книги из ГПНТБ / Тютюнников Ю.Б. Получение кокса из слабоспекающихся углей

ФОРМОВАНИЕ УГОЛЬНОЙ МАССЫ

Угольная масса формуется в прессе шнекового типа (рис. 23). Пресс состоит из приемной камеры 4, из кото­ рой уголь забирается винтом 5 в канал головки прес­ са 2. Головка пресса заканчивается мундштуком / [61].

Сыпучий уголь в результате уплотнения в витках винта и, главным образом, в

конусе мундштука образует го­ могенную пластическую уголь­ ную массу и выдавливается в

что с увеличением производительности несколько увели­ чивается скорость выхода формованной массы, в резуль­ тате чего повышается сопротивление выходу. Шнековый пресс развивает большее давление, вследствие этого ка­ жущаяся плотность формовок повышается, а пористость уменьшается.

Как было уже показано выше, формование уголь­

способствует увеличению прочности формовок, облег­ чает работу шнекового пресса, поскольку формовки вы­ даются с меньшим усилием.

91

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

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

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

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,

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-

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

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-

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,

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