Переход Украины от плановой экономики к рыночной сопровождался снижением объема производства валового кокса более чем в 2 раза, что, однако, не изменило традиционно проблемного состояния сырьевой базы коксования.
Кризисное состояние угольной промышленности было обусловлено закрытием многих нерентабельных шахт (без ввода в эксплуатацию компенсирующих мощностей), использованием морально устаревшего и физически изношенного оборудования, резким сокращением государственных инвестиций (более чем в 10 раз) и практически полным отсутствием иных форм инвестиций на его модернизацию и другими неблагоприятными факторами.
Можно констатировать, что на смену дефициту хорошоспекающихся углей пришел не менее острый дефицит высокометаморфизованных слабоспекающихся отощающих компонентов, уже приведший к увеличению выхода летучих веществ из шихты в среднем на 2,4 % и снижению выхода валового кокса (примерно на 1,7 %).
На фоне неудовлетворительного состояния угольной промышленности Украины в целом особенно впечатляющими являются успехи угольной компании «Шахта Красноармейская Западная №1», разрабатывающая угольный пласт d4. Введенный в эксплуатацию в 1990 г. первый пусковой комплекс проектной мощностью 1,5 млн. т угля в год к 1996 г. достиг мощности 1,74 млн. т, а к 2002 г. - 4.6 млн. т.
Характерная особенность этого маловосстановленного угля – его высокая коксуемость при относительно невысокой спекаемости (у = 12 – 14 мм). Низкое содержание серы (Std = 0,7 – 0,8 %) наряду с высокой коксуемостью обеспечивают предпочтительность использования этого угля в качестве основного компонента шихты для коксования.
С целью определения технологических решений по рациональному использованию угля шахты «Красноармейская Западная № 1» нами совместно с ЗАО «МакеевКокс» было подготовлено и прококсовано 3 шихты с разным содержанием данного угля. Для составления шихт были отобраны отдельно уголь марки К (исследуемый уголь) и с конвейера готовой шихты в углеподготовительном цехе базовая шихта (без исследуемого угля). После этого готовились опытные шихты для коксования с содержанием марки К 30, 50 и 70 %. Содержание марки К в шихте выбиралось так, чтобы верхняя граница превышала нижнюю более чем в 2 раза и гарантировала штатное протекание процесса коксования.
Коксование опытных шихт проводилось методом ящичного коксования. Благодаря этому методу, процесс коксования опытных шихт протекает в реальных условиях, в которых работают промышленные коксовые печи.
В табл. 1 приведены технический анализ и рассев полученных шихт.
Таблица 1 - Технический анализ и рассев исследуемых шихт
| Шихта | Технический анализ, % | Рассев, % | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Wr | Ad | Std | Vd | Vdaf | +6 мм | 6 - 3 мм | 3 - 0 мм | |
| Базовая | 9,9 | 7,8 | 1,34 | 31,2 | 33,8 | 14,3 | 14,6 | 71,1 |
| 1 (Б 70%, К 30%) | 9,1 | 8,0 | 1,16 | 29,9 | 32,5 | 21,5 | 16,3 | 62,2 |
| 2 (Б 50%, К 50%) | 9,2 | 8,1 | 1,1 | 29,1 | 31,7 | 21,5 | 14,3 | 64,2 |
| 3 (Б 30%, К 70%) | 8,9 | 8,2 | 0,98 | 28,1 | 30,5 | 22,0 | 14,8 | 63,2 |
| марка К (ш. Красноармейская Западная №1) | 8,2 | 7,9 | 0,75 | 27,1 | 29,5 | — | — | — |
В результате коксования опытных шихт получены коксы, технический анализ и гранулометрический состав которых представлен в табл.2.
Таблица 2 - Технический анализ и гранулометричекий состав полученных коксов
| Кокс | Технический анализ, % | Гранулометрический состав, % | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Wr | Ad | Std | Vd | +80 мм | 80 - 60 мм | 60 - 40 мм | 40 - 25 мм | 25 - 0 мм | |
| 1 (Б 70%, К 30%) | 4,7 | 10,1 | 0,9 | 0,5 | 34,2 | 37,6 | 17,3 | 5,6 | 5,3 |
| 2 (Б 50%, К 50%) | 0,44 | 11,0 | 0,81 | 0,6 | 39,7 | 31,3 | 17,8 | 5,9 | 5,3 |
| 3 (Б 30%, К 70%) | 8 | 11,3 | 0,75 | 0,6 | 43,2 | 33,2 | 14,2 | 4,7 | 4,7 |
Для определения прочностных характеристик коксов применялись лабораторные методы (копровый метод и метод ВУХИНа), а также промышленный метод определения реакционной способности кокса в горячем состоянии (CRI) и прочности кокса после реакции с СО2 (CSR), разработанный японской компанией Nippon Steel Corp. (стандарт ASTM – D5341-99).
Результаты экспериментов приведены в табл.3.
Таблица 3 - Прочностные показатели коксов
| Кокс | Сопротивление дробимости, Р, % | Истираемость, И, % | Структурная прочность, % | Прочнстьв горячем состоянии, CSR, % | Реакционная способность в горячем состоянии, CRI, % |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 (Б 70%, К 30%) | 39,2 | 33,17 | 60,83 | 37,28 | 41,52 |
| 2 (Б 50%, К 50%) | 49,2 | 27,63 | 67,66 | 44,23 | 35,17 |
| 3 (Б 30%, К 70%) | 52 | 25,37 | 68,8 | 46,9 | 34,73 |
В результате коксования опытных шихт получен низкосернистый крупнокусковой кокс (+80 – 60 мм > 70%) (табл.2). Видно, что при увеличении содержания в шихте для коксования угля ш. «Красноармейская Западная № 1» происходит повышение прочности кокса в «холодном» и «горячем» состоянии, а также снижается его реакционная способность в «горячем» состоянии (табл. 3).
Повышенное участие концентрата ш. Красноармейская Западная № 1 позволяет в условиях дефицита углей марки ОС составлять шихты для коксования с требуемыми качественными характеристиками без использования остродефицитных марок углей «отощающей присадки». Присутствие данного угля в шихте существенно снижает содержание серы в ней и в получаемом коксе, что немало важно при производстве чугуна с высокими показателями качества.