Шихтовые материалы доменной плавки. Требования к их качеству

Шихтовыми материалами доменной плавки являются: агломерат, окатыши, техногенные образования, кокс и флюсы. Качество шихтовых материалов должно обеспечивать высокую производительность и низкий удельный расход кокса.

Технологические свойства кокса

Контроль качества кокса осуществляется по следующим его характеристикам: технический анализ кокса, (содержание влаги (W), золы (А^к), летучих (Л^к) и серы (S^к)); гранулометрический состав; горячая и холодная прочность; пористость; насыпная масса; температура воспламенения кокса; реакционная способность. Содержание углерода в коксе по разности С^к = 100 – (А^к + Л^к + S^к).

Содержание серы в коксе определяется содержанием серы в углях, поступающих на коксование. Практикой работы доменных печей показано, что увеличение содержания серы в коксе на 0,1 % сопровождается увеличением удельного расхода кокса в среднем на 0,3 % с одновременным таким же снижением произво­дительности печи.

Зола в коксе является нежелатель­ной примесью и ее содержание должно быть минимальным. Зола в коксе влияет на выход шлака и прочность кокса. Известно, что разрушение кусков кокса происходит по его зольным включениям. Содержание кремнезема (SiO₂) в золе кокса составляет примерно 50 % поэтому для получения требуемой основности шлака необходим ввод в шихту основных оксидов, что снижает показатели доменной плавки. Считается, что каждый процент увеличения золы в коксе снижает произво­дительность печи от 1,0 до 1,8 % (при содержании золы в коксе, соответственно, от 10 до 13 %) и увеличивает расход кокса от 1,2 до 2,0 %.

Летучие кокса состоят из углеводородов . Содержание летучих в коксе косвенно харак­теризует его качество. Их содержание зависит от продолжитель­ности периода коксования и конечной температуры коксования. Нормальным содержанием летучих в коксе считается 0,8 - 1,2 %. Повышенное содержание летучих в коксе свидетельствует о незавершенности процесса коксования и отрицательно сказывается на его качестве. Уменьшение выхода летучих веществ в коксе ниже 0,5 % свидетельствует об увеличенном периоде коксования, что приводит также к снижению прочности кокса вследствие его “пережога” и увеличения трещиноватости.

Влажность кокса. Влага в коксе не влияет на показатели доменной плавки, так как влага испаряется в верхних горизонтах печи. Поскольку загрузка кокса в печь осуществляется по массе, то при мини­мальных колебаниях влажности кокса будет гарантия стабильно­сти теплового режима плавки.

Гранулометрический состав кокса. Кокс в доменной печи определяет газодинамическое сопротивление слоя шихты движу­щемуся потоку газа и должен быть крупным, а также сохранять размер кусков по мере его движения от колошника к фурменным очагам. Гранулометрический состав кокса - это распределение его кусков по классам крупности, выраженное в процентах к массе исходной пробы. ГОСТ предусматривает следующую града­цию кокса по крупности: > 80 мм, 80-60 мм, 60-40 мм, 40-25 мм и < 25 мм. Следует отметить, что фракция + 80 нежелательна. Увеличение фракции +80 на 1 % приводит к увеличению удельного расхода кокса на 1,2 %. Фракция -25 отсеивается и не используется в доменных печах.

Прочность кокса. Это - важнейшая характеристика кокса, определяющая в первую очередь газодинамические характеристи­ки столба шихтовых материалов в доменной печи. Появление мелочи при разрушении непрочного кокса не только ухудшает газопроницаемость шихты в печи, но и уменьшает размеры фурменного очага, а значит и газораспределение в поперечном сечении доменной печи.

Под прочностью кокса понимают его способность противосто­ять разрушающим воздействиям всех видов. Прочность определяется в барабане диаметром 1 м и длиной 1 м. Внутри барабана приварены 4 уголка с полочкой 100 мм. В барабан загружается 50 кг кокса фракции > 25 мм. Затем барабан вращается в течение 4 минут со скоростью 25 об./мин., после чего кокс извлекается из барабана и рассеивается на ситах с ячейками 60х60 мм, 40х40 мм, 25х25 и 10х10 мм. Выход кусков менее 10 мм (показатель М10) характеризует истираемость кокса, а выход кусков кокса более 40 и 25 мм (показатели М40 и М25) – определяет его механическую прочность. Истираемость производимого кокса меняет­ся в пределах от 6 до 11 % (от массы загруженного в барабан кокса), а выход класса более 25 мм составляет 84-98 %.

Пористость - это отношение объема пор куска к объему всего куска, выраженное в процентах. Пористость кокса влияет на условия его горения: чем выше пористость, тем интенсивнее происходит горение кокса, что приводит к сокращению объема фурменных очагов. Пористость кокса зависит от свойств исход­ных углей, состава угольных шихт, идущих на коксование, она определяется также режимом коксования и колеблется в преде­лах 35 - 50 %.

Насыпная масса кокса. Это - масса кокса в единице объема. Установлено, что доменные печи лучше работают на коксе с меньшим значением насыпной массы. Насыпная масса определяет­ся не только геометрией куска, но и соотношением в слое крупных и мелких фракций. Чем однороднее кокс по гранулометрическому составу, тем меньше его насыпная масса и выше газопроницаемость. Считается, что насыпная масса доменного кокса имеет значение в пределах 0,45 - 0,47 м³/м³.

Температура воспламенения кокса. Определенную роль играет при задувке доменной печи. Для производимых коксов температура воспламенения находится в пределах 650 - 750 °С.

Реакционная способность кокса характеризует его способность вступать в реакцию С+СО₂=2СО- Q. Повышение реакционной способности кокса приводит к развитию реакции прямого восстановления железа и перерасходу кокса.