Розрахунок вугільної шихти для коксування (стр. 2 из 5)
Відбивна здатність вугілля залежить від показників переломлення світла цього вугілля N та середовища NC, в якій виробляється вимірювання. Вона описується рівнянням Френеля:
.Вимірювання виробляється відносно еталону – мінералу з відомою величиною відбивної здатності.
Величина відбивної здатності вугілля визначається по одному з петрографічних мікрокомпонентів, звичайно по вітриніту. Вона залежить від ступеню зрілості та є зовнішнім фізичним виразом комплексу складних перетворень вугілля в надрах Землі. Тому її використовують в якості параметру ступеню хімічної зрілості вугіль.
В той самий час, як показали дослідження, початі І. В. Єреміним та отримавши широкий розвиток в роботах американських, японських і європейських вчених, оцінка вугіль як сировини для коксування і навіть прогноз механічної міцності отриманого коксу можуть бути здійснені при використанні комплексу генетичних та технологічних параметрів, таких як ступінь метаморфізму (показник відображення вітриніту), петрографічний склад та спікливість (товщина пластичного шару або текучість по Гізелеру, або індекс вільного спучування ) .
Вугільна шихта – це суміш вугілля різних марок, які взяті в визначеній пропорції, для отримання коксу відповідної якості. Зараз коксують багатокомпонентні вугільні суміші.
При складанні вугільної шихти потрібно орієнтуватися на отримання коксу з заданими технічними характеристиками (зольністю, сірчистістю, міцністю і крупністю). Склад вугільної суміші повинен бути таким, щоб забезпечував необхідну повноту спікання, а в період переходу в пластичний стан – достатній і безпечний для кладки коксових печей тиск розпирання, який забезпечує утворення доброї структури і кусковатість коксу [1].
При складанні шихти потрібно враховувати розташування шахт, технологічну схему вуглепідготовчого цеху коксохімічного підприємства, можливості вуглеприйому та дозування вугілля, а також стану кладки коксових печей. Вміст вугілля в шихті залежить від властивостей окремих технологічних марок.
Газове вугілля, яке добувають в Донбасі, відноситься в основному до технологічної групи Г6, яка характеризується порівняно невеликою товщиною пластичною шару, великою кількістю виходу летких речовин і підвищеною пластометричною усадкою. Газове вугілля Г16 відрізняється від Г6 кращою спікливістю і більшою товщиною пластичного шару. Тому кокс в утворенні якого бере участь вугілля марки Г16 отримують більш міцніший ніж з участю вугілля Г6.
При самостійному коксуванні слабоспікливе газове вугілля не дає шматкового коксу. Газове вугілля середньої спікливості утворює порівняно мілкий кокс з невисокою механічною міцністю, а газове вугілля підвищеної спікливості – добре проплавлений легко подрібнюваний кокс. Кокс із газового вугілля має велику реакційну здатність.
Присутність газового вугілля в шихті підвищує кінцеву усадку коксового пирога і сприяє легкій видачі його із коксової камери, а також сприяє збільшенню виходу газу і хімічних продуктів і забезпечує найбільш високий коефіцієнт десульфації в процесі коксування. При підвищеному вмістові газового вугілля в шихті вихід коксу зменшується.
Жирне вугілля технологічної групи Ж21 є головним компонентом шихти. Його присутність в шихті забезпечує її високу спікливість і добру міцність коксу. Жирне вугілля має у = 25-35мм і добре коксується, але при підвищеному його вмісті в шихті кокс отримують тріщинуватий і дрібний.
Вугілля групи Ж13 по властивостям наближене до газового вугілля. Воно знижує поперечну тріщинуватість коксу, але при надлишковому вмісті в шихті сприяє збільшенню повздовжньої тріщинуватості.
При самостійному коксуванні вугілля марки Ж21 утворює добре проплавлений кокс невисокої міцності, вугілля групи Ж13 – мілкий, тріщинуватий, неміцний кокс. Жирне вугілля дає високий вихід смоли, бензолу, газу.
Коксове вугілля в шихті додає коксу високу механічну міцності і однорідну шматкуватість. Деяке вугілля марки К при коксуванні розвиває значний тиск розпирання, який небезпечний для цілісності коксових печей.
При самостійному коксуванні коксове вугілля дає великий рівномірний по шматковатості кокс високої міцності з незначною кількістю тріщин.
Пісне спікливе вугілля робить шихту пісною і зменшує її усадку. В результаті зменшується тріщинуватість коксу, а крупність підвищується. Вугілля марки ПС з малим пластичним шаром, збільшує стирання коксу – кокс стає більш засміченим і нерівномірним по шматковатості.
Вугілля марки ПС дає малий вихід газів і хімічних продуктів. Слід враховувати, що деяке вугілля групи ПС6 при коксуванні розвиває великий тиск розпирання.
При складанні шихти потрібно враховувати наступні положення:
1) вугільна суміш при нагріванні повинна мати оптимальну спікливість;
2) при складанні шихти для отримання міцного коксу потрібно розглядати сумісність вугілля при термічної деструкції, як по температурним межам пластичності, так і по хімічним властивостям;
3) збільшення долі газового вугілля потребує диференціації шихт, виключаючи в них великої кількості слабоспікливого газового вугілля і пісного спікливого. Шихта з високим вмістом газового вугілля повинна включати значну кількість коксового і близьку до нього жирного вугілля.
Промислова шихта складається з урахуванням і інших показників: зольність, збагаченість, сірчистість, вихід летких і хімічних продуктів коксування, можливість легкої видачі коксу із коксових камер.
Розглянемо вплив складу шихти і властивостей шихти на якість коксу.
Підготовлена до коксування шихта повинна мати такі властивості, які дозволяють отримати із неї кокс, який відповідає вимогам споживача.
Основним споживачем коксу є доменне виробництво. Вимоги до якості коксу дуже різноманітні, так як він виконує ряд важливих функцій – являється паливом, твердим відновником і матеріалом для отримання газоподібного відновника, розрихлювачем стовпа шихтових матеріалів, забезпечуючи його газопроникність, дренажним шаром для рідких продуктів плавки.
Крупність коксу характеризується або гранулометричним (ситовим) складом або середнім розміром шматків коксу. Найбільш правильним і технічно обумовлений потрібно враховувати використання коксу в доменному виробництві з розміром шматків 20-60 мм.
Зі збільшенням долі газового вугілля в шихті, ростом швидкості і кінцевої температури коксування вміст великих шматків зменшуються. При тонкому подрібненні шихти підвищується шматкова рівномірність коксу, а саме зменшується вміст шматків > 80 мм і збільшується вміст середніх шматків (40-80 мм).
Міцність коксу визначається його здатністю протистояти механічним подрібнювальним зусиллям. Міцність коксу залежить від ряду технологічних факторів: спікливість і коксуємість шихти, технології приготування, рівномірність прогріву всієї вугільної маси по довжині і висоті коксової камери, кінцевої температури коксування і ступені готовності коксу.
Для отримання міцного коксу вугільна шихта повинна мати оптимальну спікливість. При не достатній спікливості шихти (пісна шихта) процес коксоутворення має поверхневий характер, зерна, які не спікаються ослаблюють структуру речовини коксу і являються додатковими джерелами утворення тріщин і підвищення подрібнення коксу. При підвищенні спікливості (жирна шихта) структура речовини коксу буде менш міцною і його руйнування буде супроводжуватись утворенням великої кількості дрібних класів. В цьому випадку в шматках коксу виникає велика кількість поперечних тріщин, що призводить до підвищеної подрібненості. Збільшення долі малометаморфізованого газового дає додаткові повздовжні тріщини, і це також знижує міцність коксу. Покращення коксуємості шихти призводить до збільшення міцності коксу.
Переподрібнення шихти зменшує її спікливість і знижується густина насипної маси, що збільшує пористість коксу. Міцність коксу при цьому зменшується.
Реакційна здатність коксу зменшується при збільшенні долі жирного і коксового вугілля в шихті, і збільшується при збільшенні газового і пісного спікливого.
Дуже суттєвий для визначення якості шихти є технічний аналіз вугілля, адже показники такі як: зола, сірка, вихід летких речовин і волога є визначальними критеріями якості коксу.
Зола – це негорюча частина вугілля, яка складається з мінеральних речовин, які входять до складу палива. Вугілля в більшій чи меншій ступені в своїй структурі містить включення мінеральних домішок, які не залежать від ступені метаморфізму, а зумовлені умовами добування і їх утворенням в процесі вуглефікації.
Зола вугілля має приблизно наступний склад, %: 36-40 SiO2, 22-27 Al2O3, 22-30 Fe2O3, 3-7 CaO, 1-2 MgO. Маса золи зазвичай менша ніж маса мінеральних домішок до спалювання (в основному в результаті виділення СО2) Зола є баластом при транспортуванні вугілля. Також вона негативно впливає на якість доменного коксу. Вугілля з високою зольністю має низьку теплоту згорання. Якість коксу із них погіршується – знижується міцність, зменшується вміст вуглецю. При підвищенні зольності на 1% витрати вапняку в доменному процесі зростають на 2,5 %, а використання коксу збільшується на 1,5-2,5 %. Все це знижує продуктивність доменної печі на 2,0-2,5 %.
Для отримання шихти з визначеною і постійною зольністю використовують методи збагачення і усереднення. Для зниження зольності потрібне глибоке збагачення.
Сірчистість вугілля. Вміст сірки в рядовому вугіллі коливається в великих межах – від 0,4-8,0 %. При коксуванні майже вся сірка залишається в коксі. У випадку попадання її в сталь вона утворює сірчане залізо у вигляді різних включень, надаючи металам червоної ламкості – властивість руйнуватися при обробці в нагрітому стані. При плавленні чавуну сірку переводять в шлак, збільшуючи використання флюсів.