Качество кокса, его поведение в доменной печи и влияние на ее работу

Курунов И.Ф.
Черметинформация, 2003 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Качество кокса, его поведение в доменной печи и влияние на ее работу

По своему характеру, функции кокса, выполняемые им в доменной печи, разделяются на физические, химические и тепловые . Выполняя физические функции кокс:

- обеспечивает проницаемость для газа столба шихты в зоне твердых кусковых материа­лов и в зоне когезии;

-обеспечивает проницаемость для таза и жидких продуктов плавки в зоне подвижного кокса;

- обеспечивает дренаж продуктов плавки в коксовом тотермане;

- поддерживает столб шихтовых материалов в печи, опирающийся на коксовый тотерман.

Таким образом, кокс в столбе шихты в доменной печи является своеобразным конструк­ционным материалом, обеспечивающим проницаемость этого столба и создающим для него опору Выполнение этих функций кокса зависит исключительно οι его физических свойств.  Никакой другой компонент доменной шихты не может заменить кокс в выполнении указанных физических функций.

 

Выполняя химические функции углерод кокса:

1) образует восстановительный газ, окисляясь кислородом и парами воды ду1ья в фурмен­ных зонах — С + 0,5 02 - СО, С + 0,5 Н20 - СО + Н2;

2) образует восстановительный газ, окисляясь углекислотой—

С + С02 = 2СО;

3) восстанавливает железо и марганец из первичных шлаков —

FeO + С = Fe + СО, МnО + С - Μn + СО;

4) восстанавливает кремний из золы кокса и шлака—

фосфор и другие элементы из шлака— Р205 + 2,5 С = 2Р + 5 СО; TiO2 + 2 С - Ti + 2 СО, Участвуя в этих реакциях, 1 кг углерода кокса образует 1,87 м 3 СО.

Первая функция кокса может выполняться любыми вдуваемыми топливами, причем чем ниже отношение С/Н во вдуваемом топливе, тем больший объем восстановительного газа образуется при его сгорании в доменной печи.

Вторая химическая функция кокса может частично выполняться твердыми топливными добавками с повышенной реакционной способностью (коксовым орешком, антрацитом, ка­менным углем, нефтяным коксом), загружаемыми в доменную печь в узкую кольцевую зону колошника, соответствующую расположению рудного гребня..

Третья химическая функция кокса может частично выполняться твердыми восстанови­тельными добавками, загружаемыми в доменную печь с шихтой (ферросилиций, шлаки про­изводства ферросплавов).

Тепловая функция кокса заключается в генерации тепла в фурменной зоне, где, сгорая, 1 кг углерода кокса выделяет около 10 МДж тепла.. Тепло от сгорания кокса в современных условиях при отсутствии вдуваемых топлив составляет 2/3 или более οι всего прихода тепла в печи, Одну треть тепла приносит горячее дутье [1], Тепловую функцию кокса также в зна­чительной мере могут выполнять вдуваемые топлива.

2. Основные характеристики качества кокса Физические свойства

С учетом перечисленных функций, выполняемых коксом в доменной печи, самой главной характеристикой качества кокса является его механическая прочность, обеспечивающая со­хранение первоначальных размеров и формы его кусков под воздействием давящих, исти­рающих и ударных нагрузок на них в доменной печи. Истирание или разрушение кусков кокса оказывает сильное отрицательное воздействие на проницаемость столба шихты и эф­фективность противоточного тепло- и массообмена в печи и отработку продуктов плавки.

Основные факторы, определяющие газодинамическое сопротивление столба шихты в зоне твердых кусковых материалов, входят в уравнение Эгона, которое обычно используется для оценки потерь напора в слое сыпучих материалов [3]:

Механическая прочность кокса оценивается показателями холодной и горячей прочности, определяемых с использованием различных методик.

 

Физико-химические свойства кокса зависят от структурного состояния углерода, кото­рый в коксе находится частично в кристаллическом состоянии (имеет анизотропные свойст­ва), а частично —в аморфном (имеет изотропные свойства) Степень кристаллизации угле­рода в коксе определяется в первую очередь составом угольной шихты и несколько увеличи­вается с увеличением температуры коксования [1]

Реакционная способность кокса определяется в значительной мере степенью кристаллиза­ции углерода С углекислотой в первую очередь реагирует аморфный углерод кокса, что уменьшает механическую прочность кусков кокса. Кристаллический углерод кокса практи­чески не реагирует с углекислотой.  Кокс с меньшей реакционной способностью, как прави­ло, имеет более высокую механическую прочность в нижней части доменной печи

Под зоной когезии при контакте с закисью железа железистых шлаков реагирует углерод поверхностных слоев кусков кокса, что уменьшает их размеры, но не влияние на их проч­ность При этом степень кристаллизации yглерода не оказывает существенного влияния на его газификацию в этом взаимодействии

Химический состав кокса

Зола в коксе содержит обычно около 50 % SiCb и около 30 % Al2O3. Содержание зоны в коксе уменьшает приход тепла от горения кокса и увеличивает выход шлака и расход тепла на его нагрев. Увеличение содержания золы в коксе на I % приводит в результате к увеличе­нию расхода кокса на 10 кг/г чугуна

Щелочи (К2О и Na2О) повышают реакционную способность кокса, усиливая газификацию изотропной части углерода кокса и снижая, тем самым, механическую прочность кокса в нижней части печи. Кроме тою, щелочи сублимируют из кокса при высоких температурах и затем осаждаются на футеровке печи, образуя настыли и способствуя разрушению футеров­ки.

Влажность кокса уменьшает приход углерода в печь с коксом, что  требует обязательного оперативного контроля влажности загружаемого в печь кокса для исключения влияния колебаний влажности кокса на тепловое состояние печи

Подводя итоги анализа функций кокса в доменной печи можно уверенно сказать, что главными функциями кокса в доменной печи являются физические функции и, следователь­но, главной характеристикой качества доменного кокса является определенный уро­вень механической прочности и крупности его кусков, обеспечивающий стабильный, противоток газов с твердыми материалами и жидкими продуктами плавки и свободный вы­пуск чугуна и шлака из печи

Остальные характеристики качества кокса, в том числе значительно влияющие на его рас­ход и производительность печи (химический состав), могут варьировать в относительно ши­роких пределах.. Их оптимальные значения определяются в первую очередь экономическими критериями (себестоимость чугуна, выплавляемого с использованием кокса с различным химическим составом и, следовательно, с различной стоимостью).