Файл: Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу.doc

В качестве твердого топлива на различных этапах развития доменного производства применялись и применяются древесный уголь, кокс, формованный кокс, антрациты, пылеугольное топливо.

Развитие доменного производства исторически сложилось так, что первым видом доменного топлива был древесный уголь. Древесный уголь представляет собой продукт неполного разложения древесины при нагревании без доступа воздуха при температуре 350-500 ^оС. При таких температурах она разлагается с образованием твердого остатка, который и является древесным углем, и смеси жидких и газообразных продуктов. Самым примитивным способом производства древесного угля было выжигание его в кучах дров, покрытых слоем глины и земли. Современный способ производства древесного угля состоит в том, что камеру с порцией дров протягивают через туннель, где температура меняется по заданной программе. Время переугливания составляет около 30 часов с последующим охлаждением в течение 15 ч.

Теплота сгорания древесного угля – 25-3010³кДж/кг. Элементарный состав древесного угля: 70-85 % нелетучего углерода, следы серы, 0,01-0,04 % фосфора и 1-2 % золы. Кроме этого в угле имеется 10-30 % летучих веществ и 3-5 % влаги.

Пористость древесного угля составляет 70-90 % по отношению к общему объему куска (пористость кокса из угля составляет 50 %). Насыпная масса древесного угля 150-200 кг/м³.

Крайне низкая прочность не позволили использовать его в современных доменных печах. В настоящее время только две доменные печи малого объема (до 200 м³) работают на древесном угле (одна в России на Урале и одна в Швеции).

В 70-е годы японские металлурги построили в Бразилии более десятка доменных печей объемом 600-700 м³ для работы на древесном угле, получаемом из быстро растущих деревьев - эвкалиптов.

8.2 Производство кокса

В настоящее время основным твердым топливом доменной плавки является кокс. Кокс – это твердая спекшаяся масса, остающаяся после удаления из каменного угля летучих веществ и смол путем прокаливания его без доступа воздуха при температуре 900-1200 ^оС.

8.2.1 Историческая справка

Первые опыты доменной плавки на коксе известны с 1665 г. В 1735 году английский инженер А.Дерби разработал технологию производства чугуна на коксе. Первая доменная печь, работающая на коксе, была задута в Европе во Франции в 1785 г.

Вначале кокс также как и древесный уголь получали в кучах. Для коксования использовали крупные куски угля с содержанием золы 1-2 %. В XIX веке на смену коксования в кучах пришла технология производства кокса в стойловых (полуоткрытых) печах.

Первые печи закрытого типа появились в Англии еще вначале ХVI века. Однако, массовое применение печей закрытого типа (ульевые печи) началось только в XIX в.

Коксовые печи (вертикальные) были разработаны инженером Аннольтом в 1850 г. Первые коксовые печи с отопительными простенками были построены во Франции в 1856 году, а в 1867 году в Бельгии были разработаны основные элементы современных коксовых печей. В начале 80-х годов XIX в. во Франции и Германии начали строить печи с улавливанием летучих веществ и регенерацией.

В 1900 г в Канаде впервые применили динасовые огнеупоры, а в 1908 г в США была построена коксовая батарея, полностью выложенная из динаса.

В России начало использования каменного угля связано со строительством Томского железоделательного завода на реке Томь в 1769-1771 гг. В 1829-1830 гг. были получены первые партии промышленного кокса. Производство кокса на Дальнем Востоке (о. Сахалин) началось в 1872 г. На Среднем Урале в 1885 г начал работать Луньевский коксовый завод (30 коксовых печей полуоткрытого типа без улавливания летучих).

Объем производства кокса в 1913 г в США составил 42 млн.т; Германии – 34,6; Англии – 13; России – 4,4 млн.т.

В Украине после революции 1917 года начато активное строительство коксовых батарей. В 1927 г построены динасовые печи в Рутченково, 1928-1929 гг пущены 10 динасовых печей в Енакиево. Примерно в это же время был пущен Брянковский коксохимический завод.

К началу второй мировой войны СССР располагал 31 коксохимическим предприятием мощностью – 25 млн.т в год. Примерно половина их была построена в Украине. Во время войны значительная часть предприятий была разрушена. В 1949 г коксохимическое производство было восстановлено и достигло довоенного уровня. В 1958 г была введена первая батарея из 77 печей с камерами объемом 30 м

³, в дальнейшем объем камер достиг 32,4 м³. Годовая мощность таких печей составила 830 тыс.т кокса в год.

Среди производителей кокса в 1995 г лидирующее положение занимали (млн.т): Китай – 62, Япония – 60, Россия – 27, Германия – 20, Польша – 18, США и Украина – 15, Индия – 13.

В целом производство и потребление кокса в мире за последние 20 лет изменилось немного: в 1980 – 376 млн.т, в 1990 г – 373 млн.т, в 1995 г – 355 млн.т, в 2000 г – 343 млн.т., 2005 г – 350 млн.т.

В промышленно развитых странах оно снизилось со 188 до 140 млн.т, а в развивающихся странах возросло с 26 до 55 млн.т.

8.3 Угольная промышленность Украины

Уголь является основным сырьем для производства кокса. Разведанные запасы угля в Украине составляют 120 млрд.т, в том числе – 47 млрд.т балансовые. По данным геологоразведки Украина может добывать 150-170 млн.т угля.

Шахтный фонд Украины состоит из 251 административной и 278 технических единиц с суммарной мощностью 183,5 млн.т. Обслуживает угольную промышленность 65 обогатительных фабрик, годовая мощность которых составляет 149,7 млн.т рядового угля, из них 20 – мощностью 52,8 млн.т для коксования. 45 фабрик мощностью 96,9 млн.т – для обогащения энергетических углей, в том числе 23 фабрики мощностью 46.1 млн.т – обогащают антрациты. 80 % шахт – газоносные. Они ежегодно выбрасывают в атмосферу около 3 млн.т метана. В среднем на 1 т угля выделяется 100 м³ метана. Общие запасы метана составляют более 3 триллионов м³, поэтому добычу метана параллельно с углем следует рассматривать как отдельную отрасль. Средняя толщина пласта угля от 0,5 до1,5 м. Глубина залегания 700-1500 м.

Шахтный фонд Донецкой области состоит из 122 шахт, суммарная мощность которых составляет 90 млн.т. Производственная мощность шахт Луганской области – 59,5 млн.м³, Днепропетровской – 13,8 млн.т.

Украина обладает крупными ресурсами коксующихся углей – 29 млрд.т в том числе 18 млрд.т – балансовые. Запасы угля сосредоточены в недрах Донецкого (17,6 млрд.т) и Львовско-Волынского бассейнов (0,5-0,6 млрд.т).

Мировые ресурсы коксующихся углей оцениваются примерно в 1,5 трлн.т (10 % общих ресурсов угля), а разведанные запасы – около 400 млрд.т. Большая часть запасов сосредоточена в США (118 млрд.т, см. табл.), Китае (80 млрд.т) (таблица 8.1).

Вещественный состав углей

Согласно теории органического происхождения углей ископаемые угли делятся на четыре класса (Стадников Г.Л.):

Гумусовые угли (почва) – т.е. угли торфяного происхождения остатки разложения наземной растительности.

Таблица 8.1 – Ресурсы коксующихся углей, их добыча в мире в 1980-2000 годах

Страна	Ресурсы угля, млрд.т		Добыча угля, млн.т
Страна	Всего	В том числе экономично извлекаемые	1980 г	1990 г	1995 г	2000 г
Всего в мире В том числе: Украина Россия Казахстан США Китай Польша Великобритания ФРГ Австралия Индия Япония Колумбия Франция	1500 29 441 11 255 300 92 93 44 26 21 4 1 5,5	400 7 20 3 118 80 6,6 3,8 30 14 10,7 – – –	630 68 93 30 124 50 46 15 44 50 21 8 1 5	600 68 93 30 91 100 54 13 27 69 28 5 20 5	600 40 55 20 95 110 56 12 30 79 25 – 20 3	550 45¹⁾ 60¹⁾ 20¹⁾ 100 120 60 10 30 80 25 – 30 2

¹⁾– оценка

Сапропелевые угли (сапрос – гнилой), т.е. образующиеся при накоплении органических веществ с примесью неорганических материалов глины, песка.
Сапропелево-гумусовые.
Гумусо-сапропелевые.

Каменные угли для технологических целей по содержанию микрокомпонентов углей подразделяют на пять групп:

Витренит – бесструктурные и структурные микрокомпоненты – просвечивающиеся под микроскопом буро-красными тонами, при нагревании способны плавиться и спекаться.
Семивитрит – под микроскопом окрашиваются в светло-коричневые тона, при нагревании не обладают плавкостью, но спекаются.
Фюзенит – под микроскопом имеют черный цвет, при нагревании не переходят в пластическое состояние и не спекаются
Лейптинит – форменные элементы гумусового ряда (споры, пыльца, смолы) – под микроскопом – желтый цвет – при нагревании не спекаются.
Альгинит (водоросли) – под микроскопом – желтый цвет – при нагревании способны к спеканию.

Определяющим фактором при определении качества углей является их возраст. Самым молодым по возрасту является торф, затем бурый уголь и, наконец, каменный уголь.

В зависимости от возраста каменные угли подразделяются на следующие марки (по мере увеличения возраста): длиннопламенный (Д), газовый (Г), жирный (Ж), коксующийся (К), отощенно-спекающийся (ОС), тощий (Т), полуантрацит (ПА), антрацит (А). Теплота сгорания углей в зависимости от возраста изменяется от 25000 до 30000 кДж/кг.

8.4 Краткая характеристика основных угольных бассейнов

Из всего количества угля на территории бывшего СССР для слоевого коксования пригодно около 50 млрд.т. Более половины его находится в Донбассе, в Кузнецком бассейне – более четверти, еще меньше – Карагандинском бассейне, далее – Печерский, Кизиловский и т.д.

В Донецком бассейне залегают все угли (табл.8.2). Промышленные запасы коксующихся углей составляют более 17 млрд.т. Глубина запасов – до 1500 м.