Файл: Применение радиоизотопной техники в коксохимическом производстве..pdf

такового на опытной печи Криворожского коксохимиче­ ского завода.

Для измерения плотности угольной загрузки в направ­ лении, перпендикулярном осевой плоскости камеры кок-

Рис. 64. Схема размещения радиоизотопной аппара­ туры на лабораторной коксовой печи с автоматизи­ рованным обогревом:

сования, использован радиоизотопный плотномер ПР-1024 с источником ионизирующего излучения 1S7Cs актив­

144

Для измерения плотности угольной загрузки в слоях, параллельных осевой плоскости камеры коксования, при­ менялся радиоизотопный измеритель плотности шихтовых

материалов ИПШМ с источником 7 ионизирующего излу­ чения ls7Cs активностью 2,95 • 1010 с—1, помещенным в контейнер типа Э-1м, и блоком детектирования с раз­ дельной регистрацией счета импульсов от каждой группы счетчиков. Такая регистрация счета импульсов давала возможность параллельно измерять плотность двух слоев угольной загрузки: расположенного параллельно осевой плоскости камеры на расстоянии 150 мм от греющей стен­ ки и расположенного под углом 2—5° к осевой плоскости на расстоянии 125 мм от греющей стенки. Ширина конт­ ролируемого слоя загрузки на уровне детекторов состав­ ляла 10 мм.

Измерительные схемы плотномеров ПР-1024 и ИПШМ были вынесены за пределы помещения лабораторной печи.

Были проведены измерения плотности при коксова­ нии угольной шихты с содержанием 45% газовых углей

и с различной влажностью — 2, 8,5 и 14%, а также ших­ ты, предварительно механически уплотненной в камере перед коксованием

Закономерности изменения плотности угольной загруз­ ки в процессе коксования и зависимости плотности от тем­ пературы аналогичны наблюдавшимся в опытной печи

Рис. 66. Взаимосвязь величины конечной плотности коксового пирога в лабораторной печи с показателями:

а — пористости; 6 — дробимости М25; в — истираемости M l0 кокса.

также плотности коксового пирога в камере коксования с характеристиками его дробимости, истираемости и пори­ стости. Согласно рис. 65, между усредненной по ширине камеры коксования начальной плотностью угольной за­ грузки и конечной плотностью коксового пирога существу­ ет четкая прямолинейная взаимосвязь. Такая взаимосвязь характерна для угольной шихты различной влажности и степени уплотнения. Установленные зависимости пори­ стости и прочности кокса от плотности коксового пирога в камере коксования (рис. 66) согласуются с современными представлениями о закономерностях процессов коксообразования и влиянии величины насыпной массы угольной шихты на качество кокса

При коксовании утрамбованной угольной загрузки (точка А) образуется кокс с повышенной пористостью и

146

дробимостью, однако менее истираемый. Очевидно, повы­ шенная плотность загрузки приводит к уменьшению газо­ проницаемости пластической массы при коксовании и уве­ личению давления вспучивания. Последнее способствует лучшему спеканию зерен угольной шихты и получению более прочного пористого материала кокса. Одновременно возрастают напряжения усадки в массиве кокса, увеличи­ ваются его трещиноватость и дробимость.

Таким образом, бесконтактные радиометрические изме­ рения позволяют исследовать закономерности распреде­ ления плотности угольной шихты в объеме камеры печи, изучить закономерности изменения плотности в процессе коксования как в общем объеме, так и в отдельных слоях и участках угольной загрузки. Получаемые при бескон­ тактном контроле параметры согласуются со свойствами угольной шихты и получаемого кокса.

Описанный радиоизотопный метод может быть исполь­ зован для исследования и бесконтактного контроля про­ цесса коксования в производственных условиях [84].

§ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОКСА ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЕГО ПОВЕДЕНИЯ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Для прогнозирования поведения кокса в доменных пе­ чах и влияния его свойств на ход плавки необходимо изу­ чить закономерности изменения их в условиях, модели­ рующих доменный процесс.

Известны устройства и результаты экспериментальных исследований термомеханических свойств доменного кок­ са. Методика таких исследований заключается либо в том, что механическим испытаниям подвергаются предваритель­ но нагретые и неохлажденные или охлажденные пробы, либо в том, что пробы кокса разрушаются механически с одновременным нагревом до температуры 1200° С и выше,

и после их охлаждения оцениваются результаты разруше-

ния 111; 17; 78; 83; 86; 91].

Известны работы по исследованию свойств кокса в условиях взаимодействия и совместного разрушения с железорудными материалами, а также в различных газо­ вых средах [61; 82]. Трудоемкость и существенное отличие

2Рис. 67. Структурная схема установки;

/— устройство для получения газа; 2 — устройство для конт­ роля плотности шихты н газо­

реактора и перемещения; 7 — устройства, обеспечивающие заданный температурный режим реактора.

условий таких испытаний от реальных условий доменной плавки не позволяют установить четкие закономерности, необходимые для прогнозирования поведения кокса в до­ менной печи.

Возможность исследования газодинамических свойств кокса в процессе разрушения путем просвечивания пробы в испытательном аппарате барабанного типа, а также не­ зависимость прохождения у-квантов через вещество от тем­ пературы послужили предпосылкой для создания таких условий испытания кокса, которые позволяют модели­ ровать изменение его свойств в доменной печи от момента загрузки до сгорания на уровне воздушных фурм. При этом в процессе испытания автоматически могут ре­ гистрироваться результаты изменения свойств испыты­ ваемого кокса.

Для испытания кокса в условиях, моделирующих воз­ действие разрушающих усилий в процессе доменной плав­ ки, разработана автоматизированная установка, и основу которой положена установка Линдера [41].

148

На рис. 67 приведена структурная схема установки, а на рис. 68 — общий вид ее рабочей части.

Пробы кокса обрабатываются в реакторе 5 установки в течение 5—6 ч в соответствии со временем пребывания шихты в доменной печи. Реактор из жаропрочного мате­ риала имеет цилиндрическую форму переменного сечения (рис. 68). Он смонтирован на поворотной раме 4 и может перемещаться из горизонтального положения в вертикаль­ ное и наоборот.

Узкая часть реактора 2 предназначена для определе­ ния газопроницаемости испытываемой пробы путем про­ дувки газовым потоком при вертикальном положении. Она оснащена контрольно-измерительными приборами для измерения величины гидравлического сопротивления про­ бы на различных этапах испытания.

Широкая цилиндрическая часть реактора / предназна­ чена для механической, термической и газовой обработ­ ки пробы с одновременным определением изменения ее объемной массы и состава отходящих газов. Узкая и ши­ рокая части реактора оснащены радиоизотопной аппара­ турой 7 для измерения объемной массы пробы.

В процессе испытания механическое воздействие на пробу осуществляется путем ее вращения в широкой ци­ линдрической части реактора, имеющей на внутренней поверхности специальные ребра.

Реактор заключен в нагревательную печь 6. Термиче­ ское воздействие на пробу осуществляется путем автома­ тического повышения температуры от 20 до 1200° С и выше в соответствии с заданным режимом. Термическое воздей­ ствие может осуществиться двумя способами: 1) путем нагрева пробы до заданной температуры в стационарном слое в узкой части реактора с последующим нагревом до конечной температуры испытания в широкой части реак­ тора с одновременным наложением механических воздей­ ствий и газовой среды; 2) путем нагрева материала по заданному режиму только в широкой части реактора

149

151

ее разрушения и изменения гранулометрического соста­ ва. По окончании испытаний реактор перемещается в вер­ тикальное положение, и перед выгрузкой осуществляется контрольное определение величины гидравлического со­ противления, а также объемной массы обработанной про­ бы, расположенной над колосниковой решеткой в узкой части реактора. Размеры реактора выбраны с учетом из­ вестных [24] закономерностей влияния высоты и диаметра продуваемого слоя материалов на определяемую величи­ ну их гидравлического сопротивления. При высоте узкой части реактора над колосниковой решеткой h = 700 мм и диаметре d = 200 мм соблюдаются рекомендуемые соот­ ношения:

где dcр.3 — средний размер зерен пробы кокса с рекомен­ дуемыми пределами крупности 20—40 или 20—50 мм.

Экспериментальными исследованиями установлено, что для обеспечения чувствительности радиоизотопных изме­ рений к изменениям объемной массы кокса при испыта­ ниях толщина слоя должна быть не менее 150—200 мм. Этим требованием, а также тем, что при механической об­ работке испытываемая проба не должна попадать в узкую

ва, газодинамических и радиометрических измерений, механических перемещений рамы с печью и реактором, а также загрузки и выгрузки проб. В описанной установ­ ке испытаниям могут подвергаться также пробы кокса в смеси с железорудными материалами доменной шихты — агломератом крупностью 10—25 мм и окатышами круп­ ностью 10—20 мм.

152

Экспериментально исследованы свойства кокса, а так­ же железорудных материалов, в смеси с которыми кокс должен испытываться на автоматизированной установке Для прогнозирования его поведения в условиях доменной плавки.

Рис. 69. Схема лабораторного макета;

и массу проб (q, кг), что позволило вычислить порозность слоя (е, м3/м3). Для вычисления порозности эксперимен-

153