содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Глава 1

Доменная шихта

Доменная шихта состоит из рудной части и кокса. Как в нашей стране, так и за рубежом подготовке шихты к доменной плавке, непрерывному улучшению ее качества, использованию более экономичных видов сырья уделяется все возрастающее внимание.

Качество шихты определяется ее физико-механическими, химическими и физико-химическими свойствами. К физико-механическим свойствам шихты относятся ее крупность, прочность, трещиноватость, термическая стойкость, истираемость и равномерность по величине кусков. Химические свойства кокса отражают его элементарный состав, содержание в коксе влаги, минеральных примесей, выход летучих веществ, теплоту сгорания горючей массы, содержание серы и фосфора. Химические свойства рудной сыпи характеризуются содержанием железа, серы, фосфора и окислов (CaO, Si02, MgO, А12O3, FeO и МnО). Под физико-химическими свойствами кокса подразумевается его горючесть, реакционная способность, пористость; физико-химические свойства рудной сыпи характеризуются ее восстановимостью и пористостью. Кроме лабораторных испытаний, контроль качества сырья осуществляется по внешнему виду. Машинист загрузки обязан на своем рабочем месте оценить качество сырых материалов. Он должен уметь отличить плохое сырье и сообщить мастеру печи.

кокс

В настоящее время в СССР для коксования в основном используют угли Донецкого, Кузнецкого, Карагандинского, Печорского, Кизеловского бассейнов. Ограниченность запасов коксующихся углей и их залегание на большой глубине наблюдается не только у нас, но и за рубежом. Это предопределяет стоимость кокса как самого дорогого сырья доменной плавки. Поэтому процесс мировой доменной плавки направлен на всемерное снижение расхода кокса, кг/г чугуна:

1900 г. 1925 г. 1950 г. 1970 г. 1980 г.

1350 1000 850 600 400

В доменной плавке кокс выполняет роль разрыхлителя рудной части шихты, является источником тепла, кроме этого, газообразные продукты его неполного окисления служат восстановителем окислов железа. Основными требованиями, предъявляемыми к доменному коксу, являются: высокая механическая прочность; однородность структуры и гранулометрического состава; минимальное содержание золы и серы; минимальные колебания показателей от средних (допустимые колебания влажности ±0,50%, зольности ±0,25%, сернистостг ±0,05%, содержания летучих ±0,02%).

Металлургические свойства кокса во многом определяются подготовкой угольной шихты к спеканию С этой целью шихту кокса, составленную из углей строго определенных марок, дробят, обогащают. Угли разных шахт дозируют в определенном соотношении и тщательно перемешивают. Подготовленную шихту загружают в коксовые печи. В результате термической переработки угля без доступа воздуха, заканчивающейся при 900—1050° С, образуется нелетучий, остаток, называемый коксом. Процесс коксообразования разделяется на три основные стадии: испарение влаги и подогрев шихты, образование пластической массы и превращение ее в полукокс при 510—550° С, превращение полукокса в среднетемпературный, а затем в высокотемпературный кокс.

Ширина эксплуатируемых в настоящее время коксовых печей составляет 407—450 мм и является важнейшим технологическим показателем, определяющим температурный режим коксования, период коксования и качество кокса, так как прогрев шихты идет от стен камеры к центральной ее части. Слои угольной шихты, находящиеся у стен камеры, нагреваются значительно быстрее, чем в центре камеры, возникает перепад температур, образуются напряжения в спекшейся массе и развивается сеть трещин. В результате при выдаче «коксовый пирог» распадается на отдельные куски кокса.

Нагрев шихты от стен камеры предопределяет различие свойств кокса по ширине печи. У стен кокс больше прокален и графитизирован вследствие высокой скорости коксования, имеет повышенную трещиноватость и дает наибольший выход мелочи. Кокс, непосредственно прилегающий к стенам камеры, называют «цветной капустой» (рис. 1). Он имеет большие продольные трещины, идущие от сглаженной поверхности к противоположной стороне куска кокса, размеры кусков кокса очень велики и нередко доходят до 100—150 мм.

По мере удаления слоев кокса от стен камеры в них уменьшается графитизация, увеличивается пористость кокса и снижается структурная прочность. В центре камеры кокс наименее прочный, имеет губчатую структуру (рис. 2). Губчатый кокс также образуется в верхней части коксового пирога по длине камеры. Наибольшее его количество наблюдается у дверей печи. Строение губки по высоте камеры неоднородно и зависит от условий коксования и свойств шихты. Губчатый кокс представляет собой куски кокса с ноздреватой губчатой структурой, причем такую структуру имеет вся поверхность куска. Губка непрочна, легко крошится и истирается, увеличивая количество мелочи в коксе. Наличие большого количества губки в массе кокса является следствием коксования слишком жирной шихты или плохой дозировки и смешения.

Внешним осмотром кокса можно также выявить не-допал, или недококсованные куски спекшейся шихты, они имеют темный блестящий цвет, велики по размеру, легко истираются и крошатся. В руках такой кусок кокса мажется. По весу куски тяжелее, чем обычный кокс. В недопале повышенное содержание летучих. Такой кокс образуется при неравномерном нагреве коксовых печей.

Цвет хорошего кокса от светло-серого до серебристого. Слишком светлый кокс может иметь пониженную прочность. Это, как правило, перегретый кокс. В нем видны небольшие поперечные трещины. Гранулометрический состав кокса должен быть ровным. С увеличением крупности кокса повышается его трещиноватость.

поэтому максимальная величина кокса не должна быть выше 60—80 мм, а минимальная 25 мм. Наличие большого количества кусков неопределенной формы свидетельствует о плохом коксе. Такой кокс обладает пониженной прочностью и термоустойчивостью.

Хороший кокс должен иметь столбчатую форму (рис. 3). Отношение длины кусков кокса к их ширине или высоте (коэффициент столбчатости) на южных заводах обычно равно 1,2—1,8, а на заводах Урала 1,7-2,4.


 

Рис. 3. Форма кусков кокса хорошего качества

Куски прочного и не влажного кокса при соударе: нии во время перегрузки звенят, дают мало пыли. Такой кокс обладает малой насыпной массой в зимнее время, он почти не парит. Напротив, кокс мелкий и непрочный обладает повышенной влажностью. Кокс с малым количеством глубоких трещин при транспортировке сравнительно легко распадается на куски средней величины. В доменной печи при опускании в фурменные очаги крупность этого кокса мало изменяется. Кокс, покрытый густой сетью мелких трещин, при перегрузках разрушается незначительно, но в нижних зонах печи подвергается термическому разрушению, образуя много мелочи.

Как уже отмечалось, физико-химические свойства

кокса определяются его органической массой, минеральными примесями и количеством влаги. Основной составляющей кокса (84—86%) является углерод — источник тепловой и химической энергии доменной плавки.

В процессе коксования минеральные примеси не улетучиваются и их содержание в коксе равно 9,5—10,0% для заводов Юга и 11,5—12,0% для остальных заводов СССР. Химический состав золы кокса следующий: 36,3—54,2% Si02; 18,2—30,1 % А1203; 4,2—6,1%СаО;

1,1-3,0% MgO.

Сернистость кокса южных заводов равна 1,6—1,8%, на остальных заводах СССР используют кокс, содержащий 0,5—0,6% S. В коксе сера содержится в виде различных сероорганических комплексов.

Объемная пористость кокса равна 45—55%. В основном поры кокса открытые, величина их разнообразна и определяется спекаемостью и степенью измельчения угля, выходом летучих веществ, режимом коксования.

Кокс воспламеняется при 650—700° С, температура его горения до окиси углерода в условиях доменной печи составляет около 2000° С. Важными показателями, характеризующими кокс, являются его горючесть и реакционная способность. Горючесть кокса — это скорость взаимодействия углерода кокса с кислородом по реакции С+02 = С02, а реакционная способность кокса — это скорость взаимодействия образовавшейся от горения двуокиси углерода по реакции С+С02=2С0.

Прочность кокса характеризуется его ситовым составом и механической обработкой пробы в барабанах. В СССР до последнего времени для всех коксохимических заводов было обязательным испытание кокса в барабане Сундгрена. По этому методу усредненная проба кокса (410 кг) крупностью выше 25 мм загружается в барабан диаметром 2,0 и шириной 0,8 м. Образующая поверхность барабана составлена из металлических прутьев толщиной 25 мм. Барабан с пробой кокса вращается в течение 15 мин со скоростью 10 об/мин. Вследствие малой скорости вращения и большого заполнения барабана куски кокса при испытании перекатываются и истираются; дробление их незначительно. Показателем качества кокса после испытания является количество кокса крупностью выше 25 и меньше 10 мм.

В СССР в качестве стандартного метода контроля

качества кокса в настоящее время принят микум-бара-бан. При испытании в этом барабане кокс в основном подвергается дробящим нагрузкам. Диаметр и длина барабана соответственно равны 1,0 м, на его внутренней поверхности под углом 90° один к другому приварены четыре угловых профиля 100ХЮ0 мм. При вращении барабана этими уголками кокс поднимается на некоторую высоту, затем куски кокса падают вниз. Испытанию подвергается проба кокса (50 кг) крупностью выше 60 мм. После вращения барабана в течение 4 мин со скоростью 25 об/мин пробу кокса рассевают на ситах с диаметром отверстий соответственно: 10; 20; 40 и 60 мм. Прочность кокса характеризуется в процентном выражении содержанием классов крупнее 40 и мельче 10 мм. Показатель М40 отражает дробимость кокса, а показатель Ml0 — его истираемость.