Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Для контроля качества твердого топлива среднюю пробу его обычно подвергают техническому анализу, т. е. определяют влажность Wp %, зольность Ao% количество летучих Vг% и характер кокса (что позволяет уточнить марку угля), а также низшую теплотворную способность Qp ккал/кг. В необходимых случаях производят полный химический (элементарный) анализ топлива. С увеличением влаги (общей) рабочего топлива резко снижается теплотворная способность и, что весьма важно для плавильных печей, падает теоретическая и практическая температура сгорания, а с нею и производительность. Вместе с тем наличие в продуктах сгорания повышенного количества водяных паров придает газам более окислительный характер, что во многих случаях нежелательно, а увеличение объема отходящих газов удорожает пылеулавливание. Одновременно возрастает склонность топлива к смерзанию, что приводит к затруднениям при разгрузке вагонов с углем, поступающим в зимнее время.
Содержание влаги, выше которого начинается смерзание топлива, составляет, %:
При положительной температуре, но влажности выше 25—40% угли теряют сыпучесть и «замазывают» оборудование.
Принимая во внимание указанные соображения, металлургические агрегаты следует снабжать твердым топливом минимальной влажности, причем подсушку влажных топлив рациональнее организовывать непосредственно на шахтах, отапливая сушила отходами производства.
Характеристикой свойств золы топлива являются значения температур: начала деформации размягчения и жидкоплавкого состояния t3. Величины эти не особенно устойчивы даже и для случая сжигания топлива в особой топке, когда зола не смешивается с другими веществами. Если топливо горит в контакте с шихтовыми материалами (шахтная и горновая плавки) или зола смешивается с ними, как например при сжигании угля в виде пыли, когда зола вступает в контакт с уносимой шихтой, то температурные характеристики золы носят только ориентировочный характер.
Зола не только снижает теплотворную способность топлива, но и, увеличивая выход отвального шлака, вызывает рост потерь металлов; она влияет также на состав шлака, его вязкость и температуру плавления.
В сланцах содержатся карбонаты; выделяющаяся при их разложении углекислота увеличивает объем газов; зола сланцев в ряде случаев может быть использована в производстве цемента.
Сера, содержащаяся в угле, слагается, как известно, из сульфатной, колчеданной (пиритной) и органической Sс об = Scc + Sc к + Scор; первое слагаемое невелико (0.05—0,3%), сера эта находится в окисленном состоянии; содержания двух других составляющих варьируют. Сера почти всегда рассматривается как вредная составляющая топлива, за исключением тех случаев, когда в шихту необходимо ввести сульфидизатор, например при плавке окисленных никелевых руд; в таких случаях применяют кокс с повышенным содержанием серы, например губахинский, изготовляемый из угля Кизеловского бассейна и содержащий 2.0—2,2% Sс об, против среднего содержания для кокса из углей других месторождений 1,5% Sс об.
Весьма неприятнее явление — самовозгорание углей при хранении их в штабелях на поверхности и даже в пластах — также связывают с каталитическим действием пирита FеS2, способствующего протеканию медленного окисления топлива. Теплонакопление при малой теплоотдаче обусловливает последующее воспламенение; при этом не исключено образование перекисей, ведущих к протеканию цепных реакций. Поэтому хранить угли, содержащие много пиритной серы и летучих (подмосковный Б, кизеловские ППМ и Г, Донецкие ППМ и Д, сланцы), следует с принятием специальных мер, препятствующих проникновению воздуха в штабель, и при непрерывном контроле температур в последнем.
Теплотворная способность горючей массы твердого топлива (т. е. без балласта золы и влаги, рис. 1) увеличивается вместе со степенью его минерализации, характеризуемой отношением (Сг/Ог) однако такое явление наблюдается вплоть до содержания летучих Vг = 22% (рис. 2), после чего теплотворная способность вновь начинает снижаться, так как вместе с ростом Сг уменьшается Н'', а теплотворная способность водорода в 4,2 раза выше, чем углерода.
Связь между высшими и низшими теплотворными способностями, отнесенными к различным массам топлива, ккал/кг, выражается формулами:
Вполне понятным является стремление пользоваться для металлургических целей высококалорийными, т. е. наиболее минерализованными топливами. Для пламенных (отражательных) плавильных и нагревательных печей необходимо, однако, выбирать «пламенный» уголь, т. е. содержащий летучих не менее 25% так как только в этом случае при сжигании топлива обеспечивается светящееся пламя, обладающее достаточной степенью черноты. Это требование остается в силе и в том случае, если уголь сжигают в виде пыли, так как при достаточном количестве летучих зажигание факела происходит надежно и достаточно близко от горелки, что особенно важно при повышенной зольности угля.
При невозможности согласовать оба эти требования и наличии только тощих углей достаточно светящееся пламя будет получено лишь за счет карбюрации его мельчайшими частицами углерода, для чего в факел вводят мазут, смолу или угольную пыль, однако такое подсвечивание факела усложняет и удорожает процесс отопления.
Прочность угля, т. е. сопротивляемость его механическим воздействиям (ударным и истиранию), уменьшает потери при транспортировании от шахты к потребителю; однако это требование наиболее важно применительно к топливу шахтных печей — коксу, древесному углю и термоантрациту. Стандартным методом испытания кокса на прочность является проба в барабане Сундгрена. При весе загружаемой пробы 410 кг остаток в 340 кг характеризует лучший доменный кокс, 280— 320 кг — средний, тогда как при остатке в 260 кг ход доменной печи ухудшается из-за «замусоривания» ее.
Поскольку высота слоя шихты в шахтных печах цветной металлургии значительно меньше, чем в доменных — требования цветной металлургии к прочности кокса несколько снижены (табл. 4). Испытание прочности путем сбрасывания с определенной высоты на металлическую плиту применяют обычно для брикетов из шихтовых материалов, но не из топлива, и в ГОСТ не входит.
Насыпной вес топлива γтопл.нас при известной его теплотворной способности характеризует количество тепловой энергии, которое содержится в 1 м3 складской емкости (штабеля, бункера, трюма).
Насыпной вес твердых топлив России при остатке 6—25% на сите 10х10 см может быть подсчитан исходя из приведенных в табл. 1 значений кажущегося насыпного веса γтопл.каж по эмпирической формуле
Насыпной вес пыли, изготовленной из данного топлива, определяют в зависимости от кажущегося веса последнего, остатка R88 на сите с отверстиями 88 мк и от рабочей влажности исходного топлива Wp и пыли по эмпирической формуле
Если твердое топливо подвергнуть механической или химической переработке, оно приобретает новые ценные свойства и дает ряд побочных продуктов, необходимых для народного хозяйства.