Cocsul, combustibilul furnalelor moderne, este produs prin încălzirea cărbunelui zdrobit la temperaturi de 1100-1200°C fără aer. Cărbunele este zdrobit și îmbogățit înainte de cocsificare. Îmbogățirea cărbunelui reduce conținutul de cenușă de 2-3 ori, de exemplu: conținutul de cenușă al cărbunelui îmbogățit din bazinul Donetsk este de 6-8%, iar cel neîmbogățit de 12-16%. Cărbunele se îmbogățește în suspensii grele și prin metoda flotării, în mașini de jigging cu piston. Ca rezultat al îmbogățirii se obțin următoarele:
- concentrat pentru cocsificare;
- un produs intermediar cu un conținut redus de carbon, care este utilizat pentru nevoile energetice;
- reziduuri care merg la groapa de gunoi. Randamentul concentratului este de 66-73%. Randamentul cocsului depinde de substanțele volatile și variază între 75 și 82%.
Calitatea cocsului este determinată de conținutul de substanțe volatile, cenușă, impurități nocive (sulf, fosfor) și umiditate.
Cocsul normal conține de la 0,9 la 1,25 % substanțe volatile. Un conținut de substanțe volatile mai mare de 1,5% indică o subcoacere a cărbunelui, prezența „undercoking”. Bucățile de „undercoking” au o rezistență scăzută, iar atunci când cad în furnal, se abrazează și se sfărâmă ușor.
Cenușa este o impuritate foarte nedorită, deoarece reduce conținutul de carbon din cocs, necesită flux suplimentar pentru scaldare, căldură suplimentară pentru topirea și scaldarea oxizilor Conținutul de cenușă variază de la 8 la 12-14%, în cazuri rare cocsul cu conținut scăzut de cenușă conține 5-6%. Diferitele calități de cocs conțin între 0,5 și 2,0% S, care este esențial în determinarea calității cocsului. Conținutul de sulf din cocs este determinat de cantitatea sa din cărbuni. Sulful poate fi de trei tipuri: piritic, sulfat și organic. În timpul preparării și cocsificării, sulful piritic și sulful sulfat sunt îndepărtate într-o măsură mai mare sau mai mică, iar sulful organic rămâne neschimbat.
Cocsul conține 0,01 % P, iar în unele cazuri până la 0,05 %.
Cocsul conține între 2 și 6 % umiditate. Această impuritate nu afectează tehnologia de topire sau calitatea metalului, dar creează dificultăți în agățarea corectă a combustibilului.
Prin analiza masei organice, se determină gradul și calitatea arderii cocsului. Cocsul ars conține 82-90 % C. Puterea calorifică a masei combustibile este de aproximativ 33075,7- 33494,4 kJ/kg (7900-8000 kcal/kg).
Proprietățile fizice și chimice ale cocsului includ reactivitatea, temperatura de aprindere și inflamabilitatea.
Reactivitatea este determinată de capacitatea carbonului din cocs de a reduce dioxidul de carbon prin reacția CO2 + C = 2CO. Temperatura de aprindere a cocsului este de 600-750°C. Combustibilitatea este rata de ardere. proprietățile fizice și mecanice ale cocsului sunt determinate de:
- rezistența mecanică;
- rezistența termică;
- compoziția sită;
- permeabilitatea la gaze.
Rezistența mecanică a cocsului este o proprietate care determină în mare măsură procesul de topire în furnal. Cu cât cocsul este mai puțin rezistent, cu cât formează mai multe fine, cu atât funcționarea furnalului va fi mai slabă. Forța de strivire a cocsului este de 981- 1471,5 n/cm 2 (100-150 kG/cm 2 ). De obicei, rezistența cocsului este determinată prin aruncare și prin testul tamburului. Testul de rezistență la tambur este mai complet. Tamburul Sundgren are o suprafață laterală din bare de fier cu diametrul de 25 mm, lungimea de 800 mm, cu un spațiu de 25 mm. Tamburul este încărcat cu 410 kg de cocs și rotit timp de 15 minute la o viteză de 10 rpm. Masa reziduurilor din tambur este un indicator al calității. În conformitate cu condițiile tehnice moderne, cocsul metalurgic ar trebui să dea un reziduu de cel puțin 315 kg. Rezistența termică este evaluată prin păstrarea rezistenței mecanice la temperaturi ridicate.analiza prin sită a cocsului din cocserii este următoarea
- fine 0-15 mm, randament din cocs brut 1-3%;
- nuci grosiere 15-25 mm, randament 2-5%;
- cocs metalurgic cu grosime peste 25 mm. Randamentul cocsului metalurgic este de 91-92%.
Permeabilitatea la gaze este determinată de raportul dintre fracțiunile grosiere și fine și de porozitatea bucăților. Prin porozitate se înțelege raportul dintre volumul tuturor porilor dintr-o bucată și volumul total al bucății, exprimat ca procent. Porozitatea cocsului variază de la 49 la 53%. Cocsul mai dens nu este potrivit pentru furnalele înalte și este utilizat în furnale (cocs de turnătorie).
Cocsul din cărbunele din Donețk este diferit de cocsul din Kuznetsk; cocsul din cărbune englezesc este diferit de cocsul din cărbune silezian etc.
Conținut
Combustibil pulverizat
Praful de cărbune, măcinat la 0,25-0,05 mm, poate fi obținut din diferite tipuri de huilă. Acest combustibil nu este obișnuit în cuptoarele cu vatră deschisă. Praful de cărbune arde bine, creează o flacără strălucitoare. Dar, în timpul arderii, din praf se desprinde cenușă, care precipită în cuptorul în aer liber, strică bolta și capetele, patinează jgheaburile de zgură, precipită în regeneratoare și strică ceramica acestora. Recent, la unele uzine, praful a fost suflat în furnal, înlocuind o parte din cocsul scump și rar.
Păcură și gudron
Arderea păcurii sau a gudronului produce o flacără puternic incandescentă care radiază căldură în interiorul spațiului de lucru al unui furnal deschis. Păcura este un combustibil cu putere calorifică ridicată, Q p н al păcurii de cracare poate fi de 39776,6 kJ/kg (9500 kcal/kg).
Pentru a reduce vâscozitatea și a îmbunătăți deplasarea combustibilului în conducte, păcura este stocată în rezervoare încălzite la 65-95°C. Atunci când este alimentat către cuptor prin conducte, păcura este încălzită cu abur sub o presiune de 0,7-1 MN/m 2 (7-10 atm). Umiditatea din păcură reduce puterea calorifică a acesteia, formează emulsii persistente și se acumulează în depozite și rezervoare. Cantitatea de umiditate nu trebuie să depășească 2%, iar la încălzirea cu abur 7%. Conținutul de sulf din păcura pentru încălzirea cuptoarelor în aer liber nu trebuie să depășească 0,5%, dar în păcura Ishimbaev conține 2,5-3,0%, în Ufa 1,5- 2,0%, în Sakhalin 0,6-0,7%.
Pentru o combustie bună, păcura trebuie pulverizată în picături mici. Gradul de pulverizare este determinat de presiunea pulverizatorului Când motorina se evaporă, se eliberează hidrocarburi, a căror descompunere dă carbon de funingine, care asigură o bună luminozitate a flăcării. Costul ridicat al păcurii face necesară conversia cuptoarelor alimentate cu păcură la combustibili mai ieftini, cum ar fi gazul natural.
Rezina este utilizată pentru carburarea la flacără. Aceasta este un subprodus al cocsificării. Prin distilare se obțin mai multe fracțiuni de rășini; fracțiunea antracenă (300-360° C) este utilizată pentru cuptoarele cu foc deschis. Cantitatea crescută de hidrocarburi grele și prezența negrului de fum (4-9%) fac flacăra gudronului mai luminoasă decât cea a păcurii.
Gazul generator
Compoziția și puterea calorifică a gazului sunt determinate de tipul de combustibil și de metoda de gazeificare. Lemnul uscat produce gaz cu o putere calorifică de 6280 kj/m 3 (1500 kcal/m 3 ); puterea calorifică a gazului din lemn brut nu depășește 4186,8-4396,1 kj/m 3 (1000- 1050 kcal/m 3 ), puterea calorifică a gazului generator este de 5652,2-6196 kj/m 3 (1350-1480 kcal/m 3 ).
Compoziția gazului variază în funcție de combustibilul inițial generat în următoarele limite: 25-30% CO, 13-15% N2, 0,5-3,0% CH4, 5,5-8,5 PROCENTE CO2, 45-53% N2, 0,0-0,4% O2, 0,0-1,3% Н2S.
Gazul generator conține particule de carbon și rășini, care îl fac să ardă cu o flacără luminoasă care radiază bine căldura. Puterea calorică a gazului generator este foarte scăzută, astfel încât acesta este amestecat cu alte gaze mai calorice.
Blatul cuptorului și gazele amestecate
În uzinele metalurgice complete, gazul de furnal, numit gaz de grătar, reprezintă o parte semnificativă a amestecului de combustibili. Compoziția medie a gazului de grătar din furnalele înalte moderne este următoarea: 9-13% CO2; 28-30% CO; 56,5-58,5% N2; 1,5-2,5% Н2; 0,2-0,4 PROCENTE CH4.
Puterea calorifică a acestui gaz nu depășește 3977 kJ/m 3 (950 kcal/m 3 ). Gazul pur de furnal este utilizat pentru încălzirea cuptoarelor de laminare și pentru încălzirea încălzitoarelor de aer din furnal. Topitoria Martensk nu poate fi realizată dacă se utilizează numai gaz de furnal, deoarece în acest caz, datorită puterii sale calorice scăzute, consumul uriaș de gaz și, în consecință, de aer este inacceptabil în practică. Un amestec de gaze de furnal și de cocs s-a dovedit a fi combustibilul cel mai favorabil atât din punctul de vedere al economiei generale a instalației, cât și al ingineriei termice a furnalului în aer liber. Ideea amestecului de gaze este ca gazul de cocserie să fie adăugat la gazul de furnal în asemenea cantitate încât hidrocarburile sale să poată recupera CO2 și H2O din gazul de furnal. De obicei, gazul amestecat conține 40-50% gaz de cocserie, ceea ce asigură o valoare calorifică medie a amestecului de 9629,6- 10040 kj/m 3 (2300-2400 kcal/m 3 ).
Gaz de cocserie
Gazul de cocserie este un produs al distilării la temperatură înaltă a cărbunelui, purificat de umiditate, gudron, hidrocarburi benzenice și amoniac, și este utilizat pentru încălzirea cuptoarelor în aer liber. Compoziția gazului din cuptoarele moderne de cocs este aproximativ următoarea 2-2,5 % CO2 + Н2S; 2,2-2,5 % CnНn; 6-7 PROCENTE CO; 24-26 PROCENTE CN4; 54-60% Н2; 3-8% N2. Este un gaz cu putere calorică ridicată, valoarea sa calorică de 16667-17504,6 kj/m 3 (4000-4200 kcal/m 3 ) este atât de ridicată încât poate fi ars la rece. Gazul de cocserie rece arde cu o flacără incoloră, deoarece carbonul de funingine nu are timp să fie eliberat în timpul arderii. Pentru a crea luminozitate, trebuie consumate cantități mari de carburator (păcură sau gudron).
Gazul natural
Gazul natural este gazul cu cea mai mare putere calorică [putere calorică 31401-39774 kj/m 3 (7500-9500 kcal/m 3 )], este utilizat pentru încălzirea cuptoarelor în aer liber și pentru suflarea în furnalele înalte. Compoziția gazelor naturale din diferite zăcăminte diferă în ceea ce privește conținutul de hidrocarburi și de sulf. După purificare, concentrația de sulf poate fi redusă la cantități infime. Gazul din puțurile petroliere se numește gaz asociat. Gazele naturale și asociate pot fi utilizate în cuptoare în aer liber fără încălzire. Gazele naturale și asociate reci ard cu o flacără neaprinsă, deci nu sunt utilizate fără carburare.
