Файл: Тютюнников Ю.Б. Получение кокса из слабоспекающихся углей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 74
Скачиваний: 0
Формованные из угля изделия требуют дальнейшей термической обработки, и только после этого из них можно получить кокс с достаточной механической проч ностью. В то же время установлено, что после оконча ния процесса формования изделия могут деформиро ваться из-за того, что они сохраняют еще некоторые
свойства пластичности. Вследствие |
этого независимо |
от конструкции печи спекания и |
прокаливания фор |
мовки, находясь еще некоторое время в пластическом состоянии, могут подвергаться внешнему воздействию. Это приведет к тому, что часть формовок изменит свои геометрические размеры, что нежелательно.
Для нахождения условий, обеспечивающих меньшую деформацию формовок, были проведены исследования по следующей методике [59]: формовки, полученные на укрупненной лабораторной установке, быстро перено сились в тигельную печь, в которой поддерживалась температура на заданном уровне. Во всех опытах тем пература печи соответствовала температуре формова ния исследуемого угля и в зависимости от степени его метаморфизма несколько изменялась.
Достаточная термоизоляция верхней части тигельной печи предотвращала охлаждение верха формовок. Через слой термоизоляции проходил шток от штемпеля, кото рый устанавливался на формовку. Верхний конец штока был снабжен диском, на который устанавливался груз для деформации формовки. После нагрева до заданной температуры уголь перед формованием выдерживался во вращающейся печи 3,5 и 7,5 мин при постоянной тем пературе. Для формовки, полученной из угля, выдер жанного различное время во вращающейся печи, опре делялась максимальная деформация по величине погру жения штока в формовку (в миллиметрах) и время (в минутах), в течение которого шток еще погружался в
92
формовку больше чем на 0,5 мм/мин. Момент, начиная с которого погружение штока в формовку становилось равным 0,5 мм/мин или меньше этой величины, прини мался за момент утраты формовкой пластических свойств.
При исследованиях формовки из донецкого газового угля шахты № 3 «Ново-Гродовка» и длиннопламенного
|
|
|
|
|
|
|
выдержка доустановиеруза,мин |
|||
Рис. 24. Зависимость вели |
Рис. 25. Зависимость про |
|||||||||
чины |
деформации |
формо |
должительности деформации |
|||||||
вок из газового угля от |
формовок из |
газового угля |
||||||||
времени |
выдерживания |
его |
от |
времени |
выдерживания |
|||||
|
перед |
формованием: |
его |
перед |
формованием: |
|||||
1 — выдержка |
во вращающейся |
/--вы держ ка |
во вращающейся |
|||||||
печи 3 |
мин; 2 — выдержка |
во |
печи |
3 |
мин; |
2— выдержка |
во |
|||
вращающейся печи 5 мин; |
3 — |
вращающейся |
печи 5 мин; |
3 — |
||||||
выдержка |
во |
вращающейся пе |
выдержка во вращающейся печи |
|||||||
|
|
|
чи |
7,5 |
мин. |
|
|
|
7,5 мин. |
шахты «Западная-Кременная», треста «Лисичанскуголь», подвергались воздействию одинакового давления (0,318 кГ/см2). По описанной методике исследовались также формовки из бинарной смеси углей марок Д и Г. В отличие от опытов с формовками из отдельных марок углей опыты с формовками из шихты проводились без
93
выдерживания угля до формования. В этом случае уголь формовался непосредственно по достижении режимной температуры. Результаты выполненных исследований представлены на рис. 24 и 25.
Анализируя полученные результаты, можно заклю чить, что пластические свойства формовок как из отдель ных марок углей, так и из бинарных смесей зависят, главным образом, от степени термической подготовки угля к формованию, а также от времени выдерживания формовки при постоянной температуре до приложения к ней деформирующих усилий. На рис. 24 представлена зависимость величины деформации формовок, получен ных из газового угля шахты № 3 «Ново-Гродовка», от времени установки груза и времени выдерживания угля до формования. Приведенные данные свидетельствуют о том, что наибольшая величина и максимальная про должительность деформации (рис. 25) наблюдались при исследовании формовок, полученных из угля, вы держанного во вращающейся печи минимальное время (3 мин).
Абсолютная деформация формовок из угля, выдер жанного во вращающейся печи в течение 5 мин, несколь ко меньше. Совсем -незначительной деформации подвер
гаются |
формовки, полученные из угля, выдержан |
ного 7,5 |
мин. Находясь в термостатированной печи |
только 1 мин, эти формовки уже теряют пластические свойства.
Формовки, полученные из угля, выдержанного в тече ние 3 мин во вращающейся печи, в первые минуты пре бывания в термостатированной печи под воздействием деформирующего усилия дают незначительную усадку, которая начинает увеличиваться только к третьей минуте выдерживания при постоянной температуре. Это являет ся результатом того, что формовки были изготовлены из
94
термически не подготовленного к формованию угля, ре акции термической деструкции не прошли до необходи мой глубины и пластические свойства такой формовки проявились только после некоторого дополнительного на гревания.
Формовки из угля с несколько большей степенью термической подготовки .(выдерживание в течение 5 мин) характеризуются меньшей величиной деформации и в те чение меньшего времени находятся в пластическом со стоянии.
Совершенно иная картина наблюдается в том случае, когда формовки получают из угля с высокой степенью термической подготовки (выдерживание до 7,5 мин). В этом случае формовки, очевидно, имеют достаточно высокую степень карбонизации и находятся на грани образования структуры полукокса, вследствие чего наи большая усадка наблюдается сразу же после формова ния. Определение абсолютной величины усадки формо вок из газового угля при различных удельных давлениях показало, что величина деформации в значительной ме ре зависит от удельного давления при изменении его в пределах от 0,318 до 0,159 кГ/см2, а при дальнейшем уменьшении давления практически не изменяется.
СПЕКАНИЕ И ПРОКАЛИВАНИЕ УГОЛЬНЫХ ФОРМОВОК
Конечной стадией получения формованного доменно го кокса по схеме, предложенной ИГИ АН СССР, явля ется нагрев формовок от температуры формования до 750—850° С. Этот температурный интервал был условно разделен на две стадии: стадия спекания (до темпера туры 550° С), когда в основном заканчивается формова ние структуры полукокса и удаляется основная масса ле тучих, и стадия прокаливания от 550 до 750—850° С, ког
95
да образуется структура кокса. Само собой разумеется,
что температура |
550° С — граница |
между |
стадиями — |
|||||||||
была |
выбрана условно и для |
различных |
углей |
она от |
||||||||
|
|
|
|
клоняется |
в ту |
или |
иную |
|||||
|
|
|
|
сторону |
и |
|
в |
дальнейшем |
||||
|
|
|
|
подлежит уточнению. |
тем |
|||||||
|
|
|
|
|
Влияние |
конечной |
||||||
|
|
|
|
пературы нагрева на свой |
||||||||
|
|
|
|
ства |
цилиндрических |
фор |
||||||
|
|
|
|
мовок |
диаметром |
65 |
мм, |
|||||
|
|
|
|
полученных из газового уг |
||||||||
|
|
|
|
ля шахты № 3 «Ново-Гро- |
||||||||
|
|
|
|
довка», |
исследовалось |
при |
||||||
|
|
|
|
нагреве |
их |
с |
постоянной |
|||||
|
|
|
|
скоростью |
1,5 град!мин [61]. |
|||||||
|
|
|
|
Результаты |
|
этих |
опытов |
|||||
|
|
|
|
графически |
представлены на |
|||||||
|
|
|
|
рис. |
26. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приведенные данные по |
|||||||
|
|
|
|
казывают, что механическая |
||||||||
Рис. 26. Зависимость механи |
прочность формовок зависит |
|||||||||||
ческой |
прочности формовок от |
от конечной температуры на |
||||||||||
конечной температуры нагрева: |
грева |
и изменяется |
в широ |
|||||||||
1 — выход класса > 40 |
мм |
после |
ких пределах. Механическая |
|||||||||
сбрасывания; 2 — прочность формо |
||||||||||||
вок по ВУХИН; 3 — прочность |
фор |
прочность формовок, харак |
||||||||||
|
мовок по |
ИГИ. |
теризуемая выходом |
класса |
||||||||
> 4 0 |
мм после |
|
|
|||||||||
сбрасывания |
общепринятым методом, |
равномерно увеличивается с повышением температур от 450 до 680° С. Формовки, полученные при конечной тем пературе нагрева 750—800° С, имеют практически одинаровый выход класса > 40 мм. Цилиндрические фор мовки, полученные при относительно невысокой конеч ной температуре нагрева, при сбрасывании разбивались вдоль цилиндра, а большинство из них еще раскалыва-
96
лось в поперечном направлении, поэтому формовки, по лученные при конечных температурах 480—550° С, при сбрасывании содержат много класса 40—25 мм.
Прочность формовок, определяемая методом ВУХИН, значительно увеличивается при температуре 650—680° С, а при дальнейшем повышении температуры она мало изменяется.
При повышении конечной температуры нагрева фор мовок одновременно с увеличением механической проч ности изменяются и другие физические свойства их. С увеличением конечной температуры нагрева увеличи вается истинная плотность формовок. Пористость и ка жущаяся плотность их значительно изменяются при по вышении конечной температуры нагрева от 450 до 650° С. При повышении температуры от 480 до 650° С пористость увеличивается с 34,3 до 54,8%, а при повышении ее до 80СРС пористость практически не изменяется (рис. 27).
Влияние скорости нагрева на механическую проч ность формовок исследовалось в несколько этапов. На заводской установке было определено влияние скорости нагрева на свойства формовок цилиндрической формы диаметром 70 мм, полученных из газового угля шахты № 3 «Ново-Гродовка». Вначале было выяснено влияние скорости нагрева в стадии спекания (рис. 28) [61].
Оптимальной в стадии спекания, очевидно, является скорость нагрева около 1,5 град/мин-, при более низких скоростях процессы спекания идут медленно и формов ки не достигают большой прочности. При больших ско ростях образуются напряжения, превышающие пределы механической прочности формовок.
Структурная прочность вещества формовок (зерна фракции 3—6 мм), определенная по методу ВУХИН, с увеличением скорости нагрева увеличивается. Таким образом, на первый взгляд имеется некоторое противоре-
7— 829 |
97 |
чие: с увеличением скорости нагрева механическая проч ность формовок уменьшается, в то же время прочность вещества формовок увеличивается. Это объясняется тем, что с увеличением скорости нагрева угольные микро частицы могут соединяться друг с другом большим колн-
Скоростьнагрева,граё/иин
Рис. 27. Зависимость физиче |
Рис. 28. Зависимость механи |
||||||
ских свойств формовок от ко |
ческой прочности формовок, на |
||||||
нечной |
температуры |
нагрева: |
гретых до |
температуры |
550° С, |
||
/ — истинная удельная |
плотность |
от скорости |
нагрева: |
||||
формовок; 2 — кажущаяся |
удельная |
1 — выход |
класса > 40 |
мм |
после |
||
плотность |
формовок; 3 — пористость |
||||||
сбрасывания; 2 — прочность |
формо |
||||||
|
формовок, %. |
||||||
|
вок по ВУХИН; 3 — прочность фор |
мовок по ИГИ.
чеством связей и, несмотря на то что в формовке на значительных расстояниях образуются напряжения, близко расположенные участки формовки имеют повы шенную прочность.
Пористость и кажущаяся плотность формовок, нагре тых до температуры 550° С, с различными скоростями, в
98
некоторой степени зависят от скорости нагрева. С уве личением ее пористость увеличивается, а кажущаяся плотность уменьшается.
Формовки из газового угля шахты «Ново-Гродовка», нагретые до 750° С, имеют тем большую механическую прочность (рис. 29), чем меньше скорость подъема температуры. Резкое умень шение механической проч ности наступает при ско ростях нагрева, превы-
|
|
|
Скоростъ нагрева, град/мин |
||
Рис. 29. Зависимость меха |
Рис. 30. Зависимость кажу |
||||
нической прочности формо |
щейся плотности и пористо- |
||||
вок, нагретых до температу |
сти формовок, нагретых до |
||||
ры 750° С, от |
скорости на |
температуры |
750° С, |
от ско |
|
|
грева: |
|
рости |
нагрева: |
|
— выход класса |
> 40 мм после |
/ — изменение |
пористости; 2 — |
||
сбрасывания; 2—прочность |
фор |
изменение кажущейся |
удельной |
||
|
мовок по |
ИГИ. |
|
плотности. |
шающих 1 —1,5 град/мин. Если формовки нагреты со скоростями до 1,4—1,5 град/мин, то они имеют практи чески одинаковую механическую прочность.
Прочность вещества формовок, нагретых до темпера туры 750°С, определенная методом ВУХИН, показывает,
7* |
99 |
что с увеличением скорости нагрева прочность вещества увеличивается и достигает оптимальной величины при 1,8—2,1 град/мин, а при дальнейшем увеличении ско рости нагрева — не повышается.
Пористость прокаленных формовок закономерно уве личивается с увеличением скорости нагрева (рис. 30). Кажущаяся плотность их уменьшается. Такое же изме нение этих параметров наблюдается и при конечной тем пературе нагрева 550° С. Отсюда можно сделать заклю чение о том, что величина пористости и кажущейся плот ности в основном зависит от условий нагрева формовок в стадии спекания.
Проведенными опытами установлено, что нагревать формовки из донецкого газового угля в стадии спекания со скоростями, превышающими 1,4—1,5 град!мин, неже лательно, поскольку они в этом случае теряют механи ческую прочность. В то же время можно ожидать, что при температурах выше 550°С, когда заканчивается фор мирование структуры полукокса, формовки станут, более теплопроводны и их можно будет нагревать с большими скоростями без значительного уменьшения механической прочности, так как не будут образовываться большие температурные градиенты и, таким образом, можно бу дет сократить общее время стадии прокаливания. Для выяснения такой возможности была поставлена серия опытов с различными скоростями нагрева формовок в стадии спекания и прокаливания. Результаты этих опы тов представлены в табл. 32, где для сравнения приве дены результаты опытов нагрева формовок с одинако выми скоростями в стадиях спекания и прокаливания.
Приведенные результаты показывают, что за счет различных скоростей нагрева в стадиях спекания и про каливания можно значительно сократить время, необхо димое для нагрева формовок до конечной температуры
100