автореферат диссертации по металлургии, 05.16.08, диссертация на тему:Обоснование конструктивных параметров и режимов загрузки наклонных коксовых агрегатов

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ • Г о .1 УНИВЕРСИТЕТ

2 1 М1Р да

На правах рукописи

КУТНЯШЕНКО Игорь Викторович

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ ЗАГРУЗКИ НАКЛОННЫХ КОКСОВЫХ АГРЕГАТОВ

Специальность: 05.16.08 - Машины и агрегаты

металлургического производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк - 1997

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете (ДонГТУ).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Ларфенюк Александр Сергеевич.

Официаль ныё~отпенентьц^_^ доктор технических наук, профессор~Биро кандидат технических наук Чуищев Виктор

рии Васильевич, Михайлович.

Ведущая организация: Украинский государственный научно-исследовательский углехшический институт Министерства промышленности г. Харьков.

Защита состоится "_££_" 1997 года в ^2

часов минут в ауд. 6.308 на заседании специализированного

совета Д 06.04.05 Донецкого государственного технического университета по адресу: 340000 г. Донецк, ул. Артема, 58, ДонГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого государственного технического университета (340000 г. Донецк, ул. Артема, 58, ДонГТУ, 2 уч. корпус).

Автореферат разослан " 1997 года.

Ученый секретарь ^¿г'

специализированного ученого совета — Пироженко Н.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время и в обозримом будущем же будет оставаться основным энергоносителем и восстановителем металлургической промышленности. Существующей технологии юизводства кокса в горизонтальных камерных печах присущ многие достатки: низкая зкологичность и экономическая эффективность, шмие существенных потерь тепла и сырья, значительные затраты очного труда при эксплуатации и ремонте коксовых батарей. :транить эти недостатки без принципиального изменения технологии iвозможно. Поэтому создание новых способов, агрегатов и панического оборудования для производства кокса является стуальной проблемой.

ДонГТУ разработана технология и оборудование, позволяющее поучать кокс из слабоспекащихся углей в наклонных коксовых агре-1тах непрерывного действия с предварительным прессованием шихты IBA). Особенностью процесса является совмещение всех стадий про-?водства кокса в едином агрегате, что дает возможность полной зтоматизации процесса и снижает потери тепла и сырья. Технология :ключает газопылевыэ выбросы в атмосферу и дает возможность пе-фабатывать любые твердые углеродсодержащие материалы.

Для разработки эксплуатационных режимов и конструктивного [юрмдения данной технологии необходимо знание закономерностей зменения физико-механических свойств перерабатываемых материалов температурном поле и механики их взаимодействия с рабочими звэрхностяыи агрегата.

Связь теш диссертации с планом основных работ института.

Базой для подготовки диссертационной работы явились НИР, вы-злненные кафедрой МАХП ДонГТУ в соответствии с планом работ и шравленные на разработку новой экологически чистой технологии юизводства кокса и исследование физико-механических характерис-1к углешихтовых материалов (номера госрегистрации 01880007998, ¡910043363, 0393U011483). Роль автора: разработка прибора и ме-зда определения спекаемости углей и измерения адгезионных харак-фистик, проведение экспериментальных исследований, разработка зоекта экспериментальной батареи наклонных блочных агрегатов.

Цель работы. Получение исходных зависимостей для зоектирования механизмов узла загрузки и разработка рекомендаций з Еыбору основных конструктивны:', элементов НЕА.

Идея работы заключается в использовании трибомеханических шектов взаимодействия коксуемой массы с подом камеры коксования

при обосновании конструктивных параметров и режимов загрузки наклонных коксовых агрегатов непрерывного действия.

Методы исследования. В работе использованы методы физического и математического моделирования процесса загрузки-выгрузки коксо-еой печи непрерывного действия. Проведены комплексныее исследования по определению прочностных и трибомеханических характеристик конструкционных и перерабатываемых материалов.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна

^впервые——полученные закономерности трибомеханического взаимодействия спрессованной угольной—шихты__с_огнеупорными и конструкционными материалами; ----

- впервые полученные аналитические зависимости для усилий адгезионного взаимодействия коксуемой массы с учетом различных режимов загрузки-выгрузки коксовых агрегатов непрерывного действия;

- теоретическое обоснование интервалов между проталкиваниями углешихговых блоков и конструктивных параметров наклонных коксовых агрегатов.

-Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы обеспечивается применением фундаментальных, общепризнанных научных положений: теории разрушения хрупких и пластичных тел; принципов теоретической теплофизики; теории слоевого коксования, а также современных методов математической обработки экспериментальных данных. Результаты исследований имеют высокую степень сходимости практическими для опытно-промышленной установки непрерывного коксования АЕдеевского КХЗ и объясняют причины тугого хода и бурения, наблюдавшиеся при ее эксплуатации.

Научное значение работы заключается в использовании впервые установленных закономерностей трибомеханического взаимодействия коксуемой массы с конструкционными и огнеупорными материалами при разработке математического описания процесса загрузки-выгрузки наклонных коксовых агрегатов непрерывного действия.

Практическое значение работы. Предложенная математическая модель процесса загрузки-выгрузки камеры коксования может быть использована при разработке тепловых агрегатов для переработки различных углеродистых материалов с целью определения рациональных конструктивных и технологических параметров.

Разработанный прибор и методика определения адгезионных и

прочностных характеристик углеродистых материалов при их нагревании позволяют получать данные, необходимые для численного расчета процесса загрузки-выгрузки коксовых печей различных конструкций, а таете могут быть использованы для исследования других процессов, связаных с термической переработкой углеродистых материалов.

Предложенные технические решения конструкции наклонного пода способствуют снижению усилий сопротивления продвижения пирога при загрузке-выгрузке и могут быть использованы при сооружении различных промышленных агрегатов, в которых осуществляется продвижение перерабатываемого материала по поду.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Конструктивные и технологические параметры наклонных коксовых агрегатов, полученные в результате исследования процесса загрузки-выгрузки на математической модели использованы в рабочем проекте экспериментальной батареи, разработанном ДонГГУ для Стахановского КХЗ.

Прибор для определения адгезионных и прочностных характеристик защищен авторским свидетельством и используется в ЦЗД Мариупольского КХЗ для определения характеристик поступающих на завод углей, а также на кафедрах МАХП и ХТТ ДонГТУ для термо-механических испытаний углей, шихт и других углеродистых материалов.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на областной научно-технической конференции "Химия, химическая технология, химическое машиностроение" (г.Днепропетровск, 1991г.), V всесоюзной научной конференции "Механика сыпучих материалов" (г. Одесса, 1991г.), научно-технической конференции ДЛИ по завершенным научно-исследовательским работал (г.Донецк, 1991г.), технических советах Стахановского, Авдеевского, и Мариупольского коксохимических заводов в 1991 - 98 гг.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 7 печатных трудах, 4 авторских свидетельствах и патентах.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 136 наименования, 13 приложений, содержит 20 рисунков, 2 таблицы. Общий объем работы - 189 страниц.

Автор выражает глубокую признательность к.т.н. В.Н.Ткаченко за консультативную помощь при выполнении работы.

СОДЕРЖАЩЕЕ РАБОТЫ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Наклонный коксовый агрегат непрерывного действия (рис.1) включает загрузочный бункер 1, прессующе-проталкивающее устройство 2, камеру коксования 3, камеру разгрузки 4 и комплекс тушёншТЭкса:—---

Основным узлом агрегатаГявляетсг~накавйнаяи^шератотеования. Процесс загрузки-выгрузки камеры коксования существензюотлйчзет--ся от аналогичного процесса при традиционной технологии коксования в горизонтальных камерных печах периодического действия и заключается в вытеснении коксового пирога спрессованными углеших-товыми блоками. Обеспечение стабильности загрузки-выгрузки является наименее изученным и необходимы.! условием для стабильной работы всего агрегата. В процессе загрузки-выгрузки происходит изменение прочностных и трибоыеханических характеристик углешихто-вых блоков в следствие их термической деструкции.

В работа;''. Непомнящего И.Л., Скляра М.Г., Карпова A.B., Чамова A.B., Парфенюка A.C., Веретельника С.П. и др. рассмотрены вопросы выбора конструкции и режимов работы горизонтальных и вертикальных камерных печей непрерывного действия с учетом сил взаимодействия коксуемой массы с материалом кладки, а таете определены особенности - прочностного состояния шихтококсоеого пирога. Установлено, что проталкивание необходимо осуществлять в момент времени, когда шкхтококсовый пирог обладает достаточной прочностью и обеспечивать продвижение пирога при отсутствии взаимодействия с обогревательными простенками камеры коксования.

Принятые в этих работа:»: допущения о постоянстве сил сопротивления продвижению шхгокаксового пирога нуждаются в уточнении, поскольку их характер определяется не только силами трения, но и адгезионным взаимодействием коксуемой массы, находящейся на различных стадиях термической переработки, с греющими поверхностями.

Постановка задачи включает:

- разработку математической модели загрузки-выгрузки коксовой печи непрерывного действия с учетом трибомеханики процесса;

- теоретическое и экспериментальное исследование

Рис.1. Наклонный коксовый агрегат (разрез по камере коксования):

1 - загрузочный бункер; 2 ■ пресеующе-проталкивающее устройство; 3 - камера коксования; 4 - камера разгрузки

Рис. 2. К индексации блокоз

Рсопн

811

Рис.3. К анализу напряженного состояния блока вблизи пода:

- усилие на Иый блок со стороны прессующе-проталкивающего устройства;

- нормальная составляющая реакции пода;

б^-сила тяжести;

РсОЛ!>|- сила трибомеханического взаимодействия ¡•того блока с подом камеры;

- проекция силы тяжести на плоскость пода

закономерностей изменения прочностных и трибомеханических характеристик коксуемой массы в тепловом иоле;

- разработку методики и прибора для определения прочностных и адгезионных характеристик углешихтовых материалов в тепловом поле;

- экспериментальное определение напряжений адгезионного отрьта угольной шихты от различных конструкционных материалов при

"разлиШж^ремеш1_нагрева_образцов;

- обоснование конструктивных параметроЕ__и_режимов загрузки наклонных коксовых агрегатов на основании исследования прои с помощью математической модели.

Глава 2. АНАЖЗ ИНФОРМАЦИИ О ЖЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ УГЛЕШИХТОЕЫХ МАТЕРИАЛОВ

Процесс коксования в наклонных блочных агрегатах является слоевым. Изменение толщин слоев полукокса-кокса, пластической массы и уплотненной шихты начинается с момента начала загрузки камеры коксования спрессованными углешихтовыми блоками.

Анализ литературных данных свидетельствует, что температурные границы фазовых переходов от шихты к пластической массе и от пластической массы к полукоксу-коксу для различных углей и шихт отличаются весьма существенно, а прочностные характеристики различных перерабатываемых материалов при одинаковых фазовых состояниях не одинаковы. Поэтому для обоснования параметров процесса по переработке конкретных углеродистых материалов необходимо проводить комплексные исследования их прочностных и трибомеханических характеристик.

Применяемые в настоящее время в коксохимии методы исследования физико-механических свойств коксуемой массы (пластометрический метод Л.М.Сапошшкова, определение прочности на сдвиг по методу Н.Р.Кушнеревича, метод Н.С.Грязнова испытания на сжатие и разрыв образцов кокса, копровый метод определения прочности в малых навесках К.И.Сыекова, определение когезионной способности термодеструктируемых угольных зерен способом их прикоксовывания к нагретому стальному стержню по методу Ю.В.Бирюкова и др.) не могут быть использованы для исследования прочностных и трибомеханических свойсте перерабатываемого материала, влияющих на процесс загрузки-выгрузки наклонных

коксовых агрегатов из-за его технологических особенностей, заключающихся в многократном приложении усилий при проталкивании.

Определить изменяющиеся в процессе загрузки-выгрузки параметры трибомеханического взаимодействия углеродистого материала с нагретым подом камеры коксования возможно только путем физического моделирования __ процесса адгезионного взаимодействия в тепловом поле.

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ЗАГРУЗКИ-ВЫГРУЗКИ НАКЛОННЫХ КОКСОВЫХ АГРЕГАТОВ

Основное условие, гарантирующее процесс загрузки-выгрузки, осуществляемого посредством вытеснения коксового пирога из камеры коксования спрессованными углешихтовыми блоками, получено на основе результатов работ А.С.Парфенюка и С.П.Веретельника и заключается в сохранении прочности шихтококсового пирога в любом его сечении в течение всего процесса:

где Р - усилие проталкивания пирога; Реопр - общее усилие сопротивления продвижению шихтококсового пирога в камере коксования, обусловленное трибомеханическим взаимодействием; <3суМ1 - действующее удельное давление в любом 1-том сечении проталкиваемого пирога; ЕСЬ] - предельное удельное давление в 1-том сечении пирога.

В этих работах установлено, что предельное удельное давление в ¿-том сечении зависит от предельных напряжений каждого из несущих слоев и соотношения юс толщин. Приняв напряженное состояние пирога, как элемента слоистой структуры и зная предельные напряжения для спрессованной шихты [бш3 и полукокса-кокса Шк], предельное удельное давление в ¿-том сечении определяется по формуле:

(1)

| Осуш < ЕСЦЗ .

СЧхЗ = (ГбкЗ-2-Вш)/В + (СбшЗ •В-г-(5к1+5ш))/В ,

(2)

где 5К1 и Зщ - толщины слоев полукокса-кокса и пластической

массы соответственно, определяемые по результатам решения температурной задачи коксования с учетом температурных границ структурного перехода шихта - пластическая масса - полукокс-кокс.

Загрузка камеры осуществляется спрессованными блоками, принято допущение, позволяющее рассматривать каждый спересованный блок как элемент с постоянными по длине прочностными и " адг^ишньшил^ойствами(рис. 2).

Спрессованному углёшхтовШу—блоку—щшсвщм__индекс i, а порции коксового пирога, равной по длине углешихтовому~7ШжзР^гг Общее количество блоков в камере n = к + ш, где к - число i-тых блоков в камере коксования (1 < i < k); m - число находящихся в камере j-тых блоков (1 < j < т или 1 < j < n-k).

Усилие проталкивания всего шихтококсового пирога определяется как суша усилий, необходимых для проталкивания каждого блока:

к п-к

Р = L Pj + L Pj .

i-1 3-1

ТриОомеханические характеристики, определяющие усилия сопротивления движению, для i-тых блоков изменяются, а для з-тых блоков приняты постоянными.

С учетом действующих на каждый блок сил (рис.3) определяем нагрузку на любой 1-й блок со стороны прессующе-проталкивающего устройства:

k-i

P*i = 1-B'H-cosa- Е pj•(cosci-f*i - since) + 1

+ (n - k) -pj-E-H-l-cosa- (cosa>f*j - sinct) . (3)

где H, B, 1 - соответственна высота, ширина и длина блоков; pi,p: - плотности материала i-ro и j-ro блоков; f*i» коэффициенты трибомеханического взаимодействия i-ro и j-ro блоков с подом, причем

f*i = ai-S/Gi + f (4)

где aj - напряжение адгезионного отрыва блока от пода; S - площадь адгезионного взаимодействия; Gi - сила тяжести блока; f - коэффициент сухого трения.

Между шихтококсобым пирогам и обогревательными простенками существует зазор и В < что позволяет принять напряженное

состояние пирога плоским. Удельное давление, способное привести к разрушению блока, складывается из удельных давлений, возникающих от действия усилия проталкивания ЦТ1=Р*1/(В-Н) и от действия силы тяжести 0е>1=Вл/(1-В). Наибольшее суммарное удельное давление возникает у пода камеры, где на шихтококсовый блок действуют Р*1 и Э от массы всего блока, и определяется как:

QcyMi = /атЛ СЬ£ + 2-Qxi-Qei-sin л . (5)

С учетом уравнений 2, 3, 5 выражение 1 принимает вид:

Р > 1-B-H-cosa | pi-(cosa-f*i - sina) +

+ (n - k) • 1 -B-H-pj -cosoc-(cosä-f *< - sin«) , ._:_ (6)

/ ° 2

V Qn~+ Qa-i + 2-QTi-Q^i-sin a < (16K1 -2-SKi)/B +

+ (C6m3-B-2-(5Ki+Sni))/B .

Система уравнений (6) позволяет рассчитывать процесс загрузки-выгрузки с учетом изменений прочностных и трибомеханических характеристик перерабатываемого материала.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРИБШЕХАНИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ КОКСУЕМОЙ МАССЫ

Опыты по определению коэффициентов сухого трения f были проведены на приборах для сдвиговых испытаний (A.C. М 1796976 и A.C. N 954865). Для спрессованной шихты по динасокварцитовому бетону f = 0.38, для кокса - f = 0.78.

Для исследования прочностных и адгезионных характеристик разработан прибор (A.C. М 1863013). Сущность исследований на этом приборе заключается в измерении напряжений разрыва угольной шихты и адгезионного отрыва угольной шихты от образца конструкционного материала в процессе воздействия теплового поля. Возможность этих измерений обеспечивает специальная конструкция матрицы (рис.4).

На этом приборе исследованы различные шихты, ко более подробно изучено изменение прочностных и адгезионных характеристик шахты состоящей из 30% углей марки "ОС" и 70% "Г"

подеод тепла а) б>

Рис.4. Схемы матриц прибора для определения

прочностных (а) и адгезионных (0) характеристик: Рр«а - усилие разрыва образца исследуемого материала; Рст • усилив отрыва при адгезионном взаимодействии;

1 • верхняя матрица кассеты;

2 - исследуемый перерабатываемый материал;

3 - нижняя матрица кассеты;

4 - образец конструкционного материала

«ос Т^ с

Рис, 5. Изменение прочностных и адгезионных характеристик материалов в температурном поле:

-О-О-о- - изменение температуры;

---- прочность на разрыв шихты 70% Г ♦ 30% ОС;

Адгезионное взаимодействие:

1 - со сталью Ст 3; 4 - с динасокварцитовым бетоном;

2 - с серым чугуном; 5 - с шамотным бетоном;

3 • со сталью 12Х18НЮТ; 6 - с шамотным мертелем

Рис.6. Изменение адгезионных свойств конструкционных материалов в зависимости от длительности взаимодействия с коксуемо« массой:

1 • серый чутун; 2-стальСтЗ. 3-сталь 12X1 вНЮТ; 4 - динзсокаарцитоаый бетон; 5 > шамотный бетон; б• шамотный мертель

800

10 20 30 í

Рис У. Напряжения адгезиои-юго отрыва для углеитэаых

блоков при различных интервалах между проталкиваниями

1-АТ=Э0с;2-АТ=60с; 3-АТ»120с; 4-дт»240с; 5"- дт =зоа с; е - приведенные и-В при контакте пирога о простеем (4? »30 с, Н/В«4,5)

l'l -

при температурном воздействии. Эта шихта по своим качествам близка к шихтам, применяемым при технологиях коксования с предварительным уплотнением (брикетирование, трзмбованиеХ-

Иэменение прочностных и адгезионных характеристик в зависимости от длительности пребывания в температурном поле представлены на рис.5. Экспериментально установлено, что в температурном поле 570 - 310 °С напряжения отрыва при адгезионном взаимодействии шихты с конструкционными материалами меньше, чем напряжения разрыва шихты, и наибольшие значения этих величин проявляются в интервале 200 - 800 с от начала нагрева образцов.

Результаты исследования влияния процесса науглераживания поверхности на адгезионное взаимодействие представлены на рис.6. Установлено, что для всех исследованных конструкционных материалов в тепловом поле усилие адгезионного взаимодействия с угольной шихтой в начальный период в 1,25 - 2,5 раза выше, чем после длительного взаимодействия. Это объясняется тем, что за первые 3-6 часов контакта конструкционных материалов с коксуемой массой наиболее интенсивен процесс науглераживания поверхности, приводящий к ослаблению адгезионного взаимодействия.

С целью исследования изменения напряжений адгезионного отрыва для каждого блока aj при различных интервала:«: между проталкиваниями Дх была проведена серия экспериментальных измерений усилий отрыва угольной шихты от подложки из динасокварцитового бетона через заданные промежутки времени в температурном поле (рис.7). Полученные напряжения адгезионного отрыва использованы при исследовании с помощью математической модели влияния интервалов между проталкиваниями блоков на процесс загрузки-выгрузки.

Глава 5. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАГРУЗКИ-ВЫГРУЗКИ НАКЛОННОГО КОКСОВОГО АГРЕГАТА И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Процесс продвижения шихтоксксового пирога для агрегатов промышленных размеров исследован с помощью математической модели при использовании экспериментальных результатов определения прочностных и трибомеханических характеристик перерабатываемого и конструктивных материалов. Математическая модель реализована в программе для ЭВМ и позволяет производить вычисления при варьировании всех исходных параметров.

Исследованы зависимости параметров процесса загрузки-выгрузки (усилие проталкивания пирога Р, предельные [Q±] и суммарные Осуш удельные давления, а также коэффициентом запаса C3=CQi3/QcyMi) от интервалов между проталкиваниями блоков Ах и геометрических размеров агрегата (рис.8). Процесс загрузки-выгрузки возможен при условии Са>1 для каждого из блоков на протяжении всего цикла загрузки-выгрузки.

* Установлено, что при изменении Ах от 30 до 240^^«ззффщиенш-запаса СэИ__и_ззм£Няегея—несущественноТ при Ах 240-300 с тШшодаетсярезкое снижение Cs за счет усиления адгезионного взаимодействия блоков с подом. При увеличении Ах более 300 с С3 практически не изменяется. Рекомендуемые величины Ах находятся в пределах 30-150 секунд.

Наиболее нежелательным является случай, когда при загрузке-выгрузке с рекомендуемыми Ах по каким либо причинам произойдет задержка в конце цикла на время больше чем 240-270 с. В этом случае между всеми свежезагруженными блокаж и подом возникают прочные адгезионные связи (кривая 4 рис.5). В данном случае Сэ=0,35 ([Q] меньше, чем Qcyw в 2,86 раза). При контакте пирога с обогревательным простенком Са=0,33.

При неучете адгезионной составляющей трибомеханического взаимодействия суммарные приведенные нагрузки будут занижены в 2,2 раза по сравнению с данными, полученными с ее учетом.

Установлена, что при рекомендуемых Ах прочность шихтококсово-го пирога обеспечивается при всех исследованных углах наклона пода а. Однако, при а>19° возможно неконтролируемое движение пирога, на основании чего рекомендуется а выполнять 10°-15°.

Расчетом определено, что прессующе-проталкиващее устройство для камеры коксования с а = 10°, L = 11,5 м, В = 0,45 м, Н = 2,1м дополнительно к параметрам, необходимым для прессования шихты должно обеспечивать усилие проталкивания не менее 450 кН и ход не менее 0,3 м. Механизмы загрузочного устройства должны обеспечивать заполнение камеры прессования объемом не менее 0,57 м3 шихтой, прессование и проталкивание блока за время не более 150 с.

Проверка адекватности математической модели проведена по данным опытно-промышленной установки непрерывного коксования (УНК), эксплуатировавшейся на Авдеевском КХЗ.

Установлено, что расчетные усилия проталкивания находятся в

Р,кН С3

р*- при отсутствии адгезии Р,кН С}

400 - 3 у С3 = сз = 1*Н) \ г-« р=т

300 200 - 2 / ^ УЧ, N р=т

100 __л—1—1,___С—1_1___1... . 1 1 1 1 1 ,1 -1-..1_1—1—

5 10 15 (Н), м

в)

Рис.8. Зависимость усилия проталкивания Р и коэффициента запаса С3 от конструктивных и технологических параметров: (а - от интервалов между проталкиваниями; б - от угла наклона пода; в - от длины и высоты камеры коксования).

доверительном интервале ±1,35 кН с вероятностью 81,8% для интервала 18 - 36 кН фактических эксплуатационных данных.

По результатам расчета на математической модели установлено, что при фактических интервалах между проталкиваниями 900 с коэффициент запаса не обеспечен и действующие напряжения превышают допускаемые в 1,23 раза. Это объясняет систематически возникавшие случаи тугого хода пирога и бурения камеры коксования, наблюдавшиеся при эксплуатации установки при данном режиме загрузки.

Для устранения опасного контакта пирога—с—отешиегьяыми-простенакыи при его движении разработана конструкция пода с U-образными выступами и впадинами, обеспечивающая самоцентрирование пирога (лзтент Украины N 94097048).

Такая конструкция пода обеспечивает осегую центровку пирога за счет того, что при отклонении в процессе загрузки-выгрузки пирога от оси камеры возникает поперечная составляющая силы сопротивления продвижению, направленная к оси камеры. Кроме того, во впадинах будут образовываться грэфитообразные отложения, снижающие адгезионное взаимодействие коксуемой массы с подом, что подтверждается экспериментальными данными представленными на рис.6.

Основные результаты работы по разработке конструкции и определению режимов загрузки-выгрузки коксовых печей непрерывного действия использованы в рабочем проекте экспериментальной батареи наклонны:-: блочных агрегатов из 6-ти печей промышленных размеров, выполненном ДонГТУ для Стахановского КХЗ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана математическая модель процесса загрузки-выгрузки коксовой печи непрерывного действия, учитывающая трибомеха-нику процесса и позволяющая определять работоспособность камеры коксования с различными геометрическими размерами при различных режимных параметрах и свойствах перерабатываемого материала.

2. Разработана конструкция прибора и методика определения прочностных и адгезионных характеристик материалов в температурном поле. Экспериментально определены изменяющиеся прочностные и адгезионные характеристики угольной шихты с конструкционными материалами, установлены временные интервалы возникновения максимального адгезионного взаимодействия.

3. Выявлена тенденция к снижению усилий адгезионного взаимо-

действия в процессе эксплуатации огнеупорных и конструкционных материалов в коксовых агрегатах за счет науглераживания поверхности: для конструкционной стали обыкновенного качества - в 1,25 раза, для серого чугуна, легированной стали 12Х18Н10Т и огнеупорных материалов - в 1,8 - 2,5 раза.

4. Обоснованы основные геометрические размеры камеры коксования и установлены параметры, необходимые для расчета элементов конструкции загрузочного устройства путем решения математической модели с использованием экспериментально установленных трибомеханических характеристик.

5. Определены режимные параметры процесса загрузки-выгрузки, заключающиеся в установлении временных интервалов между проталкиваниями порций спрессованной пшхты в пределах 30-150 с, нарушение которых может привести к снижению коэффициента запаса до 0,35. Установлено, что яри отклонении пирога от оси камеры Сэ=0,33.

5. Разработана и защищена патентом Украины конструкция пода, обеспечивающая самоцентровку пирога в камере коксования и стабилизирующая процесс продвижения шихтококсового пирога при загрузке-выгрузке.

Применение в промышленности представленных результатов исследования позволит осуществлять стабильную работу наклонных коксовых агрегатов и в полной мере реализовать экологические и экономические преимущества данной технологии.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Новый экспрессный метод определения спекаемости углей/ Парфенюк А.0. Дедовец И.Г. Кутняшенко И.В, и др., //Кокс и химия. 1991, N 5, с. 5-7.

2. Физические факторы надежности эксплуатации кладки коксовых печей из крупноразмерных огнеупорных блоков / Парфенюк A.C., Веретельник С.П., Кутняшенко И.В. и др. // Кокс и химия. 1992, N11. с.18-20.

3. Экспресс метод совместного определения дилатометрических характеристик сыпучих материалов при нагревании / Парфенюк A.C., Дедовец И.Г., Кутняшенко И.В. и др. //Химическое и нефтяное машиностроение. 1992, N1, с. 33-34

4. Математическая модель теплообмена в зоне прессования

агрегатов для коксования углей / Ткзченко В.Н., Парфенюк A.C., Кутняшенко И.В. и др. // Кокс и химия. 1994, N2, с.19-21.

5. Парфенюк A.C., Кутняшенко И.В., Топоров A.A. Трибоыеханические аспекты продвижения углешихтовых материалов по нагретой поверхности // Кокс и химия. 1996, N4, с.28-30.

6. Распределение температур в зоне прессования загрузки коксовых агрегатов / Парфенюк A.C., Топоров A.A., Кутняшенко И.В. и др. // Кокс и химия. 19S8, N4, с.£5-27.

7. Учет TpH6oMexaHHrai_jig^^ твердШо^йяёродйстшГштериалов в движущимся слое / Парфенюк A.C., Кутняшенко И.В., Топоров A.A.// Кокс и химия. 1996,.N12, с.23-25.

8. A.C. N 1663013 (СССР). Способ определения спекаемости углей и устройство для его осуществления. А.С.Парфенюк, И.Г.Дедовец, С.П.Веретельник, И.В.Кутняшенко и др. - Б.и., 1991, N26.

9. A.C. N 1796976 (СССР). Устройство для реологических испытаний образцов материалов. А.С.Парфеюок, С.П.Веретельник, И.В.Кутняшенко и др. - В.и., 1993, N7.

10. Патент N 94097048 Украины. МПК 5 С10В 29/00. Батарея коксовых печей / Парфенюк A.C., Кутняшенко И.В., Зборщик М.П. и др. Заявлено 26.09.94; решение о выдаче патента 08.10.96.

11. Патент N 94096939 Украины. МПК 5 С10В 31/00. Загрузочное устройство печи непрерывного коксования / Парфенюк A.C., Топоров A.A., Кутняшенко И.В. и др. Заявлено 13.09.94; решение о Еыдаче патента 21.10.96.

АНН0ТАЦ1Я

Кутняшенко I.В. "ООгрунтування конструктивных параметра та режим!в завантаження нахилених коксових агрегат1 в". Рукопис дисертацП на здобуття наукового ступеню кандидата техн!чних наук. Спец1альн1сть: 05.18.08 - Машини та агрегата металург1Иного виробництва. Захист в1дбудеться на зас1данн1 спец1ал1зовано! вченой ради Д 06.04.05 Донецького державного техн1чного ун1верситету у 1997 роц1.

1дея роботи полягае у використанн! законом1рностей тр1бомехан1чно! взаемодП вуглешихтово! маси а подом камери коксування з метою сбгрунтування конструктивних параметр1в та режим1в завантаження-розвантаження нахилених коксових агрегат1в. Для цього зд1йснен! досл1дження мШносних та адгез1йних характеристик вуглешихтових материала п1д час 1х терм1чно1 переробки. Набут1 вих1дн1 залежноет1 для проектування механ1зм1в вузла эавантаження та разроблен1 рекомендаци по вибору основних конструктивних та режимних параметр!в нахилених коксових агрегат1в.

Ключов1 слова: коксування, нахилен! коксов1 агрегати, вуглешихтовий пир!г, адгез1йна взаемод1я, тр!бомехан1ка, режим завантаження.

ABSTRACT

Kutniashenko I.V. "Substantiation of design data and loading modes of sloping coke units". The manuscript of the dissertation on a scientific degree conferment of a candidate of sciences. A speciality: 05.16.08 - Machine and units Metallurgical production. The protection is held on a session of specialized scientific council D 06.04.05 Donetsk State technical university in April 1997.

The idea of work consists in use of laws of tribomechanical interaction of coking mass with a battom of the coking chamber for a substantiation of design data and loading - unloading modes of sloping coke units. For this purpose researches of durability and adhesiveness characteristics were carried out coal and charge materials during their thermal processing. Initial dependence are received for designing of loading unit mechanisms and are developped the recommendations at a choice of main Constructive and mode parameters sloping coke units.

Key words: коксування, нахилен1 коксовl агрегати, вуглешихтовий пир!г, адгез1йна взаемод!я, тр!бомехан1ка, режим завантаження.