Лекция 9. Коксовые печи
Основные представления о процессе коксообразования и качестве кокса
В процессе нагрева угля без доступа воздуха происходят сложные химические и физико-химические превращения органической части материала угля, в результате которых выделяются парообразные и газообразные продукты и образуется твердый остаток — кокс.
Одновременно происходит ряд физических явлений, оказывающих существенное влияние на процесс коксообразования.
Комплекс всех превращений молекулярной, структуры органической массы угля при его нагреве до высоких температур называется термической деструкцией.
При термической деструкции происходят одновременно реакции разложения и синтеза, т. е. распад и соединение веществ органической массы углей с образованием новых продуктов, причем эти реакции являются необратимыми и происходят при определенных температурах.
Одновременно происходит упорядочение молекулярной структуры нелетучего остатка, которое тем выше, чем выше конечная температура коксования.
В начале нагревания происходит термическое разложение угля, которое проявляется в образовании паров воды и кислородсодержащих газов. При более высоких температурах начинается ступенчатое отщепление целых группировок атомов, которые, взаимодействуя между собой, образуют новые вещества, свойства которых зависят от особенностей строения и состава органической массы угля. Летучие продукты начинают выделяться в виде газов и паров при нагревании угля до 250° С. Однако имеются сведения, что термическое раз-ложение начинается и при более низких температурах и приводит к необратимым изменениям свойств угля. При температурах около 300° С начинается выделение паров смолы, которое заканчивается примерно до 550° С. Одновременно происходит выделение заметных количеств воды, которая называется пирогенетическои влагой.
Термическая переработка углей до температур 510— 550° С называется полукоксованием, а нелетучий продукт, остающийся при этом, — полукоксом. Коксованием называется термическая переработка угля, заканчивающаяся при 900—1050° С, а нелетучий остаток называется коксом.
В интервале температур 320—450° С наступает размягчение угля или пластическое состояние, которое имеет решающее значение для процессов спекаемости и коксуемости углей.
Спекаемостью называется способность угольных зерен, размягчающихся в результате термического воздействия без доступа воздуха и находящихся под статистическим давлением и давлением выделяющихся газов, сращиваться между собой и давать сплошной пористый остаток.
Коксуемостью называется способность угольных зерен давать при заданных условиях подготовки и нагревания твердый остаток в кусках определенной крупности и прочности.
Коксообразованием называется весь процесс получения высокотемпературного кускового кокса.
Процесс спекания углей, завершающийся в основном при 520—550° С, является, таким образом, необходимым этапом более широкого процесса коксообразования. В. процессе нагрева полукокса выше 550° С в результате дальнейшей термической деструкции его органической массы с выделением летучих веществ уменьшается его масса. Поскольку к этому времени полукокс приобретает жесткую структуру, то потеря его в массе не может сопровождаться соответствующим уменьшением объема твердого остатка.
С повышением температуры это несоответствие увеличивается и в результате спекшаяся масса растрескивается с образованием кусков кокса. Этим завершается коксообразование.
В процессе коксообразования уменьшается объем кускового материала — происходит усадка, а также формируется пористое тело кокса.
Эти явления в значительной мере определяют характер трещиноватости кусков кокса и структурную прочность материала кокса, которые являются основными характеристиками кокса как доменного топлива.