2. Регулирование процесса спекания углей изменением скорости их нагрева

Скорость нагрева является одним из самых существенных технологических факторов, влияющих на термохимические превращения углей и на их спекание. Из четырех основных марок углей, идущих на коксование, скорость нагрева оказывает наименьшее влияние на текучесть образующейся пластической массы жирного угля. Повышение текучести пластической массы с увеличением скорости нагрева обусловлено иным протеканием процессов деструкции, приведших к образованию большего количества олигомерных продуктов, обладающих свойствами пластификаторов. Объясняют это 2-мя причинами:

- максимальная концентрация метапласта является постоянной для данного угля и независимой от скорости нагрева. Но когда скорость нагрева возрастает, та же концентрация метапласта получается при более высокой температуре. Следовательно, текучесть ее будет большей, а пептизация неразложившегося угля – более легкой;

- более быстрое выделение газообразных продуктов приводит к образованию эмульсии за счет выделяющихся пузырьков газа; кажущаяся вязкость этой эмульсии остается более низкой.

Так же можно отметить, что с изменением скорости нагрева углей до перехода их в пластическое состояние образуется пластическая масса, характеризующаяся разной скоростью процесса отверждения ( Рис 2, 3; Приложение 1,2). В частности, для коксового угля при более низких температурах (до 490 С) скорость отверждения пластической массы, образованной при меньшей скорости нагрева, значительно выше, чем образованной при большей скорости нагрева, а при высоких температурах (выше 490 С) значительно меньше, чем образованной при большей скорости нагрева. [5]

Различие величины энергии активации процесса отверждения пластических масс, полученных при разной скорости нагрева, приводит к неоднозначной оценке влияния скорости нагрева на процесс отверждения пластической массы и прочность образующегося твердого остатка. Вместе с тем увеличение скорости нагрева во всем интервале температур – от начала нагрева до завершения процесса отверждения – всегда приводит к повышению прочности твердого остатка ( Рис.4, приложение 2).

Зависимость прочности полукокса и кокса от скорости нагрева угля может быть подтверждена данными Н. С. Грязнова для кузнецкого угля марки КЖ (табл.1). [6]

Регулирование процесса спекания углей изменением скорости их нагрева.

Таблица 1. Зависимость физических свойств полукокса и кокса от скорости нагрева угля

Продукт	Скорость нагрева, ᵒС/мин	Структурная прочность, %	Твердость, мг	Кажущаяся плотность, г/см3	Действительная плотность, г/см3	Пористость, %
Полукокс (конечная температура нагрева 575 ᵒС	2 3 6	48,6 54,0 66,5	25 15 14	0,854 0,865 0,874	1,489 1,454 1,460	42,7 40,5 40,2
Кокс (конечная температура нагрева 900ᵒС	2 3 6	74,4 75,4 80,7	82 78 70	1,067 1,067 1,083	1,796 1,780 1,794	41,6 40,1 39,7

Можно заметить, что структурная прочность твердых продуктов (полукокса и кокса) с увеличением скорости нагрева повышается, причем эта закономерность выявляется более четко на полукоксе, что и следовало ожидать, так как прочность полукокса в большей мере отражает спекание, чем прочность кокса.

Рентгеноструктурные характеристики твердых остатков с повышением конечной температуры при разных скоростях нагрева изменяются однотипно. Согласованность изменения характеристик свидетельствует о том, что при разных режимах нагрева динамика формирования жесткой структуры углеродного остова в коксе имеет принципиально единую схему процессов структурирования. Но вместе с тем при разных режимах нагрева выявляются также и отличительные особенности процессов структурирования углерода. Идентичные стадии формирования структуры углеродного скелета смещаются в область более высоких температур, при этом уровень смещения достигает 50-100^ᵒС. Ускоренный нагрев приводит к некоторому запаздыванию процессов упорядочивания углерода в макромеолекулярной структуре. Это связано с тем,что,во-первых, при большей скорости нагрева некоторая часть парогазообразных продуктов деструкции задерживается в реакционном объеме и тем самым препятствует процессам образования и ориентации углеродных ароматических сеток, а также организации их в блоки, и, во-вторых, при неизменной конечной температуре увеличение скорости нагрева следует рассматривать как сокращение своего рода изотермической выдержки в каждый текущий момент нагрева.

Скорость нагрева позволяет регулировать протекание химических реакций, влиять на процесс перехода угля в пластическое состояние. Так же от скорости нагрева зависит степень отверждения угольной пластической массы и формирование молекулярной и надмолекулярной структур твердых продуктов, в частности кокса.

Измерение температурного поля по ширине камеры коксования показывает, что в равноудалённых от греющей стенки точках угольной загрузки имеет место разная скорость повышения тмпературы. Даже в одной точке на протяжении всего периода коксования скорость повышения температуры непостоянна. Наибольшее влияние на процесс перехода угля в пластическое состояние оказывает скорость нагрева в интервале 300-500 . На рис.5 ( Приложение 3) показаны средние скорости нагрева угольной загрузки в интервале 300-500 в разноудалённых от греющей стенки точках.

Таким образом, скорость нагрва является одним из возможных факторов регулирования процесса спекания углей.Диапазон её изменения в динасовых печах составляет примерно 2-10 в интервале 300-500 , при чем этот предел может быть повышен, если в коксовые печи загружать не не влажную, асухую или термически подготовленную шихту.