ВВЕ ДЕНИЕ

Значение коксохимической промышленности в народном хозяйстве Украины

Коксохимическое производство является составной частью важнейшей отрасли народного хозяйства черной металлургии. В задачу коксохимического производства входит переработка каменных углей с получением из них кокса, коксового газа и химических продуктов коксования. Кокс является основным топливом в процессе получения железа из руд, в частности, в важнейшем этапе этого процесса производства чугуна в доменных печах.

Таким образом, коксохимическое производство является основным источником технологического топлива в черной металлургии, для этой цели используется более 90% переработанного в коксохимическом производстве угля.

Важнейшее значение имеет использование летучих веществ, выделяющихся при нагреве угля без доступа воздуха.

Эти вещества, входящие в состав летучих, каменноугольная смола, бензол и его гомологи, аммиак, сероводород, метан, водород и ряд других веществ. Все эти продукты носят обобщенное название - химические продукты коксования. Основная часть их коксовый газ - смесь водорода, метана, азота и других газообразных соединений используются в качестве технологического топлива. Остальная часть, составляющая до 5% от массы переработанного угля, должна быть извлечена из коксового газа как для достижения этим газом соответствующей степени чистоты, так и для получения ценных химических продуктов, единственным источником которых в ряде случаев являются химические продукты коксования.

Ассортимент химических продуктов на основе летучих продуктов коксования каменных углей, составляет более 200 наименований. Коксохимические продукты в производстве пластмасс, химических волокон,

полимеров все больше получают применение. Возросло значение химических продуктов для цветной металлургии и сажевой промышленности.

Коксохимическая промышленность поставляет сельскому хозяйству азотные удобрения (сульфат аммони я, аммиачную воду, безводный аммиак), химические средства защиты растений (коллоидная сера, смачивающийся порошок серы, чешуированная сера); антисептик креолин, используемый в животноводстве для уничтожения насекомых паразитов; сырье для получения ядохимикатов.

Особо важное значение для химической промышленности имеют бензол, нафталин, фенольные продукты, инден-кумароновые смолы, каменноугольный пек, каменноугольные масла и др.

1 Общая часть

1.1 Характеристика сырья и готовой продукции коксового цеха

К доменному коксу предъявляются весьма жесткие требования, поэтому выбор сырья для коксования приобретает в производстве кокса решающее значение. Этот вопрос тем более важен, что в общих затратах на производство кокса на долю стоимости угля приходится более 90%.

Углей, которые при самостоятельном коксовании давали бы кокс нужного качества, в недрах земли очень мало. Поэтому обычно коксованию подвергают не отдельные угли, а их смеси – шихты. При составлении шихт приходится руководствоваться не только влиянием их компонентов на качество кокса, но и некоторыми экономическими соображениями.

Коксохимическая промышленность является крупнейшим потребителем угля. Например, в Донбассе большая часть довыбаемых каменных углей служит сырьем для коксования. Наиболее ценные спекающиеся угли марок К, ОС, Ж практически полностью расходуются для производства кокса.

При современной технике коксования решающее влияние на выход и качество кокса оказывают свойства компонентов шихты. Особое значение имеют спекаемость и коксуемость, зольность, сернистость, выход газа и химических продуктов коксования, давление распирания.

Под спекаемостью понимают способность углей образовывать спекшийся кусковой пористый остаток при нагревании без доступа воздуха разрозненных соприкасающихс я зерен. Следовательно, спекаемость проявляется при температурах 500–550С, т.е. при отверждении пластической массы углей и образовании полукокса.

Под коксуемостью понимают способность разрозненных соприкасающихся зерен угля в смеси с другими углями образовывать при нагревании без доступа воздуха до температуры выше 900С кусковой кокс, удовлетворяющий требованиям промышленности по прочности и крупности.

Предназначенные для коксования угли подразделяются на марки и технологические группы.

Марка угля представляет собой технологическое понятие. В каждую марку входят угли, обладающие комплексом определенных технологических свойств. В настоящее время для определения марки угля нехостаточно знать выход летучих веществ V^daf, их дополнительной характеристикой является максимальная толщина пластического слоя Y.

Марка угля включает угли, дающие при коксовании кокс разного качества. В связи с этим возникла необходимость более дробного дробления углей по их технологическим свойствам.

Исходным сырьем для кокс ования является каменноугольная шихта, состоящая из обогащенных углей марок ДГ, Г, , Ж, К, ОС, Т.

Кокс применяют также для восстановления свинцовых, оловянных и медных руд, в производстве цинка, для обжига известняка и цемента. Кокс класса 10 - 25 мм широко используют в производстве ферросплавов (феррохрома, ферромарганца и т.п.). Кокс класса 40 - 25 мм применяют для производства карбида кальция. Коксовая мелочь широко применяется для агломерации железных руд.

В зависимости от области применения качество продукции проектируемого цеха нормируется техническими условиями по следующим показателям: массовая доля общей влаги, зольность, массовая доля общей серы, показатели прочности М25, М10 и массовая доля кусков размером не более: 80 мм, более 60 мм, менее 25 мм.

Химический состав кокса определяется техническим анализом (влажность, зольность, сернистость, фосфористость, выход летучих веществ), а также химическим анализо м (содержание углерода, водорода, кислорода, азота и

др.).

Влага в коксе понижает теплоту его сгорания, так как при этом

уменьшается содержание горючих компонентов, а также увеличивается расход теплоты на ее испарение: обычно влажность товарного крупного кокса размером более 25 мм составляет 2-3 % с колебаниями в отдельных партиях не более 11%. Влажность кокса повышается с уменьшением размера кусков, что связано с более развитой удельной поверхностью мелких классов.

Зола кокса характеризуется суммой минеральных веществ, входящих в состав углей и не претерпевших сколько-нибудь существенных изменений в процессе коксования углей. Зола в коксе является балластом, так как, во-первых, она уменьшает содержание углерода и, во-вторых, в доменном процессе должна выводиться в шлак, на что затрачивается определенное количество флюсов и тепла.

Зольность крупного металлургического кокса в зависимости от условий его производства и сырьевой базы составляет 9-12 %.

Сера в доменном коксе является вредной примесью, так как частичный переход ее в металл значительно ухудшает его свойства (красноломкость), а удаление серы в доменном процессе требует значительного увеличения расхода флюсов и тепла.

Выход летучих веществ кокса определяет степень завершенности процесса коксования или степень готовности кокса. В крупном коксе выход летучих веществ составляет от 0,6 до 1,0 %.

Фосфористые соединения углей при коксовании полностью переходят в кокс в виде фосфатов. Фосфористость кокса определяется фосфористостью исходных углей и может быть изменена только при изменении сырьевой базы коксования.

К физическим свойствам кокса относятся также свойства, которые не зависят от величины, формы и текстуры его кусков.

Молекулярное строение органической массы кокса во многом определяется конечной температурой процесса.

С повышением температуры конца коксования упорядоченность структуры возрастает, а расстояния между плоскими сетками уменьшается. При вторичном нагреве до 1700^о С расстояние между ними доходит до 0,345 мм.

Общая пористость доменного кокса, полученного при обычных

условиях коксования , колеблется в пределах 45-55 %.

Удельное электросопротивление или обратную величину - удельную электропроводность часто используют в практической работе при оценке качества кокса размером 3-6 мм, полученных при дроблении.

Структурная прочность кокса зависит от природы коксуемых углей и режима коксования (они выше при больших конечных температур процесса). Структурная прочность доменных коксов изменяется в пределах 65-85 %.

Теплота сгорания кокса всегда ниже теплоты сгорания исходных углей из-за большей зольности кокса.

К физико-химическим свойствам кокса относят его горючесть, реакционную способность, смачиваемость.

Горючестью называется химическая активность кокса, определяемая пропусканием воздуха или кислорода через раскаленный кокс. Она характеризуется скоростью сгорания кокса.

Реакционная способность кокса - это способность кокса реагировать в определенных температурных условиях с газообразными продуктами восстановления и разложения ( с СО₂ и Н₂О).

Под физико-механическими свойствами кокса подразумевают крупность кусков, равномерность гранулометрического состава и прочность по отношению к дробящим и истирающим усилиям, т.е. свойства, связанные с величиной и формой кокса.

Ситовый, или гранулометрический, состав определяется рассевом пробы кокса на нескольких ситах с определенными размерами отверстий.

Ситовый состав кокса зависит как от технологических факторов его производства, так и от свойств исход ного сырья.

Под прочностью кокса обычно подразумевают его способность противостоять дробящим усилиям (дробимость). Зависит в основном от текстуры кусков: макро- и микротрещиноватости, наличия в кусках ослабленных мест, формы куска (его столбчатости, характера острых граней и углов). Дробимость кокса - свойство его кусков. Сопротивление истиранию (истираемость) зависит от свойств вещества кокса (его структуры), т.е. его твердости, пористости, характера и размера пор.

Для испытания кокса в мировой практике применяют различные конструкции барабанов. Различие их заключается в преобладании дробящих либо истирающих усилий и глубине разрушения на конечной стадии испытания.

Дробимость и истираемость проявляются в изменении ситового состава кокса после наложения разрушающих усилий: дробимость - в снижении крупности кусков, истираемость - в образовании мелочи. Оценку истираемости кокса производят по количеству класса - 10 мм, образующегося при его испытании.

По стандарту испытывают пробу массой 50 кг, составленную пропорционально содержанию в товарной массе всех классов - более 25 мм. Кокс испытывают в стальном барабане длиной 1000 мм и диаметром 1000 мм, на внутренней поверхности которого по всей длине приварены через каждые 90 четыре угловых профиля размером 1000 х 50 х 10 мм. Барабан вращают 4 минуты со скоростью 25 об/мин. Показателями прочности приняты количество кокса (%) более 25 мм и менее 10 мм после 100 оборотов барабана ( М₂₅ и М₁₀). Стандартом предусмотрен полный рассев кокса после испытания на грохоте с квадратными отверстиями сит.

Проектируемый коксовый цех выпускает следующие марки кокса: кокс доменный КД, КД 1, КД 2, КД 3, качество которых должно соответствовать ТУУ 322-00190443-114-96, данные приведены в таблице 1. 1.

Таблица 1.1 - Показатели качества доменного кокса

Название показателей	Единицы измерения	Значение показателей каачества	Наименование продуктов
			КД	КД 1	КД 2	КД 3
Массовая доля общей влаги Wr	%	не более	Не более 5,0	5,0	5,0	5,0
Зольность Аd	%	не более	не более 12,0	11,0	12,0	13,0
Массовая доля общей серы Sdt	%	не более	не более 2,0	2,0	1,6	1,3
Показатели прочности М25	%	не более	86,0	8,6	84,0	8,2
М10		не более	7,8	7,5	8,0	9,0
Массовая доля кусков размером: более 80 мм	%	не более	–	11,0	15	20
более 60 мм			20,0	–	–	–
более 25 мм			4,0	3,5	4,0	4,5

Качество коксового орешка применяемого на ферросплавных и электродных предприятиях нормируются техническими условиями ТУУ 322-001 190443-120-97. Показатели качества сортов коксового орешка приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Показатели качества коксо вого орешка

Название показателей	Единицы измерения	Наименование продуктов и значение показателей качества
		КО 1	КО 2	КО 3	КО 4
Зольность Аd	%	11,0	13,0	15,0	16,0
Массовая доля общей влаги Wr	%	20,0	20,0	20,0	22,0
Массовая доля кусков размером: более 25 мм	%	10,0	10,0	10,0	10,0
менее 10 мм		2,0	12,0	15,0	–
менее 8 мм		0	–	–	13,0

Коксовая мелочь применяется на металлургических и электродных предприятиях и должно по показателям качества соответствовать ТУУ 322-00190443-011-96, которые приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Показатели качества коксовой мелочи

Название показателей	Единицы измерения	Наименование продуктов и значение показателей качества
		МК- 1	МК - 2	МК - 3
Массовая доля общей влаги Wr	%	22,0	22,0	24,0
Зольность Аd	%	13,0	16,0	18,0
Массовая доля кусков размером: более 10 мм	%	8,0	8,0	6,0
Размер кусков	мм	0-10	0-10	0-8
		0-8	0-8