Технология производства кокса - Иванов Е.Б
Скачать (прямая ссылка):
Напряжения развиваются одинаково во все стороны от оси усадки. Если все действующие факторы равны, разрывы будут образовывать ячейки, приближающиеся по форме к правильным шестиугольникам, поскольку такая форма является равновесной и термодинамически наиболее выгодной.
Далее тепловой поток проникает в глубь загрузки и в какой-то момент за первым слоем возникает второй с теми же температурными пределами 530—560° С. К этому времени в первом слое пределы температур возрастают до 560—620° С, скорость усадки первого слоя увеличивается. Второй слой, претерпевающий усадку с меньшей скоростью, препятствует усадке первого слоя. Вследствие этого в первом слое возникают дополнительные трещины. Число трещин наибольшее при температуре первого максимума усадки. В последующих слоях напряжения создаются не только за счет различия в скоростях усадки, но и за счет различия в направлении перемещения отдельных частей смежных структур. Вследствие этого возникающие разрывы продолжают уже существовавшие — трещины удлиняются. Таков механизм формирования контуров отдельного куска кокса, поскольку взаимодействие слоев сохраняется одинаковым от стенки камеры до осевой плоскости коксового пирога.
F
Процесс трещинообразования зависит от характера усадки полукокса. На величину усадки влияет выход летучих веществ, причем не столько общий выход летучих веществ угля, сколько количества летучих веществ, выделяемых в стадии послепластического твердого состояния (остаточный выход летучих веществ). Усадка может быть резкой или плавной, что зависит от природы углей и условий нагрева.
Быстрый прогрев на стадии образования полукокса и кокса увеличивает напряжения в теле полукокса и кокса вследствие ускорения усадки. Увеличивается количество трещин, разделяющих тело полукокса и кокса на отдельности (часть куска, ограниченная со всех сторон трещинами). В этом основное противоречие процесса классического коксования: на начальных стадиях процесса ускорение нагрева положительно влияет на качество кокса, а на конечных стадиях — отрицательно. При снижении скорости нагрева кокс менее трещиноватый, но хуже спекшийся.
Необходимо учитывать следующие особенности процесса. С увеличением расстояния слоя от греющей стены скорость повышения температуры в нем снижается, а чем меньше скорость повышения температуры, тем меньше скорость усадки. Так, если при скорости нагрева 100 граді мин слой за <смг 3 мин должен сократиться на 7%, то за то же ' время при скорости нагрева 20 град/мин усадка должна составить 1,5%, а при скорости 5 град/мин — 0,2%. Поскольку в каждом слое, где образуются трещины (формирующий слой), напряжения развиваются в соответствии с создавшимися в нем условиями, не всегда в местах разрыва предыдущего слоя напряжения достаточны для разрушения нового слоя. В этом случае трещина не образуется.
При увеличении скорости нагрева, (что бывает на расстоянии 100—125 мм от греющей стены) напряжения, достаточные для разрушения слоя, могут возникнуть ближе к центру усадки, не достигнув места трещины в предыдущем слое. В этом случае образуется внутренняя трещина структуры. В последующих слоях она может либо продолжаться по механизму образования трещин, формирующих контуры куска
кокса, либо прекращаться. Внутренняя трещина может образоваться также при совпадении участка повышенных напряжений с ослабленным местом коксовой структуры (зерно породы и т. д.)
Трещины образуются в определенном слое, прочность которого Рс равна произведению прочности вещества Рв на поверхность разрушения, т. е. на толщину слоя S
Pc = Pz S.
Трещина образуется тогда, когда напряжения превысят предел прочности, т. е. чем прочнее тело кокса и толще формирующий слой, тем на большем расстоянии от центра усадки произойдет разрыв, тем крупнее будут куски кокса. Влияние значения Рв на крупность кокса иллюстрируется рис. 27, на котором показаны результаты, испытания различных шихт в аппарате коксования по методу ИГИ. Как видно из рисунка, свойства шихт накладывают отпечаток на количественное соотношение между средней площадью отдельности и прочностью структуры кокса, но качественно закономерная зависимость сохраняется.
Повышение трещиноватости в средней части полномерного куска (см. табл. 6) объясняется увеличением скорости усадки в этой области и снижением толщины формирующего слоя, связанным с
38
30
22
/1
Jy
P
10 16 22 28 34 40 46 52 Прочность кокса (класс0,5мм), %
Рис. 27. Зависимость между прочностью кокса и средней площадью отдельностей (S):
1,2 а Л-шихты различных свойств.
/ 2 З 4
Рис. 28. Расположение трещин в раз личных сечениях подлине куска кокса
распределением температур по ширине камеры, что отмечалось в § 1 (см. рис. 25).
Наибольшая трещиноватость наружного (пристенного) слоя кокса объясняется тем, что скорость усадки в нем максимальная, а толщина слоя, воспринимающего напряжения — минимальная. Характерное расположение трещин (/, 2, 3, 4) в различных сечениях по длине куска показано на рис. 28.
