Добавить в закладки : Регистрация : Вход : RSS
gornoprom.com Реклама
ОбъявленияКаталогPremiumВыставкиСтатьиФорумКонтактыРекламаКонтакты

Меню

РЕКЛАМА
Кокс - коксующийся уголь
Реклама


Добавить объявление Разместить рекламу Добавить предприятие

Коксующийся уголь – это уголь, из которого в условиях промышленного коксования получают кокс, который представляет техническую ценность. Для коксования каменных углей следует учитывать их технический состав, коксуемость, спекаемость, а также иные специальные показатели. На территории постсоветского пространства в целях коксования используют следующие угли: К (коксовые), Ж (жирные), ОС (отощенно-спекающиеся), Г (газовые) и СС (слабоспекающиеся). Что же отличает коксующийся уголь от других видов угля? Прежде всего это возможность коксующегося угля приобретать пластическое состояние, а в условиях помещения в определенную температуру – спекаться. Коксующийся уголь обладает высшей температурой сгорания, а также характеризуется сравнительно меньшим содержанием примесей. Технология коксования значительно продвинулась в середине двадцатого столетия когда были разработаны новые угольные залежи, а также была создана новая технология коксования. Для коксования преимущественно используют уголь группы Г. Что же представляет собой процесс коксования угля? Коксование - технологический процесс, имеющих определенные стадии, первой из которых является подготовка к коксованию, представляющая собой измельчение и смешение угля для образования шихты (смеси для коксования). После подготовки производится непосредственно коксование. Коксование производится в камерах коксовой печи с использованием газового нагрева. При коксовании шихту помещают в коксовую печь, где в течение приблизительно 15 часов производится нагревание при температуре около 1000 °C. Результатом этого процесса является получение «коксового пирога». Таким образом, основой коксования являются те процессы, которые происходят в каменном угле при его нагревании. На сегодняшний день десятая часть всего добываемого в мире каменного угля проходит процесс превращения в кокс, что свидетельствует о востребованности коксующихся углей в промышленности и энергетике. Кокс — нелетучий углеродистый остаток, получаемый из каменного угля посредством прокаливания в сильном жару в закрытых сосудах (как говорится — без доступа воздуха, или при самом стесненном доступе, так, чтобы не было сжигания самого угля), как объяснено в статьях: Горючие материалы и Горнозаводское топливо. Главная цель, для которой производится коксование каменного угля, т. е. работа превращения его в кокс, заключается именно в концентрации нелетучего углерода в полученном продукте, — эта цель одинакова с той, для которой производится обугливание дерева: кокс относится к каменному углю, как древесный уголь к дровам. Конечно, обугливание естественных твердых топлив, возвышая по существу их достоинство, сопряжено с необходимой предварительной затратой некоторой части того же топлива — потому что, в составе летучих продуктов, образующихся из угля при коксовании, отделяется некоторая немалая часть самого углерода и водорода [Так, например, при отгонке газовых частей из угля, круглым числом 20 процентов того тепла, которое этот уголь сам по себе в состоянии был бы дать при сжигании, отходят прочь, — полученное количество газа представляет по теплопроизводительности эту долю всей прежней теплотворной способности угля. Эта круглая цифра особенно близко относится к газовым углям, при гонке их для приготовления светильного газа. Утрачивается при гонке и та часть теплоты горения угля, которую рождают отогнанные смолы.]; но общий хозяйственный результат дела уравновешивается при этом, смотря по обстоятельствам, либо собиранием летучих продуктов для получения из них смолы и аммиака — составляющих, в свою очередь, весьма важные товары, — либо употреблением этих летучих отгонов в качестве вспомогательного топлива на самом заводе, где происходит коксование (либо, наконец, тем и другим совокупно). Потребность иметь, в качестве топлива, концентрированный нелетучий уголь вызывается, прежде всего, со стороны металлургической практики, для восстановления и выплавки металлов из руд, и более всего — для выплавки чугуна из железных руд, происходящей в доменных печах. Прямое применение каменного угля, без предварительного коксования, в этом деле не только неудобно, но иногда прямо невозможно. Среди самых обыкновенных сортов угля, находящихся между обоими крайними разрядами — антрацитом и так называемыми сухими углями с длинным пламенем, — весьма многие имеют свойства некоторой плавкости, вследствие которой куски их в жару приплавляются друг к другу и образуют сплошные глыбы. Это свойство спекаться или даже сплавляться в жару совершенно затрудняет прямое применение таких углей к доменной плавке, потому что прекращает или крайне затрудняет равномерное движение зарядов, опускающихся в доменной шахте. Кокс, добытый из таких углей, совершенно лишен такого свойства, а по своей пористости он, кроме того, с особенной выгодой для дела (а именно для реакций, происходящих в жару) увеличивает проницаемость доменного заряда для газов, на него действующих. Должно принять в расчет и то, что отделение летучих паров и газов от твердого угля перед употреблением его в домне сберегает внутри печи ту долю теплоты, которая заимствовалась бы, в противном случае, для этого газообразования от самой печи. Если, наконец, присоединить, что там, где есть потребность в наиболее высоких температурах, чрезвычайно важно употребление концентрированного нелетучего угля, и притом по возможности плотного и тяжелого, а потому дающего возможность внести в горн на каждую единицу вмещающего объема наибольшее весовое количество горючего элемента — то цели и выгоды коксования каменного угля обнаруживаются в главной части сполна. Отделение значительной части серы от угля при коксовании может быть зачтено в случайную выгоду для результата этого дела, прямо относящуюся только к некоторым сортам взятого угля. Весьма замечательно то, что работа коксования практически становится в прямую связь с самой эксплуатацией каменноугольных залежей и сбытом угля, а именно с той весьма выгодной стороны, что она дает случай обращать в первоклассный товар каменноугольную мелочь, которая, сама по себе, лишь в немногих частных случаях, и вообще в ограниченном размере, может быть прямо употреблена в топливо, и оплачивается очень дешево; между тем как весьма многие разработки на копях обильно снабжены ею (иной раз наполовину против всего добываемого из копи количества угля). Так как в отношении коксовых углей, т. е. именно таких, которые вполне пригодны к коксованию, не только безразлично, будут ли они взяты в кусках, или в зерне и даже в порошке, а предварительное измельчение их составляет именно наиболее общий прием, предшествующий коксованию, то становится ясным, какое значение для сбыта каменноугольной мелочи приобретается с введением коксования. Посредством примеси коксового угля можно распространить это значение и на те сорта угля, которые сами по себе в мелком состоянии не способны дать сплошного кокса (таким способом, например, обращается в кокс антрацитовая пыль); и вообще все нынешнее коксовое дело, в своих приемах и орудиях, поставлено таким образом, что его материалом является, главным образом, измельченный каменный уголь, и, по существу, специально коксовыми углями являются те, которые и в мелко раздробленном состоянии способны, через спекание, давать сплошной твердый кокс. С этой точки зрения можно ближе рассмотреть — какие сорта каменного угля пригодны к производству доменного или литейного кокса, и какие менее годны. Надо предпослать тому замечание, что вообще под общим именем кокса должно разуметь продукт обугливания всякого каменного угля каких бы то ни было сортов, всякий нелетучий уголь, остающийся после прокаливания каменного угля без доступа воздуха. По количеству кокса, которое остается от угля при прокаливании, а вместе с тем по виду и плотности или твердости этого кокса судят о самом сорте каменного угля, и наиболее существенная проба для последнего в лабораториях заключается, наряду с анализом, в этом пробном коксовании в малых размерах. Проба производится в объемистом платиновом тигле, аккуратно прикрытом крышкой, над 1 грамм угля, взятом в тонком порошке (о том, как производить ее, см. подробности, например у Böckmann, "Untersuchungsmethoden", I, 764). При этом оказывается — как это было бы и при опытах в большом виде, — что кокс от некоторых углей совсем порошковат (зовется тогда песчаным), и такие угли вовсе непригодны к коксованию. Таковы угли двух крайних классов или разрядов, о которых упомянуто было выше: сухие неспекающиеся угли с весьма выраженным преобладанием летучей части (или с длинным пламенем) и антрациты, в которых нелетучий углерод столь преобладает, что и в натуральном состоянии в них он как бы наиболее концентрирован против всех других углей. Чтобы из этих сортов угля получить плотный кокс в крупных кусках, надо и самый уголь брать для коксования в больших кусках, но нельзя дробить его. Кокс, полученный из крупных кусков угля этих обоих разрядов, по виду мало отличается от произведших его кусков: он удерживает форму их, и для углей 1-го разряда он только пористее, легче первоначального материала и являет более ясные трещины. Таким образом и из этих углей можно получить кокс, употребляя их в крупных кусках; но практически это совершенно излишне, потому что из сухих углей газового разряда выход кокса, в соответствии с преобладанием летучей части, слишком мал (50-60%), а антрациты сами по себе так сильно углеродисты, что годятся для доменной и всякой другой плавки прямо без коксования, и, будучи лишены способности спекаться, не причиняют завалов в домне. Отсюда рождается такого рода замечание, общее для всех углей рассматриваемых в качестве материала для коксования: угли, дающие очень большой выход кокса (от 82 до 90%), а равно и угли, дающие наименьший выход кокса (50-65%), одинаково лишены способности спекаться и не представляют подходящего материала для коксования. Пригодность угля к коксованию, таким образом, существенно связана со способностью спекаться в жару. Эта способность может быть сильнее или слабее в разных сортах; наибольшая пригодность к коксованию является у тех сортов, которые дают (при обугливании в больших размерах) 70-80% кокса. Количественная сторона дела является своеобразно связанной с качественной стороной в отношении свойств, которые сообщают углю характер настоящего коксового. Между крайними представителями антрацитового разряда и разряда молодых (позднего образования) битуминозных неспекающихся углей имеются многочисленные, неприметно друг в друга переходящие, но, в общем, весьма разнообразные сорта, которые более или менее пригодны к коксованию, и группируются в несколько (например, три) главных разрядов; среди них особо отличают класс, примыкающий непосредственно к крайнему антрацитовому ряду каменных углей — это старые жирные угли с коротким пламенем, в которых битуминозная и вообще летучая часть не особенно обильна (но вместе с тем выход кокса значителен): их называют специально-коксовыми углями, потому что они, как по качеству, так и по количеству доставляемого ими кокса, представляют среди всех наилучшие сорта исходного материала для коксования. Кроме углей этого разряда, специально-коксовых, к добыванию кокса пригодны все те угли, обнаруживающие способность спекаться в жару и дающие при пробе в тигле К. более или менее спекшийся (все такие угли, в общем, называются жирными); эта способность спекаться проявляется в различной степени и доходит на своих высших степенях до расплавления, после которого остается сплошной слиток кокса, для многих более тугоплавких сортов вспученный от происшедшего выделения газов, подобно хорошо поднявшемуся тесту. Таким образом, среди каменных углей контингент таких сортов, которые подлежат коксованию, весьма многочислен; с усовершенствованием и умножением приемов коксования к последнему времени (лет за десять) он еще увеличился, так как оказалось, что возможность получить хороший кокс из угля весьма значительно обусловлена, для некоторых сортов, самыми приемами прокаливания, а именно: разницами в предельных температурах, в быстроте или медленности нагрева и в связи с тем — ближайшими особенностями конструкции коксовальной печи. Что касается ближайшей связи между химическим составом каменного угля, т. е. количественным содержанием в нем, при углероде, прочих элементов, как то: водорода, кислорода и азота, и этой способностью угля спекаться, т. е. этим явлением большей или меньшей плавкости имеющей в результате агломерацию остатка в сплошной кусок, — то, не взирая на весьма многочисленные и долговременные работы химиков, касающиеся каменных углей и кокса, до сих пор наука не дала еще никаких определенных указаний, которые могли бы приводить в данном случае к заключениям, исходящим из понятия о составе. Задача усложнена существованием своего рода изомерии в группировке составных элементов каменного угля, обуславливающей неодинаковость свойств углей, для которых анализ, тем не менее, обнаруживает состав совершенно одинаковый. Между способностью спекаться и давать плотный кокс и химическим составом угля известны только самые общие соотношения, прежде всего те, которые отвечают обычному делению каменного угля на группы (Грюнора, как то указано в статье Уголь): так, в сухих углях с длинным пламенем отсутствие спекаемости связано с максимальным против других углей содержанием кислорода (которое сближает их с лигнитами), а в каменных углях, составляющих переход к антрациту, неспекаемость появляется как бы в связи с исключительным преобладанием углерода над остальными прибавочными элементами. Близкий к этим фактам вывод относительно того, что спекаемость обуславливается именно присутствием битуминозных или смолистых частей в каменном угле, в заключение оказывается ошибочным. Очень водородистые угли также неспособны более сплавляться, как и очень маловодородистые; то же явление на пределах максимума и минимума содержания повторяется и для кислорода. Во всяком случае, присутствие соединений, состоящих из углерода с водородом и кислородом в составе угля, очевидно, необходимо для коксового процесса. Какие это соединения, ближайшим образом неизвестно, но они образуют род минерализованных углеродистых смол или дегтей, которые при высокой температуре разлагаются и связывают оставшиеся частицы кокса, как своего рода цемент, в плотную массу. Несомненно, что при образовании спекающегося кокса играет роль то явление, постоянно повторяющееся и в других случаях с углеводородами при высоких температурах, — что уголь, в жару, притягивает уголь, т. е. углеводороды при действии на раскаленный уголь выделяют и осаждают на этот уголь тот, который они сами содержат, причем сами они беднеют углеродом и переходят в другие более летучие и в жару более стойкие углеводороды. Таким образом, с самого начала, явление спекания может быть объяснено всего вероятнее осаждением углерода из летучих углеводородных паров, в графитообразном состоянии, на частицы образующегося кокса, причем о каком-либо сплавлении по отношению к самому углероду, элементу безусловно неплавкому, при данных температурах, не может вообще быть никакой речи. Сплавление есть только преходящий, а не остающийся процесс, и, отчего бы оно ни зависело, оно не прямо служит причиной уплотнения и слития кокса в крепкую массу, а последнее зависит от цементации, во время этого самого процесса, отдельных частиц осевшим на них углеродом разложения. Этот взгляд (Веддинга) на образование кокса, во всяком случае, есть тот, который наиболее разделяется ныне химиками, работающими в области коксования. Осевший углерод разложения, цементирующий частицы кокса, есть тот же графитообразный углерод, который привычно встречать, например, в ретортах служащих при гонке светильного газа, в виде плотной коры облегающей внутреннюю поверхность реторт, или в коксовальных печах в виде мелких сталактитообразных наростов и тонких нитей; в своем составе, такие графитные налеты, происшедшие через разделение угля от водорода, тем не менее всегда содержат небольшое количество водорода (0,5%), то же содержание водорода наблюдается и в коксе. Последовательное отношение между выходами нелетучего угля, сортом и происхождением материалов, из которых он получается, и элементарным составом их, до известной степени уясняется следующей таблицей (в которой представлены круглые средние цифры элементарного состава):

В таблице углерод, водород и кислород означены буквами C, H и O, а под именем свободного водорода (как обычно в таких анализах) отдельно означается та часть всего содержания водорода, которая остается за вычетом части, дающей воду с имеющимся количеством кислорода (т. е. излишек водорода против количества равного 1/8 от веса найденного кислорода). Из таблицы видно, что спекаемость, и с нею пригодность к коксованию, как бы приурочена к следующим предельным содержаниям элементов: 5-6% водорода, 10% кислорода, 4% свободного водорода; и при сем, к удельному весу углей 1,35. В действительности так и бывает чаще всего, но все-таки опыт показывает, что это отнюдь не является общим признаком для всех спекающихся углей. Процессы, совершающиеся над каменным углем при долгом лежании на воздухе, сопряжены с потерей для выходов кокса, и могут, для многих сортов угля, уменьшать самую способность его к коксованию, если они зашли слишком далеко. Разные угли неодинаково чувствительны к процессу выветривания, который состоит в поглощении кислорода из воздуха и окислении им углерода и водорода каменного угля (с образованием углекислоты и воды), причем другая часть тогоже кислорода, кроме того, прямо проходит в самый состав угля. Уголь, поэтому, должен быть коксован в свежем состоянии вскоре после выхода из копи. Как было упомянуто, обработке на кокс чаще всего подвергается мелкий уголь. Для получения хорошего, однородного и плотного кокса из всяких подходящих сортов угля необходимо, чтобы погружаемая в печи, для обработки жаром, масса сырого материала была по возможности однородна, т. е. состояла из одинаково мелких кусков; для этой цели мелкий уголь сортируется и искусственно дробится сколько нужно. Таким образом, всегда коксование совершается над равномерно зерненным материалом; говорится также о наивыгоднейшем размере зерна (т. е. крупности кусочков) — он лежит в пределах между 4 и 10 мм. Чем мельче зерно, тем кокс выходит плотнее, и тем лучше предупреждается излишний угар, т. е. прямое сжигание воздухом, прошедшим между кусками угля; вместе с тем, измельчением и уплотнением нагрузки в коксовальной печи облегчается спекание (тонко измолотый порошок каменного угля дает также очень плотный кокс, однако же, до тонкого помола дело вообще не доходит). Присутствие значительных количеств посторонних рудных примесей к каменному углю ослабляет, а иногда и совсем исключает способность его к коксованию: минеральные примеси угля неизбежно концентрируются в коксе и ослабляют его способность спекаться, а во всяком случае они понижают вместе с тем чистоту кокса, внося в него излишнее количество золы. Разнообразие каменных углей в отношении содержания золы очень велико, преимущественно от горных пород, которые входят в уголь с места добычи в разных количествах по мере осмотрительности, с которой происходит выломка, и по свойству сопровождающей породы. Поэтому, для многих углей, предварительно обращения в кокс, предпринимается механическая обработка, с целью отделения примешанных минеральных остатков, которое может быть произведено по разности их в удельном весе. Эта подготовка чаще всего производится машинами (на отсадочных качающихся решетах) в струе воды и называется тогда промывкой; промывка углей прежде всего требует их измельчения и сортировки — а так как в коксовании и независимо от того приходится иметь дело с мелким каменным углем и дробить его, то работа промывки совершенно удобно примыкает к дроблению и сортировке перед коксованием. Промывка аналогична отмучиванию. Таким путем может быть удален прежде всего колчедан (как наиболее тяжелый), потом сланец и в заключение самый уголь. Они садятся при промывке друг над другом резко разграниченными слоями. Те части сланца и пр., которые, как нередко бывает, очень тесно намешаны в мелком виде к самому веществу угля, не отделяются этим путем и остаются в угле; но в общем результате, хорошая промывка всегда значительно обогащает уголь. Промытый коксовый уголь должен содержать по большей мере 6% золы (и 7% воды, с которой он всегда вносится в печь для коксования); удается уменьшать до 4%, хотя бы при начальном содержании в 15-25%, так что в коксе получается примерно 51/2%. Если уголь сам по себе достаточно чист, то подготовка к коксованию заключается только в механическом дроблении его, которое производится машинами (в вальцах; если мельче, то в конических мельницах, нередко в дезинтеграторах); раздробленный в мелкое зерно, сухой материал перед погрузкой в печи обыкновенно смачивается водой для того, чтобы он слеживался в печи плотнее и скрывал в себе меньше воздуха. С целью еще большего уплотнения, какое возможно было бы при прямой погрузке в печь, ныне почти всегда употребляется искусственное сдавливание перед погрузкой, так что в камеру печи, которая большей частью имеет простую форму длинного и высокого ящика, ввозится разом вся загрузка, спрессованная наперед в отдельном формовальном ящике, по форме и размеру соответствующем печной камере. Сдавливание внутри самой печи, при постепенной засыпке слоями, менее удобно, потому что рушит печь. Поэтому почти везде имеются при коксовальных печах передвижные (на рельсах) трамбующие машины. Формовальный ящик имеет выдвижное дно и откидные стенки; угольная мелочь трамбуется в нем руками или самой машиной, потом по откидывании стенок сжатая масса вталкивается машиной в печь вместе с дном ящика, которое тотчас же, через не полностью до низу опущенную загрузную дверь, вытаскивается из печи за зубчатую рейку. По окончании обжига в печи, спекшийся в огромный кусок готовый кокс выталкивается из печи также машиной (коксовые прессы). В заключение он сейчас же обливается водой, чтобы потушить его и остудить; при этом гашении, между прочим, выделяется химически, под действием воды, еще часть соединенной серы, остававшейся в коксе после обжига. Коксовальные печи, т. е. те, которые служат для превращения каменного угля в кокс, построены с таким расчетом, чтобы в них можно было сильно накаливать уголь без доступа воздуха, печные стенки, со всех сторон закрывающие уголь от наружного воздуха, делаются пустотелыми — внутри их закладываются многочисленные каналы, по которым идет огонь. При обжиге угля, как известно, выделяются горючие газы и пары, которыми и пользуются для нагревания печи: продукты разложения угля из внутренности печи вводятся в ее стенные каналы, и здесь к ним пропускается воздух, иногда предварительно прогретый, который сжигает их; продукты горения, далее, уносятся в трубу, и иногда на пути к трубе они употребляются еще (так называемым регенеративным или же калориферным порядком) для предварительного прогрева воздуха, о котором упомянуто. Коль скоро жар передается, таким образом, углю от стенок печи, — заложенные среди них массы угля не должны быть слишком толсты, иначе жар недостаточно скоро передавался бы к внутренности их; поверхности же нагревания должны быть значительны и по отношению к объему печи. Оттого, не взирая ни на какой размер производства, каждое отдельное печное пространство никогда не делается объемистым, а по фигуре придерживаются геометрических форм, наиболее далеких от куба или шара, в которых отношение между объемом и поверхностью наименее благоприятно в данном смысле, а именно таких форм, которые по возможности сужены в одном направлении и вытянуты в другом — последнее преимущественно по длине камеры. Коксовальная камера чаще всего получает, таким образом, форму длинного и узкого ящика, поставленного на узкое ребро; ее пространство ограничивается тогда с боков двумя длинными и не очень высокими, но близко друг к другу поставленными параллельными (или чуть-чуть расходящимися, чтоб легче выклинивать при выгрузке) стенками. Под узеньким и длинным дном камеры также проводится канал. Доступа наружного воздуха к внутренности камеры совсем нет, разве через случайные щели, например через плохо примазанные загрузные двери; но из внутренности печи выходит газ, направленный в стенные огневые каналы, и известный избыток давления этого газа внутри печи сам по себе противодействует засасыванию воздуха. В согласии с размером производства, какой нужен при копях, доставляющих кокс, или при железных и т.п. заводах, приготовляющих кокс для себя самих, — коксовальные камеры строятся в любом числе друг около друга, обыкновенно десятками в один или в два ряда, в совокупности представляя многокамерную коксовую печь. По сходству камер с прочими, так называемыми в технике ретортами, т. е. длинноватыми трубчатыми ящиками разной формы сечения, такие коксовые печи зовутся ретортными и суть в наше время наиболее употребительные. Разнообразие их конструкций весьма значительно. Кроме них, еще доселе не вышли из употребления старые стойловые печи без наружного нагрева, в которых каменный уголь обугливается без предварительного измельчения, в крупных кусках, жаром, развивающимся в его массе за счет собственного его неполного горения; внутрь печи дается для этого значительно стесненный приток воздуха (например через небольшое отверстие, пробитое в дверной заделке или сверху в загрузном окошке; иногда же еще проще ему предоставляется вход через случайные щели не совсем плотной печной кладки), и процесс идет почти таким же образом как при обугливании в кучах. Эти простые, дешевые печи вполне удобны для коксования особых сортов угля, а именно — очень жирных (с содержанием 25 -30% летучих частей, тогда как в нормальном "коксовом" угле их около 18%) углей, которые требуют медленного коксования; с другой стороны они пригодны к коксованию таких углей, которые вовсе не спекаются и не могут быть взяты в печь иначе как в крупных кусках (ср. выше). Преимущественно для первых, эта печь еще в большом распространении в Америке и остается кое-где в Англии, beehive oven (ульевая). Обугливание в кирпичных стойлах, не покрытых сводом — так называемых шаумбургских, также как и обугливание в простых кучах круглых, полуцилиндрических или прямоугольных, имеет ныне мало значения. Качество кокса, полученного в простых печах стойловых, хотя бы и шаумбургских, и в кучах может быть не ниже обыкновенно получаемого в ретортных печах; но количественные выходы гораздо ниже, не более 65% из самого богатого угля; так, уголь, дающий в ретортной печи 70-80% кокса, даст в стойлах или кучах 53-65%. Вследствие того, что коксование в настоящее время

Поиск

РЕКЛАМА


НОВОСТИ
Форма входа
Онлайн посетителей: 2
Незарегистрированных 2
Зарегистрированных 0


Зарегистрироваться
Счетчик тИЦ и PR
"Горнопромышленный портал Украины"