Сборник научных трудов ДонНТУ - 2012. Серия: металлургия
  Публикация №2

Исследование прочностных свойств кокса различных классов крупности

А.В. ЕМЧЕНКО*(канд.техн.наук), С.А. МЕДЯНЦЕВ* (канд.техн.наук), С.Л. ЯРОШЕВСКИЙ** (д-ртехн.наук, проф.), А.В. КУЗИН**(канд.техн.наук, доц.)
* "Донецксталь" – металлургический завод, Донецк
** Донецкий национальный технический университет, Донецк

УДК 662.74

Современная технология доменной плавки с вдуванием больших количеств пылеугольного топлива нуждается в применении кокса высокого качества. В работе проведены исследования по оценке качества отдельных классов крупности металлургического кокса. Исследования металлургического кокса показали, что наилучшими показателями по прочностным характеристикам (М25, М10, CSR, CRI) при комплексной их оценке обладают классы кокса 40 60 и 60 80 мм. Рекомендовано в скиповый кокс выделять указанные классы при ограничении класса 25-40 мм и полном отсутствии класса >80 мм.

Keywords: металлургический кокс, скиповый кокс, прочностные показатели, горячая прочность кокса.

Постановка проблемы

Многолетний опыт доменной плавки показал, что современная доменная технология с вдуванием больших количеств дополнительного вида топлива в горн печи, в частности пылеугольного топлива (ПУТ), не может быть осуществлена при использовании кокса низкого качества. В последнее время при вдувании ПУТ в горн доменной печи роль кокса как разрыхлителя существенно возросла в связи со снижением его доли в шихте с 50-55 до 40% и ниже, в результате чего существенно повысились нагрузки на кокс. В результате этого одним из важнейших вопросов при освоении технологии доменной плавки с вдуванием ПУТ является повышение качества кокса. Ввиду этого актуальным становиться вопрос о качестве отдельных классов крупности металлургического кокса, выделяемых в скиповый кокс.

Анализ последних исследований и публикаций

Изучению динамики разрушения различных классов крупности кокса вне доменной печи посвящено немало работ. К концу ХХ столетия уже были проведены работы по изучению динамики разрушения общей массы различных коксов и отдельных их фракций в барабанах и при сбрасывании на металлическую плиту [1-3].

Было определено, что кокс класса >80 мм по сравнению с коксом классов 25-40, 40-60 и 60-80 мм больше изменяет свой гранулометрический состав при последовательном наложении разрушающих усилий, особенно это заметно на начальных стадиях разрушения [1].

В работе [2] показано, что кокс крупностью 40-60 мм, составляющий основу современного доменного кокса, отличается сравнительно низкой трещиноватостью и меньшей склонностью к истиранию. Высокие прочностные качества обнаруживаются также при сравнительном разрушении в испытательном барабане класса кокса 25-40 и 60-80 мм.

Авторами работы [3] показано, что кокс крупностью >80 мм вследствие его малой прочности уже после 200-250 оборотов барабана образует самый мелкий продукт. Классы кокса 40-60 и 60-80 мм в широком диапазоне изменений истирающих и дробящих нагрузок остаются крупнее кокса 25-40 мм. При воздействии только ударных нагрузок фракция 25-40 мм остаётся наименьшей из всех классов кокса при любом количестве сбрасываний [3].

На основании полученных результатов можно сделать обобщённый вывод о том, что кокс класса 25-40 мм уступает по своим физико-механическим свойствам коксу классов 60-40 и 60-80 мм, но предпочтительнее кокса >80 мм.

В конце прошлого столетия в зарубежных странах начали широко использовать метод по оценке горячей прочности кокса (CSR) и его реакционной способности (CRI) и эти показатели достаточно широко применяются на металлургических предприятиях [4-7]. В Украине стандарт ДСТУ 4703:2006 по определению показателей CSR и CRI введен в действие 2008 г.

В работах [8, 9] приведены результаты исследования по определению показателей горячей и холодной прочности кокса от его фракционного состава (табл. 1).

Таблица 1 – Качество металлургического кокса в зависимости от его гранулометрического состава (по данным [8, 9]).

Качество металлургического кокса в зависимости от его гранулометрического состава

Результаты исследования показали, что наибольшим значением по показателю CSR обладает кокс класса 25-40 мм при, однако, низком значении показателя М25. Класс кокса 40-60 мм имеет более высокое значение показателя М25 при несколько худшем значении показателя CSR. Класс >80 мм обладает наихудшими показателями CSR и М25. На основе проведённых исследований авторы приходят к заключению, что с точки зрения показателей горячей и холодной прочности наиболее оптимальным является использование металлургического кокса класса 40-60 мм [8].

На ПрАО «Донецксталь» - металлургический завод» (Донецк, Украина) осуществляется работа по освоению современного уровня доменной технологии с вдуванием ПУТ в количестве более 150 кг/т чугуна. В связи с этим возникла необходимость исследовать качество отдельных классов крупности металлургического кокса, выделяемых в состав скипового кокса.

Цель (задачи) исследования

Цель работы – оценить качество отдельных классов крупности металлургического кокса.

Методика проведения исследований

Сбор представительных проб кокса марки «Премиум» отдельных классов (25-40, 40-60, 60-80 и >80 мм) осуществлялся на ЧАО «Макеевкокс» (г. Макеевка, Украина) и ПАО «Ясиновский коксохимический завод» (ПАО «ЯКХЗ») (г. Макеевка, Украина) из нескольких партий при условии близких по составу используемых угольных шихт и технологических показателей при коксовании. Вес партии кокса, из которого осуществлялся отбор проб, составлял не менее 300 т.

Общий вес представительной пробы кокса для каждого класса крупности составлял не менее 250 кг. Рассев металлургического кокса по классам крупности осуществлялся согласно ГОСТ 5954.1-91. Исследования отдельных классов крупности кокса по определению механической прочности М25 и М10 проводились согласно ДСТУ 2206-93. Подготовка и проведение исследований отдельных классов крупности кокса на показатели CSR и CRI проводились согласно ДСТУ 4703:2006.

Проведение исследований кокса ЧАО «Макеевкокс»

В табл. 2 приведены данные качества кокса марки «Премиум» ЧАО «Макеевкокс», отобранные для проведения исследований. На рис 1. приведены результаты исследования качества отдельных классов крупности металлургического кокса. Из рис. 1 видно, что наилучшими показателями CSR и CRI обладают классы кокса 60-80 и 40-60 мм.Так, например, значение CSR у классов 60-80 и 40-60 мм выше, чем у класса 25-40 мм. По мере снижения класса крупности значение показателя М25 кокса изменяется с 90,1 до 88,4 %, а CRI – с 29,3 до 35,9 %.

Таблица 2 – Показатели качества кокса марки «Премиум» ЧАО «Макеевкокс».

Рисунок 1 – Изменение основных показателей качества кокса марки «Премиум» ЧАО «Макеевкокс» от его крупности.

Однако, в связи с недостаточным количеством отобранного кокса класса >80 мм в условиях ЧАО «Макеевкокс» для проведения исследований данные результаты имеют незаконченных вид.

Проведение исследований кокса ПАО «ЯКХЗ»

Проведено исследование качества отдельных классов крупности металлургического кокса «Премиум» ПАО «ЯКХЗ». Провели два параллельных опыта по определению основных показателей качества отдельных классов крупности металлургического кокса, а полученные значения усреднялись. Отобранные для анализа пробы кокса характеризовались низким колебанием золы: колебание золы по классам кокса составляло 9,8-10,1%.

Из рис. 2 видно, что по показателю CSR наилучшими были классы кокса 60-80 и 40-60 мм (54,6 и 53,5% соответственно), наихудшими – 25-40 и >80 мм (50,1 и 48,5% соответственно).

Изменение основных показателей качества кокса марки Премиум ПАО ЯКХЗ от его крупности

Рисунок 2 – Изменение основных показателей качества кокса марки «Премиум» ПАО «ЯКХЗ» от его крупности.

Значение показателя М25 классов кокса увеличивается от 86,6 до 90,6% в следующем порядке: 25-40, >80, 60-80 и 40-60 мм. Причем высокие значения показателя М25 имеют классы 40-60, 60-80 и >80 мм (соответственно 90,6, 90,2 и 89,3%), а минимальное – 25-40 мм (86,6 %).

Самое низкое значение показателя М10 было зафиксировано у класса кокса >80 мм, а максимальное – у класса кокса 60-80, 25-40 и 40-60 мм в порядке улучшения показателя.

Таким образом, на основании полученных результатов показано, что с точки зрения технологических показателей качества кокса наиболее оптимальными фракциями для выделения их в скиповый кокс являются классы 60-80 и 40-60 мм. Содержание класса 25-40 мм в скиповом коксе желательно поддерживать на минимально возможном уровне для обеспечения наилучшей газопроницаемости коксовой линзы. Наихудшими показателями обладает класс кокса >80 мм, ввиду этого содержание данного класса в скиповом коксе необходимо максимально снижать вплоть до полного его удаления.

Выводы

Оптимальными фракциями для выделения их в скиповый кокс, имеющие максимально лучшие показатели, являются классы 60-80 и 40-60 мм. Содержание класса 25-40 мм в скиповом коксе желательно ограничивать, а класс >80 мм – полностью выделять из скипового кокса.

  • 1. Щукин П.А. Исследование свойств металлургического кокса / П.А.Щукин.– М.: Металлургия, 1971. – 184 с.
  • 2. О ситовом составе кокса для доменной плавки / Л.З. Ходак, Б.А. Гесс-Де-Кальве, Ю.И. Борисов [и др.] // Кокс и химия. – 1974. – № 7. – С. 20-24.
  • 3. Об оптимальной крупности кокса для доменной печи /В.А. Улахович, К.К. Шкодин, А.П. Котов [и др.] // Сталь. – 1982. – № 12. – С. 34-38.
  • 4. Оценки технологических свойств доменного кокса / А. Констачак, В. Сабела, Р. Будзик [и др.] // Известия ВУЗов. Черная металлургия. – 1998. – №11. – С. 10-12.
  • 5. Плужников А.И. Критерии оценки качества доменного кокса. Перспективы его улучшения на ОАО «Испат-Кармет» / А.И.Плужников, О.Г.Риферт, А.А.Трембач // Кокс и химия. – 2001. – № 1. – С. 8-10.
  • 6. Ухмылова Г.С. Оптимизация качества доменного кокса на металлургическом заводе в Линце /Г.С.Ухмылова // Новости черной металлургии за рубежом. 1996. – № 2. – С. 127-130.
  • 7. Ухмылова Г.С. Стратегия металлургического завода в Таранто фирмы «Илва» по использованию кокса и угля в доменном производстве / Г.С.Ухмылова // Кокс и химия. – 1993. – № 7. – С. 18-20.
  • 8. Исследование зависимости параметров прочности металлургического кокса от его гранулометрического состава / В.А. Венц, А.Н. Черемискина, Н.И. Киселёв [и др.] // Кокс и химия. – 2006. – № 11. – С. 12-27.
  • 9. Прочностные характеристики коксового орешка различного происхождения / С.К. Сибагатуллин, А.С. Харченко, Е.О. Теплых [и др.] // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2012. – № 1. – С. 19-21.
  Публикация №2
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ