АВТОБИОГРАФИЯ   ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА   ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ  
ОТЧЕТ   ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Козийчук Артур Викторович

Тема выпускной работы магистра: Структурно-параметрический синтез установки привода подач для обработки рабочих стен коксовых батарей
Руководитель работы: доцент кафедры "Металлорежущие станки и инструмент"
Полтавец Валерий Васильевич

АВТОРЕФЕРАТ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ МАГИСТРА

Твердое топливо широко используется как для получения тепловой и электрической энергии, так и в качестве сырья для химической переработки и получения большого количества разнообразных и весьма ценных химических продуктов, необходимых для нормальной деятельности и развития многих отраслей промышленности.

Коксохимическая промышленность является одним из основных поставщиков сырья для органического синтеза. Коксохимия дает ряд продуктов, которые нигде более не получают: пиколины, крезолы, мезитилен, карбазол, фенантрен, аценафтен. Ассортимент химических продуктов, выпускаемых на основе летучих продуктов коксования каменных углей, составляет более 200 наименований.

На сегодняшний день роль кокса в доменном производстве достаточно важная. Современные коксовые печи представляют собой сложные теплотехнические сооружения, в которых из каменных углей получают кокс.

Объединяемые в один ряд печи (до 65-77) составляют коксовую батарею. Несмотря на ввод в действие новых мощностей, в составе печного фонда имеется еще много старых морально и физически изношенных коксовых батарей, которые проработали 25-30 лет и продолжают находится в строю. Поддержание их в рабочем состоянии до намеченного срока перекладки и реконструкции – важнейшая задача.

Технические задачи, относящиеся к процессам механической обработки, возникают во многих отраслях промышленности, например, при получении высокого качества поверхностей объектов или исправлении их геометрической формы.

Такого рода задача решается в коксохимической промышленности при восстановлении эксплуатационных характеристик внутренних поверхностей коксовых батарей. Эти поверхности выкладываются огнеупорным кирпичом, который при работе батареи подвергается воздействию высоких температур, а при выгрузке кокса из батареи – значительной механической нагрузке. Часто происходит разрушение стеновых кирпичей в виде продольных борозд различной протяженности, называемых подрезами. Образование их объясняют истирающим действием мелкого перегретого кокса, остающегося на полу после каждой выдачи его из печи. В кладке печных камер появляются и другие виды износа: истирание стеновых и подовых кирпичей, пробоины и выдавливание отдельных кирпичей в стенах в результате работы с неисправными выталкивающей и планирной штангами, выгорание асбестовых прокладочных шнуров и разуплотнение стыка между кладкой и армирующими бронями (бронерамами – элементы анкеража, которые непосредственно примыкают к кладке проемов и служат для установки дверей) и др. При длительной эксплуатации батареи целостность кладки нарушается (происходит выпирание отдельных кирпичей), а также искажается плоскостность внутренних боковых стенок батареи в форме появления волнистости с большими шагами. Перечисленные дефекты вместе и в отдельности также представляют серьезную опасность для сохранности и нормальной работы печей, если не принимать своевременных профилактических мер по их ремонту.

1 МЕТОДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТОПЛИВА

Основными методами химической переработки твердого топлива являются термические процессы: пиролиз (полукоксование, коксование), газификация и гидрогенизация.

В процессе полукоксования (нагрев не выше 550 °С) уголь превращается в ценное химическое сырье. Нелетучий продукт, который получается при полукоксовании, по составу занимает промежуточное положение между исходным углем и коксом и называется полукоксом. Смола и газ при полукоксовании также значительно отличаются по составу и свойствам от соответствующих продуктов коксования и называются первичной смолой и первичным газом.

Гидрогенизация углей представляет собой совокупность реакций превращения сложных соединений угля в присутствии водорода в смесь более простых-углеводородов. В зависимости от условий гидрогенизации (давление, температура, катализатор) органическую массу углей можно полностью перевести в жидкие углеводороды. Полученные продукты используются как искусственное жидкое топливо.

Под коксованием в общем виде понимают сложный процесс превращения топлива при нагреве до высоких температур без доступа воздуха. Уголь, идущий для производства доменного и литейного кокса, должен содержать ограниченные количества золы и серы.

Совокупность определенных свойств углей, необходимых для получения хорошего кокса, служит характеристикой коксующей способности углей. Все факторы, определяющие коксующую способность углей, можно разделить на две группы:
1) факторы, зависящие от природы угля;
2) факторы, зависящие от технологического режима подготовки углей (шихты) и процесса коксования.

Для получения кокса из углей подбирается смесь, которая должна давать при коксовании прочный кокс с невысоким содержанием золы и серы. При подборе шихт руководствуются технологической классификацией углей, чтобы они давали кокс, который легко будет выдаваться из печей и обладать хорошими качественными показателями.

При нагревании твердых горючих ископаемых без доступа воздуха их органическая масса претерпевает сложные превращения, в результате которых в зависимости от конечной температуры и других условий проведения процесса из одного и того же угля образуются в разном количестве и разного состава газообразные, парообразные (жидкие) и твердые продукты. При прочих равных условиях осуществления процесса нагревания углей без доступа воздуха характер всех образующихся продуктов определяется природой, стадией зрелости и особенностями молекулярной структуры органических веществ исходных углей

Комплекс всех процессов превращений различных твердых горючих ископаемых, вызываемых действием тепла, принято называть термической деструкцией. Этим названием подчеркивается, что при нагревании угля прежде всего происходят изменения молекулярной структуры органической массы углей.

При термической деструкции протекают различные химические реакции, сопровождающиеся физико-химическими процессами и физическими явлениями. Основной особенностью химических реакций термической деструкции углей является сочетание в них необратимых процессов разложения и синтеза, т. е. распада и уплотнения (конденсации) веществ органической массы углей с образованием новых продуктов.

В начальной стадии нагревания углей термическая деструкция проявляется в образовании воды и кислородсодержащих газов за счет разложения боковых цепей элементарных структурных единиц; следовательно, поликонденсационные процессы в ядерной части структурных единиц, если и протекают в этой стадии, имеют лишь подчиненное значение. Наоборот, при более высоких температурах главную роль играют поликонденсационные процессы в ядерной части, но вызываются они также продолжающейся термической деструкцией.

2 КЛАДКА, РАЗОГРЕВ И ПУСК КОКСОВЫХ ПЕЧЕЙ

2.1 Огнеупорные материалы для кладки коксовых печей

Коксовые печи выкладывают из огнеупорных материалов, способных выдерживать, не разрушаясь, высокие температуры, при которых протекают процессы коксования углей. Огнеупорность определяется температурой, при которой материал начинает плавиться. По степени огнеупорности применяемые в печной технике изделия разделяются следующим образом, °С:
Огнеупорные_________________1580—1770
Высокоогнеупорные____________1770—2000
Высшей огнеупорности__________Выше 2000

В коксовых печах пока используют только огнеупорные изделия, рассматривается возможность применения высокоогнеупорных. Основным материалом для кладки современных коксовых печей служит динасовый кирпич, из которого выкладывают стены камер, корнюрную зону и стены регенераторов. Динасовые огнеупоры изготавливают из кварцитов, содержащих 95-97 % SiO2 и небольшое количество примесей (СаО, А12О3, Fe2O3 и др.)-Они характеризуются высокой огнеупорностью, высокой температурой деформации, но отличаются низкой термической стойкостью в зоне низких температур: ниже 600°С и особенно ниже 300°С. Динас при нагревании в определенных температурных в интервалах (100-117°С, 140-157°С, 573°С) расширяется неравномерно с изменением объема ± 1,77-1,8 %, а в интервале температур 229-252°С изменение объема составляет ±3,7%, что связано с превращением составляющих его модификаций кремнезема (тридимита, кристобалита, кварца) из одной кристаллической формы в другую. Поэтому в этих интервалах температур разогрев коксовых батарей ведут замедленно. Так как низкотемпературные (до 700°С) превращения кремнезема являются обратимыми, нельзя допускать охлаждения и резкого колебания температур кладки головок камер коксования и стен регенераторов.

2.2 Материальные и температурные швы

Для связи отдельных кирпичей друг с другом в каждом ряду и в сопрягаемых рядах и для придания кладке монолитности и прочности кладка выполняется на материальных швах. Толщина материальных швов, принимаемая в проектах кладки коксовых печей, составляет 4-5 мм.

При конструировании коксовых печей необходимо предусматривать возможность расширения кладки при нагревании. В участках кладки, которые разделяются между собой сплошными полостями или проемами, например стены камер коксования, стены регенераторов, расширение кладки происходит в результате их сужения. В кладке, не имеющей сплошных проемов (зона корнюров), для компенсации температурного расширения оставляют температурные швы (рис. 1).

Рисунок 1 – Печи большой емкости (узел корнюрной зоны)

2.3 Мертели и растворы

Огнеупорные изделия укладываются в кладку коксовых печей на растворах, приготавливаемых из огнеупорных порошков (мертелей). Каждый вид огнеупора кладется только на соответствующем растворе: динас на динасовом, шамот на шамотном и т. д.

Мертели должны обладать следующими свойствами:
а)при замешивании на воде образовывать пластичный, не густой и неплывучий раствор, который должен хорошо прилипать к кирпичу, заполнять полностью промежуток (шов) между кирпичами и не вытекать из него;
б)быть огнеупорным и иметь температуру плавления, близкую (но не выше)к температуре плавления связываемого огнеупорного кирпича;
в)при высоких температурах хорошо спекаться в плотный черепок, который должен привариваться к связываемым кирпичам.

Динасовый мертель состоит из смеси природных кварцитов, боя динасового кирпича и огнеупорной глины. Полученная смесь измельчается на шаровых мельницах до такой степени, чтобы при просеивании через сито с отверстиями 1 мм проходило не менее 97 %, а через сито с отверстиями 0,2 мм-не менее 65-80%.

2.4 Кладка коксовых печей

Кладка коксовых печей производится в определенном порядке и последовательности. В зависимости от технологического назначения отдельных частей и узлов кладку коксовых печей по высоте разделяют на пять зон.

Первая зона-регенераторы; в нее входят выстилка основания и стены подовых каналов и регенераторов с заполнением регенераторных камер насадкой. Вторая зона-зона косых ходов; она состоит из перекрытия регенераторов, корнюрных и газоподводящих каналов, косых ходов и подов коксовых камер. Третья зона-обогревательные простенки (вертикалы). Четвертая зона-перекрытие вертикалов, включающая горизонтальные сборные каналы, или перевальные окна в печах, колодцы перекидных каналов, смотровые шахточки и основание под сводовое перекрытие коксовых камер. Пятая зона-перекрытие печей; в нее входят своды над коксовыми камерами, обогревательные простенки, загрузочные и газоотводящие люки, лючки в камеры для замеров, забутка, изоляция и выстилка верха.

2.5 Элементы печей, подвергающиеся износу

Кладка коксовых печей должна беспрерывно служить в течение 25 и более лет в тяжелых условиях механических, физико-химических и температурных воздействий.

Условия службы огнеупоров в отдельных зонах и элементах кладки коксовой печи следующие:
а)в подовых каналах регенераторов огнеупорная кладка подвергается воздействию резких температурных колебаний в местах входа и выхода газовых потоков с температурой от 30 до 450°С;
б)насадочный кирпич регенераторов претерпевает резкие изменения температур в нижних рядах, а в верхних подвергается воздействию высоких температур и проникающей минеральной и угольной пыли;
в)крайние корнюрные кирпичи подвергаются воздействию резких колебаний температур и влаги при входе в распределительный канал коксового газа для обогрева и воздуха для обезграфичивания.

Корнюрные кирпичи на всем остальном протяжении печи подвергаются с внешней стороны воздействию высокой температуры нагретого воздуха и продуктов горения, а с внутренней стороны-коксового газа. Это вызывает термическое напряжение в корнюрном и других кирпичах этой зоны. Нарушение герметичности корнюров приводит к прососам газа и местным очагам перегрева.

2.6 Сушка и разогрев коксовых печей

Сушка и разогрев коксовых печей являются отдельными стадиями единого технологического процесса. Сушка заключается в постепенном и возможно более полном удалении влаги из печного массива; разогрев-в повышении температуры кладки и доведении ее в обогревательных каналах (вертикалах) до уровня, позволяющего вести обогрев печей по нормальной схеме и начать загрузку печей углем. Свойство динасового кирпича при определенных температурах резко увеличиваться в объеме в результате перехода кремнезема из одних кристаллических форм в другие осложняет задачу разогрева коксовых батарей.

При быстром и резком повышении температуры кладки увеличение объема динасового массива в соответствующих температурных интервалах становится опасным для его целостности. Поэтому основным средством, позволяющим предотвратить разрушение кладки, служит замедленный и равномерный по массиву подъем температур. Оба процесса (сушка и разогрев) следуют один за другим и имеют одинаковую схему движения газов. Топочные газы из временных выносных топок, разбавленные через воздушные отверстия вторичным воздухом до желаемой температуры и объема, поступают в нижнюю часть камеры коксования. Поднимаясь вверх, эти газы выходят через отверстия, предусмотренные специально для разогрева печей, в сборный канал над отопительными вертикалами.

Из сборного канала газы распределяются по отопительным вертикалам, опускаются в них и через косые ходы поступают в регенераторы, из которых через подовый канал и борова уходят в дымовую трубу и затем в атмосферу. При таком движении обогревающих газов (теплоносителя):
а)достигается необходимое распределение температур по высоте печного массива, позволяющее без резких колебаний вести нагрев отдельных зон кладки;
б)самые ответственные части кладки печей нагреваются в более благоприятных условиях: стены камеры-изнутри и со стороны отопительных вертикалов, корнюрная зона-со стороны пода камер, косых ходов и регенераторов;
в)достигается относительно легкий и простой контроль за процессом сушкии разогрева.

При разогреве коксовых печей газообразным топливом, когда температура в верху отопительных вертикалов достигает 750-800°С, в верхней зоне регенераторов она составляет 650-700°С, а в подовых каналах около 300°С. Растопка может быть произведена твердым топливом или газом. Обычно печи разогревают коксовым или доменным газом.

2.7 Сушка батареи

Если принять содержание влаги в кирпиче готовой кладки равным 1,5% и в материальных швах 25-30 %, то общее количество содержащейся в кладке влаги составит примерно 9-10 т для одной печи и около 700-800 т для батареи, состоящей из 77 печей объемом 30 м3.

Окончание процесса сушки и переход к новому режиму обогрева возможны при достижении температуры вверху вертикалов 125-135°С. Общая продолжительность сушки должна составлять 9-10 дней. При этом скорость подъема температуры кладки вверху вертикалов до 100°С составляет в среднем 9-10°С/сут, дальнейший подъем температуры определяется качеством динасового кирпича и соблюдением безопасной нормы его суточного расширения.

2.8 Пуск коксовых печей

Для создания нормальных условий ввода в эксплуатацию коксовых печей должно быть предусмотрено:
а)полное окончание строительно-монтажных работ по всем объектам пускового комплекса, особенно на участках, имеющих технологическое значение;
б)обеспечение коксовых печей шихтой для первой загрузки с содержанием влаги не более 6-8 % и выходом летучих не менее 25-27 % , что особенно важно при пуске печей после разогрева твердым топливом;
в)достижение температур нагрева кладки в камерах коксования (по измерениям в отопительных вертикалах не ниже 900-950°С и вверху регенераторов 700-750°С);
г)создание комплектного марочного запаса углей на 7-10 дней.

При разогреве печей газообразным топливом печи переводят на обогрев по нормальной схеме с включением кантовочного устройства по достижении в отопительных каналах 750-800°С. После этого выполняют все предпусковые работы, подвергают испытанию коксовые машины и удаляют временные топки. Заблаговременный перевод батареи на нормальный обогрев позволяет поднять температуру в отопительных вертикалах до 1100-1150°С и тем самым обеспечить начальное коксование примерно за 24 ч.

Пусковая операция на последнем этапе сводится к включению газа в газосборники и продувке газом небольшого участка прямого газопровода до подключения его к действующим газопроводам прямого газа других батарей. После продувки газопровода газом батарею включают в общую сеть, постепенно открывая задвижку прямого газа. После этого ведут дальнейшую загрузку печей с таким расчетом, чтобы успеть загрузить все печи батареи в течение суток-ко времени выдачи первого кокса с данной батареи.

Дверь коксовых печей

Рисунок 2 – Дверь коксовых печей

Дверь предназначена для запирания камер коксовых печей с машинной и коксовой сторон. В зависимости от конструкции запорного устройства двери изготавливаются с винтовыми и пружинными запорами. Дверь состоит из чугунного литого корпуса, литых кирпичедержателей, сдвоенных кронштейнов с нажимными цилиндрами, ригелей с ригельными винтами и бабками, карманов. Дверь машинной стороны имеет планирное окно с планирной дверцей и рычажной системой. Двери батарей различного объема отличаются размерами и массой. Изготовление производится по чертежам поставщика или заказчика. Совместно с дверью может поставляться рамка уплотняющая, которая вместе с дверью и рамой уплотняет камеру коксования. Рамка, представляет из себя сваренный по контуру уголок, который имеет специально обработанные диафрагму и нож для прижатия к зеркалу рамы. Для придания рамке жесткости, к основанию уголка привариваются металлические полосы. Рамка крепится к корпусу двери через асбестовые прокладки с помощью специальных нажимных цилиндриков.

Броня коксовых печей

Рисунок 3 – Рама коксовых печей

Рама предназначена для соединения двух броней и служит гнездом для двери коксовой печи. Рама представляет собой отливку сложной конфигурации из чугуна. В раме имеются специальные пазы и скосы для укладки асбестовых шнуров. Внутренняя плоскость рамы имеет обработанную поверхность (зеркало) для прижатия ножа уплотняющей рамки. К боковым стенкам каждой стороны рамы прикреплены крюки с зевами, развернутыми в одну, либо в противоположные стороны. Рамы батарей для разного объема печей отличаются размерами и массой.

Броня коксовых печей

Рисунок 4 – Броня коксовых печей

Броня предназначена для армирования кладки коксовых печей, защиты наружных частей обогревательных простенков и входных (выходных) отверстий печи от механических повреждений, а также является основанием для установки рам. К кладке печи броня прижимается при помощи анкерных колонн. Броня представляет собой отливку сложной конфигурации из чугуна. В брони имеются специальные пазы и скосы для укладки асбестовых шнуров, фигурные гнезда для установки анкерных болтов, крепящих раму, площадки с отверстиями для установки и крепления порога. Брони батарей различного объема отличаются размерами и массой.

Люк загрузочный

Рисунок 5 – Люк загрузочный

Люк загрузочный предназначен для закрывания и уплотнения загрузочного отверстия коксовых печей. Люк состоит из крышки и рамы. Рама изготавливается из жаропрочного чугуна или стали, представляет собой отливку кольцевой формы. В верхней части рамы имеются конусное отверстие и кольцевое гнездо для направления и установки крышки люка. Для крепления рамы в кладке коксовых печей, в ее нижней части расположен кольцевой бурт. Крышка люка круглой формы отливается из углеродистой стали. В центре верхней части крышки имеется штырь для направления и центровки захвата люкосъемного механизма. Для срыва и съема крышки люка захватом люкосъемного механизма, к верхней части крышки прикрепляется сектор. Нижняя часть крышки выполнена в виде цилиндрического ножа и имеет кольцевую проточку на боковой поверхности для уплотнения крышки в гнезде рамы. Для крепления термоизоляции к нижней части крышки приваривается арматура. Люки батарей различного объема отличаются размерами и массой.

Электровоз ЭКУ-1

Рисунок 6 – Электровоз ЭКУ-1

Электровоз предназначен для транспортирования вагонов с коксом от коксовых батарей к установкам сухого или мокрого тушения кокса.

Сложившаяся проблема боковых поверхностей печей на сегодняшний момент на коксохимических предприятиях решается следующим образом. Бригада ремонтников, оснащенная ручными фрезерными головками, корректируют неровности и волнистости боковых поверхностей печей. Такой вариант достаточно прост, но имеет ряд недостатков, а именно:
- неравномерность выравнивания стен печи;
- ограниченность времени процесса выравнивания (вызвано непрерывной работой печных установок);
- простой печи;
- сложность условий работы бригады, вызванная достаточно высокой температурой в рабочей зоне, и т.д.

Для повышения качества и производительности корректирования стен печей коксовых батарей необходимо каким-то образом автоматизировать этот трудоемкий процесс, т.е. механизировать его. Вариантов таких механизмов можно привести несколько, но наиболее простым (с точки зрения конструкции) и эффективным для решения поставленной задачи является механизм пантографного вида (рис. 2). На рисунке 3 приведен принцип работы механизма пантографного вида

Рисунок 7 – Схема механизма горизонтального перемещения панторгафного вида

Рисунок 8 – Принцип работы механизма панторгафного вида(анимация объемом - 180 кВ, состоит из 24-х слайдов)

1. Технология коксохимического производства. Лейбович Р.Е., Яковлева Е.И., Филатов А.Б. Изд. 3-е., доп. и перераб. М., "Металлургия", 1982. 360 с.
2. Ремонт огнеупорной кладки и анкеража коксовых печей. Касьянов К.Г. М.,"Металлургия", 1980, 296 с.
3. Применение ортофосфорной кислоты при горячем ремонте коксовых печей. Ободовский А.Е., Кандрашов Е.Е., Сухов А.А., "Техніка", 1970, 64 с. (на укр. языке)
4. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов.-4-е изд., перераб. и доп. - М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.-640 с.
5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.1. – М.: Машиностроение, 1982. – 736 с.
6. Мовнин М.С., Израелит А.Б. Техническая механика. Часть вторая. Сопротивление материалов. Учебник. (Изд. 5-е) Л., "Судостроение", 1972.-328 с.
7. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т./Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.-4-е изд., перераб. и доп.-М.:Машиностроение, 1985. 496 с., ил.
8. Обработка металлов резанием: Справочник технолога/А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др.; Под общ. ред. А.А. Панова.-М.:Машиностроение.1988.-736 с.: ил.
9. © ЗАО "Рост-Индустрия" 2003 .Оборудование в коксохимическом производстве

http://www.zaoplatov.ru/kokcoxuM.html

АВТОБИОГРАФИЯ   ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА   ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ  
ОТЧЕТ   ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ