Введение

    Эффективное функционирование доменной печи требует высокого качества шихтовых материалов, высокотехнологичных процессов и операций. Кокс – самый главный компонент доменной плавки, является топливом в доменной печи и влияет на процесс протекания плавки и качество выплавляемого металла. Кокс высокого качества должен быть достаточно прочным, чтобы обеспечивать плавное опускание столба шихты доменной печи, способствуя максимально низкому количеству выбросов, быть источником наивысшей тепловой энергии, создавать стабильный состав металла, и обеспечивать оптимальную газопроницаемость шихты. Использование высококачественного кокса приводит к сокращению его удельного расхода, повышению производительности и снижению стоимости готового металла.

Производство кокса

    Процесс производства кокса предполагает спекание угля при высоких температурах (1100^оС) в условиях дефицита. Коммерческое производство кокса может быть двух категорий:

    а) Производство кокса с получением побочных продуктов
    б) Производство кокса с рециркуляцией газа и использованием его в качестве энергоносителя.

Производство кокса с получением побочных продуктов

    Кокс по этой технологии получают в коксовых батареях, улавливая побочные продукты. Процесс производства кокса состоит из следующих шагов: перед спеканием отсортированные угли специальных коксующихся марок обогащают, смешивают и подвергают контролю гранулометрического состава. Смешанный уголь загружается в коксовые камеры, имеющие вид щелей, каждая из которых разделяет общий нагревательный канал с соседней коксовой камерой. Уголь спекается в восстановительной атмосфере. Уловленный газ от коксовых батарей накапливают и отправляют заводу-потребителю побочных продуктов коксования, где уловленные из коксового газа химические продукты используют в качестве сырья для смежных отраслей. Поэтому этот процесс получил название процесса производства кокса с получением побочных продуктов.

    Процесс спекания угля до образования кокса происходит путем передачи тепла от горячих кирпичных стен к коксующейся шихте. В пределах температур 375-475^оС, уголь разлагается, формируя пластичные слои возле каждой стены коксовой камеры. При температурах 475-600^оС происходит значительное образование смолы и ароматических смесей углеводородов, завершающее пластичную фазу, образуется полукокс. При 600-1100^оС начинается фаза стабилизации кокса. Она характеризуется сжиманием коксующейся массы, формированием структуры кокса и заключительными водородными реакциями. Во время пластичной фазы коксующаяся шихта двигается от каждой стены по направлению к центру коксовой камеры, создавая пустоты для свободного продвижения газа с повышенным давлением, который движется к нагревающейся стене. Когда образующиеся по обе стороны пластичные слои коксующейся шихты встречаются в центре коксовой камеры, процесс коксования завершен во всей массе. Раскаленная масса кокса выталкивается из коксовой камеры, тушится сухим или мокрым способом перед отгрузкой к доменным печам.

Свойства кокса

    Кокс высокого качества характеризуется определенным набором физико-химических свойств, которые могут изменяться лишь в узких пределах. Свойства кокса могут быть разделены на две группы:

    а) Физические свойства
    б) Химические свойства.

Физические свойства кокса

   Контроль физических свойств кокса и их стабильности необходим как до попадания в доменную печь, так и в составе загрузки. Термическая стойкость кокса, его прочность и стойкость кокса после реакции с CO₂ (CSR) – одни из самых главных контролируемых параметров. Прочность определяет способность кокса выдержать разрушение при комнатной температуре и отражает поведение кокса за пределами доменной печи и в верхней ее части. CSR измеряет потенциал кокса для разрушения в более мелкие фракции под влиянием высокотемпературной среды CO/CO₂, то есть в объеме, равном двум-третьим объема доменной печи. Кокс больших и средних фракций благодаря постоянству гранулометрического сохраняет устойчивую коксовую насадку, способствующую хорошей газопроницаемости в столбе шихты, улучшая производительность доменной печи.

Факторы, влияющие на качество кокса

   Кокс высокого качества производят преимущественно из специальных марок коксующихся углей. Коксующимися являются угли, которые в восстановительной атмосфере коксовой камеры проходят пластичную стадию и, стабилизируясь, приобретают структуру коксу. Одной из важных характеристик, контролируемых в процессе отбора коксующихся углей, является то, что масса шихты в процессе коксования не должна создавать давления на стенки камеры и должен быть обеспечен свободный выход коксового пирога после завершения процесса, чтобы раскаленный кокс беспрепятственно был вытолкнут в приемный вагон. На эффективную работу камер коксования, а, следовательно, и на качество кокса оказывают влияние следующие характеристики: марка коксующихся углей, гранулометрический состав шихты, химические и прочностные свойства угля, размеры частиц, объем влажности, насыпная плотность. Контроль этих параметров производят, подвергая угли различным испытаниям, в том числе температурному нагреву, испытаниям прочности в холодном и нагретом состоянии. Качество кокса наиболее стабильно, если все эти факторы контролируются. Коксохимические используют различные способы обогащения углей, повышения их прочности, чтобы увеличить качество кокса, производительность коксовых камер и, следовательно, срок службы коксовых батарей.

© ДонНТУ 2009 Вислобод А.А.