому на границах минеральное зерно – кокс всегда имеются трещины, широкие и длинные, если зерно крупное, и малые, если зерно мелкое. Не сращиваются с основной массой спекшегося вещества кокса твердые частицы, образовавшиеся в процессе нагрева из неспекающегося угля.

Твердость рассматривается, как сопротивление, оказываемое телом при проникновении в него другого тела. Твердость зависит главным образом, от температурных условий коксования шихты: она возрастает с повышением конечной температуры образования кокса и при выдержке его при температуре 1050^о С. Она также закономерно изменяется в зависимости от свойств исходных углей: она минимальная для кокса из углей средней стадии зрелости.

1.3.Способы испытания прочности кокса

Мерой механической прочности является степень изменения гранулометрического состава кокса в процессе его испытания путем наложения нормированных усилий. Обыч­но испытание осуществляют в барабанах различной конструкции, и заключается в том, что проба кокса, помещенная внутрь барабана, при его вращении пересыпается и подвергается дроблению и истиранию.

На практике физико-механические свойства кокса исследуют в ба­рабанах различных конструкций. Давно используемым в коксохими­ческом производстве является метод определения механической проч­ности кокса в барабане Сундгрена диаметром 2000 мм и длиной 800 мм. Он выполнен из круглых металлических стержней, между которыми имеются щели шириной 25 мм. Масса пробы кокса крупностью › 25 мм составляет 410 кг. Испытания ведут при скорости 10 об/мин в течение 15 мин. В качестве показателя механической прочности (дробимости) используется остаток кокса в барабане. Содержание мелочи 0—10 мм в подбарабанном продукте является показателем его истирае­мости.

В соответствии с ГОСТ 5953-81 для определения механической прочности кокса применяют так называемый микум-барабан, пред­ставляющий собой закрытый цилиндр с диаметром и длиной 1000 мм, в котором приведены четыре уголка с интервалом по окружности 90°. Масса пробы составляет 50 кг крупностью > 25 мм. Скорость вращения барабана составляет 25 об/мин при общем количестве оборотов 100, что обеспечивает захват и поднятие кокса уголками, в результате в микум-барабане преобладают дробящие усилия. Показателем прочности является количество кокса размером кусков > 25 мм (М₂₅) и < 10 мм (М₁₀) Показатель М₂₅ изменяется в пределах 82—90 %. Показатель М₁₀ составляет 6-10 %.

На показатель прочности кокса существенное влияние оказывает влажность кокса и его гранулометрический состав. Чем выше влажность кокса и больше его размер, тем меньше показатель М₁₀ и количество провала в большом барабане. Поэтому испытания надо проводить при определенной влажности или пересчитывать прочность кокса с учетом его влажности.

Современным методом является определение «горячей прочности» кокса. Сущность этого метода заключается в процессе определения реактивности 200 г металлургического кокса крупностью 19-22,4 мм в атмосфере диоксида углерода при температуре 1100ºС и его прочности после реакции в диоксиде углерода с помощью обработки в барабане. Высокая температура и наличие диоксида углерода создают условия эмитирующие условия нахождения кокса в доменной печи. Прореагировавший кокс обрабатывают в барабане при 600 оборотах в течение 30 минут с частотой вращения (20±1) мин^-1. Прочность кокса оценивают по выходу фракций рассеянного кокса: более 9,5 мм и менее 9,5 мм.

Другая разновидность механической прочности - прочность пористого тела кокса, т.е. материала его кусков, лишенного трещин, называется еще структурной прочностью. Определяется она в приборе УХИНа, главной рабочей частью которого являются цилиндры. В них помещаются пробы кокса объемом 50 cм³ и крупностью 3-6 мм и пять стальных шаров диаметром 15 мм. Цилиндры приводят во вращение электродвигатели через редуктор со скоростью 25 об/мин в течение 40 мин. Показателем структурной прочности является массо­вая доля классов размером > 1 мм в процентах.

Прочность пористого тела кокса зависит от его микроструктуры. По данным УХИНа, существует прямая зависимость ее величины от усредненного показателя отношения толщины стенок пор к их раз­мерам (условной плотности):

Условная плотность........0,30 0.53 0,58 0,68 1,10

Прочность пористого

тела,% 72,2 76,6 79,5 83,3 89,5

Прочность пористого тела кокса увеличивается с повышением спекаемости углей, которая максимальна для углей, образующих пласти­ческую массу минимальной вязкости (наибольшей текучести), поэтому угли средних стадий химической зрелости дают кокс, характеризую­щийся максимальной прочностью пористого тела. Она также увеличи­вается при повышении скорости нагрева на стадии спекания угля.

Дата добавления: 2015-05-10