Термохимические превращения, пластическое состояние и спекание углей. Основы теории шихтовки.

По современным представлениям, при спекании углей протекает комплекс химических реакций и физико- химических процессов как в отдельно взятом угольном зерне, так и по поверхности их соприкосновения. Химическое взаимодействие различных угольных зерен может осуществляться лишь в пластическом состоянии. Переход угля в пластическое состояние представляет собой процесс разложения угля при нагревании его без доступа воздуха, при котором образуются вещества меньшего молекулярного веса, которые имеют жидкое агрегатное состояние. При дальнейшем термическом разложении угля эти вещества разлагаются или вступают в реакцию поликонденсации с образованием полукокса, а затем и кокса. Глубина перехода угля определяется петрографическим составом. В жидкоплавкое состояние переходит витринит, липтинит, альгинит. Не переходит - фюзинит. Поэтому от соотношения петрографических микрокомпонентов в угле зависят свойства пластической массы и спекание угля.

Не все угли в ряду химической зрелости образуют пластическую массу. Этим свойством обладают лишь угли марок Г,Ж,К,ОС, а угли крайних стадий метаморфизма Д,Т, не переходят в пластическое состояние.Размягчение угля начинается при температуре порядка 350-400 ^оС; при повышении температуры до 480-500 ^оС происходит разложение пластической массы: из нее выделяются пары смолы, газы и остается твердый остаток – полукокс. При повышении температуры происходит разложение полукокса с выделением газа с образованием конечного продукта термического разложения угля-кокса. На качественные показатели кокса оказывают влияние такие параметры угля как: вязкость пластической массы, вспучивание угля и давление распирания, усадка углей при коксовании, газовыделение в различные периоды коксования и газопроницаемость пластической массы. Эти параметры зависят от состава шихты, а также технологии подготовки шихты и условий коксования.

Угольная шихта, поступающая на коксование состоит из смеси различных технологических марок (см. раздел 1.1).

Технологические марки углей оказывают различное влияние на процессы спекания и коксообразования. Газовые угли повышают спекаемость, кокс получается хорошо проплавленным. но легко дробимым. Кокс из газовых углей обладает высокой реакционной способностью.

Жирные угли имеют максимальный величину пластического слоя, способны принимать большее количество отощающих добавок, дают высокие выходы смолы, бензола, газа.

Коксовые угли обеспечивают высокую маханическую прочность и однородную кусковатость кокса.

Отощенно-спекающиеся угли обеспечивают получение кокса неравномерным по величине куска, слабо проплавленного.

Исходя из вышеуказанного необходимо составлять шихту, обеспечивающую получение кокса высокого качества.

Требование к составу шихты смотри раздел 1.1.

3.Влияние свойств угольной шихты на показатели горячей прочности (CSR) кокса и его реакционной способности (CRI), а также на показатели истираемости М₁₀ и дробимости М₄₀

Исследование взаимосвязи основных показателей качества угольной шихты для коксования с горячей прочностью кокса и его реакционной способностью установлено, что показание прочности кокса после реакции газификации и его реакционной способности находятся в зависимости от спекаемости отощающих и спекающихся компонентов, кроме того от отражательной способности витринита.

Исследованиями крупных фирм, производящих кокс, найдена взаимосвязь между марочным составом угольной шихты и показателями М₄₀, М₁₀, горячей прочности (CSR) кокса и его реакционной способности (CRI). С увеличением доли в шихте более ценных марок коксообразующих углей Ж (К_т.ц = 0,85) и К, КО, ОС (К_т.ц = 0,65 - 0,90) улучшаются показатели истираемости и показатели послереакционной прочности, а с повышением в шихте доли низкометаморфизованных углей марок «ГЖ», «КСН» они ухудшаются Наилучшие характеристики послереакционной прочности (CSR = 67,6 ÷ 68,7 %) и реакционной способности (CRI = 27,3 ÷ 27,5 %) получены при суммарном содержании 66,1 % коксообразующих и спекающихся углей марок К, КО, ОС, Ж, в том числе 17,3 % угля марки Ж и 21,8 % низкометаморфизованных углей марок ГЖ, КСН, при спекаемости шихты 15,1 - 15,2 мм, отражательной способности витринита 1,142 %. Худшие показатели горячей прочности кокса и его реакционной способности (54,5 - 55,5 % и 36,2 % соответственно) получены при минимальном (9,6 %) содержании жирной основы (углей марки Ж) и максимальном (43,5 %) содержании низкометаморфизованных углей марок ГЖ, КСН, а также при низкой (1,008 %) отражательной способности витринита. Лучшая прочность по М₁₀ (7,6 - 8,0 %) и CSR (60,3 - 60,9 %) получена при максимальных значениях отражательной способности витринита шихты (R₀ = 1,17 %) и содержания углей с R₀ = 0,95 - 1,40 % (66,5 %).

Использование в доменной плавке кокса с показателями послереакционной прочности CSR = 67,6 ÷ 68,7 % и реакционной способности CRI = 27,3 ÷ 27,5 % вместо кокса с показателями соответственно CSR = 54,5 ÷ 55 % и CRI = 36,2 % позволяет на 0,84 % повысить суточную производительность доменных печей и на 0,87 % снизить удельный расход кокса.

Производственные показатели работы доменной печи полезным объемом 3000 м³ свидетельствуют о том, что на каждый 1 % увеличения реакционной способности кокса производительность уменьшалась на 0,4 - 0,6 %, а удельный расход  кокса увеличивался на 0,8 - 1,0 %. Повышение на каждый 1 % показателя послереакционной прочности вызвало увеличение производительности печи на 0,5 - 0,6 % и снижение удельного расхода кокса на 0,3 - 0,5 % [11, 12].