1.2 Формование термически подготовленного угля

Процесс формования углей – одна из важнейших и ответственных стадии получения формованного кокса. Для ее осуществления применяют пресс-формовочные машины различного типа. Наиболее распространена пресс-формовочная машина (ПФМ) гусеничного типа рис. 1.8.

Машина состоит из приводного барабана 1, неподвижной траверсы с роликами 2, по которым передвигается гусеничная цепь 3, выполненная из траков 4, соединенных между собой пальцами. Траки гусеницы и наружная поверхность барабана имеют ячейки, которые при вращении барабана совпадают, образуя внутренние замкнутые плоскости. Предварительно нагретый уголь через шлюзовый затвор 10 питателем 9 подается на верхнюю часть гусе­ницы и, двигаясь вместе с нею, уплотняется прижимными валками 8. Прижимные валки имеют гладкую поверхность и установлены на определенном расстоянии от гусеницы так, чтобы угольная засыпь вы­сотой 856 – 90 мм при уплотнении образовывала угольный брус 7 вы­сотой 456 – 50 мм. В связи с этим расстояние между гусеницей и при­жимными валками от первого до третьего составляет 70, 50 и 45 мм соответственно. Дальше угольный брус транспортируется на направ­ляющий столик 5 и валковый пресс 6, после чего формовки направляют на прокалку.

Машина гусеничного типа была использована для первой промыш­ленной установки производства формованного кокса, поскольку на ней отработаны технологические режимы стадии формования углей кузнецких месторождений и получена опытная партия формованного кокса. Она прошла контрольные испытания, давшие при проведении опытных доменных плавок положительные результаты. Несмотря на все положительные качества ПФМ гусеничного типа, она имеет ряд существенных недостатков: громоздкость конструкции, относительно высокая потребляемая мощность, затрудненность в обслуживании, не­достаточная степень герметизации из-за наличия многих подвижных частей и механизмов. В связи с этим УХИН, ВУХИН, Гипрококс, ВНИИМетмаш проводят совместные работы по созданию новых об­разцов пресс-формовочных машин.

Общий вид пресс-формовочных машин кольцевого типа показан на рис. 1.9.

Машина содержит опорную раму 1 с установленными на ней опорными роликами 2, цевочную шестерню 3, вращающееся ко­лесо 4, внутри которого находится питатель 17 и несколько привод­ных уплотняющих валков 18 с гладкой поверхностью. Отсекающий механизм выполнен в виде гладкого приводного валка 8, стационар­ного ножа 10, плужка 11 и криволинейных направляющих 12 Фор­мующие валки 13, механизм чистки 14 и отсекающий механизм разме­щены внутри вращающегося колеса 4. Между приводными валками 18 находится механизм 5 для уборки угольной «сыпучки». Вращающееся колесо 4 представляет собой раму коробчатого сечения, на внутренней поверхности которой имеется желоб трапецевидной формы, а на наружной установлено цевочное колесо и рельсы. Вращающееся колесо имеет кольцевую полость, в которой размещен кольцевой трубопровод для быстрого разогрева желоба. Устойчивое положение вращающегося колеса 4 обеспечивают боковые рамки 9. Над уплотняющими валками 18 установлены ножи 7. Вращающееся колесо по­мещено внутри герметич­ного теплоизолированного кожуха 16. Внутри кожуха расположен шнековый механизм 6 для уборки отходов. Маши- на работает следующим образом.

Нагретая угольная масса, состоящая из час­тиц крупностью менее 3 мм, при помощи пита­теля 17 непрерывно и равномерно подается в желоб вращающегося колеса 4. Двигаясь по желобу, масса слегка подпрессовывается первым приводным валком и проходит изотерми­ческую выдержку. Затем вторым и третьим валками 18 угольная масса уплотняется, превращаясь в пластический угольный брус. После выхода из-под третьего валка угольный брус слегка вспучивается и подается в отсекающий механизм, где снова подпрессовывается вал­ком 8 и с помощью стационарного ножа 10 отделяется от желоба, из­гибается и по криволинейным направляющим 12 подается в формую­щие валки 13, в которых из бруса получаются угольные формовки. Полученные сырые угольные формовки по выходному желобу 15 сбрасы­ваются на конвейер и направляются к печам для коксования.

Для удаления с бруса частиц угольной «сыпучки» между стационар­ным ножом 10 и криволинейными направляющими 12 расположен плужок 11, сбрасывающий частицы угля вниз на шнековый механизм 6. Желоб колеса чистится щеткой механизма чистки 14, а рабочие поверх­ности приводных валков 18 – ножами 7. Приводные валки имеют раз­дельный регулируемый электропривод, с помощью которого синхро­низируются окружные скорости валков и угольного бруса.

ВУХИНом совместно с Гипрококсом разработана двухшнековая формовочная машина (рис. 1.10).

Шнековая пресс-формовочная ма­шина (ШПФМ) содержит одношнековый питатель 1 и двухшнековый пресс 2, валковый мундштук, состоящий из двух гладких валков и боковых стенок, нож 4 для очистки верхнего валка, поворотный сто­лик 5, служащий для очистки нижнего валка и подгчи угольного бруса от мундштука к ячейковым валкам. Машина герметично закрыта ко­жухом и снабжена перекидным клапаном для отбора проб формовок. Работает машина следующим образом. Термически подготовленная шихта из одношнекового питателя 1 поступает в пресс-камеру 2, откуда двумя шнеками подается на валковый мундштук 3, уплотняется и в виде ленты через поворот­ный столик 5 подается на кольцевой пресс 6. Полученные формовки поступа­ют на шнековый конвейер и затем в печь коксования. Машина отличается ком­пактностью. Но недостаток ее в том, что она требует больших энергозатрат. Удельные энергозатраты на формование примерно в пять раз больше, чем у ма­шины гусеничного типа.

Известны и другие пресс-формовочные машины, выполненные в виде двух сопряженных барабанов, над одним из которых распо­ложена подвешенная на стержнях вибрационного устройства колодка, образующая с барабаном камеру уплотнения. На рис. 1.11 изображе­на формовочная машина с виброуплотнительным устройством.

В корпусе 1 вмонтированы ячеистые барабаны 2 и 3, причем корпус вверху снабжен течкой 10, а внизу – течкой 4. Над ведущим бараба­ном 2 расположена колодка 9 вибрационного устройства, которая об­разует с поверхностью барабана камеру для уплотнения. Вибратор 7 укреплен на рессорной пружине 6, соединенной с корпусом 1 посред­ством пружины 8. При помощи регулирующих болтов 5 можно удалять или приближать колодку 9 к барабану 2, изменяя на нем толщину слоя пластической массы угля.

Работает устройство следующим образом. Уголь, нагретый до пла­стического состояния, через течку 10 поступает на барабан 2 и пере­мещается при вращении барабана под колодку 9. Под воздействием вибратора 7 уголь уплотняется, превра­щаясь в однородную пластическую массу. Из камеры уплотнения однородная пластиче­ская масса угля поступает на формова­ние в ячеистые бара­баны 3. Затем по теч­ке 4 угольные формов­ки направляются в печь коксования.

При производстве бездымного бытового топлива, к которому предъ­являются менее жесткие требования, для формования угля исполь­зуют более простую углеформовочную машину шнекового типа (рис. 4.12).

Углеформовочная машина форкамерного типа позволяет одновременно производить выдерживание предварительно нагретого угля определенное время с наложением на него необходимого дав­ления. Пластическая масса под давлением формуется в так называемой форкамере, которая выполнена в виде усеченного конуса, расширяю­щегося в сторону выхода. Для наложения давления на угольную массу используют конический шнек и формовочную решетку, установленную на выходе из форкамеры. Вращением винта угольная масса под давле­нием выталкивается из форкамеры через выходные отверстия формо­вочной решетки. На ее ребрах угольная пластическая масса продольно режется. Для поперечной резки предусмотрен специальный вращаю­щийся диск. За счет сопротивления поперечной и продольной резки и движения шнека уголь испытывает давление до 4,9*10⁴ Па. Время пребывания угля в форкамере составляет 30 – 70 с. Производитель­ность опытно-промышленного образца форкамерного пресса составляет 7 т/ч.

Для получения кускового топлива из неспекающихся углей их предварительно подвергают окускованию. Самым распространенным способом окускования углей для получения топлива является бри­кетирование со связывающим веществом или со спекающимся углем. Брикетирование углей может осуществляться либо в холодном, либо в горячем состоянии. Вопросы брикетирования и описания применяе­мых для этой цели агрегатов изложены ранее, поэтому здесь мы отметим лишь, что в качестве связующего предложено применять также про­дукт гидрирования углей низкой степени зрелости. Уголь гидрируют при давлении водорода (5 – 6)*10⁶ Па и температуре 350 – 370 °С с применением катализатора.

Однако необходимо отметить, что на прочность коксобрикетов влияет ряд технологических факторов. Один из них касается уровня спекаемости угля, подвергаемого холодному брикетированию. Угли, обладающие слишком низкой спекаемостью, не образуют достаточно прочных брикетов. Но и угли, обладающие высокой спекаемостью с толщиной пластического слоя более 12 мм, не дают достаточно прочных коксобрикетов из-за большой трещиноватости.

К основным технологическим факторам, определяющим прочность брикетов, относятся степень измельчения угля и давление прессования. Наиболее прочные брикеты получаются из углей с оптимальной удель­ной поверхностью. Установлено, что чем выше степень измельчения, тем прочнее коксобрикеты, но при очень низком измельчении угля их прочность снижается. Это связано с резким увеличением поверх­ности и уменьшением удельного расхода связующего на единицу по­верхности. Повышение давления прессования способствует увеличе­нию прочности коксобрикетов.