Вступ

1 Особливості елементного складу, структури і властивостей вугілля шахти «Красноармійська Західна № 1»

        1.1 Елементний аналіз

        1.2 Дериватографічний аналіз

        1.3 ІК-спектроскопія

        1.4 Рентгеноструктурний аналіз

2 Практична частина

        2.1 Складання шихт для коксування

        2.2 Проведення ящикового коксування

        2.3 Аналіз отриманих коксів

Перелік використаної літератури

ВСТУП

Перехід України від планової економіки до ринкової супроводжувався зниженням обсягу виробництва валового коксу більш, ніж в 2 рази, що, однак, не змінило традиційно проблемного стану сировинної бази коксування.

Кризовий стан вугільної промисловості, обумовлений закриттям багатьох нерентабельних шахт (без введення в експлуатацію компенсуючих потужностей), використанням морально застарілого й фізично зношеного обладнання, різким скороченням державних інвестицій (більш, ніж в 10 разів) і практично повною відсутністю інших форм інвестицій на його модернізацію та іншими несприятливими факторами, у найбільшому ступені виявилося в зниженні обсягу видобутку охлялого спікливого вугілля (ОС).

Його масова частка в складі загального видобутку кам'яного вугілля для коксування в останні роки знизилася майже в 3 рази і продовжує знижуватися.

Можна констатувати, що на зміну дефіциту гарно спікливого вугілля прийшов не менш гострий дефіцит високометаморфізованих слабоспікаючихся компонентів, що охляють, вже призвів до збільшення виходу летких речовин із шихти в середньому на 2,4 % і зниженню виходу валового коксу (приблизно на 1,7 %).

На тлі незадовільного стану вугільної промисловості України в цілому особливо вражаючими є успіхи вугільної компанії «Шахта Красноармійська Західна №1».

Введений в експлуатацію в 1990 р. перший пусковий комплекс проектною потужністю 1,5 млн. т вугілля на рік до 1996 р. досяг потужності 1,74 млн. т, а до 2002 р. – 4.6 млн. т.

Настільки вражаючий успіх став закономірним результатом розробки й впровадження принципово нових організаційно – економічних заходів, технічних і технологічних рішень в області будівництва й експлуатації шахти, а також результатом прогресивної інвестиційної стратегії вугільної компанії.

Варто особливо підкреслити, що з моменту здачі в експлуатацію шахта розробляє вугілля шару d₄, що раніше жодна із шахт Донбасу не розробляла.

Результати виконаних досліджень виявили ряд унікальних властивостей цього вугілля, що у рамках діючої в Україні класифікації твердих горючих копалин (ДСТУ 3472 – 96) не може бути віднесений ні до марки К, ні до марки Ж. Дослідними коксуваннями показано, що вугілля шахти «Красноармійська Західна № 1» не тільки дає високоякісний кокс при індивідуальному коксуванні, але, що не менш важливо, у суміші з іншими марками вугілля покращує показники отриманого коксу.

І тому, вивчення властивостей і впливу вугілля шахти «Красноармійська Західна № 1» на одержуваний кокс є дуже важливою задачею на сьогоднішній день.

Нижче наведений огляд литератури, яка стосується теми магістерської роботи, а також результати проведених досліджень

1 ОСОБЛИВОСТІ ЕЛЕМЕНТНОГО СКЛАДУ, СТРУКТУРИ Й ВЛАСТИВОСТЕЙ ВУГІЛЛЯ Ш. «Красноармійська Західна №1»

Вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» Донбасу як сировина для коксування є унікальним за своїми технологічними властивостями. При невеликій спікливості (у = 13-15 мм) він має підвищену коксівність (G₆ – G₈), низький вміст сірки (0,7 – 0,9 %) і добре сполучається з іншими компонентами шихти для коксування [2 – 4]. Хоча його розробляють єдиним шаром d₄, його концентрат з вуглезбагачувальних фабрик у більшій або меншій мері входить до складу сировини для коксування багатьох коксохімічних заводів України.

За класифікаційними показниками (відбиття вітриніту R_o, вихід летких речовин V^daf і товщина пластичного шару у) вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» не можна однозначно віднести до однієї з марок добреспікливого вугілля (Ж або К), передбачених діючої в Україні класифікацією ДСТУ 3472 – 96. Деякі характеристики вугілля шахти « Красноармійська Західна №1» виглядають аномальними, якщо його відносити до марки К [3]. По даним [4] вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» рекомендується відносити до марки КЖ, що доцільно внести в діючу класифікацію.

У роботі [5] також відзначена специфіка властивостей вугілля шахти « Красноармійська Західна №1», включаючи його коксівність. Встановлено, що вугілля під час індивідуального коксування утворює високоякісний кокс, а при масовій частці 20 % у суміші з іншими вугіллями здатний повністю замінити вугілля марки ОС (10 %) і частина вугілля марки Г (10 %) причому механічні властивості отриманого коксу поліпшуються. Висока коксівність цього вугілля поряд з низьким вмістом сірки, гарні термомеханічні характеристики коксу із шихт із підвищеною участю вугілля шахти « Красноармійська Західна №1» дають можливість конкурувати одержуваному з нього коксу як на внутрішньому, так і на зовнішньому ринках. Очевидно, причиною гарної коксівності цього вугілля є певні особливості його складу й структури, дослідження яких й є метою даної роботи.

Аналіз сировинної бази виробництва коксу в Україні також став стимулом до проведення комплексного дослідження речовинного складу й структури цього відносно мало вивченого вугілля.

Для виявлення причинно – наслідкових зв'язків між складом, будовою й технологічними властивостями вугілля взагалі й вугілля шахти «Красноармійська Західна № 1» особливо (з огляду на великі обсяги його видобутку й участі в сировинній базі коксування України) доцільно використовувати спеціальні методи дослідження, більш інформативні, ніж ті, що традиційно застосовуються у коксохімії.

Технічний аналіз дослідженого вугілля наведений у табл. 1.1

Таблиця 1.1 – Технічний аналіз дослідженого вугілля

Вугілля шахт ім. Стаханова (проба 1), Чайкіно (проба 2) і ім. Бажанова (проба 4) за значеннями трьох класифікаційних показників відносяться, відповідно, до марок Г, Ж и К. Вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» (проба 3) відрізняється від типового коксового вугілля, для якого характерні більш високі значення показників відбиття вітриніту й товщини пластичного шару при більш низькому виході летких речовин.

Для дослідження зразків були використані елементний, дериватографічний, рентгеноструктурний, рентгенофазний аналізи, ІЧ – спектроскопія.

1.1 Елементний аналіз

Допускаючи, що теорія хімічної будови Л.М. Бутлерова, відповідно до якої властивості речовин визначаються характером зв'язків атомів у молекулах та їх взаємним впливом, поширюється й на речовини органічної маси вугіль, досліджували елементний склад вугіль чотирьох шахт, представлених у табл. 1.1.

Слід зазначити, що результати елементного аналізу широко використовували раніше для розробки різних варіантів класифікації твердих горючих копалин, прогнозу їхніх технологічних властивостей розрахунку характеристик структури, структурних формул речовин вугіль й ін.

За даними елементного аналізу досліджених проб (табл. 1.2) розраховували атомні відношення Н/С и О/С, а також величини показників ступеня ароматичності структури (f_a) і ступеня молекулярної асоційованості речовин вугілля (сА)

f_a=1.007 – 0.3857(H/C) – 0.3725(O/C)              (1)

cA=1 – (H+0.125(O+N+S))/0.333C                (2)

причому під час розрахунку f_a використовують атомні відношення, а під час розрахунку сА – масові відсотки. [3]

Таблиця 1.2 – Елементний склад і структурні характеристики вугілля, яке досліджувалося

Аналіз даних табл. 1.2 приводить до висновку, що в порівнянні з типово коксовим вугіллям № 3 вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» (№ 4) характеризується зниженим вмістом вуглецю, помітно більшим вмістом кисню при практично рівному вмісті водню.

По показниках Н/С, f_a і сА вугіллю шахти «Красноармійська Західна №1» відповідає місце між марками Ж и К, а по показниках Od і О/С – навіть між марками Г и Ж.

За деякими ознаками (знижений вміст сірки, спікливість, вміст вуглецю) можна було б розглядати це вугілля як маловідновлене коксове, однак в ізометаморфних парах різно – відновлених вугіль це повинно було б сполучатися з меншим виходом летких речовин і з більшою величиною R_о, чого в дійсності не спостерігається.

Дані елементного аналізу й структурні характеристики дозволяють припустити, що специфіка властивостей вугілля шахти « Красноармійська Західна №1» обумовлена наявністю в складі речовин його органічної маси, поряд з конденсованими ароматичними вуглеводнями (виходячи з досить великих значень f_а й сА), також значних кількостей аліфатичних груп (виходячи з величини атомного відношення Н/С) і з'єднань, що містять кисень, очевидно, складних фенолів, оксікислот, карбоксильних і гідроксильних груп та ін. (виходячи з величин O^d і О/С).

В цілому результати елементного аналізу, як і значення показників R_о і V^daf свідчать, про те, що глибина метаморфних перетворень вихідного рослинного матеріалу не досягла у вугіллі шахти « Красноармійська Західна №1» стадії, що відповідає типовому коксовому вугіллю. До такого ж виводу призводить аналіз результатів виміру оптичної щільності Д екстрактів при обробці вугілля диметилсульфоксидом , а також визначення теплоти згоряння (Qs^daf).

У ряді вугілля шахт ім. Стаханова (Г), Чайкино (Ж), ім. Бажанова (K) і «Красноармійська Західна №1» значення показника Д склали відповідно 0,92; 0,54; 0,14 й 0,40, а величини Qs^daf – 34,00; 35,20; 35,92 й 34,54 МДж/кг.

Видно, що за величиною Д місце вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» – між вугіллями марок Ж и К, а по величині Qs^daf – між вугіллями марок Г и Ж.[3]

1.2 Дериватографічний аналіз

Дериватографічний аналіз виконаний за допомогою дериватографа Q-1500 з лінійним підйомом температури від 20 до 950 °С (10 °С/хв). По інтегральним і диференціальним кривим зміни маси зразка визначали положення максимумів швидкості розкладання речовин вугілля відносно до шкали температури. Обробка дериватограм включала визначення температурних границь і величини зменшення мас: до, у період і після основного термічного розкладання (ОТР).

Визначали втрату маси (Δm_i,) і середню швидкість втрати маси (V_i) на кожній із трьох стадій, а також Т_н, Т_к і Т_max – температури початку, кінця й максимальної швидкості ОТР (табл. 1.3).

Таблиця 1.3 – Характеристика вуглля за результатами дериватографії

Результати дериватографічного аналізу вихідних зразків вугілля представлені в табл. 1.3. Зразки вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» за багатьма термічними характеристиками подібні до вугілля марки Ж, однак такі важливі для процесу коксування параметри, як швидкість термодеструкції органічної маси вугілля в області ОТР (V₂) і в максимумі ОТР (V_max), а також температурний інтервал ОТР (Т_к – Т_н) займає проміжне положення між аналогічними параметрами типового вугілля Ж и К. Важливою термічною характеристикою вугілля, яка пов'язана з якістю одержуваного коксу, є величина середньої швидкості розкладання в області ОТР (V₂). Для вугілля марок Ж, К и вугілля « Красноармійська Західна №1» ця величина має близькі значення (~ 0,10 мг/г*с), тоді як вугілля марки Г характеризується істотно більш високою швидкістю розкладання в цій області (0,17 мг/г*с).

1.3 ІЧ – спектроскопія

ІЧ – спектроскопія дозволяє кількісно охарактеризувати вміст у вугіллі як функціональних кисеньвмістких ОН – і СО – груп, так і СН₂ – аліфатичних і СН – ароматичних груп атомів. Тому результати ІЧ – спектроскопії використали для порівняння зазначених вище ознак генетичного типу вугілля.

Установлено, що кисень по – різному розподіляється в складі функціональних груп різновідновленого вугілля: тип «а» характеризується більшим вмістом гідроксильних і меншим – карбонільних груп у порівнянні з типом «в».

Розходження в молекулярній структурі вугілля різних генетичних типів за відновленістю зв'язують із більшим або меншим вмістом аліфатичних груп, що утворюють водневі зв'язки. [4]

Інфрачервоні спектри вугілля отримані на спектрометрі Specord – 80M за диференціальною методикою в області поглинання із частотами 4000 – 400 см^-1. Для виконання дослідження використали метод таблетування зразків із бромідом калію. Це дозволило провести якісний і напівкількісний аналізи спектрів. Обробку спектрів проводили методом базової лінії. За критерій, що визначає зміну молекулярної структури зразків, приймали положення максимумів відповідних смуг поглинання і їхню інтенсивність в одиницях оптичної щільності.

Дані ІЧ – спектроскопії настільки ж суперечливі (табл. 1.4) : вміст атомних груп ОН і СН – ар у вугіллі шахти «Красноармійська Західна №1» більше, ніж тих же груп як у жирному, так й у коксовому вугіллі, а за вмістом груп СО й CH₂ – ал це вугілля ближче до коксового, ніж до жирного.

Таблиця 1.4 – Вміст функціональних груп у вихідному вугіллі

Для уточнення структурно – групового складу досліджуваного вугілля були проаналізовані ІЧ – спектри вихідних проб в області 4000 – 400 см^-1 (табл. 1.5). ІЧ – спектр вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» в області поглинання до 4000 – 700 см^-1 найбільш близький до ІЧ – спектру проби 2 вугілля Ж. Спектри ньго вугілля характеризуються інтенсивними смугами поглинання в області 3400 см^-1, а також в інтервалі 1250 – 900 см^-1, які відносяться до коливань зв'язків у фенольних й ефірних групах. Розходження ж у спектрах цих двох вугіль в області 700 – 400см^-1 , очевидно, пов'язані з різнорідним мінеральним складом вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» і вугілля марки Ж. У той же час спектр вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» у цьому інтервалі частот має більшу схожість зі спектром вугілля марки К (проба 4), що підтверджується даними рентгенофазового аналізу.

Таблиця 1.5 – Відносна інтенсивність (I_x/I₁₆₀₀) основних смуг поглинання ІЧ – спектрів зразків вуглля, яке досліджувалося

3400
 1600

3010
 1600

2920
 1600

2840
 1600

1720
 1600

1700
 1600

1650
 1600

1080
 1600

1030
 1600

870
 1600

750
 1600

690
 1600

600
 1600

480
 1600

Спостерігається закономірне у ряді метаморфізму зростання інтенсивності смуги поглинання 3030 см^-1, відповідальної за валентні коливання =С – Н – звя’зків ароматичного кільця. В області позаплощинних деформаційних коливань цих зв'язків (900 – 700 см^-1) помітні деякі розходження. Спектри вугілля «Красноармійська Західна №1» і вугілля марки Ж містять інтенсивні погано виділені смуги в області 770 і 700 см^-1, причому спостерігається зсув смуги 770 см^-1 приблизно на 30 см^-1 у порівнянні з положенням аналогічної смуги на спектрах вугілля марки Г и К (740 см^-1), що може свідчити про наявність великої кількості заміщувачів в ароматичному кільці. Можливо, в якості заміщувачів виступають кисеньвмісткі групи, оскільки в спектрах цих двох вугіль значна інтенсивність смуг поглинання 1380, 1310, 1250, 1200, 1150, 1100 й 1050 см^-1, що відповідають коливанням зв'язків в ефірних, фенольних і карбоксильних групах.

Таким чином, у структурі вугілля шахти «Красноармійська Західна №1», як й у вугілля марки Ж, у порівнянні з іншими вугіллями багато фрагментів з мостиковим киснем, які при коксуванні можуть робити структурований вплив за рахунок зшивок у повздовжньому й поперечному напрямку й тим самим зміцнювати структуру коксу. [6]

1.4 Рентгеноструктурний аналіз

Для визначення структурних особливостей і мінерального складу досліджуваних вугіль і коксів на дифрактометрі ДРОН УМ1 з FeКα випромінюванням (довжина хвилі 0,166 нм) були отримані дифрактограми порошків досліджуваних вугіль.

Основний дифракційний максимум піддавали детальній обробці з виділенням з боку більших кутів симетричного максимуму (002), відповідального за дифракцію на більш упорядкованих фрагментах зі сполученими зв'язками (графітоподібні поліаренові пачки), і виділенням методом графічного вирахування γ – смуги. Визначали загальноприйняті параметри надмолекулярно – організованих блоків кристалітов: міжшарову відстань d₀₀₂, висоту пакетів L_c. Ступінь упорядкованості вуглецевих сіток h/1 оцінювали по відношенню висоти дифракційного максимуму при 20 ~ 27 градусах до його напівширини й розраховували число шарів у пакеті (L_c / d₀₀₂ + 1). [6]

Рентгеноструктурний аналіз є основним інструментом під час вивчення структури вуглля і коксів. Природа смуги (002) загальновідома й інтерпретація заснована на близькості її положення до лінії (002) графіту. Дискусійним є питання розділення складного дифракційного максимуму на складові.

Необхідно відзначити, що із приводу інтерпретації γ – смуги думка фахівців розділилася . Деякі дослідники пояснюють наявність γ – смуги впорядкованістю периферійних аліфатичних фрагментів, дефектами упакування вуглецевих атомів, обумовленими циклізацією вуглецю неароматичного характеру, зокрема, припускають присутність полінафтенових структур і п’ятичленних циклів, а також наявністю важкографітуємої і менш регулярної складової блокового вуглецю [6].

У роботах Ю. М. Корольова [6] по рентгенографії вуглецевих матеріалів γ – смуга розкладена на три складові компоненти, що характеризуються величиною параметра d (міжплощинна відстань) відповідно 0,47; 0,80 й 1,80 – 2,00 нм. При цьому поява γ₁ – смуги зв'язують із наявністю парафінонафтенових структур, а у відношенні γ₂ – і γ₃ – смуг припускають, що за них відповідальні фази, збагачені фрагментами, які містять кисень, тому що подібні фази спостерігалися на дифрактограмах саж, синтезованих у присутності кисню.

Рентгеноструктурні параметри досліджених вугілля і коксів представлені в табл. 1.6, а на мал. 1.1 й 1.2 наведені їхні дифракційні профілі. Видно, що серед всіх зразків за параметрами надмолекулярної структури виділяється типове, вугілля марки К шахти ім. Бажанова (зразок 4). Він відрізняється максимальною товщиною пакету кристалоподібних шарів L_c (3,67 проти 2,44 – 3,26 нм) при мінімальній відстані між шарами (d₀₀₂ = 0,356 нм проти 0,358 – 0,374 нм в інших вугіллях) і максимальним числом цих шарів (n = 11 проти 8-10), які складені найбільш упорядковано в порівнянні з іншими вугіллями (h/l₀₀₂ = 5,33 відповідно проти 1,19-1,78). Міжшарова відстань d_γ у структурних фрагментах органічної маси цього вугілля також має мінімальне значення. Тобто, цей зразок за параметрами рентгеноструктурного аналізу має найбільш упорядковану, багатошарову, щільно упаковану структуру.

Рис.1.1 – Дифракційні профілі вуглля 1, 2, 3, 4 – відповідно марок Г, Ж, (КЖ?) і К	Рис.1.2 – Дифракційні профілі коксів з вугілля марок Г(1), Ж(2), (КЖ?) – 3 і К (4)

Таблиця 1.6 – Рентгеноструктурні параметри досліджуваного вугілля

З даних табл. 1.6 також видно, що за рентгеноструктурними параметрами зразок вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» найбільш близький до вищеописаного. Він відрізняється більш високими, ніж у марок Г и Ж значеннями товщини пакету (L_c = 3,26 нм проти відповідно 2,44 – 2,83 нм), у якому більш упорядковано (h/l = 1,78, а в інших 1,19-1,45) упакована найбільша кількість шарів (n = 10 проти 8 – 9 в інших зразків). Шари в кристалітах щільно складені в порівнянні з іншим вугіллям (d₀₀₂ = 0,358 нм й 0,372 – 0,374 нм). Відстань між шарами впорядкованих полінафтенових фрагментів d_γ (судячи по γ – смузі) у даного зразка є найменшим у порівнянні з іншими вугіллями (d_γ = 0, 456 нм проти 0, 469 – 0,477 нм ). Очевидно, що різні фази вихідної структури вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» характеризуються значною впорядкованістю й за своїми параметрами близькі до таких типового вугілля марки К шахти ім. Бажанова.

Представляло інтерес порівняти параметри надмолекулярної структури коксів з досліджуваного вугілля. З даних табл. 1.6 видно, що кокс із вугілля марки Г шахти ім. Стаханова відрізняється мінімальною товщиною пакету графітоподібної частини органічної частини вугілля, при найменшій кількості шарів у ньому (n = 8 проти 9-11); упорядкованість шарів невелика, відстань між поліареновими шарами максимальна і становить d₀₀₂ = 0,364 нм проти 0,353 – 0,358 нм в інших зразках.

Звертає на себе увагу той факт, що пакети надмолекулярних утворень коксу з вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» є найбільш упорядкованими, багатошаровими, щільно упакованими. Пакети мають максимальну товщину (L_c = 3,39 нм, в інших коксах – 2,51 – 3,15 нм), максимальна кількість шарів (n = 11 проти 8-10), що лежать найбільш щільно один до одного (d₀₀₂ = 0,353 нм й 0,358 – 0,364 нм відповідно) і максимально упорядковано (h/l = 5,77 проти 3,57 – 4,60). Структурна організація фрагментів, відповідальних за появу γ – смуги, відрізняється мінімальною відстанню d_γ (0,417 нм проти 0,423 – 0,456 нм).

Необхідно підкреслити, що надмолекулярні утворення в коксі, отриманому з найбільш упорядкованого вихідного вугілля марки К шахти ім. Бажанова (зразок 4), відрізняються меншою впорядкованістю в порівнянні зі структурованим коксом з вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» (зразок 3), хоча по вихідних властивостях органічна маса вугілля шахти ім. Бажанова була навіть більш впорядкована, пакети більш багатошарові й щільно упаковані.

Можна простежити тенденцію зменшення відстані між шарами впорядкованих ароматичних структур d₀₀₂ в отриманих коксах зі збільшенням концентрації функціональних груп, які містять кисень, у вихідних вугіллях (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Залежність міжшарової відстані d002 у пакетах впорядкованих ароматичних структур у коксах від вмісту функціональних груп, які містять кисень, у вихідних вугіллях

Тобто, вугілля шахти «Красноармійська Західна №1» з більшою кількістю функціональних груп, які містять кисень, після їх елімінування в результаті коксування дає більш щільний і структурований кокс, ніж вугілля з меншою кількістю функціональних груп, які містять кисень, що підтверджує важливу роль цих функціональних груп у формуванні структури коксу. Очевидно, сполучення в досліджуваному зразку як мінімум двох структурно – хімічних показників – оптимального впорядкування й вагомого вмісту кисневих фрагментів – дозволяє сформувати нову структуру з характерними для типових коксів властивостями.

2 ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Ціль роботи: Дослідження впливу властивостей вугілля шахти «Красноармійська Західна № 1» на якість металургійного коксу.

Для визначення загального впливу цього вугілля на якість коксу було складено і зкоксовано 3 шихти. Вміст у шихті вугілля марки К (шахти «Красноармійська Західна № 1») — 30 і 70 %, вибирався так, щоб верхня межа перевищувала нижню більш ніж у два рази і гарантувала штатне протікання процесу коксування.

2.1 Складання шихт для коксування

Першим кроком було приготування базової шихти на основі якої складалися шихти для дослідження. Для цього у вуглепідготовчому цеху ЗАТ МКХЗ, який обладнаний сучасною автоматизованою системою дозування вугілля, були задані у комп’ютері кількості вугіль (%), які складатимуть базову шихту. В табл. 2.1 наведений склад базової шихти і технічний аналіз вуглів, які в ній присутні. Через 5 хв. (час очікування необхідний для усереднення складу шихти) після задання параметрів шихти був зупинений стрічковий транспортер з готовою базовою шихтою. Для проведення дослідів було відібрано 120 кг базової шихти.

Далі з транспортеру вагоноперекидача було відібрано 120 кг вугілля марки «К» шахти «Красноармійська Західна №1».

Після цього було складено 3 шихти для ящикового коксування з різною кількістю вугілля марки «К»:

• шихта №1 – вміст марки «К» 50 % (маса базової шихти і вугілля марки «К» склала по 44 кг);
• шихта №2 – вміст марки «К» 30 % (маса базової шихти – 53 кг, маса марки «К» – 22,7 кг);
• шихта №3 – вміст марки «К» 70 % (маса базової шихти – 25 кг, маса марки «К» – 58,3 кг).

Під час складання шихти ретельно усереднювалися згідно ДЕРЖСт 10742 – 71. В табл. 2.2 наведений технічний аналіз базової і досліджуваних шихт, а також їх розсів .

2.2 Проведення ящикового коксування

Для проведення ящикового коксування досліджувані шихти завантажуються у металеві ящики (рис.2.1), після завантаження вони закриваються металевими кришками, які закріпляються до ящиків за допомогою газозварювання. Готові ящики завантажуються у промислові коксові печі. За допомогою ящикового коксування процес коксування досліджуваних шихт протікає в реальних умовах, при яких проводять коксування вугілля у промислових масштабах.

Рис 2.1 – Ящики для проведення ящикового коксування

Розміри ящиків, в яких проводилося коксування, складають 200x200x285 мм. З кожної сторони ящика є по 54 отворів діаметр, яких складає 6 мм. Маса одного ящика дорівнює 6,4 кг. Разове завантаження ящика становить близько 8 кг шихти.

Для коксування було завантажено 11 ящиків шихтою № 1, 7 ящиків – шихтою № 2 і 6 ящиків – шихтою № 3. Для попередження розсипання шихти через отвори у ящиках, в ящики прокладається папір (газета).

Завантаження ящиків проваджувалося у камери коксування з машинної сторони, по 3 ящика на одну камеру. Ящики завантажувалися в камери, які розташовані ближче до середини коксової батареї. Для попередження переплутання ящиків з різними отриманими коксами, коксування досліджуваних шихт проводилося у різні дні. Основні параметри коксування наведені в табл. 2.3.

Після закінчення коксування ящики разом із коксом, який отримали в камері коксування, видавалися у вагон для гасіння. Після мокрого гасіння ящики виловлювалися з рампи і охолоджувалися до температури навколишньої середи.

2.3 Аналіз отриманого коксу

В результаті ящикового коксування були отримані кокси, технічний аналіз і гранулометричний склад яких наведені в табл. 2.4.

Для визначення показників міцності отриманих коксів використовувалися лабораторні методи (копровий метод ГОСТ 59 – 53 – 81 і метод ВХІНу ГОСТ 9521 – 74), а також промисловий метод визначення показників якості коксу CRI (реакційна здатність коксу у гарячому стані) і CSR (міцність коксу після реакції в атмосфері СО₂) розробленому японською компанією Nippon Steel corp. (стандарт ASTM – D5341 – 99) (табл. 2.5).

В результаті коксування шихт був отриманий низькосірчаний крупнокусковий кокс (+80 – 60 мм > 70 %).Видно, що при збільшенні вмісту в шихті вугілля ш. "Красноармійська Західна № 1" відбувається збільшення міцності коксу, як в «холодному», так і в «гарячому» стані, а також зменшується його реакційна здатність у «гарячому» стані.

Отримані результати показують, що присутність вугілля ш. «Красноармійська Західна № 1» позитивно впливає на якість коксу. Це відкриває шлях до пошуку оптимального складу шихти з вмістом цього вугіллям.

Для цього буде проведений повнофакторний експеримент, в якому впливаючим фактором буде вміст вугілля ш. «Красноармійська Західна № 1» у шихті. В результаті передбачається отримання математичної залежності міцності коксу від вмісту цього вугілля.

Отримана залежність дасть можливість підприємству складати оптимальну шихту для коксування і отримувати кокс високої якості.

Результати виконаного дослідження, що відображають специфіку речовинного складу й структури вугілля шахти «Красноармійська Західна № 1», а також отриманого з нього коксу у порівнянні зі складом і структурою інших вугіль і коксів, свідчать про невичерпність будь – якого вугілля як об'єкта наукового пізнання й про умовності віднесення його до тієї або іншої марки в класифікації кам'яних вугіль України.

Перелік використаної літератури

1. Власов Г.А., Саранчук В.И., Чуищев В.М., Ошовский В.В. Системный анализ коксохимического производства. – ДонГТУ: Донецк, 2002. – 296 с.

2. Кафтан Ю.С., Дроздник И.Д., Торяник С.С., Бидоленко Н.Б. Технологическая ценность угля шахты «Красноармейская Западная №1» // УглеХимический журнал. – 2002. – № 3 – 4. – С. 3 – 7.

3. Давидзон А.Р., Дроздник И.Д. Особенности элементного состава, структуры и свойств угля шахты «Красноармейская Западная №1» // УглеХимический журнал. – 2003. – № 3 – 4. – С. 13 – 15.

4. Давидзон А.Р., Дроздник И.Д., Бидоленко Н.Б. Научное обоснование генетического типа и марочной принадлежности угля шахты «Красноармейская Западная №1» // УглеХимический журнал. – 2004. – № 3 – 4. – С. 12 – 16.

5. Ковалев Е.Т., Дроздник И.Д., Давидзон А.Р., Золотарев И.В. О коксуемости угля шахты «Красноармейская Западная №1» // Уголь Украины. – 2001. – № 11 – 12. – С. 22 – 24.

6. Давидзон А.Р., Шендрик Т.Г., Пащенко Л.В., Симонова В.В. Особенности вещественного состава и структуры угля шахты «Красноармейская Западная №1» // УглеХимический журнал. – 2007. – № 1 – 2. – С. 3 – 9.