автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Улучшение качества доменного кокса за счет регулирования его реакционной способности

Р V 5 ид

Министерство науки, высмей «колы и техничгской политики Российской Федерации

Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И. Носова

На правах рукописи ВЕЯНСШ Владислав Владимирович

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ДОМЕННОГО КОКСА ЗА СЧЕТ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЕГО РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ

Специальность N 05.16.02 - "Металлургия черных металлов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск,1993

Работа выполнена в Магнитогорском горно-металлургическом институте им.Г.И.Носова и на Магнитогорском металлургическое комбинате .

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие - Орско-Халиловский металлургический

Защита состоится Ч^г.______ 1993 г.

в час. на заседании специализированного совета К 063.04.01 при Магнитогорском горно-металлургическом институте. 455 ООО . г. Магнитогорск , ул. Ленина. 38 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского горно-металлургического института .

Автореферат разослан ___---- 1993 г.

БАРСКИЙ В.Д.

-Официальные оппоненты - доктор технических наук.профессор

БАБЙРШН Н.Н.

и кандидат технических наук ПОСОХОВ М.В.

комбинат

Ученый секретарь с! совета кандидат

Селиванов

051АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблема. Повышение качества металлургического кокса и эффективности его использования в доменных печах направлено в основном на улучшение его механических свойств -прочности и крупности, определявших его роль как разрыхлителя доменной шихты. Эти свойства не давт исчерпывавшего представления о значении кокса для доменной плавки. В частности,прочность кокса по истираемости тесно связана с его реакционной способностью по отношение к диоксиду углерода.Кроме того, повышенная реакционная способность кокса влияет на интенсивность его выгорания в верхних горизонтах доменной печи и приводит к увеличения его удельного расхода на тонну чугуна.

У специалистов коксохимиков и доменщиков отсутствует единство мнений относительно реакционной способности кокса как определявшего параметра. влиявшего на работу доменной печи. Сушествувт разногласия среди них и в части методики определения этого показателя, поэтому изучение реакционной способности кокса и разработка эффективных методов еб регулирования является актуальной проблемой и представляет интерес рак с научной, так и с практической точек зрения. Цель работы:

- исследование возможности улучшения качества доменного кокса путем регулирования его реакционной способности по отношение к диоксиду углерода.

Основные задачи исследования:

- разработка методики определения реакционной способности кокса;

- выявление основных технологических факторов,определявших реакцион-нув способность кокса:

- установление количественной связи реакционной способности кокса с составом угольной шихты и технологическими параметрами еб коксования:

- разработка метода определения угара кокса в камерах УСТК по изменение состава охлаждавшего газа;

- исследование влияния реакционной способности кокса на технологические показатели доменной плавки.

Научная новизна:

- усовершенствован на уровне разработки импульсный метод определения реакционной способности кокса:

- установлена линейная связь реакционной способности кокса с соотношением ароматических и алифатических углеводородов,составляющих пластическую массу углей;-,

- получены количественные соотноаения мевду реакционной способностью кокса и составом угольной шихты,его зольностью.а также соотнохени-еы активирующих и ингибирущих оксидов золы кокса;

- установлена связь угара кокса в камерах УСТК с его реакционной способностью.

Практическая ценность;

- усовершенствованная методика определения реакционной способности кокса моает быть использована для определения химической активности кокса по отношению к другим реагентам: кислороду,водяному пару и другим активным газам.;

- показано влияние технологических параметров: состава вихты, зольности,температуры коксования,позволявшее изменять в широких пределах реакционную способность кокса:

- установлен оптимальный состав угольных михт, обеспечивавший получение кокса с улучшенными показателями механической прочности и РСК с использованием слабоспекающихся углей.

Реализация результатов исследований.

Испытания опытной партии кокса с доменном цехе Магнитогорского металлургического комбината показали возмовность заметного улучшения технологических показателей доменной плавки.

Экономический эффект,полученный в результате использования рекомендаций работы,составил более 500 тыс.руб. в ценах до 1991 г. Апробация работы.

Отдельные раздели диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах МГ*И. в Днепропетровском химико-технологическом институте и на Магнитогорском металлургическом комбинате. Публикации.

По результатам выполненной работы опубликовано 18 статей в научно-технических журналах и сборниках научных трудов.

Объбм диссертации. Работа содервит введение,7 глав,выводы,список литературы из230наиие-нований, 17 рисунков.

ОСНОВШЖ СОДЕРЖАНИЕ РПБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ диссертации дан аналитический раэбор по влиянию рс-экцкшшой способности кокса на работу доменных печей. Анапиэ известных литературе данник о поведении кокса в доменной процессе позволяет заключить по отсутствии и исследователей едиистза мнений об однозначней и.лчянии р:;ак'.!И1пнай способности гюкса н^ технологические и зконоиические локачател:! доменкой плавки.

ПТиРйЯ ГЛйСР. со;<ев«кт аналитический обзор работ, поссйцсннн:-: исследования рейкцизннс* способности кокса,механизма и кинетики, реакции вэаииодейетека у;лгрозп с его дпоксидои.Отмечены разногласия о!носи-тельно иохаькзиь протекция отдельных элементарных стадий.кннеткчес • кого порядка и энергии активации процесса, что является след'льиеи различии/ методик зкеперикенга и особенностей молекулярной и кплста-дли'тский структура углэрольстых материалов.Рассмотрели литературные даннкв" о молекулярной струкчуре и поверхностных свойства углсроцис тих материалов,механизм и кинетика реакций взаимодействия их с акти-шшми 1 азами. Приведённой литературный лбзор показывает, что при атмосферном давлении и умеренных ¡ьа^ературах взаимодействие углеродистых материалов с диок:чдои углерода протекает преимущественно по перзоыу порядку.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА поспйцена методике исследования реакционной способности кокса по 0Ш0И8ЙИВ к диоксиду углерода.

Анализ известных методик определения реакционной способности углеро-п.истах материалов позволил сформулировать основные требования к эксперименту: презедэние его з кинетической или близкой к ней области реагирования з условиях ¡.зстеркичности. Более полно этим требованиям удовлетворяют приаенаеиые в катализе импульсные иетоды,отличавшиеся высокой чувствительностэи,экспрессностьв, идеальной изотермкчнос!ьа в сочетании с возмояностьи применения электронно-вычислительной и регистрирующей техники. Проведение реакций в импульсном микрореакторе с прерывной подачей небольших доз реагента в поток инертного газа-носителя позволяет существенно понизить или полностью устранить влияние температурных и концентрационных градиентов, присущих проточным методам. Этот метод и был выбран в качестве основного для опре-

доления реакционной способности кокса в насспяцей работе. Исследоаа-ние реакционной способности кокса выполняли на ь'соеер'Л'нстооБакной импульсной установке, созданной на основе установки С.й.^.хмстоза, предназначенной для исследования взаимодействия углерочистях материалов с активными газами.Осномши узлом установки является кварцезый микрореактор,включенный последовательно в схему хроматографа ЛХК-8ЫД. Газ-носитель /гелий/ из баллона подавался в блок подготовки газа и. пройдя фильтр и регулятор давления,разделялся на два потока, имевшие элементы регулирования и стабилизации расходоп. Один из по¡оков нап-равпяли через сравнительную хро^атографическуп коленку з детектор г.^ теплопроводности. Бторой поток гелия предварительно проходил череч "ран-доэатор для ввода С02 и поступал в аикререактор г исс.чедуек^й пробой кокса, затем,ь аналитическую хрочатографичсскуя коленку и пй-тектор.Расход газа-носителя в обеих колонка/ поддерживал:; одинаков ми. Диоксид угларода из баллона, через фильтр-педватм5».ппдавйпи в крап-доззтор,затек, в поток несшего газа иипильсои 1 ал.По крочьто-граыно определяли относительное количество «онойк<.ида и диоксида углерода ь продуктах реакции. Применяемая паки ¿'\:спериие*па?ьная установка отличалась от используемой и работал С.А.Йхкетова параметрами ыикрореактора,более совершенны!; хроматографом к аппаратцрнны оформлением. Специальными исследованиями били подобрана илгдувциг параметры эксперимента,обеспечивающие его изотермичность и протекание в кинетической области реагирования кокса с С02 : внутренний диаметр реактора - 8 мм; пасса проба кокса - 0,5 г; размер частиц кокса -0,25 мм; длительность контакта СО? с коксом - < 0,4 с. Пробу кокса готовили в соответствии с требованиями к представительной пробе для технического анализа.

Применительно к кодеди реактора идеального вытеснения основное дифференциальное уравнение реакции

С + СОг-= 2 СО . выраженное через степень превращения X. имеет вид:

= КСс0г .

где

Ссо2 - объемная доля СО,» в продуктах реакции;

К,с*1 - константа скорости реакции,принята»! за количественный показатель реакционной способности кокса ( РСК ).

Ремение этого уравнения при квазистационарном ремике и начальных условиях ( х- 0 и Х=0 ) имеет вид :

К = J /Т£( 1 ♦ Ссоа Hin Ссоа/( Сев» - X ) - X 1>

или при С со/ 1: К = 2 / Т [In i /( 1 - Л ) - * 1

Степень превращения X определяли по площадям хроматографических пиков СО2 и СО >

Опыта проводили при температурах 950* 1000* 1050"С. принятых в стандартной методике ( ГОСТ 10089 - 84 ).При камдой температуре опыт выполняли три раза,после чего рассчитывали значение константы К.Длительность трехкратного определения РСК с одной пробой кокса составляла около часа. Результаты определений РСК импульсным методом сопоставили с полученными стандартным методом. Следует отметить различный физический смысл сопоставляемых показателей РСК. В импульсной методике исследования это константа скорости процесса с размерность«) ( с"1 ), в стандартной - показателем РСК является объём С02 . вступившего в реакции с единицей массы кокса за единицу времени ( мл/г.с ), т. е. скорость реакции.

Сопоставление результатов обеих методик.подученных с одними и теми же пробами кокса с различной реакционной способность!!, показала их теснув связь (коэффициент корреляции R=0.978).Численные значения РСК.определенные на импульсной установке.превышали таковые, полученные по ГОСТ 10089-84.однако отличались лучмей воспроизводимость».

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследования влияния свойств углей на физико-химические характеристики кокса.Для установления связи реакционной способности кокса с основными свойствами углей исследовали коксы из углей марок Г6.Г1?,1126,2126,К10 и К2 Кузнецкого бассейна и КЗ и К Карагандинского бассейна (всего 17 углей). Все угли были подвергнуты техническому, петрографическому и пласто-метрическому анализам, термофильтрации в центробехном поле и коксование в лабораторной печи с загрузкой 25 кг при одинаковых помоле, влажности, плотности и конечной температуре коксования 1000°С. Период коксования составлял семь часов.Для полученных коксов определяли структурную прочность по методу В9ХИНа (ГОСТ 9521-74), реакционнув

способность импульсным методом и удельное электросопротивление двух-зондовым методом. Установление связи между свойствами углей и фнзи-ко-химическими свойствами кокса проводилось путем расчета коэффициентов парной корреляции.В этой серии определений подтвердили известные данные о снижении реакционной способности кокса при переходе от газовых углей к углям марок 2126 и К1 и о повышении её для углей более высокой стадии метаморфизма, однако линейной связи меаду РСК и основными свойствами углей не обнаружено. Отмечена лишь слабая зависимость реакционной способности кокса от выхода жидкой составлявшей пластической массы углей ( И-О.ОЭб ). Это говорит о том, что нельзя оценивать физико-химические свойства кокса только по количеству пластической массы коксущихся углей. Для более глубокого исследования зависимости РСК от свойств углей нами методом тсрноФильтрации были выделены из них жидкие продукты, составлявшие пластическую массу углей и подвергнуты анализу методами ИК-спектроскопин на содержание в них ароматических и алифатических углеводородов. В качестве обобщенного показателя состава жидкой фазы выбрали отношение ^ содержания ароматических и алифатических углеводородов. Величина отномения ц менялась в опытной партии углей от 0.094 для углей Г17 до 0.170 для угля 2В26.Связь РСК с показателем^ .приведенная на рис.1, аппроксимируется уравнением :

РСК - 1.902 - 10.33Г1

Рис. 1. Зависимость реакционной способности кокса(К) от соотнонения ароматических и алифатических углеводородов , содержаться з пластической массе углей:

+ -.Г17; о- 1826 и 2220; • - К1: д- К 1.0; а- К13; и - К2

Наличие такой тесной связи реакционной способности кокса с величи-чиной дает основание утверждать. что РСК в основной определяется составом 1идкой фазы и в меныей степени-еб количеством.Это дает возможность управлять реакционной способность! кокса путем изменения состава жидкой фазы угольной вихты. Для проверки этой возможности проведена специальная серия определений реакционной способности кокса с добавками к угольной вихте "ниогрина", содержащего около 51 % углеводородов алифатического ряда,и антраценового масла (75 1 ароматических углеводородов). Базовую угольную шихту составляли из ¿¿глей Г17. К1. К10 и К2.Углеводородные добавки вводили в количествах 1-5Х к шихте.

Во всех определениях добавки "ниогрина" увеличивали реакционную способность получаемого кокса, а антраценового масла - уменьшали еб. Повидимому, более низкая реакционная способность кокса из углей с увеличенным содержанием ароматических углеводородов в пластической массе является результатом изменения молекулярной структуры углеродной составляющей, получающейся в результате деструкции углеродного вещества.

Обнаруженные связи реакционной способности кокса с выходом жидкой фазы ( Яг > и особенно с её составом позволяют управлять показателем РСК путем соответствующего подбора состава угольной шихты. В качестве обобщенного параметра угольной пихты, определяющего реакционную способность получаемого кокса.рекомендовано произведение выхода жидкой фазы на её показатель . определяемое по правилу аддитивности аналогичных показателей углей шихты: -£Х1Г<1 11г, где XI и 1Г-массовне доли угля в вихте и выход его жидкой Фазы соответственно,а 1-показатель отновения ароматической и алифатической составляющих пластической массы угля.

Следующим этапом исследования стало выявление влияния состава угольной вихты на фиэико-хииические свойства кокса, получаемого из углей Г6.1126 и К2 Кузнецкого бассейна и смеси углей К10 и К2 Карагандинской ЦОФ. Использование симплекс-реветчатого метода планирования эксперимента позволило установить связь между составом угольной вихты и реакционной способностью получаемого кокса в виде уравнения регрессии второго порядка:

РСК = 1.43 XI + 0.32 Х2 + 0.50 ХЗ + 0.53 Х4 - 1.08 XI Х2 -

- 0.22 XI ХЗ + 0.30 XI Х4 - 0.08 Х2 ХЗ - 0.18 Х2 Х4 + 0.1 ХЗ Х4 .

где XI . Х2 , ХЗ и Х4 -массовые доАи в шихте углей Г6,1226,К10 и К2 соответственна.

Надёкпость полученного уравнения Села подтверядена при проведении серийных коксований опытных михт в.условиях батареи Э и 10 КХП ММК. Обработка на ЭВМ сииплекс-реиетчатой диаграммы РСК позволила получить зависимость этого показателя от состава четырех - компонентной угольной вихты для основания концентрационного тетраэдра и его срезов в виде обобщенных диаграмм, представленных на рис.2 .

XI

0.д09

0.1 ¿А"

Х2

Xi=0 хз . о Ао.в

( хио.2 ) о.г

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.3 0.9

-ХЗ

Заитрихованный треугольник на диаграмме "а" соответствует составам угольных пихт, проверенных в промышленных условиях

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.? 0.8

ХЗ

Рис. 2. Диаграммы зависимости РСК. .о!т состава угольной вихты при оптимальных показателях механических свойств кокса и содержании в «ихте 10% (а) и 202 (б) газового угля марки Г6

ПЯТАЯ ГЛАВА посвячена зависимости показателя реакционной способности кокса от зольности .

Анализ известных данных о влиянии золы углей н кокса на его способность к реагировании с диоксидом углерода показывает заметное, хотя и неоднозначное влияние зольности углей и кокса на величину РСК.Составлявшие минеральных примесей кокса по разному влияет на скорость его взаиыодейстеия с С02.Наибольнее активируящез каталитическое действие проявляют ¡¡елочные металлы и их соли, оксиды железа к добавки карбонатов кальивя н магния. Ингибирувщим действием отличается оксиды и соли бора, креииезём, глинозём и сера.Неоднозначность блияння зольности кокса на его реакционную способность,повидииоиу, является следствием совместного влияния актнвнрувцнх и иигибкрувщих составлявших минеральной части кокса .

Для исслздования влияния минеральной составляющей кокса на его реакционную способность выбрали кокс из углей н^рки К8 яахт Степной и 8ахтинской Кузнецкого бассейна. Зольность этих углей составляет 12.3 и 122 соответственно .. Обогащением углей в водных растворах хлорида цинна с последующим коксованием получили кокс с зольностью от 5.7 до 11.52 . Реакционная способность его линейно возрастала с увеличением доли минеральной составляющей (рис.3,а), однако влишшо зольности на РСК оказалось неодинаковым для коксов нз углей разных вахт. Причиной такого различия, мог стать состав золы.Для обобщенного учета химического состава ниперелькой составлявшей кокса вабрали соотновение массовых долей активИруючих и ингибирующих компонентов (оксидов):

_2акт.окс.

' ~2инг.окс.

К активнрур/ • относили Ге201.Са0,йвй,На20 и К2.0; к ингибирувцка — Б102.й 1г03 ,Т11>2 и Р,05. Значение показателя т. изменялась от 0.17 до 0.25 и возрастало с увеличением зольности коксов, однако коэффициент корреляции Я кеяду ними составил всего 0.017 . Меньзий разброс точек относительно прякой обнаруживается в координатах РСК вттг (11=0.992; рис.З.б). Полученные результаты позволяют объяснить бояьвее значение реакционной способности кокса,полученного из вахткнского угля.Содержание в к5н активирующих оксидов было более высоким, чен в коксе из угля вахта' Степной.

Ркс. 3. Зависимость реакционной способности кокса ( К ) от величины зольности (а) и отношения активирующих и ингибируюмих оксидов m Ш.содершашихся в минеральной части кокса (1,2 -соответственно уголь м.Вахтинская и ш.Степная)

Таким образом, величина РСК определяется не столько количеством минеральной части кокса,сколько её составом.что позволяет более обоснованно подходить к подбору к подготовке сырья для коксования с получением кокса с требуемыми эксплуатационными свойствами .

Для проверки достоверности сделанного вывода исследовали влияние минеральных добавок к угольной шихте и коксу на его реакционную спо-способность. В качестве добавок выбрали борную кислоту и гидрооксид кальция, вводимые в угольную шихту и в полученный из неё кокс, в количествах до 2,5 мас.%. Угольная шихта состояла из 152 жирных углей, 50% коксовых и 352 концентрата ММК. Зольность кокса, полученного из этой шихты составила 13Z . а показатель m = 0,19.Реакционная способность базового кокса при 1000*С равнялась 1,5 c~i

Добавки борной кислоты в угольную вихту и кокс вызвали существенное снижение РСК (до 0,3 - 0,4 с"1 при 2,5У. Н2В03). Активирующее влияние гидроксида кальция было несколько ыеньним.Во всех определениях добавки к коксу оказались более эффективными по сравнение с добавками к угольной «ихте.

Влияние минеральных добавок к угольной нихте и коксу на его реакционную способность мощно объяснить следующим. Щелочные и щелочно -земельные металлы,катионы которых способны внедряться в меябазнсное пространство решетки графита,снижают энергии активации процесса взаимодействия углерода с его диоксидом. Поверхностная активное^ серы по отношению к графиту хороао известна. Её анионы способны блокировать торцевую поверхность графитовых макетов и вызвать соответствующее снижение скорости газификации кокса. Непосредственного исследования механизма каталитического воздействия минеральных добавок на скорость реакции кокса с диоксидом углерода нами не проводилось.что, однако,не исключает успеяного практического их использования для регулирования реакционной способности кокса.

ШЕСТАЯ ГЛАбД лосвяцена исследованию роли реакционной способности кокса в его угаре в камерах сухого тумения.

Выяснение иеханизна угара кокса в установках сухого тувения представляет интерес не только для теории и технологии производства кокса, но и весьма важно для оценки поведения его в доменной печи. Конструкция камеры тушения, организация газового потока, температурный режим.а также состав газовой фазы во многой сходна с таковыми в вахте доменной почи.В связи с этим нами было проведено исследование роли различных реакций, имеющих место в камерах- УСТК, на угар кокса в них.Работа проводилась на НСТК коксовой батареи 9-бис КХП HUI' с производителе'стьй 55 т/ч при расходе циркулирующего газа 95000 нм3/ч. Эксперимент,.;, кая часть заключалась в анализе состава газа до и после камер туйения и мзмзрении его температуры и давления.На основании полученных результатов была проведена оценка роли основных реакций в системе твёрдый углеррд-кислород-водород. В качестве таковых рассмотрены реакции взаимодействия, углерода кокса с Я2.02С02.и Нг0, приводящие к его угару и гомогенные реакции горения СО,Н2.

Используя литгра'тдрные и наши данные.оценили значения скоростей различных реакций и их констант, коэффициентов диффузии и массообме-

на,критериев Рейнольдса.*Нуссельта(диффузионного и химического). Семенова и сделали оценку реиииов горения кокса.Сопоставление полученных результатов хает основание полагать.что угар кокса в камерах установок сухого тувения в основной происходит в результате взаимодействия его с диоксидом углерода.Кислород.диффундирующий к поверхности кокса.интенсивно расходуется на взаимодействие с Н2 и СО.Обе реакции гомогенны и протекают с высокой скоростьв.не достигнув диффузионного слоя у поверхности кокса.Выгорание углерода кокса происходит по схеме с негорящим пограничным слоем за счёт взаимодействия углерода кокса с С02и водяным паром. Последняя реакция в условиях фактических концентраций Н20 в циркулирувщем газе(до 5%) имеет весьма ограниченное развитие. Отсюда следует.что в отсутствии подсосов воздуха и попадании влаги в циркулирующий газ основной химической реакцией, приводящей к угару кокса в камерах НСТК, является газификация углерода его диоксидом. Суммарный угар кокса рассчитывали из условия.что наб-лпдаемое изменение концентрации диоксида углерода в камерах УСТК вызвано только его реакцией с углеродом кокса. Наличие тесной связи угара кокса с его способность!) взаимодействовать с С02,оцененной по коэффициенту парной корреляции (^0.98?).указывает на то.что реакционная способность кокса играет ваанув роль в механизме его угара в камерах сухого туаения. Согласно указанной выве аналогии меаду процессами, происходящими в камерах сухого туаения кокса и соответствующих зонах аахты доменной печи.моано заключить, что повывенная реакционная способность кокса приводит к интенсивному выгоранию его в верхних горизонтах вахты печи и в итоге вызывает дополнительный его удельный расход.

СЕДЬМАЯ ГЛАВА содержит результаты проыынленных испытаний влияния температурного ревима коксования на'реакционную способность кокса и другие показатели его качества и использования в доменном производстве.

Одним из главных технологических параметров процесса коксования является температурный режим.определявший скорость нагрева угольной загрузки. Особо значительна роль скорости нагрева в периоде пластического состояния.когда протекает основные процессы деструкции,определявшие структуру кокса. Работами Н.С.Грязнова показано, что с увеличением скорости нагрева в зоне температур пластического состояния угля реакционная способность кокса уменьшается.По нашему мнению,ско-

рость нагрева угля в этой периоде может заметно влиять на соотношение ароматических и алифатических углеводородов г. жидкой Фазе пластического с поя угля. Известно, что повивение скорости нагрева'приводит не только к увеличению выхода жидкой фазы б пластической sac-ce.но .■! ускоряет процессы накопления в ней карбрнпв.интенсивное про-текавт процесса деструкции, приводящие к увеличения степени ароматичности хинолпиоацх экстрактов. На следующей периоде коксований. стадии структурна* превращений при переходе полукокса п кокс повышение скорости нзгреза способствует сшшснин количества углерода, организованного в блоки, и возрастания аекбазиского расстояния в формируя-аихся крисгзплэх графит!». Более челнов развитие этих процессов в конечном счете ,nMs:-!o вкэвать польвуп химическую активность кокса и повискть его р?ацционнуя способность.

Таккь образом, на разных стадиях термической обработки углей скорость нагрев*, влке^т неодинаково из реакционную способность кокса. Для достижения «игральной рвакцмпнний способности ¡¡слезно повывать скорость нагргза ¡а стадии пластического состояния угля и уменьшать ей з период ;:о. !?чода полукокса в кокс. В пвчзх камерного типа такое изиенепле температурного реаииа практически нереализуемо. Скорость нагреьа ыолно регулировать,повноая температуру конца коксоиания при сокрааенной и неизменной длительности этого процесса, что монет привести к нивелирозанив показателя реакционной способности кокса,изменяющегося в различных стадиях процесса кокссрания.Если ке фориироза-ние свойств, определявших величину РСК . происходит преимущественно на этапе пластического состояния угля,реакционная способность кокса поляна спиааться при увеличении температуры конца коксования.

Исследование влияния температурного режима коксования на качестзо кокса и его РСК выполнили на типовых батареях il и 12 и больвебмких пнрококакер <ч ■ батареях 13 и 14 КХП Mh'K. Работу проводили во время острого дефггкл кокса, когда длительность периода коксования была сокращена на от проектной. Интенсификация работы батарей бала

осуществлена повывеииек' до U00*C температуры в отопительных каналах. Средпевзвеаенная температура коксового пирога составила ЮЯз'С, Полученный кокс отличался меньшей крупностью и реакционной способностью,повияенной структурной прочностью и меньжим показателем истираемости. Механическая прочность кокса (Сарафанная проба и показатели М40 и В25)осталис.ь без заметных изменений.

Полученнне результаты убеядавт в возыонностк погашения производительности современных коксовых батарей и улучшения качества кокса из Кузнецких и Карагандинских углей за счет высокотемпературного ре-вика коксования.

Испытания кокса,полученного при разных температурных решшах коксования, проводились в доменном цехе У'Л.

В данной работе использовали кокс.полученный при поименной конечной температуре пп оси загрузки (953°С), обычной (993°С) и иовнизн-ной( 1085вС).Состав угольной пихты и длительность коксования выдорви-вали одинаковыми. Скорость нагрева меняли за счет тепловой нагрузки в отопительных каналах, температуру в которых устанавливали на основании ¡'«счетов, выполненных на ЗЕК.

По вихтовын условиям не было сущекгвгннг:: различий мегду опнпшнн и контрольными периодами раЗотц доысшюй печи.

Основные показатели печи при плазках ка огштнои и контрольном коксе приведены в таблице.

При переходе от контрольного кокса к низкотемпературному,имеющему более высокую реакционная способность,производительногть пе ;и снизилась на 45 тонн в сутки,а расход кокса возрос на 3 кг/т чугуна.

Применение высокотемпературного кокса и пониженной реакционной способное*;ьй привело к улучшению газодинамического реьика печи, поз-волиавемь' интенсифицировать процесс плавни и частично разгрузить периферий ввиду увеличенного ураБновешиванис слоя кокса газовым потоком к унепьнвишз его угла откоса в печи.

Ровный ход печи сохранился, хотя возросли коэффициент сопротивления. обций пер'епад давления и давление под колонникои.Снизилась степень прякогц восгтановления.что согласуется с более низкой реакцион-

$

ной способностью "высокотемпературного" кокса, поскольку прямое восстановление г.чсидос «елеза протекает через стадии регенерирования монооксида углерода в реакции СО» с углеродоы кокса. Указанные изменения привели к сокрацениа удельного расхода кокса на 0 кг.

Расчет экононпческой эффективности использования в доменной печи кокса.полученного при повывенных температурах в отопительных канала;: в коксовых печах и по оси печной камеры при неизменном периоде коксования, показал, что себестоимость 1 т чугуна в результате уменьве-ния расхода кокса и затрат по переделу снижается на 0.3 У..

ОСНОВНиЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ на коксе,полученном при различных температурах коксования

ПОКАЗАТЕЛИ На коксе, полученном при 1

9 5 3 0 С 1 0 6 5 ° С

Контр. Опнти. Контр. Опнтн.

Качество кокса :

Крупность по классам,мм

>80 6.2 7.0 6.2 5.7

80-00 36.0 39.3 36.0 31.8

60-40 46.7 45.0 46.7 50.0

40-25 9.3 7.5 9.3 10.1

<25 1.8 1.2 1.8 1.8

Средний диа»етр, мм 57.4 58.9 57.4 58.1

Механическая точность, %

М40 69.0 67.7 69.0 68.8

НЮ 9.3 9.6 9.3 8.8

Реакционная способность, 1/с 0.510 0.628 0.510 0.475

Длительность периода,сут 10 10 15 16

Производительность. т/сут 2398 2353 2425 2427

Расход железорудного сырья,

кг/т чугуна 1705 1704 1770 1800

Расход кокса (сухого),кг/т 465 468 472 466

Дуть8:

расход,и3/иин 2210 2094 2188 2247

темпера'; •■< 1," С 1164 1188 1147 1138

Состав коломни^авого газа, 7.

С02 18.10 17.20 17.85 18.80

СО 20.50 21.20 21.60 20.80

«2 2.14 6.44 5.04 6.44

Степень пряного восстановле-

ния по составу коловникового

газа, % 26.5 28.4 27.5 24.2

внводы

1. Усовершенствована импульсная методика определения реакционной собности кокса по отношение к диоксиду углерода, позволявшая быстро и более точно оценивать показатель- РСК по сравнение со стандартный методом.

2. Установлена тесная связь показателя РСК с соотношением ароматических и алифатических углеводородов, входящих в состав пластической массы угля.Наличие данной связи подтвершдено в опытах с ароматическими и алифатическими добавками к угольной шихте для коксования.

3. Показано,что реакционная способность кокса в значительной степени определяется не количеством.а составом минеральной части углей и кокса, в частности.соотношением в ней активирупщих и ингибирунщих оксидов.Установлено влияние добавок оксида кальция,борной кислоты и сульфата аммония к угольной шихте и коксу на его реакционную способность.

4. Установлена зависимость РСК от состава угольных шихт с использованием слабоспекавщихся углей.позволявшая определять составы иихт, обеспечивавшие получение в производственных условиях кокса с улучшенными показателями прочности и реакционной способности.

5. Обнаружена тесная связь.угара кокса в камерах установок сухого тушения с его реакционной способностьв по отновенив к С02,что указывает на несомненную роль РСК в доменном процессе как основного фактора, влиявшего на удельный расход кокса.

6. В результате промышленных испытаний влияния температурного режима коксования на свойства кокса показана возможность улучшения качества кокса из смеси углей Кузнецкого и Карагандинского бассейнов за счет реализации высокотемпературного решима коксования.

?. Испытания в доменном цехе МИК кокса,полученного при повышенной конечной -температуре коксования.показали возможность повышения производительности доменной печи и снишения расхода кокса за счёт'улуч-цения газодинамического решима плавки, снишения степени прямого восстановления шелезорудных материалов, частично обязанных снижению реакционной способности кокса.

8. Экономический эффект в результате использования рекомендаций данной работа на ММК превнсил 500 тнс. руб. в ценах до 1991 года.

Основное содержание диссертации отражено в слелумих публикациях:

1. Дорогобид Г.М.. Козлов D.M.. Вейнский В.В. и др. Качество ме-таллугического кокса при повнжении температур обогрева коксовых батарей.//Кокс и химия. 1972. Н 11. с.12-17.

2. Мочалов В.В.. Сухорукое В.И.. Вейн£кий В.В. и др. Влияние по-вывенных температур коксования на качество кокса заводов Востока.//В сб.: Производство кокса. V.: Метш1ургия. 1972. N 1. с.87-94.

3. Мочалова Р.В.,Барский В.Д.. Вейнский В.В. и др. Подбор оптимального состава угольных внхт с поможьв симплекс-ревётчатых планов. //В сб.научных трудов ИГМИ. Магнитогорск. 1972. Вып.104. с.21-25.

4. Леувин В. А.. Сухоруков В.И.. Вейнский В.В. и др. Исследование качества кокса.получаемого в печах системы ПВР разного объёма камер при производственных и повывенных температурах обогрева.//В сб.научных трудов МГЕ/'. Магнитогорск. 1972. Вып. 104. с.30-31.

5. Буторин В.И.. Вейнский В.В., Глезер Е.Б. Влияние вторичного нагревания (термообработки) на реакционную способность кокса из печей ПВР разной ёмкости. // В сб.научных трудов МГМИ. Магнитогорск. 1973. Вып.122. с.17-20.

6. Буторин В.И.. Вейнский В.В.. Кривых Г.Г. Экономическая оценка интенсификации процесса коксования путём повывения температуры в отопительных каналах.//В сб.научных трудов МГМИ. Магнитогорск. 1974. Вып.142. с.15-17.

7. Буторин В.И.. Вейнский В.В.. Дорогобид.Г.М. и др. Формирование физико-химических свойств кокса в камерах коксовых печей системы ПВР различней ёмкости.//В сб.научных работ МГМИ. Магнитогорск. 1975. Вып. 152. сЛо 19.

8. Буторин В.И., Бейнский В.В.. Зверева H.H. Сравнительная оценка показателей реакционной способности кокса, определённых различными методами.//В сб.научных трудов МГМИ. Магнитогорск. 1975. Вып.152. с.19-22.

9. Буторин Ü.M.. Вейнский В.В.. Дорогобид Г.М. О зависимости реакционной способности и пористости кокса от состава коксуемой жи-хты.//Кокс и химия. 1976. Н 6. с.19-22.

-2010. Буторин В.И.. Матвеева Г.Н.. Вейнский В.В. и др. Определение взаимосвязи основных технологических параметров коксования с помощью ЭВМ.//Кокс и химия. 1976. Н 9. с.25-28.

11. Буторин В.И.. Матвеева Г.Н.. Вейнский В.В. и др.Доменные плавки на коксе.полученном при разных температурных режимах коксования. //Кокс и химия. 1977. К 12. с.15-18.

12. Крылова С.А., Вейнский В.В. Исследование реакционной способности кокса в зависимости от свойств угольной михты и содерщания минеральных примесей.//В сб.: Молодые специалисты научно-техническому прогрессу. Тезисы докладов. Новокузнецк. 1987. с.47-48.

13. Горохов A.B.. Вейнский В.В. Улучшение качественных показателей кокса в зависимости от состава угольной шихты с учётом спекаемо-сти её компонентов.//В сб.: Молодне специалисты научно-техническому прогрессу. Тезисы докладов. Новокузнецк. 1987. с.138-139

14. Вейнский В.В.. Барский В.Д. Влияние состава пластической массы углей на реакционную способность кокса.//Кокс и химия. 1989.Н 10. с.14-17.

15. Барский В.Д., Вейнский В.В.. Михайлова Т.В. Использование импульсного метода для определения реакционной способности кокса. //Кокс и химия. 1990. М 3. с.6-9.

16. Мелковников В.А.. Вейнский В.В. Оценка угара кокса в УСТК по составу циркулирующего газа.//Кокс и химия. 1990. N 7. с.13-15.

17. Вейнский В.В.. Мелковников В.А., Барский В.Д. Влияние реакционной способности кокса на его угар в камерах УСТК. //Кокс и химия. 1990. М 11. с.15-18.

18. Вейнский В.В.. Барский В.Д. Зависимость реакционной способности кокса от величины зольности и состава золы.//Кокс и хиыия. 1990. М 12.с.9-12.

Подписано в печать 18.05.93 Формат 60x84 I/I6 Бумага тип. # 2 Плоская печать Усл.пач.л. 1,00 Тира* 100 экз.

Заказ 236 _ Бесплатно

455000. Магнитогорск, пр.Ленина, 38

Ротапринт ШШ