Глава 6. Влияние технологии коксования на качество продукции и продолжительность службы коксовых печей

6.1. Влияние технологии коксования на качество кокса, выход и качество химических продуктов коксования

Технология коксования складывается, в основном, из соблюдения (выдерживания) основных режимов работы коксового цеха: температурного режима коксования, т.е. установленных температур в отопительной системе коксовых печей и температуры готового кокса; гидравлического режима коксовых печей, от которого зависит температурный режим, сохранность кладки коксовых печей; режима выдачи и загрузки печей, и режима охлаждения и сортировки кокса.

Правильно подобранный и соответствующим образом выдержанный температурный режим обеспечивает такие важнейшие показатели качества кокса, как его прочность и гранулометрический состав.

В настоящее время в соответствии с Правилами технической эксплуатации процесс коксования считается законченным, когда температура кокса достигнет уровня 1050 °С. Если, по каким-либо причинам, происходит задержка выдачи кокса сверх установленного времени периода коксования - "перестой печей", то кокс становится более мелким. В нем уменьшается количество крупных классов > 60 мм и особенно крупнее 80 мм. Одновременно возрастает количество класса 25 - 40 мм.

При этом кокс становится прочнее и его истираемость уменьшается, показатели прочности кокса по М₂₅ могут увеличиваться, показатель Мщ уменьшается, что свидетельствует о возрастании прочности вещества кокса и его устойчивости к истирающим усилиям. В условиях перестоя печей может уменьшаться также показатель М40 при определении прочности кокса в малом барабане. Это следствие уменьшения среднего диаметра куска кокса в результате развития трещиноватости кокса.

При снижении температуры коксования и температуры кокса прочность кокса уменьшается, он становится более истирающимся, возрастает выход мелочи - показатель М₁₀ малого барабана. В не-догретом коксе много, так называемого, "недопала", то есть неготового кокса. Этот кокс и является основным источником образования мелочи (показатель М₁₀) при испытании кокса и при его попадании в доменную печь.

Следует отметить, что по литературным данным указанные выше изменения прочностных показателей кокса по малому барабану, корреспондируются с показателями CSR и CRI.

Кокс, полученный при низких температурах коксования или выданный из печи раньше установленного времени периода коксования, всегда крупнее оптимального. Выход классов крупности > 60 мм и особенно > 80 мм значительно больше, чем у кокса, полученного при оптимальном температурном режиме. При одновременном изменении состава угольной шихты, ее помола и температурного режима коксования наиболее существенно влияет на качество кокса изменение теплового режима.

На фракционный состав и среднюю крупность кокса значительное влияние оказывает скорость нагрева угольной загрузки. Повышение конечной температуры кокса в пределах 1000 - 1130 °С с увеличением его выдержки в печах без изменения скорости нагрева не оказывает заметного влияния на крупность кокса. Повышение конечной температуры в осевой плоскости коксового пирога на 100 °С при соответствующем повышении температуры в отопительных простенках без изменения периода коксования, т.е. при интенсификации процесса, приводит к следующим изменениям качества кокса: снижению содержания классов крупности > 80 и > 60 мм соответственно на 2 - 8 и 3 - 12 % масс; уменьшению величин показателя М₄₀ на 0.4 - 2.4% масс, a M₁₀ на 0.3 - 1.0 % масс; повышению структурной прочности на 1.2 - 1.1 % масс; увеличению общей пористости на 0.6 - 1.7 % масс; снижению удельного электросопротивления на 40 - 100 Ом•м; уменьшению реакционной способности на 0,02 – 0,09 мл/(г-с).

Таким образом, при интенсификации коксования показатели качества кокса, за исключением индекса М40, улучшились. Но уменьшение этого показателя связано не с понижением сопротивления дробящим усилиям, а с уменьшением крупности кусков кокса.

При коксовании влажной и термически подготовленной шихты существует обратная линейная зависимость между крупностью и прочностью кокса, с одной стороны, и скоростью коксования - с другой.

С увеличением скорости коксования снижается содержание классов > 40 мм и особенно сильно класса крупнее 80 мм, и механическая прочность кокса, полученного из печей разной ширины. Однако при одинаковой температуре отопительных каналов в широких камерах получается более крупный кокс с повышенной прочностью. Истираемость кокса уменьшается при повышении конечной температуры коксования, независимо от состава шихты и ширины печной камеры.

Большое значение имеет соблюдение требований по равномерности обогрева камеры коксования по длине и высоте. Если обогрев камеры неравномерный, то в камерах коксования наряду с участками недогретого кокса, могут быть и участки перегретого, т.е. при неравномерном обогреве резко возрастает неравномерность качества кокса по прочности и крупности.

Режим выдачи и загрузки камер коксования также влияет на прочность и крупность кокса. Так, при выдаче кокса из печей раньше положенного времени он имеет более низкую температуру, а значит, и меньшую готовность, то есть в коксовом пироге могут быть участки "недопала". Нарушения технологии загрузки коксовых печей являются причиной увеличения неравномерной плотности насыпной массы угольной шихты в камере коксования от 0.62 до 0.75 т/мг. Это в свою очередь, при отрегулированном обогреве печей, приводит к перегреву или недогреву менее или более плотных участков коксуемой загрузки с соответствующими последствиями для качества кокса.

При недогрузах камеры коксования увеличивается объем подсводового пространства камеры и, в результате этого, уменьшается скорость движения и эвакуации парогазовых продуктов. Это приводит к повышению температуры подсводового пространства, пиролизу и повышенному отложению пироуглерода - "графита" на сводах камеры. Нарастание графита на сводах, особенно при плохой работе графиторезов и системы обезграфичивания, приводит к ухудшению условий планирования Шихты при загрузке ее в печь. В результате может снизиться разовая загрузка коксовых печей. Усиление пиролиза па­рогазовых продуктов в подсводовом пространстве камер коксования приводит к росту плотности каменноугольной смолы с увеличением содержания свободного углерода. А это, в свою очередь, ухудшает отстаивание каменноугольной смолы от воды при переработке смолы в химических цехах. Перегрев подсводового пространства приводит также и к уменьшению выхода смолы, содержанию фенолов в смоле, толуола и ксилолов в сыром бензоле.

Правильно отрегулированный гидравлический режим обеспечивает равномерный обогрев камеры коксования. При нарушениях гидравлического режима в камере коксования могут быть участки горения кокса перед выдачей. Большое значение для качества кокса имеет режим охлаждения и сортировки кокса. При мокром тушении важен равномерный прием кокса в тушильный вагон. Так как время тушения, то есть время подачи воды на заливку кокса, устанавливается постоянным для данного оборота печей, то при неравномерной загрузке тушильного вагона выданным коксовым пирогом на участки, где больше или меньше раскаленного кокса, попадает одинаковое количество воды. Значит, влажность кокса будет неравномерной.

Большое значение для равномерной влажности кокса при мокром тушении имеет равномерность обогрева печей по батарее.

При неравномерном обогреве кокс, выданный из разных печей, будет отличаться не только по температуре, но, что особенно важно, и по крупности. Так как время тушения постоянное, крупный кокс будет менее влажным, чем мелкий. Неравномерный прием кокса в тушильный вагон является причиной попадания на коксовую рампу недотушенных участков раскаленного кокса, что вызывает его горение на рампе и требует ручной заливки.

После тушения кокс должен некоторое время находиться на коксовой рампе для того, чтобы испарилась лишняя влага. Если время выдерживания кокса на рампе не соблюдается, влажность кокса увеличивается.

При сухом тушении кокса несоблюдение установленных режимов может вызывать повышенный "угар" кокса, т.е. уменьшение его выхода. Нарушение режима сортировки кокса приводит к уменьшению выхода металлургического кокса и "загрязнению" его мелкими классами.