РАЗДЕЛ 2
Методология исследования
2.1. Объект и предмет исследования
2.1.1. Объект исследования
Объект исследования – процесс формирования под влиянием сырьевых (состав
органической и минеральной частей углей) и технологических (условия подготовки
и коксования) факторов механических, физико-химических, термохимических и иных
свойств кокса на уровне его молекулярной, зерновой и кусковой структур.
2.1.2. Предмет исследования
Реакционная способность как интегральная характеристика свойств кокса, для
получения которого использовали:
товарную продукцию шахт Донбасса, поставляющих предназначенные для коксования
угли индивидуальных марок;
концентраты обогатительных фабрик Украины и России. Кроме этого исследовали
отдельные угли Австралии, Канады и США;
коксы, полученные из опытных шихт методом ящичных коксований и в лабораторных
печах УХИНа из углей индивидуальных марок, бинарных и многокомпонентных
смесей;
производственные шихты и коксы коксохимических заводов Украины;
Исследовали влияние на реакционную способность и термомеханической прочности
кокса условий подготовки (помол шихты) и коксования («готовности» кокса по
показателю Vdafк, способа тушения кокса, содержания органических и
неорганических добавок в шихте).
2.2. Описание использованных лабораторных установок.
2.2.1. Совершенствование методики комплексного определения реакционной
способности и термомеханических свойств кокса. Сущность методики заключается в
одновременном определении реакционной способности, термомеханической прочности
и средней скорости истирания кокса в условиях совместного воздействия на него
тепловой энергии и механической нагрузки в окисляющей среде [9, 14, 71, 72].
Схема установка для комплексного определения свойств кокса и общий вид реактора
представлены соответственно на рис.2.1 и 2.2.
Рис. 2.1 Схема установки для комплексного определения реакционной способности и
термомеханических свойств кокса:
1 – компрессор, 2 – ротаметр, 3 – камера с реактором, 4 – щит управления, 5-
регистрирующий потенциометр автоматический КСП-3, 6 - лабораторный
автотрансформатор.
Отбор и подготовку пробы производят по ГОСТ 23083-78 «Кокс каменноугольный,
пековый и термоантрацит. Методы отбора и подготовки проб для испытания» со
следующими дополнениями.
При испытании известным методом лабораторную пробу кокса размером кусков 0-13
мм и массой не менее 1 кг подсушивают на противне в сушильном шкафу при
температуре 180-190°С в течении 15 мин. Охлажденную пробу просеивают на ситах с
круглыми отверстиями диаметром 6 и 10 мм. Куски размером более 10 мм
додрабливают, рассеивают, а зерна крупностью 6-10 мм присоединяют к общей
пробе. Для проведения испытания используют пробу кокса размером 6-10 мм, массой
200 г, взвешенную с точностью до 0,1г.
Рис.2.2 Общий вид реактора
1 – теплоизолированный корпус; 2 – крышка; 3 – штуцер; 4 – барабан; 5 – боковые
стенки; 6 – графитовые электроды; 7 – токопровод; 8 – втулки;
9 – чехол термопары; 10 – термопара.
Кокс нагревают до 6500С со скоростью 220-2400/мин и одновременно подают воздух
(20-25 дм3/мин). В процессе прямого электронагрева кокса в окислительной среде
его подвергают механической обработке в барабане, вращающемся с частотой 30
мин-1 в течении 45 мин. После испытания кокс рассеивают на сите с размером
отверстий 1 мм. Показатели качества кокса рассчитывают по формулам:
степень газификации
(2.1),
термомеханическая прочность
(2.2),
средняя скорость истирания
(2.3),
где М1 – масса кокса крупностью >1 мм, г; М2 – масса кокса <1 мм, г; М3 –
исходная масса кокса, г; t – продолжительность испытания (вращения барабана),
мин.
В процессе апробации известного метода выявлено влияние ряда неучтенных ранее
факторов, снижающее сходимость результатов. Для повышения точности измерений и
более глубокой интерпретации результатов под руководством и при
непосредственном участии автора выполнены исследования следующих аспектов
известного метода, направленные на его совершенствование [73, 74]:
способ подготовки пробы и ее оптимальное количество;
температура проведения испытания промышленных и лабораторных коксов, а также
выбор момента подачи окислительного агента;
рациональный режим выхода на температуру газификации;
обоснование продолжительности испытания.
2.2.1.1. Способ подготовки пробы и ее оптимальное количество. Отбор пробы для
испытания по массе или по объему - проблема, возникающая при исследовании
зернистых и кусковых материалов. Решение этого вопроса определяется характером
воздействия на испытуемый материал различных факторов.
В использованной методике значительное влияние на результаты испытания
оказывает степень заполнения барабана коксом. Именно этот параметр в условиях
распределенной подачи газообразного реагента по сечению барабана обусловливает
режим газификации кокса, а следовательно и интенсивность его истирания.
При испытании коксов, взятых по массе, но различающихся кажущейся плотностью,
изменяется величина хорды осыпания, а, следовательно, и величина механической
работы разрушения. При испытании проб одинакового объема, но различной
кажущейся плотности, массы испытуемых коксов не равны, однако на результат
эксперимента это существенного влияния не оказывает, поскольку скорость реакции
газификации определяется не столько массой, сколько общей поверхностью частиц
кокса, контактирующих с газом.
Кроме того, равенство начального объема и крупности кокса обеспечивает
сопоставимость условий протекания реакций, инициированных разрядами микродуг
(плотность распределения разрядов в реакторе зависит от поверхности испытуемого
материала).
С другой стороны, раз
- Київ+380960830922