Качество кокса

В доменном процессе кокс выполняет ряд функций, обеспечивающих при определенном его расходе нормальный ход плавки.

Прежде всего, он является источником тепла, необходимого для протекания эндотермических реакций восстановления окислов, подогрева шихты и восстановительных газов до температур, обеспечивающих надлежащую скорость протекания реакций, а также плавления и перегрева жидких продуктов плавки и доведения их до необходимой жидкотекучести, позволяющей удалять их из горна печи. Он также обеспечивает достижение нужной степени перехода серы из чугуна в шлак.

Кокс обеспечивает требуемое количество оксида углерода для проведения процессов восстановления, а также является поставщиком углерода для науглероживания металла и восстановления трудновосстановимых оксидов.

Выполняет роль разрыхлителя шихты в зонах, где плавильные материалы еще находятся в твердом и пластичном состоянии, обеспечивает достаточную газопроницаемость столба шихты, предотвращает слипание железорудных материалов и играет важную роль в распределении шихтовых железорудных материалов по горизонтальному и вертикальному сечениям пространства печи.

Обеспечивает формирование гарниссажа, заменяющего огнеупорную кладку по мере ее выгорания, а также выполняет функцию насадки, которая вызывает в нижних зонах печи перегрев и дренаж жидких продуктов плавки при наличии мощного встречного газового потока.

Каждая из перечисленных функций кокса важна и нескомпенсирована. Нарушение любой из них может привести к расстройству процесса.

С учетом этих функций, к качеству кокса предъявляются весьма жесткие требования.

Ниже приведен технический анализ каменноугольного кокса некоторых промышленных районов мира, % (на сухую массу):

Таблица 3.1 – Технический анализ кокса некоторых промышленных районов мира, %

Влажность готового кокса, зависящая от режима тушения, не превышает 5%. Минимальную влажность (0,1-0,5%) получают при сухом тушении кокса (охлаждение азотом).

Зольность кокса оказывает влияние на выход доменного шлака и прочность кокса. Считается, что каждый 1 % увеличения зольности приводит к снижению производительности доменных печей на 1-2% и повышению удельного расхода кокса на 1,2-2,0%.

При коксовании приблизительно половина серы, находящейся в угле в составе пирита, уходит с коксовым газом главным образом в составе сероводорода. Сульфатная сера переходит частично в троилит (Fe_хS). Часть сульфидной серы вымывается водой при тушении готового кокса. В среднем содержание серы в коксе на 18-20% меньше, чем в угольной шихте. Исследования минералогического состава донецкого кокса позволили установить, что 17,9-22% серы кокса входит в состав сульфидов, 1,6-7,3% – в состав сульфатов, 71,3-76,7% – в структуру собственно угольного вещества (органическая сера).

Высокое содержание серы в коксе приводит к необходимости работы с высокоосновными вязкими шлаками и к ухудшению хода доменных печей с соответствующим снижением технико-экономических показателей планки. Считается, что при увеличении содержания серы в коксе на 0,1% удельный расход кокса в среднем возрастает на 1-1,4%.

Содержание остаточных летучих веществ в коксе зависит от температуры и продолжительности коксования. По общепринятым техническим условиям, содержание летучих в коксе не должно превышать 1,5%.

Одной из наиболее важных характеристик кокса является содержание в нем 83-88% нелетучего углерода (в расчете на рабочее топливо).

К физико-химическим характеристикам кокса относятся его горючесть и реакционная способность.

Горючесть кокса определяется скоростью взаимодействия его вещества с кислородом. До сих пор не существует единой точки зрения по вопросу о влиянии горючести кокса на показатели доменной плавки. Современные представления о влиянии величины окислительных зон перед фурмами доменной печи на совершенство хода в большой мере согласуются со взглядами Банзена. Согласно этим представлениям, снижение горючести кокса увеличивает размер окислительных зон, облегчая опускание шихты в печи.

Реакционная способность кокса определяется величиной константы скорости его взаимодействия с диоксидом углерода при 1100 °С. Понижение реакционной способности кокса во всех случаях приводило к снижению удельного расхода кокса и повышению производительности печей.

По внешнему виду качественный кокс отличается столбчатой структурой, серебристым блеском поверхности куска; такой кокс не пачкает рук. Прочность кокса по ГОСТ 8929-65 определяется путем обработки пробы кокса (50 кг, фракции >60 мм) во вращающемся глухом барабане (диаметр 1 м, длина 1 м, скорость вращения 25 об/мин, время обработки 4 мин). Внутри барабана к рабочей поверхности приварены четыре уголка, усиливающие разрушение кусков кокса при вращении барабана. Показателями прочности кокса являются выходы фракций >25 мм (М25) и <10 мм (М10) после барабанного испытания.

Помимо этих простых показателей прочности, в разное время были созданы комплексные, учитывающие выход различных фракций кокса после барабанного испытания. Так, показатель П. Ильзедер (ФРГ) связывает выход (О) фракции >60 мм перед барабанным испытанием с выходами А и С фракций соответственно >60 и <40 мм после испытания, %: П = (А∙100/D) – С.

Значительное распространение получил также показатель прочности Графа (ФРГ): К= АD [100 (α + 0,75S)]. В эту формулу, помимо уже упоминавшихся выходов фракций А и D), входят выходы фракций 10 мм (α) и 20–40 мм (S) после барабанного испытания. Установлена отчетливая связь между величиной показателя Графа и совершенством хода доменных печей.

По пористости (45–55%) кокс занимает промежуточное положение между плотным каменным (1–10%) и древесным (75–85%) углями. Насыпная масса кокса около к 450 кг/м³.

С начала 80-х годов широкое применение во многих странах нашел разработанный в 70-х годах на фирме «Nippon Steel Corporation» метод испытаний горячей прочности кокса (показатель CSR) и его реакционной способности (показатель CRI). Метод принят в качестве стандартного в США (ASTM D-5341) и в настоящее время применяется на ряде металлургических кампаний России (ОАО «НЛМК», ОАО «Северсталь» и др.) Для испытаний по специальной методике отбирается представительная проба сухого кокса массой 200 г крупностью 19-22 мм, которая сначала подвергается высокотемпературной обработке в потоке СО₂, затем охлаждается азотом, после чего пробу вращают в вертикальном цилиндрическом барабане со скоростью 20 оборотов в минуту в течение 30 мин. Потеря массы кокса (%) в результате реакции газификации является показателем реакционной способности (CRI), а выход фракции >9,5 мм после барабанных испытаний (%) является показателем горячей прочности (CSR).

Качество кокса во многом влияет на ход доменных печей. Прочный пористый кокс разрыхляет мелкую шихту, улучшая и газопроницаемость. Слабый в механическом отношении кокс создает угрозу замусоривания горна коксовой пылью, ухудшает сход шихты, снижается ее газопроницаемость. Химический состав и влажность кокса, показатели прочности кокса используются при управлении ходом доменных печей.

Поиск по сайту: