Основным топливом доменной плавки является каменноугольный кокс, который представляет собой твердую, пористую спекшуюся массу, оставшуюся после удаления из каменного угля летучих веществ в результате прокаливания его при высокой температуре без доступа воздуха. Доменный кокс должен быть чистым по сере и фосфору, содержать минимальное количество золы и обладать высокой прочностью и сопротивление^ истиранию.
Производство кокса
Шихтой для производства кокса служат различные сорта каменного угля: коксовые, жирные, тощие, газовые. Основу шихты составляет коксующийся уголь. В настоящее время в мире испы – тывается острый недостаток коксующихся углей. Стараются подобрать шихту для получения кокса таким образом, чтобы иметь в ией минимальное количество этого дефицитного угля. До последнего времени металлургические заводы СССР снабжались коксующимися углями Донбасса, Кузбасса, Караганды, Печоры. Богатейшие залежки коксующихся углей открыты в нашей стране в Якутии — месторождения Нюренгри, куда проложена одна из линий БАМа. Перед коксованием уголь измельчают и обогащают. Из него стремятся удалить минеральную породу — это позволяет понизить содержание золы в коксе. Шихту увлажняют и направляют в коксовые печи.
При нагревании без доступа воздуха мелкие угольные частички переходят в пластическое состояние и размягчаются. Пластическая масса обволакивает твердые зерна некоксующегося угля. При температуре. >450 0C в сплошной склеивающейся массе начинается процесс разложения угля иа составные части. Выделяются углеводородные соединения, аммиак, другие органические соединения.
Выделяющиеся газообразные вещества вспучивают размягченную массу угля, образуют в ней многочисленные поры. По Mepg – протекания процесса сухой перегонки масса все более обогащается углеродом, теряет пластичность и при 600—650 0C переходит в состояние полукокса. При 1000°С образуется кокс. Кокс получают в камерных печах, объединенных в коксовые батареи, производительностью до 1 млн. т кокса в год. Батарея может иметь до 80 камер коксования. Стенки камер футеруют огнеупорным динасовым кирпичом. Объем камеры составляет до 42 м3, что позволяет получать в ней sa один прием до 20 т кокса. Камера имеет форму спичечного коробка с размерами: ширина 0,5, высота 5 и длина 15 м. В потолке
/
Камеры устроены люки для загрузки шихты. Спереди и сзади камера закрыта диерцами, которые открываются специальными устройствами.
Коксовые печи отапливаются доменным и коксовым газом, сжигаемым в простенках между камерами — вертикалах (рис. I). Тепло,, выделяемое при сгорании газа, отдается кирпичной кладке стен и идет иа нагрев угольной массы. Для обеспечения процесса коксб-
Рис. 1. Разрез коксовой батареи:
1 — подача воздуха; 2 — подача газа; 3 — вертикальные отопительные каналы; 4 — камеры коксования; 5 — борова для продуктов горения; 6 — отвод газообразных продуктов коксования; 7 — регенераторы
Вания температура внутри камеры должна быть не ниже. LlOOeG, а в вертикалах 1400 °С. Ёысокий нагрев достигается благодаря применению подогретого воздуха. Нагрев воздуха производится* в регенераторах, расположенных под коксовыми печами и представляющих собой’ устройства, в которых аккумулируется тепло отходящих газов. Продукты сжигания газа из вертикала поступают в камеру регенератора, футерованную огнеупорным кирпичом наподобие пчелиных сот. Через решетчатую насадку в регенераторе проходят раскаленные печные газы. Насадка разогревается до высокой температуры, а продукты сгорания охлаждаются. По достижении определенной температуры кладки закрывают поступление горячего дыма и в регенератор направляют холодный воздух.
19
Воздух, проходя через регенератор, нагревается, а огнеупорная кладка охлаждается. Дым в это время направляют в другой реге-
Нератор. Затем производят смеиу направления потоков газа и воздуха. Принцип регенерации тепла для подогрева воздуха и возвращения тепла назад в металлургический агрегат широко используется в металлургии.
Образование коксового пирога продолжается 14—16 ч. За это. время угольная масса проходит постепенно все стадии коксования. Процесс идет от наружной стенки камеры к ее центру. Сначала прогревается уголь, расположенный около стенок камеры, ои быстро спекается и превращается в кокс. Средние слои гоихты превращаются ITkokc значительно позднее. Только через 8—9 ч размягчение и коксование угля, начавшиеся у стеиок камеры, достигают середины угольного слоя. Поскольку процесс коксования направлен к центру с двух сторон — от стенок, то примерно по осевой лиияи происходит разрывание коксового пирога по смоляной линии —• шву. Кроме образования вертикальной центральной трещины в результате выделения газов, коксовый пирог разрывается рядом горизонтальных трещин. Он претерпевает значительную усадку, отходит от стеиок.
Для выгрузки кокса камеру отключают от трубопровода, в который уходят газообразные продукты коксования. Открываются с обеих сторон дверцы. С передней стороны по рельсам подкатывается коксовыталкиватель. Горизонтальная штаига коксовыталкивателя вводит в камеру башмак и, постепенно вдвигая его внутрь, выдавливает коксовый пирог из печи в вагон для тушения и сбора кокса. При выталкивании в вагон коксовый пирог разламывается по смоляному шву иа две половины и рассыпается на более мелкие куски. Вагой с горячим коксом направляется в башню для тушения, где горячий кокс интенсивно охлаждается струями воды.
В настоящее время получает распространение более экономичный способ тушения кокса азотом — сухое тушение, которое позволяет аккумулировать теплоту кокса и получать кокс более высокого качества. Нагретые газы используют для получения пара и электроэнергии. Другими методами повышения производительности коксовых печей являются брикетирование угольной шихты перед коксованием в куски размером с грецкий орех, а также трамбование шихты, загруженной в коксовую камеру и предварительный подогрев шихты.
Подогрев шихты осуществляется горячим азотом, который нагревается при сухом тушении кокса до 1000— IlOO0C. После того, как азот проходит котел-утилизатор, его температура снижается до 400 0C и он направляется в реторты для нагрева угольной шихты. Холодный азот вновь используется для тушения кокса. Подогрев угольной шихты осуществляется в реакторах кипящего слоя, во взвешенном состоянии. Длительность такого подогрева 3—5 мин. Далее шихта пневмотранспортом при помощи того же азота направляется в коксовые печи для загрузки. Сама загрузка значительно упрощается и облегчается.
Кокс. Куски кокса имеют правильную форму и максимальный размер, не превышающий половины ширины камеры коксования. Цвет кокса — светло-серый или слегка серебристый. Хороший кокс не пачкает рук, при ударе куска о твердую поверхность издается легкий звон. Куски кокса пористые, с трещинами на поверхности. Кокс плотнее и прочнее древесного угля. Для оценки качества кокса принимают во внимание различные его свойства. Содержание золы в коксе должно быть минимальным. Зола является не только балластом, уменьшающим содержание углерода в коксе, но требует добавочного расхода известняка для ошлакования и дополнительного расхода тепла для расплавления шлака. Зола снижает прочность кокса. Среднее содержание золы в коксе 8— 12 %. Обычно кокс содержит 0,5—2,0 % S. Повышенное содержание серы нежелательно: использование сернистого кокса в доменной плавке требует повышенного расхода флюса для снижения количества серы в чугуне до заданного, что уменьшает производительность доменной печи. Так, при повышении содержания серы в коксе на 0,1 % расход кокса в доменной печи возрастает на 10— 15 кг/т чугуна, а производительность печи уменьшается на 2,0 %. Содержание фосфора в коксе обычно не превышает 0,05%, влаги 2—6%, летучих 0,9—1,25% .
Основными физико-химическими свойствами кокса являются: 1) реакционная способность взаимодействия с СОг с образованием СО, которая необходима для восстановления оксидов железа; 2) горючесть, т. е. скорость сгорания; 3) температура воспламенения (600—700°С). Большое значение имеют физико-механические свойства кокса: механическая прочность, сопротивляемость дроб – .лению и истиранию.
Большое значение имеет гранулометрический состав кокса. Весь полученный в коксовых печах кокс рассеивается после тушения на три фракции: мелочь размером 25 мм. По пути в доменный цех происходит дополнительное измельчение кокса, поэтому перед загрузкой в подъемник доменной печи кокс снова проходит грохочение с целью отсева фракции