В настоящее время в СССР, как и в других странах с развитой коксохимической промышленностью, наметились трудности в обеспечении коксового производства хорошо спекающимися углями марок Ж, КЖ, К Донбасса. Поставки углей из других бассейнов не могут компенсировать ухудшение технологических свойств современных и перспективных угольных шихт для коксования. В связи с этим марочный состав шихт будет приближаться к соотношению их в недрах Донбасса: доля газовых углей 59,9; жирных 20,8; коксовых 9,4 и отощенных спекающихся 8,9%. Получить металлургический кокс из шихты такого марочного состава слоевым способом при обычной технологии ее подготовки не представляется возможным.
Одним из эффективных способов подготовки слабоспекающихся угольных шихт перед их коксованием с целью экономии углей марок Ж и К с одновременным улучшением физико-химических свойств кокса является способ частичного брикетирования этих шихт со связующим. Большим достоинством способа является его применимость к действующим в настоящее время коксовым батареям без их реконструкции.
Целью данного исследования было определение показателей свойств кокса, полученного указанным способом.
Шихту для брикетирования составляли и измельчали на Донецком коксохимическом заводе до 82—84% содержания класса <3 мм. Использованы угли Кальмиусской ЦОФ (газовые и жирные) и Чумаковской ЦОФ (отощенные спекающиеся и тощие). Марочный состав и технологические свойства брикетируемой и небрнкетируемой частей шихты, а также частично брикетированной шихты для коксования представлены в табл. 1.
Таблица 1
| Наименование продукта | Марочный состав шихты, % | Технический анализ, % | Пластометрические показатели, мм | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Г | Ж | К | ОС+Т | Wr | Ad | Vdaf | Sdt | X | Y | |
| Опытная шихта | ||||||||||
| с брикетами | 55 | 15 | 10 | 20 | 8,2 | 7,66 | 29,85 | 1,87 | 35 | 13 |
| без брикетов | 70 | 15 | 15 | - | 9,7 | 7,50 | 30,17 | 1,80 | 32 | 14 |
| Шихта без брикетов (эталон) | 53,3 | 17,5 | 9,7 | 19,5 | 9,5 | 6,7 | 27,8 | 1,83 | 35 | 13 |
| Брикеты | 27 | 16 | - | 57 | 5,5 | 8,32 | 28,88 | 2,01 | 28 | 12 |
Брикеты в количестве 255 т были изготовлены на БФ «Донецкая» по обычно принятой там технологии на двух новых прессах французской фирмы «Саю — Конрер». Форма полученных брикетов подушкообразная, размер 60Х50Х35 мм, плотность 1,15—1,20 кг/см3. В качестве связующего использовали нефтебитум марки БН-70/30 с температурой размягчения 70°С. Доля битума составляла 8 % от массы брикета. Температура битума перед смесителем 1900С при давлении в трубопроводе 150 кПа; температура брикетов после пресса 50, а в загруженных вагонах 43 0С.
Брикеты готовили из подсушенной шихты, их влажность составила 5,5%. После 4-кратного сбрасывания брикета на металлическую плиту с высоты 1,5 м количество класса <25 мм составило 95,7%. Содержание мелочи в товарной массе брикетов (класс <25 мм) 9,8%. Слипания брикетов в вагонах и при хранении их в летнее время в штабеле не наблюдалось. При транспортировании и последующей разгрузке брикетов грейферным краном из вагонов доли мелких классов в брикетах повысилась до 25%.
Опытные шихты составляли из брикетов и углей, прибывающих на Харьковский опытный коксохимический завод для промышленных коксований. Гранулометрический состав опытных шихт приведен в табл. 2.
Таблица 2
| Наименование продукта | Гранулометрический состав(%)по классам, мм | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| >25 | 25-13 | 13-6 | 6-3 | 3-1 | 1-0.5 | <0.5 | <3 | |
| Опытная шихта с брикетами | 37.7 | 5.6 | 4.5 | 8.1 | 17.0 | 7.5 | 19.6 | 44 |
| эталонная шихта без брикетов | - | - | 6,2 | 15,0 | 30,2 | 13,1 | 35,5 | 78 |
Дозирование брикетов в шихту осуществляли из отдельного бункера дозировочным столом без затруднений с удовлетворительной точностью (заданная массовая доля брикетов 35%, фактическая — 37,7). При транспортировании частично брикетированной шихты на угольную башню брикеты не скатывались с ленты, удовлетворительно смешивались с шихтой в желобах без применения смесительной машины.
Для опытных коксований было приготовлено 650 т частично брикетированной шихты, которую коксовали на коксовой батарее № 4 Харьковского опытного коксохимического завода, состоящей из 7 печей системы ПК высотой 4,3 м и печными камерами шириной 410 мм, а также на батарее № 5 в печах с камерами шириной 510 мм. В период проведения исследовании температура в контрольных отопительных каналах с машинной стороны составляла 1265, а с коксовой — 1300°С. Оборот печей с печными камерами шириной 410 мм для шихты Харьковского опытного коксохимического завода составил 14 ч 30 мин, а с камерами шириной 510 мм — 16 ч.
Насыпная плотность частично брикетированной шихты повысилась на 8,9%. Для достижения одинаковой готовности кокса из опытной и эталонной шихт (температура в центре коксового пирога на уровне 2,1 м, замеренная через люки с машинной и коксовой сторон, составляла 1050°С) период коксования был удлинен на 40 мин или на 4,5%. Общее повышение производительности печей составило 4,4%. Высота подсводового пространства для всех загруженных шихт была в пределах 180—300 мм. Для печей с шириной камеры 410 и 510 мм ампераж выдачи кокса составил соответственно 120—130 и 150—160 А.
В опытном и сопоставительном периодах определяли гранулометрический состав рампового кокса, а также гранулометрический состав и механическую прочность металлургического кокса.
Результаты промышленных коксований опытных шихт представлены в табл. 3. Как видно из данных этой таблицы выход мелких классов кокса заметно снижается только при коксовании частично брикетированной шихты в печах с шириной камеры 510 мм. Кокс из частично брикетированной шихты из-за высокой зольности и сернистости углей, входящих в брикеты, был наиболее зольным и сернистым.
Таблица 3
| Наименование коксов из шихт | Гранулометрический состав(%)по классам, мм | Технический анализ, % | Показатели прочности по ГОСТ 5953-81, % | Пористость | Структурная прочность по ВУХИНу, % | Абсолютная прочность по УХИНу, мг | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| >80 | 80-60 | 60-25 | <25 | Ad | Vdaf | Sdt | M25 | M10 | ||||
| C брикетами(ширина печной камеры 410 мм) | 3,8 | 12,3 | 77,5 | 6,4 | 9,9 | 0,89 | 1,52 | 83,6 | 7,3 | 46,6 | 82,6 | 143 |
| Без брикетов (эталон) | 4,5 | 11,4 | 77,4 | 6,7 | 9,2 | 0,89 | 1,43 | 82,1 | 8,4 | 49,8 | 82,9 | 132 | C брикетами(ширина печной камеры 510 мм) | 5,2 | 12,7 | 77,6 | 6,7 | 9,3 | 0,76 | 1,50 | 85,2 | 7,1 | 45,8 | 87,2 | 163 |
| Харьковского опытного коксохимического завода | 4,5 | 11,7 | 75,6 | 8,2 | 9,4 | 0,82 | 1,41 | 87,1 | 7,1 | 48,5 | 82,1 | 140 |
Применение метода брикетирования с добавкой связующего к слабоспекающейся шихте (доля углей марок Ж+К равна 25%) позволило улучшить механическую прочность кокса по М25 на 1,5 и по М10 на 1,1 %. По истираемости кокс из опытной слабоспекающейся шихты практически аналогичен коксу из заводской шихты хорошей спекаемости (доля углей марок Ж+К 50 %). Пористость коксов, полученных из частично брикетированных шихт, снизилась с 49,8 до 46,6 и 45,8%. Абразивная прочность опытных коксов по УХИНу повысилась со 132 до 143 и 163 мг. Наиболее прочные и плотные коксы получены в печах с шириной камеры 510 мм.
Макроскопическое изучение опытного кокса показало, что в нем отсутствуют видимые границы раздела областей кокса из брикетов и содержащей их шихты. Было проведено рентгеноскопическое просвечивание пластин кокса толщиной 10±1 мм, на которые разрезали целые куски. Всего было изучено 30 проб кусков кокса. Границ раздела областей кокса из брикетов и содержащей их шихты также не было обнаружено. Это свидетельствует о том, что правильно были подобраны угольные смеси для брикетирования и что технологические свойства брикетов (с учетом связующего) и содержащей их шихты между собой близки.
Таким образом, проведенные опытно-промышленные коксования частично брикетированной СО связующим шихты с большим содержанием слабоспекающихся и неспекающнхея углей показали, что брикетирование преимущественно слабоспекающейся части шихты позволяет считать этот метод эффективным средством улучшения прочности металлургического кокса, экономии хорошо спекающихся углей марок Ж и К и увеличения производительности коксовых батарей.