книги из ГПНТБ / Чистяков, А. Н. Технология коксохимического производства в вопросах и задачах учебное пособие

Давление газов в камере в течение периода коксования является переменной величиной. Оно резко колеблется и мо­ жет в течение короткого времени непосредственно после за­ грузки подняться до 100 мм вод. ст. и более. К концу же пе­ риода коксования в камере может даже образоваться разре­ жение. Все это связано с составом и свойством шихты и усло-

Рис. 4—12. Схема автоматического регулятора давле­ ния газа в газосборниках:

виями газовыделения. Однако давление должно поддержи­ ваться положительным.

Перед выдачей кокса из печей давление газа у стены ка­ мер на уровне их пода должно быть ниже +0,5 и выше 2,0 мм вод. ст.

2. Давление газа в отопительной системе на восходящем потоке должно быть всегда ниже, чем в любой точке сопря­ женной с ними камеры коксования.

Для этого под крышками смотровых лючков должно под­ держиваться давление +0,5 мм вод. ст. с колебаниями не бо­ лее ±0,3 мм вод. ст.

Необходимое давление газа в камерах обеспечивается автоматическим регулированием давления газа в газосборни-

ках (рис. 4—12).

Рис. 4—13. Гидравлическая кривая печей ПК:

/ — газовый регенератор, 2 — воздушный регенератор.

Между давлением газа в газосборниках и давлением на уровне пода у стен камер коксования существует зависи­ мость, которую можно выразить следующей формулой:

52

Полное уплотнение кладки камер вновь введенных в экс­ плуатацию батарей путем заграфичиванйя наступает обычно

Рис. 4—14. Гидравлическая кривая печей ПВР:

1 — газовый регенератор, 2 — воздушный регенератор.

через 4—5 месяцев после пуска батареи, Для этой цели на это время давление в газосборниках устанавливается на 3— 5 мм вод. ст. выше необходимого.

Характерными точками отопительной системы для оценки гидравлического режима являются клапан, глазок регенера­ тора и верх вертикала.

На рис. 4—13 и 4—14 показаны кривые распределения давлений в отопительной системе печей ПК и ПВР при обо­ греве доменным газом.

Печи ПК имеют большее сопротивление, чем печи ПВР. На восходящем потоке движение газов происходит от точек обогревательной системы с меньшим давлением к точкам с

53

большим давлением. Такое направление движения обуслов­ лено гидростатическим напором воздуха й бедного газа, подо­ гретых в регенераторах, и горячих продуктов горения газа в вертикалах.

На нисходящем потоке движущей силой является разре­ жение, создаваемое дымовой трубой.

Вопросы и задачи

1.На рис. 4—13 и 4—14 по результатам замеров изобра­ жены гидравлические кривые газовых и воздушных регенера­ торов печей ПК и ПВР.

Объяснить, почему разность разрежений в воздушных ре­ генераторах меньше, чем в газовых регенераторах.

2.Почему рекомендуется поддерживать в шахточках смот­ ровых лючков разрежение близким к нулю.

За д а ч а 1. Рассчитать объем продуктов горения при по­ даче тепла в отопительный простенок в 1000 ккал при обо­

Тепература воздуха 30 °С, давление 760 мм рт. ст.

З а д а ч а 2. По данным задачи 1 показать: а) насколько будет отличаться сопротивление отопительного канала (по­ тери напора на трение) на восходящем потоке при обогреве печей коксовым газом по сравнению с потерей напора на тре­ ние при обогреве доменным газом; б) каким будет местное сопротивление при повороте газового потока на 90° при входе в перевальное окно; в) определить гидравлический напор в обогревательном канале печи ПВР емкость 30 м3; сечение обогревательного канала F=0,211 м2, гидравлический диа­ метр 0,44 м, высота Н — 4 м, сечение перевального окна 0,114 м2, температура продуктов горения 1475 °С.

трубы принимается 3,8 м и высота трубы 100 м, при отопле­

Чем объясняется необходимость изменения размеров ды­ мовой трубы в зависимости от вида отопительного газа и ко­ личества печей в батарее?

54

З а д а ч а 4. Объем продуктов горения, поступающих в

З а д а ч а 5. Дать сравнительную количественную оценку тяги дымовой трубы при обогреве печей коксовым и домен­ ными газами, имея ввиду следующее:

1.Количество продуктов горения при выделении 1000 ккал тепла при обогреве доменным газом составляет 1,8 м3, а при обогреве коксовым газом— 1,4 м3.

Плотность продуктов горения доменного газа 1,4, а коксо­ вого— 1,22 кг/м3.

2.Количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м3 коксового газа с низшей теплотой сгорания 4000 ккал/нм3, при а=1,25 равно 4,76 нм3, а для сжигания 1 м3 доменного газа с низшей теплотой сгорания 920 ккал/нм3 при а=1,1 тре­ буется 0,812 нм3 воздуха.

Во сколько раз сопротивление регенератора на восходя­ щем потоке будет больше при обогреве печей доменным газом по сравнению с сопротивлением при обогреве коксовым газом?

3.Температура продуктов горения коксового газа при вы­ ходе из регенератора равна 330—360° С, а продуктов горения

доменного газа 260—280 °С.

4.5. Кокс

Основным потребителем кокса является доменное произ­ водство. К коксу предъявляются следующие требования:

1.Высокая теплота сгорания и пирометаллургическая спо­ собность.

2.Достаточная механическая прочность и термостойкость,

чтобы не образовывалось много мелочи при нагреве топлива

ипрохождении его через печь.

3.Неспекаемость в условиях доменного процесса.

4.Достаточная чистота по содержанию вредных приме­

сей: серы и фосфора.

Желательно также, чтобы в коксе было немного золы, осо­ бенно кремнезема и глинозема, требующих применения флюсов.

Кокс в доменной печи (рис. 4—15) является восстанови­ телем, источником тепла и разрыхлителем шихты. Кокс —

55.

единственный компонент доменной шихты, через насыпь ко­ торого фильтруются жидкие продукты плавки: чугун и шлак.

Поэтому требования к прочности, крупности и равномер­ ности кусков кокса повышаются.

Процесс восстановления железа идет с постоянным отщеп­ лением кислорода и переходом окислов от высших к низшим по схеме

Fe203->Fe304^-Fe0^Fe.

В условиях доменной печи железо из окислов восстанав­ ливается газами СО и Н2 и твердым углеродом непосредст­ венно или через газовую фазу.

Реакции восстановления железа и его окислов твердым углеродом '

Fe203 + 3C->2Fe-|-3C0 — 112670 ккал, Fe304 + 4C-*-3Fe + 4СО— 153640 ккал, FeO + C-^-Fe + CO — 36350 ккал

являются эндотермическими и могут протекать только в усло­ виях значительного притока и резерва тепла.

Непосредственное восстановление твердым углеродом ограничено в твердых фазах, так как трудно обеспечить кон­ такт твердого восстановителя с твердым окислом железа. Хотя в нижней части печи и обеспечивается лучший контакт, поскольку окислы железа находятся в жидкой фазе, все же более вероятным считается взаимодействие окиси углерода с окислами металлов и восстановление последних газовой фа­ зой, а не твердым углеродом.

Восстановление углеродом принято называть прямым вос­ становлением, а газами — косвенным. Однако прямое восста­ новление понимают шире, чем непосредственное взаимодей­ ствие углерода кокса с окислами. Фактически процесс связан с газовой фазой и состоит из 2 стадий

МеО + СО^-Ме + СО2,

С02 + С—>2СО.

Реакции восстановления железа из безводной окиси же­ леза могут быть представлены следующими уравнениями:

3Fe2O3+CO->2Fe3O4-FCO2+ 8870 ккал;

Fe30 4 + C0^-3Fe0 + C02 — 4990 ккал;

57

FeO + CO-»-Fe + CC)2+ 3250 ккал; 3Fe203 + H2-^2Fe30 4 + H2O — 1000 ккал;

Fe30 4+ H2^-3Fe0 + Fl20 — 14860 ккал;

FeO + Fb—^-Fe+ FhO — 6620 ккал.

Для оценки работы доменных печей разного объема при­ меняют коэффициент использования полезного объема печи, представляющий собой отношение полезного объема печи V, м3, к ее суточной производительности Р, т, передельного

чугуна: КИПО = .

Внастоящее время он составляет в среднем по нашей стране 0,6, а по отдельным заводам и печам 0,46 и менее.

Влитейном производстве кокс является, в основном, источником тепла, необходимого для переплавки чугуна и скрапа. Кокс должен иметь повышенную плотность и более крупные куски, наименьшее содержание примесей, особенно серы.

Свойства кокса можно разбить на 3 группы: химические, физико-химические и физико-механические.

Химические свойства кокса характеризуются элементар­ ным составом, .выходом летучих, зольностью и составом золы, ■содержанием вредных для металла примесей (серы, фосфора, мышьяка).

В чугуне может растворяться до 0,9% серы, тогда как в стали и литейном чугуне ее содержание недолжно превышать сотых долей процента. Она придает красноломкость стали при прокатке и повышает вязкость литейных чугунов, вслед- -ствие чего отливки получаются с раковинами.

Серу легче удалить из углеродистого продукта (чугуна), чем из стали. Поэтому в доменном производстве особое вни­ мание уделяют удалению серы.

К физико-химическим свойствам кокса относится реакци­ онная способность его в отношении СОг, НгО, 0 2, зависит она от строения кокса, истинной и кажущейся плотности.

Механическая прочность, трещиноватость, размер и форма кусков и др. характеризуют физико-механические свойства кокса.

Показателями механической прочности кокса являются барабанные пробы: а) остаток в большом барабане Сундгрена, в кг; б) остаток в малом (микум) барабане — М 40 и

М 10, в %.

:58

Доменный кокс из донецких углей должен давать остаток в барабане не менее 330 кг, а кокс из кузнецких, карагандин­ ских и кизеловских углей имеет барабанный остаток около 300—325 кг. Показатель М 40 и М 10 коксов для заводов Украины составил 76—79% и 6,1—7,8% соответственно.

Кокс, выданный из печей и потушенный, сортируется на три класса (табл. 4—5).

Таблица 4—4

углей и оптимального их дробления, обеспечение равномер­ ного обогрева печей и улучшение готовности кокса.

Тушение кокса. В настоящее время на заводах СССР

кроме мокрого широко внедряется сухое тушение кокса, дей­ ствует девять УСТК, на которых в 1973 г. было переработано более 8 млн. т. кокса.

Основные недостатки мокрого тушения кокса:

а) около 50% затраченного на коксование тепла уносится в атмосферу с водяным паром, что эквивалентно 50 кг услов­ ного топлива на каждую тонну кокса;

б) загрязнение атмосферы продуктами разложения орга­

приблизительно 2 мин., отстой тушильного вагона около 50 с. На рис. 4—16 представлена схема УСТК.

Камера тушения представляет собой цилиндрическую шахту, выложенную внутри высокопрочным шамотом, снаружи покрытую листовой сталью, верхняя и нижняя части камеры выполнены конусообразно. Верхняя часть камеры называется форкамерой, служит накопителем раскаленного кокса на слу­ чай циклических остановок или иных задержек подачи кокса на УСТК.

59

Нижняя часть камеры выполнена из огнеупорного бетона футерованного чугунными и базальтовыми плитами, в ней на­ ходится дутьевое устройство.

Циркуляционные газы на тушение подаются в нижнюю часть камеры через нижний кольцевой газоход, рассекатель

и дутьевую головку в центр камеры и через верхнюю часть газохода и щель под дутьевой воронкой — по всему пери­ метру камеры.

Отводятся нагретые газы из верхней части камеры через 36 косых ходов и верхний кольцевой сборный канал в пыле­ осадительный бункер, затем газы поступают в котел — утили­ затор.

60