» » Методы химической обработки твердого топлива
02.06.2015

К этой группе методов относятся: коксование, полукоксование, термическая обработка и газификация.
Кокс как металлургическое топливо в шахтной печи не растрескивается и не переходит в пластическое состояние, что могло бы помешать прохождению газов и расстроить работу агрегата, и обеспечивает в печи создание концентрированных зон высоких температур.
Более пористый кокс обладает повышенной реакционной способностью и при сгорании дает больше окиси углерода; поэтому для доменных и других шахтных печей, где СО является восстановителем, получают кокс с пористостью 45—55%, тогда как в вагранках используют литейный кокс с пористостью около 40%, обеспечивающей более полное сгорание, а значит и меньший удельный расход топлива.
ГОСТ 8203—56 на кокс, разработанный в 1956 г. при участии заводов цветной металлургии и для их нужд намечает подразделение этого топлива на две марки: кокс крупностью более 40 мм, предназначенный для выплавки меди, никеля, свинца, бронзы и других сплавов, и коксовый орешек размером 10—25 мм — для медносерных заводов. Технические условия на обе марки кокса приведены в табл. 4.
Методы химической обработки твердого топлива

В ГОСТ 8204—56 на кокс каменноугольный для трубчатых печей заводов цветной металлургии указано, что размер кусков его должен составлять 1 — 10 мм, а содержание фракции 0—1 мм должно быть не более 10%. Зольность Ас мелочи не должна превышать 15%, а влажность — 12%). Предельное содержание общей серы должно быть 1,2%.
Недостаточные геологические запасы коксующихся углей в некоторых странах и отсутствие их в других уже давно заставили советских и зарубежных ученых приступить к изысканию способов получения металлургического кокса из мало метаморфизированных углей (газовых, бурых и др.). О разнообразии предложенных методов позволяет судить табл. 5, в которой А.А. Агроскин классифицирует различные технологические процессы, расширяющие угольную базу коксования.
В настоящем разделе приведем лишь несколько примеров, поясняющих некоторые из приводимых в табл. 5 процессов, причем будем пользоваться индексами, фигурирующими в этой таблице.
Применяя к лигниту механическое давление 45—130 кг/см2, получали при конечной температуре коксования 600° прочный кокс (112), тогда как при отсутствии давления кокс был порошкообразным.
В Югославии работают два коксохимических комбината производительностью 675 тыс. г, использующих смесь бурых и каменных углей. В Чехословакии на доменных печах среднего объема применяется кокс, полученный из каменных остравских углей с добавлением 15% бурых углей бассейна Моста. На Криворожском металлургическом заводе еще в 1940 г. на большой доменной печи была проведена опытная плавка на коксе, полученном из смеси донецкого угля ПЖ с 15—30% бурого александрийского угля.
Методы химической обработки твердого топлива

В 1935 г. по методу И.П. Чижевского был изготовлен так называемый железококс из смеси 70% донецкого угля ПЖ и 30% колошниковой пыли, содержащей 607о железа. Плавка в доменной печи объемом 365 м3 дала положительные результаты, причем топливная колоша состояла из 77% железококса и 23% обычного кокса. На заводе фирмы «Рипаблик Стил Корпорейшн» в Кливленде железококс производят из 50% питтсбургского угля и 40% тонкоизмельченной железной руды таконит и применяют его в доменной печи объемом 1500 м3.
В Лаухгаммере (ГДР) буроугольный кокс производится из брикетов бурого угля (Qрн = 1700/2500 ккал/кг). Он имеет зольность порядка 11%, влажность около 1%, содержание серы менее 1,5%, летучих 2—3%, пористость 28—35% и Qрн = 7000/7200 ккал/кг. В низкошахтных печах применение этого топлива в смеси с каменноугольным коксом не дало хороших результатов из-за сегрегации. Буроугольный кокс используют в цветной металлургии, химической и газовой промышленности. Строящийся комбинат «Шварце Пумпе» будет выпускать в год 2,5 млн. т кокса (а также 3300 млн. нм3 бытового газа дальнего газоснабжения, 380 тыс. т смолы, 1380 млн. квт*ч электроэнергии). Во Всесоюзном научно-исследовательском институте углеобогащения (ВУГИ) в 1953—1954 гг. сходным методом получены коксобрикеты из старых и молодых углей (дальневосточных, среднеазиатских, башкирских), по-видимому, пригодные для плавки в низкошахтных печах.
Е.М. Тайц и В.3. Анненкова коксовали в 1954 г. брикеты, приготовленные из смеси углей черемховских, владимирских и забитуйских с примесью 15% полукокса, полученного из черемховских углей с добавкой связующего. Таким образом удалось получить прочный кокс без дальнепривозных углей.
Г.В. Губин изготовлял окатыши на тарельчатом грануляторе. Шихта состояла из 70% концентратов Курской магнитной аномалии, 15% коксика и 15% извести-пушонки. К шихте на грануляторе добавляли раствор катализатора. Окатыши карбонизировали отходящими газами промышленных печей (143), после чего направляли для плавки в доменные печи.
Большой интерес представляет процесс, разработанный Л.М. Сапожниковым, позволяющий получать кокс из газовых и длиннопламенных углей Донбасса, Кузбасса. Буреи, Иркутского и других бассейнов, ранее считавшихся не пригодными для самостоятельного коксования. Шихту быстро нагревают в предпластическом состоянии до 380—480° (со скоростью 33—40° в минуту, например токами высокой частоты), затем формуют в пластическом состоянии при давлении 2—3 кг/см2, после чего полученные монолиты медленно прогревают во избежание образования трещин; весь процесс занимает 3 часа.
Другие технологические процессы, разрабатываемые или уже освоенные в России, странах Европы, Америки, Азии и в Австралии, здесь из-за недостатка места не описываются, однако и из приведенного видно, что многие районы России могут развивать металлургию на базе коксования углей других марок.
Практика показала, что термической обработкой некоторых сортов донецкого антрацита — метод Мирошниченко и Булгакова — можно избавить это горючее от склонности к растрескиванию и, следовательно, увеличить ресурсы топлива для шахтной плавки.
Продукт коксования древесины — древесный уголь — является малозольным топливом, идеально чистым по сере и фосфору и обладающим высокой реакционной способностью. Древесный уголь применяли для получения высококачественных сталей, пока не были усовершенствованы другие способы (например, электроплавка), а истребление лесов, в частности на Урале, не приняло угрожающие размеры. Основной недостаток древесного угля — малый насыпной вес (150—220 кг/м3).
В цветной металлургии древесный уголь применяют в малых количествах, в основном для защиты поверхности металлической (или соляной) ванны от окисления газами и в качестве восстановителя при малом масштабе производства резких металлов.
Полукоксование дает основной продукт — смолу, используемую для производства искусственного жидкого топлива, и непрочный полукокс, который для металлургии интереса не представляет.