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

Таблица 32

Результаты испытаний механической прочности формовок

без существенного уменьшения их механической проч­ ности. Так, например, если при увеличении скорости на­ грева от 1,4 до 2,9 град!мин (одинаковых для этих ста­ дий) механическая прочность формовок значительно уменьшается (выход класса ]> 40 мм после сбрасывания уменьшается с 97,9 до 57,2%), то при различных ско­ ростях нагрева по стадиям (1,4 град!мин в стадии спека­

полученных при одинаковой скорости нагрева по стади­ ям (3,2 град/мин) с прочностью формовок, полученных при скорости нагрева в стадии спекания (1,4 град/мин) и стадии прокаливания (3,2 град/мин), то оказывается, что механическая прочность формовок, полученных во втором случае, более чем в 2 раза превышает прочность формовок, полученных в первом случае. Таким образом, можно считать установленной возможность сокращения времени нагрева формовок, полученных из газового угля

101

за счет повышения скорости нагрева в стадии прокали­ вания. Если считать, что нагрев формовок до темпера­ туры 550°С будет проводиться со скоростью 1,5 град/мин и от 550 до 750° С — 2,5 град/мин, то необходимое время

При проведении опытов было обнаружено, что на ме­ ханическую прочность готовых формовок в значительной мере влияет выдержка их при температуре формования перед началом повышения температуры в печи. Для

102

ный вывод о благоприятном влиянии теплового выдер­ живания на механическую прочность формовок.

При небольших скоростях повышения температуры (0,7—1,5 град/Мин) предварительное тепловое выдержи­ вание формовок из газового угля практически не влияет на их механическую прочность. Однако при нагреве этих же формовок со скоростью, превышающей 1,5 град/мин, когда их механическая прочность начинает уменьшаться, предварительное выдерживание дает положительный ре­ зультат.

При нагреве формовок со скоростью 1,6 град/мин предварительное десятиминутное выдерживание приво­ дит к увеличению класса Д> 40 мм после сбрасывания с 80,3 до 99%. При скорости нагрева 1,8 град]мин проч­ ность формовок, полученных при предварительном теп­ ловом выдерживании, достигает 98,4%.

На опытной установке были проведены исследования с Целью отыскания температуры, при которой за­ канчивается стадия спекания. Для этого на основании предыдущих опытов была выбрана такая скорость нагрева в стадии прокаливания, при которой значи­ тельно уменьшалась бы механическая прочность фор­ мовок.

В стадии спекания формовки нагревались со ско­ ростью 1,4 град/мин, обеспечивающей получение прочных формовок. Стадия спекания заканчивалась при различ­ ных температурах, начиная с 460 и кончая 550° С (табл. 34).

Наиболее прочные формовки получаются в том слу­ чае, когда стадия спекания заканчивается при темпе­

ка» при температуре 540° С образуется структура полу­ кокса.

103

В лабораторных условиях * исследовалось влияние скорости нагрева и предварительного теплового выдер­ живания на формовки, полученные из различных донец­ ких газовых и длиннопламенных углей.

Таблица 34

Зависимость механической прочности прокаленных формовок от конечной температуры спекания

Оптимальная скорость нагрева формовок, получен­ ных из длиннопламенного угля шахты им. Мельникова, треста «Лисичанскуголь», составляет 3 град/мин, при меньших и больших скоростях механическая прочность уменьшается. Так, например, если нагревать формовки до температуры 750° С с постоянной скоростью, равной 1 град/мин, то после испытания их механической проч­

104

вен 50,0%. Из формовок, полученных со скоростью спе­ кания 4 град/мин и скоростью прокаливания 1 град/мин, выход класса > 2 5 мм составляет 63,0%.

Изменение скорости прокаливания в пределах 1— 4 град/мин при нагреве формовок, полученных из угля шахты им. Мельникова, незначительно влияет на их ме­ ханическую прочность. Таким образом, можно считать, что решающим фактором для прочности формовок яв­ ляется скорость спекания. При нагреве их оптимальной следует считать скорость 3—4 град/мин.

Кажущаяся плотность формовок из длиннопламенно­ го угля в значительной степени зависит от скорости на­ грева и при увеличении ее от 1 до 8 град/мин уменьшает­ ся от 0,81 до 0,77. В соответствии с этим увеличивается пористость формовок от 54 до 60%. Опыты с различны­ ми скоростями нагрева по стадиям показали, что кажу­ щаяся плотность и пористость формовок зависят в основ­ ном от скорости нагрева в стадии спекания. Прочность вещества этих формовок, определяемая методом ВУХИН, с увеличением скорости спекания увеличивается.

Испытания формовок, полученных из длиннопламен­ ного угля шахты ОГПУ, треста «Рутченковуголь», пока­ зали, что оптимальной для них является скорость нагре­ ва 3 град/мин. При скоростях нагрева 2 и 4 град/мин механическая прочность уменьшается. Кажущаяся плот­ ность и пористость изменяются аналогично изменению этих показателей для формовок из угля шахты им. Мель­ никова.

Прочность формовок из газового угля шахты им. Аба­ кумова, треста «Рутченковуголь», наибольшая при на­ греве их со скоростью 2 град/мин. Сохранение этой ско­ рости нагрева в стадии спекания при увеличении ско­ рости в стадии прокаливания до 3 град/мин дает воз­ можность получить формовки с такой же прочностью

105

(выход класса >25 мм после сбрасывания 80,6 и 80,5%). Характерной особенностью этих формовок является то, что пористость и кажущаяся плотность их практически не зависят от скорости нагрева.

Большое влияние на механическую прочность и физи­ ко-химические свойства формовок оказывает подготовка угля перед формованием и формовок перед спеканием. При нагреве длиннопламенного угля шахты им. Мельни­

ность формовок: выход класса > 25 мм увеличивается с 27,0 до 87,5%. В то же время с увеличением времени выдерживания увеличивается кажущаяся плотность, уменьшается пористость с 56 до 49% и увеличивается прочность вещества формовок с 62,5 до 67,4%. Если вре­ мя выдерживания увеличить до 5 мин, то при этом уголь, очевидно, успевает подвергнуться значительной термической деструкции, вследствие чего теряет способ­ ность образовывать пластическую массу. Выход класса > 25 мм в этом случае после сбрасывания составляет всего 7,2%. Одновременно с резким уменьшением ме­ ханической прочности почти в 2 раза уменьшается проч­ ность вещества формовок, что, по нашему мнению, объясняется ухудшением условий их спекания.

При нагреве длиннопламенного угля до температуры 400° С увеличение времени выдерживания приводит к то­ му, что уже при времени 4 мин получаются формовки с весьма малой механической прочностью, а после испы­ тания сбрасыванием получается только мелочь. При этом значительно увеличивается кажущаяся плотность (0,99) и уменьшается прочность вещества формовок до

29,0%.

Тепловое выдерживание перед формованием длиннопламенных; углей шахт «Восточная-Кременная», треста

106

«Лисичанскуголь», и ОГПУ, треста «Рутченковуголь», а также газового угля шахты им. Абакумова этого же треста отрицательно влияет на механическую прочность формовок. Следует отметить, что газовый уголь необхо­ димо больше выдерживать для равновеликого снижения прочности формовок из него по сравнению с формовками из длиннопламенного угля. Что касается кажущейся плотности, пористости и прочности вещества формовок, то изменение этих параметров аналогично изменениям, которые были отмечены для формовок, полученных из угля шахты им. Мельникова.

Испытания газового угля шахты им. Челюскинцев, треста «Петровскуголь», показали, что для получения наиболее прочных формовок при температуре формова­ ния 400° С необходимо выдерживать уголь около 5 мин. При этом выход класса > 25 мм после сбрасывания со­ ставляет 92—93,8%. Дальнейшее увеличение времени выдерживания до 20 мин сопровождается уменьшением механической прочности формовок до 70,0%, в то время как увеличение времени выдерживания свыше 4 мин длиннопламенных углей приводило к тому, что при сбра­ сывании получалась только мелочь.

По данным Н. Р. Кушниревича, расход тепла на на­ грев формовок до стадии кокса обычной теплопередачей

кокса, то при скорости 2 град/мин — 205 ккал.

Основной причиной того, что в стадии спекания фор­ мовки приходится нагревать с незначительной скоростью подъема температуры, является образование слоев раз­ личной степени карбонизации по сечению формовки изза малой теплопроводности. Наличие таких слоев являет­ ся причиной образования в формовках внутренних на­ пряжений, в результате которых образуются трещины,

107

способствующие измельчению формовок. С повыше­ нием скорости подъема температуры увеличиваются тем­ пературные градиенты и усиленно образуются трещины.

На рис. 31 показан график изменения температуры

Реальными путями повышения скорости нагрева фор­ мовок в стадии спекания является уменьшение их гео­ метрических размеров или применение метода, который обеспечил бы быстрый и равномерный прогрев формов­ ки по всему объему, например метода диэлектрического нагрева.

108

Таблица 35

Зависимость выхода летучих из проб, взятых с поверхности и центра формовок, от конечной температуры нагрева

Диэлектрики в высокочастотном электрическом поле нагреваются, главным образом, за счет дипольных по­ терь трения молекул веществ друг о друга при интенсив­ ных колебаниях. Мощность, выделяющаяся в объеме ве­ щества в результате воздействия электрического высоко­ частотного поля, выражается формулой

Р — 5,55 г / tg8 £ 2 • 10 - 1 вт/см3,

где е — диэлектрическая проницаемость вещества; f — частота тока, гц\

Ь— угол диэлектрических потерь; Е — градиент напряжения, кв/см.

Приведенная формула показывает, что диэлектриче­ ский нагрев характеризуется параметрами высокочастот­ ного поля и физическими константами нагреваемого ве­ щества.

Как было установлено ранее [9], метод диэлектриче­ ского нагрева дает возможность равномерно и быстро нагревать угли марок Д, Г, Ж, К и ОС до температуры

109

около 500° С. Степень карбонизации получаемого в этом случае твердого остатка больше, чем при обычном теп­ ловом нагреве. Выше температур 450—490° С нагревать каменные угли диэлектрическим методом не удавалось, так как при этих температурах они становились провод­ никами. Таким образом, в процессе непрерывного коксо­ вания диэлектрический нагрев может быть применен для нагрева формовок в стадии спекания.

Методика опытов по исследованию возможности спе­ кания формовок диэлектрическим путем заключалась в следующем: отформованную обычным способом уголь­ ную массу помещали в кварцевую реторту, расположен­ ную между пластинами конденсатора. В реторте она на­ гревалась до температуры 480 + 5° С [62]. После этого формовку тепловым методом нагревали до температуры 750° С, а затем проводили анализ.

Была исследована возможность диэлектрического на­ грева формовок, полученных при различных давлениях формования и прошедших стадию спекания диэлектриче­ ским методом с различной скоростью подъема темпера­ туры (от 33 до 66 град/мин) . Диэлектрическое спекание формовок проводилось током с частотой 21,4 Мгц. Ско­ рость нагрева изменялась путем изменения градиента высокочастотного напряжения на пластинах реторты.

Полученные формовки испытывались на прочность в барабане Рога. Кроме того, определялись пористость, истинная и кажущаяся плотности и выход летучих из формовок. Для суждения о механической прочности фор­ мовок их сравнивали с формовками, полученными в тех же самых условиях, но прошедшими стадию спекания

обычным тепловым нагревом со скоростью подъема тем­ пературы 1,5 град/мин.

Токами высокой частоты нагревались формовки диа­ метром 60 и 40 мм. Вначале была определена равномер­

н о