Топливо

Основным топливом доменной плавки является кокс — куско­вой пористый материал из спекшейся углеродистой (83—88 % С) массы, получающейся при прокаливании каменного угля без доступа воздуха. Вследствие своей прочности, термо­стойкости (способности не растрескиваться) и способности не спекаться кокс сохраняет форму кусков на всем пути движения шихты от колошника до горна. Благодаря этому кокс разрыхляет столб шихты в печи, обеспечивая необходи­мую ее газопроницаемость. В нижней части печи (в заплечи­ках и горне) только кокс остается в твердом состоянии, образуя как бы подвижную дренажную решетку (коксовую на­садку), через которую в горн стекают жидкие продукты плавки, а вверх проходят газы.

Естественные твердые виды топлива не пригодны для до­менной плавки вследствие низкой термостойкости и из-за склонности к спекаемости, поэтому кокс не может быть за­менен другим топливом; возможна лишь частичная замена кокса газообразным, жидким и пылеугольным топливом.

Как топливо кокс, сгорая у фурм, обеспечивает доменную печь теплом, необходимым для нагрева и расплавления шихты

и протекания процессов восстановления железа из оксидов. Кроме того, углерод кокса является восстановителем и слу­жит для науглероживания железа, а продукт сгорания кок­са — газ СО также является восстановителем.

Производство кокса. Кокс получают сухой перегонкой (нагревом до 1100 °С без доступа воздуха) коксующихся каменных углей в коксовых печах, представляющих собой ка­меры из динасового кирпича высотой 5—7, длиной 15—17 и шириной 0,4—0,45 м; их объем составляет 30—42 м³. В каме­ру объемом 30 м³ загружают 22 т шихты.

Плоские камеры объединены в коксовые батареи (рис. 18) по 60—80 параллельно расположенных камер. С торцов каждая камера герметично закрыта съемными дверями, а в своде ка­мер есть 3-4 люка для загрузки шихты из бункеров загру­зочного вагона 11. Производительность батареи достигает 2000 т/сут.

Рис. 18. Общий вид коксовой батареи:

1 - приемный бункер для сырого каменного угля; 2 — конвейер; 3 — рампа вы­грузки охлажденного кокса; 4 - тушильный вагон; 5 - кокс; 6 - регенераторы; 7 — камера коксования; 8 — штанга коксовыталкиватееля; 9 — коксовыталкива­тель; 10 — отвод коксового газа; 11 — загрузочный вагон; 12 — распредели­тельная башня; 13 — тушильная башня; 14 — отделение для дробления и смеши­вания угля

Рис. 19. Схематический разрез

коксовой батареи: 3 4 5

1 — регенераторы; 2 — обогре­
ваемые вертикалы; 3 — обвод­
ной канал; 4 — отверстия для
загрузки шихты; 5 — камера 2

коксования

Коксовые печи отапливают доменным и коксовым газами, сжигаемыми в простенках между камерами — в вертикалах (рис. 19). Для получения в вертика­лах высокой температуры пла-7 мени (1400 °С) воздух и до­менный газ перед подачей в вертикалы нагревают в регене­раторах 1. Под каждым верти­калом расположено по два ре­генератора (камеры), которые заполнены решетчатой кладкой из огнеупорного кирпича. В каждую пару регенераторов поочередно с интервалом в 20—30 мин то направляют из вертикалов горячие дымовые газы, на­гревающие насадку, то холодные воздух и доменный газ (раздельно), которые нагреваются, охлаждая насадку. Из регенераторов нагретые воздух и доменный газ поступают в вертикалы, а дымовые газы через борова уходят в трубу.

Для коксования применяют коксовые, паровично-жирные, паровично-спекающиеся и газовые угли. Предварительно уголь дробят и обогащают для снижения зольности. Далее составляют шихту, смешивая разные угли в требуемом соот­ношении. Затем шихту подвергают окончательному дроблению и помолу и направляют в распределительную башню (рис. 18, поз. 12). В шихте должны быть фракции размером менее 3 мм, так как это способствует получению кокса с меньшим количеством трещин.

Коксование загруженной в камеру порции шихты длится 14,5—16 ч. В процессе нагрева при температурах 350—500 °С происходит размягчение и плавление угля и начинается сильное выделение летучих веществ, которые ьспучивают массу и делают ее пористой. При 500—600 °С масса интен-

сивно разлагается с выделением летучих; по мере их выде ления в массе возрастает содержание углерода, увеличи­вается вязкость массы и она затвердевает, переходя в по­лукокс. При дальнейшем нагреве до 1100 °С выделяются все летучие, и аморфный углерод превращается в кристалличес­кий графит, обладающий высокой твердостью и прочностью. Коксовый пирог, открыв торцевые двери камеры, выталкивают (рис. 18) с помощью штанги 8 коксовыталкивателя 9 в тушильный вагон 4, доставляющий кокс в башню 13, где его заливают водой, либо на установку сухого тушения, где кокс охлаждают потоком азота. После водяного тушения кокс из тушильного вагона через рампу 3 выгружают на конвейер 2, доставляющий кокс в доменный цех. Сухое тушение, внед­ряемое в последние годы, предпочтительнее по следующим причинам: а) уменьшается растрескивание кокса, т.е. его потери в виде мелочи; б) снижается влажность кокса (0,5— 1,0 % вместо 2—5 % при тушении водой); в) тепло нагретого азота используется для выработки пара, а при тушении во­дой безвозвратно теряется.

Выделяющиеся из коксовой печи летучие ("грязный коксо­вый газ" в количестве 300—320 м³ т/шихты) направляют в химические цехи, где из них извлекают смолы, аммиак и бензол, из которых при дальнейшей переработке получают до 500 других ценных продуктов (лаки, краски, растворители, лекарства, пек и др.). После химических цехов очищенный коксовый газ содержит, %: 56-60 Н₂; 23-26 СН₄; 2-4 С_тН„; 5—7 СО; 2—3 СО_г; 3—7 N₂. Его теплота сгорания составляет 16,8—18,4 МДж/м³. Газ используют в качестве топлива на металлургическом заводе.

Свойства кокса. Кокс содержит 83—88 % углерода; 8—13 % золы; 0,7-1,5% летучих; 0,5-5% влаги; 0,4-1,8% серы; 0,02—0,05 % фосфора. Кокс хорошего качества светло-серого цвета и при ударе куска о кусок издает легкий звон. Удельное количество тепла при сгорании кокса 28000—31500 кДж/кг. Наряду с высокой теплотой сгорания кокс как доменное топливо должен обладать определенным комплексом свойств, эти основные свойства следующие:

— высокая прочность, чтобы кокс не был раздавлен стол­бом вышележащей шихты в печи и не истирался при движении от колошника до фурм, а также высокая термостойкость, чтобы он не растрескивался при нагреве. В случае измель-

чения в печи кокса сильно снижается газопроницаемость шихты. Прочность кокса определяют в барабане диаметром 1м и длиной 1 м, на внутренней поверхности которого по всей длине приварены четыре угловых профиля. Для истира­ния берут 50 кг кокса. Барабан вращается с частотой 25 об/мин в течение 4 мин. Затем кокс рассеивают на сите. Показателями прочности кокса служат величины выхода клас­са более 40 мм (показатель М40) и менее 10 мм (показатель М10), выраженные в процентах. Величина М40 должна состав­лять 72-82, а М10 8,5-10%;

—малое содержание золы, основными составляющими кото­рой являются Si0₂ и А1₂О_э. Для их ошлакования необходимо увеличивать расход флюса, что увеличивает количество шла­ка. Увеличение зольности кокса на 1 % вызывает снижение производительности печи на 1,3% и увеличение расхода кокса на 1,3 %. Зола также снижает прочность кокса;

—неспекаемость в условиях доменного процесса;

—определенный размер кусков— от 25 до 60мм; загру­жать в печь более мелкий кокс недопустимо, так как при этом ухудшается газопроницаемость шихты;

—малое содержание вредных примесей серы и фосфора. Содержание фосфора в коксе невелико — < 0,05 %. Для пере­вода при плавке поступающей с коксом серы в шлак необхо­димо увеличивать расход флюса, что ведет к снижению про­изводительности печи и увеличению расхода кокса. Количес­тво серы в коксе определяется ее содержанием в исходном угле; кокс из кузнецких, печорских, карагандинских углей содержит 0,4—0,7% серы, кокс из донецких углей 1,4—1,8 %;

—малое и, что особенно важно, постоянное содержание влаги. Неучитываемые колебания количества влаги во взвешиваемом коксе при его дозировании приводят к тому, что действительное количество поступающего в печь кокса будет отличаться от расчетного, а это нарушает заданный тепловой режим работы печи. При сухом тушении влажность кокса составляет 0,4—1 %, при тушении водой 2—5 %;

—высокая пористость, благодаря чему достигается высо­кая скорость сгорания кокса. Обычно пористость кокса на­ходится в пределах 37—53 %.

Другие виды топлива. Кокс является дорогостоящим и де­фицитным материалом, поскольку запасы коксующихся углей во многих странах невелики.

5-3810

В связи с этим в последние годы при доменной плавке часть кокса заменяют природным газом, мазутом или пыле­видным топливом. Природный газ содержит 90—98% углево­дородов (главным образом, СН₄ и С₂Н₆) и небольшое коли­чество азота (около 1%, а в газе Ишимбайского месторож­дения до 10%).

Мазут представляет собой тяжелый остаток прямой пере­гонки и крекинга нефти. Горючая масса мазута содержит 84-88% С, 10-12% Н₂, 0,3-0,5% О, и 0,5-4% S. В ка­честве пылевидного топлива обычно используют молотый каменный уголь.