|
|
Главная \ Методичні вказівки \ Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва
Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва« Назад
Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва 03.01.2015 01:48
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ
РОБОЧА ПРОГРАМА,
методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни " Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва" для студентів, які навчаються за спеціальністю 7.05130105 - хімічні технології палив та вуглецевих матеріалів
Дніпропетровськ НМетАУ 2013
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ
РОБОЧА ПРОГРАМА,
методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни "Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва" для студентів, які навчаються за спеціальністю 7.05130105 - хімічні технології палив та вуглецевих матеріалів
ЗАТВЕРДЖЕНОна засіданні Вченої радиакадеміїПротокол № від
Дніпропетровськ НМетАУ 2013 УДК 662.7
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни "Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва"для студентів, які навчаються за спеціальністю 7.05130105-хімічні технології палив та вуглецевих матеріалів / Укл.: Є.І. Малий. – Дніпропетровськ: НМетАУ, 2013. – 51 с.
Наведені робоча програма; загальні методичні рекомендації щодо вивчення дисципліни"Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва"; розрахунки прикладів по відповідним розділам; додатковий матеріал зроблено у вигляді таблиць; індивідуальні завдання.
Укладач: Є.І. Малий, канд. техн. наук, доц.
Відповідальний за випуск Є.І. Малий, канд. техн. наук, доц.
ЗМІСТ
ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ……………………………………… 1 РОБОЧА ПРОГРАМА ДИСЦИПЛІНИ "Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва"……………………………………….. 2 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ЩОДО ВИВЧЕННЯ ДИСЦИПЛІНИ "Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва".................. 3 ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ…………………………………………….... 4 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ІНДИВІДУАЛЬНИХ ЗАВДАНЬ…………………………………………………………………........... ЛІТЕРАТУРА………………………………………………………………….....
ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
Навчальна дисципліна «Переробка відходів коксохімічного виробництва» є нормативною і входить до циклу дисциплін професійної та практичної підготовки. Мета вивчення дисципліни - отримання знань необхідних для технологічного проектування коксохімічних підприємств. У результаті вивчення дисципліни студент повинен: знати: - основні джерела утворення відходів в коксохімічному виробництві; - основні властивості утворюваних відходів та особливості їх застосування; - заходи по зменшенню утворення відходів та створення безвідходних виробництв; - способи та устаткування для виділення і підготовки відходів для подальшої переробки. вміти: - складати технологічні схеми вилучення і підготовки відходів виробництва до подальшого використання; - критерії успішності - отримання позитивної оцінки при складанні іспиту. Критерії успішності - отримання позитивної оцінки при складанні контрольних робіт у тестовій формі. Засоби діагностики успішності навчання - комплект завдань у тестовій формі Зв`язок з іншими дисциплінами - Дисципліна є завершальною при підготовці спеціалістів за спеціальністю 7.05130105 - Хімічна технологія палива і вуглецевих матеріалів. Їй передує комплекс дисциплін «Хімічна технологія та устаткування переробки горючих копалин». Набуті знання і вміння використовуються при виконанні дипломних робот та проектів. Набуті знання і вміння використовуються при виконанні дипломних робіт та дипломних проектів. Після перевірки контрольного завдання та співбесіди з викладачем студент має право бути допущеним до заліку з дисципліни. Для надання методичної допомоги студентам у міжсесійний період проводяться консультації, а перед заліком – групові консультації. Залік проводиться тільки після співбесіди студента з викладачем. Розподіл годин за навчальним планом
1 РОБОЧА ПРОГРАМА ДИСЦИПЛІНИ "Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва"
1.1 Зміст теоретичних занять
1.1.1 Утворення та класифікація відходів коксохімічного виробництва: Класифікація відходів коксохімічного виробництва та основні джерела їх утворення. Основні властивості великотонажних відходів коксохімічного виробництва: порода, фуси кам`яновугільні, кисла смолка, кубові залишки, полімери бензольного відділення Література: [1, с.9-23; ], [2, с.32-45; 4, с.6-9;]. 1.1.2 Основні напрямки використання відходів коксохімічного виробництва: Утилізація відходів виробництва в коксохімії. Нові методи утилізації коксохімічних відходів Література: [3, с.25-45], [5, с.51-58], [6, с.7-26], [7, с.9-18].
1.2 Зміст лабораторних занять
1.2.1 Визначення основних властивостей відходів коксохімічного виробництва, як вторинної сировини 1.2.2 Додавання відходів виробництва до шихти, її коксування та визначення основних властивостей отриманного коксу
2 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ЩОДО ВИВЧЕННЯ ДИСЦИПЛІНИ "Переробка вiдходiв коксохiмiчного виробництва"
2.1 Утворення та класифікація відходів коксохімічного виробництва: Класифікація відходів коксохімічного виробництва та основні джерела їх утворення. Загальні відомості, номенклатура, класифікація. Основні напрямки використання відходів коксохімічного виробництва з врахуванням техніко-економічної ефективності. Рециклінг та перспектива його впровадження. Основні властивості великотонажних відходів коксохімічного виробництва: порода, фуси кам`яновугільні, кисла смолка, кубові залишки, полімери бензольного відділення Склад відходів вуглезбагачення, властивості та норми утворення.Процеси утворення фусів, їх характеристика та використання. Кислі смолки та технології їх підготовки до утилізації. Відходи бензольного відділення та перспективи їх знешкодження.
Питання щодо самоконтролю: 1. Наведіть номенклатуру відходів коксохімічного виробництва та опишіть напрями їх використання 2. Охарактеризуйте якість кислої смолки сульфатного відділення як вторинну сировину 3. Наведіть та опішить схему використання фусів із застосуванням часткового брикетування 4. Охарактеризувати та описати залежність властивостей фусів від місця їх вітбору 5. Охарактеризуйте якість кислої смолки бензольного відділення як вторинну сировину. 6. Наведіть та опишіть схему установки подачі фусів у вугільну шихту
2.2 Основні напрямки використання відходів коксохімічного виробництва: Утилізація відходів виробництва в коксохімії. Технологічні схеми підготовки відходів коксохімічного виробництва при додаванні їх до шихти. Основні технологічні прийоми додавання відходів у шихту. Коксування вугільної шихти з відходами виробництва. Якість коксу та хімічних продуктів коксування. Нові методи утилізації коксохімічних відходів. Зменшення кількості відходів шляхом створення безвідходного виробництва. Отримання електродної продукції з додаванням відходів коксохімічного виробництва
Питання щодо самоконтролю:
1. Наведіть та опишіть основні напрямки використання суміші органічних відходів на коксохімічному виробництві 2. Охарактеризуйте якість кубових залишків бензольного відділення як вторинну сировину 3. Наведіть та опишіть схему одержання рудно-вуглецевих брикетів з використанням фусів у якості зв’язуючого матеріалу 4. Наведіть номенклатуру відходів коксохімічного виробництва та опишіть напрями їх використання 5. Охарактеризуйте якість полімерів бензольного відділення як вторинну сировину 6. Наведіть та опишіть схему установки подачі фусів у вугільну шихту
3 ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ
5 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ІНДИВІДУАЛЬНИХ ЗАВДАНЬ
Лабораторна робота № 1 Складання вугільної шихти для коксування та дослідження показників її технічного аналізу
Теоретичні положення
Вугільна шихта, що піддається коксуванню, складається з суміші вугілля різних марок в різних співвідношеннях. При складанні вугільної шихти враховуються властивості вугілля окремих технологічних марок (показники технічного аналізу, спікливість, коксівність). Правильне складання вугільних шихт є одним з найбільш дієвих засобів регулювання якості коксу, розширення сировинної бази коксування і підвищення техніко-економічних показників всього коксохімічного виробництва. Складання вугільної шихти повинне забезпечувати отримання коксу із заданими показниками міцності, крупності, реакційної здатності і електроопору при певних обмеженнях вмісту домішок в органічній масі (золи, сірки і фосфору). Окрім цього, велике значення має складання шихт з урахуванням виходу і якості хімічних продуктів коксування. Основний вплив на показники фізико-механічних і фізико-хімічних властивостей коксу здійснюють властивості початкового вугілля (в першу чергу їх спікливість), а також усадка напівкоксу і коксу, динаміка процесу утворення тріщин та інші чинники. Розглянемо вплив окремих марок вугілля на властивості коксу. Газове вугілля характеризується порівняно невеликою товщиною пластичного шару, високим виходом летких речовин і підвищеною усадкою. Кокс з газового вугілля характеризується високою реакційною здатністю, присутність в шихті такого вугілля посилює усадку "коксового пирога" і полегшує видачу його з печі, а також збільшує вихід газу і хімічних продуктів коксування. При підвищеному вмісті газового вугілля вихід коксу зменшується. Жирне вугілля є головним компонентом шихти, оскільки забезпечує хорошу спікливість і додає коксу міцності. Однак при його підвищеному вмісті кокс виходить тріщинуватий і дрібношматковий. Це вугілля обумовлює підвищений вихід смоли, бензолу і газу. Коксове вугілля додає коксу необхідної механічної міцності і забезпечує однорідну шматкуватість. Вугілля марки ПС знижує усадку, внаслідок чого зменшується тріщинуватість коксу, а крупність його підвищується, але зростає стиранність коксу, меншає вихід газу і хімічних продуктів. Вважається, що оптимальний склад вугільної шихти, який забезпечує отримання високоякісного коксу наступний: Г – 30 %, Ж + К > 50 % і ПС – залишок. Важливою операцією при підготовці вугільної шихти до коксування є її усереднювання. Усереднення вугільної шихти – це вирівнювання технологічних властивостей суміші по всій масі. Для визначення рівня усереднення вугілля, як правило, застосовується коефіцієнт усереднення, який являє з себе відношення середньоквадратичного відхилення показника до і після усереднення. Про рівень усереднення компонентів у вугільній шихті можна також судити за показниками технічного аналізу (зокрема, Ad і Vd), які підпорядковуються правилу адитивності. Так, при високому рівні усереднення вугільної шихти показники технічного аналізу, які розраховані за правилом адитивності і визначені експериментальним шляхом повинні бути приблизно однаковими. Крім цього, для встановлення рівня усереднення можна застосовувати гранулометричний склад вугілля.
Сутність роботи
Сутність роботи полягає в складанні вугільної шихти для коксування, її перемішуванні, дослідженні показників технічного аналізу вугілля і вугільної шихти і визначенні рівня усереднення шихти.
Виконання роботи
Після отримання марочного складу вугільної шихти, а також вимог до рівня її подрібнення і показників технічного аналізу, приступають до її складання. Необхідно відмітити, що для коксування вугільної шихти в лабораторній електропечі потрібно 500 г. Процес підготовки проби палива до аналізу складається з чотирьох операцій: подрібнення, перемішування, скорочення (квартування) і відбору лабораторної проби. З наданих лабораторних проб вугілля різних марок, необхідних для складання вугільної шихти, відбирають проби на технічний аналіз. За результатами технічного аналізу вугілля встановлюють відповідність вугілля вимогам якості. Після подрібнення до необхідної крупності і зважування вугілля окремих марок, у відповідності до їх участі в шихті, приступають до перемішування вугілля способом «на конус». Цей спосіб полягає в тому, що з проби вугілля совком набирають порції і насипають їх у вигляді конічної купи, тобто з вугілля формують конус. Для того, щоб вугілля потрапляло на поверхню конуса рівномірно, порції насипають обов’язково на вершину, при цьому переміщуючись навколо конуса за годинниковою стрілкою. Перемішування проби «на конус» проводять 3 рази. При створенні нового конуса порції вугілля набирають совком близько основи попереднього, поступово переміщуючись також за годинниковою стрілкою, і зсипають його на вершину наступного. При такому способі перемішування створюється рівномірний розподіл палива по відношенню до геометричної вісі конуса, але зберігається неоднорідність (сегрегація) частинок по висоті конуса: дрібні легкі частинки вугілля залишаються на вершині, а більші і важкі – скочуються до основи конуса. Проте ця відома систематична похибка, що пов’язана з сегрегацією палива, може бути подолана при скороченні вугілля методом квартування. Метод квартування полягає в тому, що перемішану «на конус» пробу сплющують в усічений конус і ділять (квартують) на чотири рівні сектори. Для створення рівномірного розподілу вугілля в усіченому конусісплющення конуса повинне бути проведене точно вертикальним натисканням на вершину конуса металевою пластиною. При цьому не допускається розрівнювати верхній круг перенесенням або зсувом вугілля вбік. Для правильного поділення круга, квартування, зазвичай, проводять за допомогою хрестовини, виготовленої з металу або дерева. Хрестовину вдавлюють у вугілля до зіткнення з обробною плитою, при цьому центр хрестовини повинен співпадати з віссю конуса. Не знімаючи хрестовини, видаляють вугілля з двох протилежних секторів повністю на всю глибину шару. Паливо, що залишилося в двох секторах, знову перемішують способом «на конус» і квартують. Скорочення квартуванням повторюють до тих пір, поки маса проби в двох секторах не досягне потрібного значення. Існує інший спосіб скорочення проби – метод вибірки. Метод вибірки полягає в тому, що з проби, розташованої тонким шаром у вигляді прямокутника, набирають певне число порцій, рівномірно розподілених по всій пробі. Для цього пробу ділять взаємно перпендикулярними лініями на однакові за площею квадрати. З середини квадратів рівномірно, наприклад, в шаховому порядку набирають порції, дотримуючись такого правила: в пробу повинна потрапити однакова маса вугілля з верхнього і нижнього шарів, тобто необхідно провести відбір на всю глибину шару вугілля. Похибка вибірки за рахунок неповноти взяття в пробу всього шару тим менша, чим тонший шар і чим дрібніше подрібнено вугілля, тому метод вибірки застосовують найчастіше для скорочення лабораторних проб до аналітичних. З перемішаної і скороченої шихти відбирають пробу на проведення технічного аналізу. Підготовлену для коксування вугільну шихту зберігають в тарі, що герметично закривається. Проводять дослідження технічного аналізу вугільної шихти згідно встановлених стандартів. За результатами технічного аналізу чи за гранулометричним складом вугілля і вугільної шихти робиться висновок щодо рівня усереднення компонентів вугільної шихти. Для цього порівнюють показники, які були розраховані за правилом адитивності з показниками, отриманими за результатами експериментальних досліджень.
Лабораторна робота № 2Коксування вугільної шихти в лабораторній печі та визначення гранулометричного складу отриманого коксу
Теоретичні положення
Коксування – це метод термічної переробки переважно кам’яного вугілля, який полягає в його нагріванні без доступу повітря до 1000 ± 50о С і витримуванні при цій температурі. В результаті процесу коксування утворюються леткі продукти (коксовий газ) і твердий залишок – кокс. Здатність вугілля при звичайних умовах коксування в пічних камерах утворювати кокс з певними фізико-механічними і фізико-хімічними властивостями, що задовольняють промисловим вимогам, називається коксівністю. Усе коксівне вугілля є спікливим, але не все спікливе вугілля є коксівним. Коксівністю наділені і промислові суміші вугілля різних марок – вугільні шихти. Слід відзначити, що коксівність – поняття багато в чому технологічне. Так, коксівність значною мірою залежить від технологічних умов підготовки і коксування вугілля. Тому коксівність вугілля оцінити тільки одним яким-небудь методом неможливо. Для цього потрібне застосування комплексу методів, здатних охарактеризувати всі сторони коксоутворення, особливо процесів спікання вугілля і тріщиноутворення. Точнішу характеристику коксівності дають прямі методи коксування вугілля в лабораторних, напівпромислових або промислових умовах. При цьому отримують шматковий кокс і визначають його властивості: крупність, механічну міцність, реакційну здатність та інші. Коксівність вугілля можна прогнозувати також розрахунковими методами на основі оцінки властивостей початкового вугілля або на основі моделювання тих умов, які існують при коксуванні.
Сутність методу
Сутність методу полягає в нагріванні вугільної шихти в шахтній електропечі при постійній температурі 850о С протягом фіксованого часу, а також охолодженні отриманого коксу і визначенні його гранулометричного складу.
Обладнання
На рис. 2.1 наведений загальний вигляд лабораторної шахтної електропечі. Шахтна електропіч призначена для моделювання шарового процесу коксування, а також для швидкісного нагріву шихти і окремих марок вугілля в стаціонарних умовах.
Рисунок 2.1 – Загальний вигляд лабораторної шахтної електропечі: 1 – камера печі; 2 – теплоізоляція печі; 3 – спіраль з ніхрому; 4 – стальна реторта; 5 – вугільне завантаження; 6 – кришка реторти з отворами для виходу парогазових продуктів; 7 – потенціометр; 8 – тумблер живлення.
Лабораторна шахтна електропіч складається з камери печі (1), розміром 500х500 мм і висотою 585 мм, діаметр шахтної печі – 120 мм, висота – 320 мм, теплоізоляції (2), нагрівального елементу (3), стальної реторти (4), діаметром 100 мм і висотою 440 мм, вугільного завантаження (5), кришки реторти з отвором для виходу парогазових продуктів (6), потенціометру (7) і тумблеру живлення (8).
Проведення випробування
Пробу вугільної шихти у кількості 500 г або у кількості згідно завдання, і крупністю 3-0 мм завантажують в стальну реторту, вирівнюють поверхню шихти і потім, за допомогою великих лабораторних щипців, реторту поміщають в піч, попередньо розігріту до 850о С. На реторту опускають кришку, яка має отвори для виходу парогазових продуктів, що будуть виділятися при коксуванні. Тривалість досліду складає для проби масою 500 г – 90 хв., для проби, масою 800 г – 130 хв. Процес деструкції вугілля починається поблизу стінок реторти і поступово переміщується до центру завантаження. Після закінчення часу коксування вимикають піч і виймають реторту з коксом. Розпечену реторту поміщають на підставку з жароміцної сталі. Кокс на підставці охолоджується до кімнатної температури. Можливо також застосування мокрого гасіння коксу, для цього кокс опускають в апарат для гасіння, заповнений водою. Після охолодження кокс зважують з точністю до 0,1 г. Маса отриманого коксу в перерахунку на суху масу завантаженого вугілля або шихти є показником Вк – вихід валового коксу. Для оцінки гранулометричного складу коксу його скидають чотири рази з висоти 1,8 м на металеву плиту (для реалізації тріщин), а потім розсіюють на ситах з квадратними отворами розміром 60х60, 40х40, 25х25 і 10х10 мм і визначають вихід (у %) класів крупності коксу: >40; 40 – 25; 25 – 10 і < 10 мм. Для кожної проби вугілля (шихти) проводиться два коксування. Лабораторна робота № 3 Визначення показників технічного аналізу коксу
Теоретичні положення
Якість коксу характеризується вмістом в ньому вологи, мінеральних речовин, сірки, летких речовин, а також фізико-механічними і фізико-хімічними властивостями. Всі перераховані показники є нормованими. Вміст фосфору, миш’яку та інших елементів визначається лише в коксі, призначеному для виплавки спеціальних чавунів. Вологість коксу обумовлюється головним чином режимом мокрого гасіння, ступенем готовності і крупністю коксу. Готовий кокс мало гігроскопічний і тому слабо утримує вологу в своїх порах. При знаходженні на повітрі він швидко втрачає вологу приблизно до 1 %. На доменне виробництво вологість коксу суттєво не впливає, оскільки волога випаровується ще на колошнику доменної печі. Проте зміни вмісту вологи в коксі позначаються на утриманні вуглецю в одиниці маси коксу, завантаженого в доменну піч. Тому якщо кокс подається в доменну піч по вазі, то коливання вмісту вуглецю в кожній подачі можуть позначитися на тепловому стані печі. При сучасних автоматизованих способах гасіння коксу вміст вологи в ньому може бути практично постійним. Власне до цього і зводиться вимога до коксу за вмістом вологи. За технічними нормами вміст вологи в доменному коксі не повинен перевищувати 5 %. Вміст мінеральних речовин (зольність) і сірки в коксі залежить від сировини, тобто від вугільної шихти, що направляється на коксування. Мінеральні речовини знижують якість коксу, тобто є баластом. Збільшення зольності коксу визначає зниження його теплотворної здатності. Крім того, для плавлення мінеральних домішок і флюсів, що вводяться для їх ошлакування, потрібна додаткова витрата коксу. Необхідно відзначити, що зольність коксу завжди дещо більша за вміст мінеральних домішок. Відмінність обумовлюється зміною з’єднань заліза, яке при спалюванні коксу від металевого і закисного переходить в трьохвалентне. Вміст останнього перевищує початкове залізо в середньому в 1,3 рази. Інакше, на кожен 1 % заліза в золі залізовмісних мінеральних домішок в коксі міститься тільки 1:1,3 = 0,8 %. При вмісті заліза в золі коксу від 15 до 25 % і при зольності коксу близько 10 % мінеральних домішок в коксі приблизно на 0,4 % менше, ніж золи. Сірка – найбільш шкідлива домішка коксу, що різко знижує його якість. У кокс переходить від 40 до 80 % сірки вугілля і тим менше, чим вище ступінь метаморфізму початкового вугілля. У коксі сірка знаходиться у вигляді сульфатів органічних сполук і в твердих з’єднаннях з органічною масою. У доменній печі ступінь видалення сірки збільшується з підвищенням температури плавлення: вона може скласти від 5 до 20 %. Сірка, переходячи в метал, утворює сірчисте залізо (сульфід заліза) у вигляді розкиданих вкраплень, що додають металу червоноламкість – властивість руйнуватися при обробці в нагрітому стані. Вміст загальної сірки в коксі не повинен перевищувати 1,6 %. Вміст летких речовин в коксі свідчить про ступінь готовності «коксового пирога» і наявність в ньому недопалу. Вміст летких речовин в коксі, зазвичай, знаходиться в межах 0,8-1,2 %, що при помилці визначення 0,3 % є фактично незмінним.
Приготування аналітичних проб коксу
Пробу коксу, що надходить в лабораторію, підсушують в сушильній шафі при температурі близько 105° С протягом 1,5 год., після чого за допомогою дробарки подрібнюють до крупності частинок менше 0,25 мм (сито з 540 отв/см2, сітка № 025). Подрібнену пробу поміщають в банки з кришками, що щільно закриваються. Готують дві етикетки, на яких вказують номер проби, дату і місце її відбору, а також призначення. Одну етикетку приклеюють на банку, а іншу кладуть всередину банки. 3.1 Визначення вмісту вологи в коксі Сутність методу Сутність методу полягає у висушуванні наважки коксу в сушильній шафі до постійної маси і визначенні втрати маси взятої наважки. Прилади і лабораторний посуд Сушильна шафа з електричним нагрівом до температури 240-250° С. Деко розмірами 300x200 мм заввишки 30 мм з оцинкованої сталі (при прискореному методі визначення вмісту робочої вологи застосовують дека розмірами 200x200 мм заввишки 20 мм), алюмінієві бюкси з притертими кришками і лабораторна ложечка. Ексикатор з сірчаною кислотою, густиною 1,84 г/см3, або з гранульованим хлористим кальцієм. Речовини для висушування в ексикаторі повинні періодично відновлюватися.
3.1.1 Визначення вмісту робочої вологи прискореним методом (Wr)
Пробу коксу, що надійшла в лабораторію, поміщають на зважене деко розміром 200x200x20 мм, розрівнюють, зважують на технічних вагах і поміщають в заздалегідь нагріту до 230-235° С сушильну шафу, що має отвори для природної вентиляції. Після 20 хвилин просушування деко виймають з шафи, охолоджують до кімнатної температури і зважують. Після зважування деко з коксом знову ставлять в шафу для контрольного просушування протягом 10 хвилин. Контрольні просушування проби коксу виконують до тих пір, поки втрата маси після визначення буде перевищувати 0,5 г. Для розрахунку беруть останню масу (а1). Вміст робочої вологи (Wr, %) обчислюють за формулою: , (3.1) де а – маса коксу з деком до висушування, г; а1 – маса коксу з деком після висушування, г; б – маса дека, г. Розбіжність між результатами двох паралельних визначень не повинна перевищувати: у одній лабораторії – 0,3 %, в різних лабораторіях – 0,5 %.
3.1.2 Визначення вмісту вологи в аналітичній пробі (Wa)
Аналітичну пробу коксу перемішують у відкритій банці шпателем або ложечкою на повну глибину і відбирають з 2-3 місць по висоті шару наважку 2 ± 0,1 г в заздалегідь висушені і зважені алюмінієві бюкси. Бюкси з наважками коксу вставляють в попередньо розігріту до 180° С сушильну шафу і при цій температурі сушать 0,5 год. Потім бюкси з коксом виймають з шафи, охолоджують в ексикаторах і зважують з точністю до 0,0002 г (під час сушки в шафі і охолодженні в ексикаторі бюкси з наважками повинні бути напіввідкритими, а при зважуванні – закритими). Після цього виконують контрольні просушування тривалістю півгодини кожне до тих пір, поки маса не зменшиться менш ніж на 0,001 г або не зросте. В цьому випадку враховують передостаннє значення маси. Загальний спад маси, обчислений у відсотках, приймають за вміст вологи в аналітичній пробі (Wа, %):, (3.2)де б – спад маси коксу при висушуванні, г;а – маса наважки коксу, г.Результати обчислюють з точністю до 0,01 %; остаточні результати аналізу округляють до десятих часток відсотка.Визначення здійснюють в двох паралельних наважках. Якщо різниця між цими визначеннями не перевищує допустимої, то за результат береться середнє з обох визначень; в іншому випадку проводять повторний аналіз і визначають результат, як середнє з двох найближчих результатів в межах допустимих розбіжностей.Розбіжність між результатами двох паралельних визначень вмісту вологи в аналітичній пробі не повинна перевищувати 0,2 %.3.2 Визначення зольності коксу
Сутність методу
Метод полягає в спалюванні наважки коксу в муфельній печі при заданій температурі і подальшому визначенні маси зольного залишку.
Прилади і лабораторний посуд
Муфельна піч з електричним обігрівом. Хромель-алюмелева термопара, яка встановлюється в спеціальний отвір в задній стінці муфеля. Фарфорові човники розмірами 25х43 і 35х47 мм (відповідно, № 1 і № 2 при повільному озолені і № 2 – при швидкісному озолені палива). Фарфорові човники повинні бути пронумеровані, пропечені до постійної ваги і зберігатися в ексикаторах. Аналітичні ваги, ложечка або шпатель для перемішування проб і відбору наважки. Азбестова підставка, тигельні щипці завдовжки 250-300 мм. Ексикатор з сірчаною кислотою, густиною 1,84 г/см3, або з гранульованим хлористим кальцієм.
3.2.1 Метод повільного озолення
Аналітичну пробу коксу ретельно перемішують у відкритій банці шпателем або ложечкою і відбирають на різній глибині з 2-3 місць наважки коксу 1 ± 0,1 г в заздалегідь зважені човники. Човники з наважками коксу ставлять в холодний або нагрітий до температури не більш 300° С муфель, розташовуючи їх так, щоб вони знаходилися в зоні стійкої температури муфеля (800-825° С). Цю зону заздалегідь визначають при повністю нагрітому муфелі. Дверці муфеля закривають і поступово, протягом 1-1,5 год., нагрівають муфель до 800-825° С. При цій температурі наважку коксу тримають протягом 1-2 год. Після цього човники із зольним залишком виймають щипцями з муфеля, охолоджують спершу на повітрі протягом 5 хв., а потім в ексикаторі до кімнатної температури і зважують. Після цього виконують контрольні пропечення човників із зольним залишком тривалістю півгодинні. Контрольні пропечення повторюють до тих пір, поки спад маси не стане менше 0,001 г. У разі збільшення маси приймають попереднє значення. Зважування виконують з точністю до 0,0002 г. Зольність аналітичної проби коксу (Аа, %) розраховують за формулою: , (3.3) де б – маса зольного залишку, г; а – наважка коксу, г. Зольність коксу на суху масу (Аd, %) обчислюють за формулою: , (3.4) де Wа – вміст вологи аналітичної проби, що випробовується, %. Робочу зольність коксу (Аr, %) розраховують за формулою: , (3.5) де Wr – вміст робочої вологи, %.
3.2.2 Метод прискореного озолення
За цим методом муфельну піч заздалегідь розігрівають до температури 850 ± 25° С, відкидають її передню стінку і кладуть на неї азбестову або металеву підставку з човниками з наважками коксу 1 ± 0,1 г. Човники встановлюють на підставці в декілька рядів: перший ряд розташовують біля передньої стінці муфеля. У такому положенні човники витримують протягом 3 хв. Потім поступово, протягом 10 хв., човники просувають в зону повністю нагрітого муфеля. Після того, як всі човники з коксом просунуті в зону нагрітого муфеля, дверці муфеля закривають і витримують проби при температурі 800-825° С протягом 35 хв. (або при температурі 875о С протягом 15 хв.). Після закінчення даного часу човники із золою виймають з муфеля і охолоджують спочатку на повітрі протягом 5 хв., а потім в ексикаторі і зважують. Потім виконують контрольні 15 хв. пропечення човників із залишком при температурі 800 + 25°С, повторюючи їх до тих пір, поки спад маси складе менше 0,001 г. У разі збільшення маси приймають попереднє значення. Масу зольного залишку, обчислену у відсотках до наважки коксу, приймають за вихід золи з аналітичної проби (Аа, %). Розрахунок зольності коксу ведуть за формулами 3.3-3.5. Обчислення результатів випробування аналітичної проби палива, а також перерахунок результатів випробування на абсолютно сухе і робоче паливо виконують з точністю до 0,01 %. Остаточні результати округляють до десятих часток відсотка; при цьому частки відсотка менше 0,05 відкидають, а рівні або більше 0,05 вважають за 0,1 %. Розбіжність між результатами двох паралельних визначень виходу золи (Аа) в одній лабораторії не повинна перевищувати 0,2 %, а між результатами визначення виходу золи на суху масу (Аd) в різних лабораторіях для однієї проби – 0,5 %. Якщо розбіжність в результатах двох паралельних випробуваннях перевищить зазначену межу, то виконують третє визначення і за результат приймають середнє арифметичне двох найближчих результатів (в межах розбіжностей, що допускаються). 3.3 Визначення виходу летких речовин з коксу Сутність методу Сутність методу полягає в нагріванні наважки коксу в муфельній печі при температурі 850 ± 10° С протягом 3 хв. і визначенні втрати маси взятої наважки коксу. Прилади і лабораторний посуд Муфельна піч з терморегулятором і електричним обігрівом. Хромель-алюмелева термопара, яка встановлюється в спеціальний отвір в задній стінці муфеля. Фарфорові або кварцові тиглі високої форми № 3, з кришками. Тиглі з кришками повинні бути пронумеровані, заздалегідь пропечені до постійної маси, зважені і зберігатися в ексикаторі. Підставка з жароміцного дроту для встановлення тиглів в муфельну піч. Відстань між дном встановленого в підставці тигля і поверхнею робочої зони муфельної печі повинна складати 10-20 мм. Азбестова або металева підставка, тигельні щипці, шпатель або ложечка. Ексикатор з сірчаною кислотою, густиною 1,84 г/см3, або з гранульованим хлористим кальцієм. Виконання роботи Перед випробуванням в муфельну піч встановлюють підставки з жароміцного дроту для тиглів і нагрівають піч до отримання стійкої температури 850 ± 10° С. Аналітичну пробу коксу перемішують в банці шпателем або ложечкою і з деякої глибини беруть наважку коксу 1 ± 0,05 г у зважені фарфорові тиглі. Легким постукуванням вирівнюють в тиглях шар коксу і закривають їх кришками. З муфеля виймають дротяні підставки, встановлюють на них накриті кришками тиглі з коксом, і вводять в зону стійкої температури печі. Після досягнення температури 850 ± 10° С тиглі витримують в муфелі протягом 3 хв., після чого їх виймають, встановлюють на азбестову або металеву підставку і охолоджують на повітрі 5 хв., потім переносять в ексикатор і після охолодження до кімнатної температури зважують. Вихід летких речовин визначають паралельно в двох наважках. Всі зважування виконуються з точністю до 0,0002 г. Розрахунок виходу летких речовин в аналітичній пробі коксу, на суху і беззольну (горючу) масу виконують за формулами: , % (3.6) , % (3.7) , % (3.8) де а – наважка коксу, г; b – залишок золи після нагрівання, г; Wa – вміст вологи в аналітичній пробі коксу, %; Аа – вихід золи в аналітичній пробі коксу, %. Розбіжність між результатами двох паралельних визначень виходу летких речовин (Vа) в одній лабораторії не повинна перевищувати 0,3 %, а в різних лабораторіях – 0,5 % на горючу масу (Vdaf). Якщо розбіжність в результатах двох паралельних визначень виходу летких речовин перевищить межу, що допускається, то виконується третє визначення і за результат приймають середнє арифметичне двох найближчих результатів (в межах розбіжностей, що допускаються). 3.4 Визначення вмісту сірки в коксі Сутність методуПрискорений метод визначення вмісту сірки в коксі полягає в спалюванні наважки в струмені повітря в трубчастій печі при температурі 850о С і йодометричному визначенні сірчистого газу, що утворюється при цьому, з подальшим перерахунком на вміст сірки. Прилади і лабораторний посудПіч трубчаста (тип № 2; 2,5 А; 220 V), реостат для регулювання нагріву печі, трубка кварцова або фарфорова довжиною 1 м і з внутрішнім діаметром 18 мм, фарфорові човники (№ 1 або № 2), повітродувка або лабораторний компресор, склянки Дрекселя або Тищенко, бюретка, конічна колба на 500-700 мл, скляний барботер, гачок з ніхромового дроту, йод (0,01 N водний розчин), крохмаль (0,2 %-ий водний розчин), калій марганцевокислий (5 %-ий водний розчин), їдкий калій (10 %-ий водний розчин). Виконання роботиАпаратуру збирають згідно схеми, яка наведена на рис. 3.1. Кварцову або фарфорову трубку (4) вставляють в піч (3) так, щоби її кінець, який направлений до поглинальної склянки (9), виходив з печі на 10-15 см. Окремі частини апаратури з’єднуються скляними і каучуковими трубками за допомогою каучукових або кіркових пробок, що щільно вставляються в отвори склянок. Всі з’єднання апаратури повинні бути перевірені на герметичність.
Рисунок 3.1. – Схема приладу для прискореного визначення вмісту сірки в коксі: 1 – склянка з розчином марганцевокислого калію; 2 – склянка з розчином їдкого калію; 3 – трубчаста піч; 4 – кварцова або фарфорова трубка; 5 – термопара з фіксуючим пристроєм; 6 – човник з наважкою; 7 – амперметр; 8 – ЛАТР; 9 – поглинальна склянка; 10 – бюретка.
Після перевірки апаратури на герметичність відділяють від кінця трубки (4) поглинальну склянку (9) і нагрівають піч (3) до температури 850о С. Протягом досліду температура печі повинна залишатися постійною 850 ± 10о С. В фарфоровий човник (6) зважують наважку аналітичної проби коксу, масою 0,2 г (з точністю 0,0002 г). Пробу рівномірно розподіляють на всю довжину човника. Далі обережно, за допомогою гачка з ніхромової проволоки, вводять човник з наважкою в зону найбільшого нагріву трубки (4) і приєднують кінець трубки (4) до поглинальної склянки (9). Після цього дають струм повітря зі швидкістю 25-30 л в годину. Повітря поступає спочатку в склянку з розчином марганцевокислого калію (1), потім в склянку з розчином лугу (2) і надходить в трубку (4). При згоранні вуглецю коксу одночасно згорає органічна і сульфідна сірка з утворенням сірчистого ангідриду, який струменем повітря виноситься з трубки (4) і уловлюється в поглинальній склянці (9). Склянку наполовину заповнюють дистильованою водою, додають 0,5 мл крохмалю і декілька крапель розчину йоду. Барботер, що підводить газ в склянку, повинен бути занурений у воду на 5 см. Сірчиста кислота, що утворюється в склянці, відновлює йод і розчин знебарвлюється: H2SO3 + I2 + H2O → H2SO4 + 2HI. Протягом всього досліду здійснюють повільне титрування водного розчину розчином йоду з бюретки (10) з таким розрахунком, щоб під кінець досліду розчин мав слабко-синє фарбування. Дослід закінчують після встановлення фарбування, що не зникає протягом 2-3 хв., і визначають витрату розчину йоду на титрування (мл). Човник із золою за допомогою гачка з ніхромової проволоки обережно виймають на азбестову підставку. За результат приймають середнє арифметичне з визначення двох наважок. Вміст горючої сірки у відсотках підраховують за формулою: % (3.9) де V – кількість водного розчину йоду, витраченого на титрування сірчистого газу, мл; G – маса наважки коксу, г; 0,00016 – кількість сірки, що відповідає 1 мл 0,01 N розчину йоду, г. Обчислення результатів дослідження аналітичної проби палива проводять з точністю до 0,001 %. Остаточні результати округляють до сотих часток відсотка. Розбіжності між результатами двох паралельних визначень в одній аналітичній пробі не повинні перевищувати: 0,1 % (абс.) – при вмісті сірки менше 2 % і 0,05 % – при вмісті сірки більше 2 %.
Лабораторна робота № 4 Визначення структурної міцності коксу
Теоретичні положення
Кокс розрізняється за крупністю, фізико-механічними і фізико-хімічними властивостями, що визначаються природою вихідного вугілля, умовами його підготовки і коксування. Міцність коксу є найважливішою його характеристикою. Питанням міцності коксу завжди надається велика увага коксохіміків і металургів всіх країн. Існує досить багато методів визначення міцності коксу. У промислових умовах випробування міцності коксу проводять в насипних масах, проводячи випробування шляхом скидання і руйнування в барабанах різних конструкцій для різних мас коксу. Окрім промислових випробувань існує ряд методів випробування міцностних властивостей коксу в лабораторних умовах. Серед них в країнах пострадянського простору широкого розповсюдження набули методи ВУХІНу (так звана структурна міцність) та УХІНу (абразивна міцність). До переваг лабораторних методів дослідження коксу слід віднести випробовування міцностних властивостей в малих пробах, а також більш повне розкриття властивостей коксу. Структурною міцністю коксу називається міцність його пористого тіла, яка вільна від видимих тріщин. Елементами міцності пористого тіла коксу є: 1) Міцність спікання залишкового матеріалу вугільних зерен або петрографічних компонентів в об’ємі зерен, яка поєднується у понятті міцність поверхневого спікання; 2) Твердість матеріалу коксу або когезійна міцність; 3) Опір, який залежить від товщини стінок пор, тобто пористості. Таким чином, структурна міцність коксу залежить від міцності спікання вугільних зерен, міцності матеріалу і товщини стінок пор коксу. Міцність пористого тіла коксу, вільного від тріщин визначається за методом Грязнова М. С. Існує також копровий метод Сискова К. І., але він майже не застосовується.
Підготовка до випробування
Проба коксу для визначення структурної міцності виділяється з проби, що відбирається для технічного аналізу, визначення робочої вологи і уявної питомої маси. Нижче наведений порядок відбору проби металургійного коксу, що отримується в напівпромислових умовах або при ящичному коксуванні. Проба коксу виділяється квартуванням із стандартної проби на технічний аналіз після її дроблення до 13 мм або 10 мм. Кокс, отриманий в напівпромислових умовах або в результаті ящичних коксувань, розділяється на класи крупності: >80; 80-60; 60-40; 40-25 і <25 мм. Визначається вихід класів більше 25 мм (у %). З цих класів, відповідно до ситового складу, складається середня проба вагою 20-25 кг. Кокс крупних класів >80 і 80-60, що входить в пробу, дробиться до <60 мм і змішується з коксом класів 60-40 і 40-25 мм. Після перемішування проба ділиться на дві частини, одна частина йде на визначення уявної питомої маси. Друга частина дробиться на щоковій дробарці до крупності зерен менше 10 мм. Від подрібненого коксу відбираються проби: - для визначення структурної міцності (2 кг). - на технічний аналіз і визначення дійсної питомої маси. - на визначення робочої вологи. Проба коксу для визначення структурної міцності, що надійшла в лабораторію, висушується до повітряно-сухого стану. Суха проба пропускається через сито з круглими отворами діаметром 6 мм, причому, зерна крупніше 6 мм дробляться вручну або за допомогою лабораторної дробарки з гладкими валками. Для визначення структурної міцності виділяється клас зерен розміром 6-3 мм (вихід яких за масою повинен бути не менше 50 % від початкової проби). Для випробування готуються дві паралельні проби, для чого загальна проба (що складається із зерен 6-3 мм) скорочується на дільнику до 200-300 г, розстилається на деку і ділиться на десять квадратів. Проба відбирається совком з п’яти квадратів (через один) в стандартний мірник об’ємом 50 см3.
Проведення випробування
Для визначення структурної міцності коксу застосовують прилад ВУХІНу, який складається з двох або чотирьох сталевих циліндрів з внутрішнім діаметром 25±1 мм і довжиною робочої частини 310±0,5 мм зі сталевими пробками, які нагвинчуються на кінці циліндрів. Кожен циліндр забезпечений п’ятьма сталевими кульками, діаметром 15,08±0,1 мм. Циліндри за допомогою гвинтів у положенні «хрест на хрест» фіксуються в скобах, які закріплені на валу, що обертається з частотою 0,417 с-1 (25 об/хв.) за допомогою редуктора від електродвигуна. Два (чотири) циліндри служать для одночасної обробки декількох проб коксу. Прилад для визначення структурної міцності коксу повинен мати лічильник обертів або автоматичний пристрій для вимкнення мотора на будь-якому заданому числі обертів. При стандартному визначенні кінцеве число обертів складає 1000 (40 хв.). Підготовлена для дослідження проба коксу крупністю 6-3 мм відбирається в стандартний мірник об’ємом 50 см3 (внутрішній діаметр мірника 30 мм, висота – 71 мм). Для досягнення постійного ущільнення зерен, мірник струшується триразовим постукуванням дна о стіл. Надлишок коксу зрізують лінійкою. Визначається маса коксу, який знаходиться в мірнику. У циліндр для випробування міцності спочатку висипається половина проби, потім закладаються п’ять куль, і висипається решта частини проби. Після цього на відкритий кінець циліндра нагвинчують пробку. Циліндри з пробами коксу за допомогою гвинтів закріплюють в скобах і вмикають електродвигун. В ході дослідження обмежене падіння коксу, разом з розподіленими в завантаженні сталевими кулями, забезпечує руйнування тіла коксу ударом і, головним чином, поверхневим тертям зерен один об одне. Після обробки коксу в циліндрах, вміст кожного з них окремо висипається на сито з круглими отворами 3 і 1 мм і просіюється протягом 2 хв. Відділяється кокс фракцій 3-1 мм і 1-0 мм. Показником структурної міцності коксу є вихід класів > 1 мм, виражений в %, як середнє з двох визначень: , де m>1 – маса фракції коксу > 1 мм після випробування, г; mпоч – початкова маса коксу завантаженого в циліндр, г. Допустимі розбіжності між двома паралельними визначеннями складають 1,5 %. При більшій розбіжності виконують ще два паралельні визначення структурної міцності. Лабораторна робота № 5 Визначення абразивної міцності коксуТеоретичні положення
Металургійний кокс, разом з крупністю, повинен володіти достатньою твердістю, яка у свою чергу визначається твердістю стінок пор, не ослаблених тріщинами, і обумовлена ступенем готовності і сплавленості частинок, що утворили кокс. Абразивну твердість (міцність) можна розглядати як протидію тіла проникненню в нього іншого тіла. Твердість коксу залежить, головним чином, від умов термічної обробки вугілля. Чим менше швидкість і вище кінцева температура нагрівання, тим глибше йде конденсація матеріалу коксу і тим вище його твердість. Це характеризується збільшенням кількості просторово організованого вуглецю, об’єднаного в блоки, зменшенням відстані між вуглецевими гексагональними сітками-моношарами (d002) і зростанням моношарів (Lа). Слід зазначити, що існуючий процес шарового коксування характеризується неоднаковою тепловою дією на вугільне завантаження при коксуванні. Таке положення приводить до анізотропії властивостей шматків коксу по довжині шарів, прилеглих до розпеченої стінки, і розташованих до центру. Твердість тіла коксу визначається по стиранню алюмінієвої пластинки об порошок коксу або по величині відбитку від індентора діамантової піраміди на стінках пор за допомогою маятникового склерометра. Для промислового коксу його абразивна твердість, за результатами стирання алюмінієвої пластинки, повинна складати не менше 100 мг. Сутність методу Сутність методу визначення абразивної міцності (твердості) коксу полягає в стиранні коксом алюмінієвої пластинки в строго регламентованих умовах і визначенні втрати її маси. Обладнання
Схема апарата для визначення абразивної міцності коксу зображена на рис. 5.1.
Рисунок 5.1 – Схема апарата для визначення абразивної твердості коксу: 1 – лічильник обертів; 2 – підшипник; 3 – притискний гвинт; 4 – притискна муфта; 5 – важіль; 6 – ротор апарата; 7 – штемпель; 8 – алюмінієва пластинка; 9 – сідло; 10 – стакан; 11 – муфта; 12 – вантаж; 13 – шестерня; 14 – вал електродвигуна; 15 – черв’ячна передача. У стакан (10) із внутрішнім діаметром 30 мм поміщають ротор апарата (6), на сідлі (9) якого закріплена алюмінієва пластинка (8) за допомогою притискної муфти (4) і притискного гвинта (3). Нижній кінець ротора проходить через отвір у дні стакану та за допомогою спеціального вирізу з’єднується з муфтою (11) механізму обертання. Верхній кінець ротора вставлений у підшипник (2) кронштейна апарата. Механізм обертання апарата, що складається із шестірні (13) і черв’ячної передачі (15), з’єднаний з валом електродвигуна (14). На одному валу із черв’ячною передачею є ролик, що передає обертання на валик лічильника обертів (1). Частота обертання ротора з алюмінієвою пластиною становить 0,5 с-1. Алюмінієва пластина виготовляється діаметром 25 мм і товщиною 1 мм із фасонним вирізом у центрі для кріплення на сідлі ротора.
Виконання роботи
У стакан (10) поверх алюмінієвої пластинки (8) насипають 4-5 г коксу класу крупності <0,5 мм, висушеного до повітряно-сухого стану. Зверху коксу встановлюють штемпель (7), який навантажується за допомогою важеля (5) і вантажу (12) для того, щоб забезпечити навантаження на пластинку в 0,25 МПа. Під час обертання ротору кокс стирає алюмінієву пластинку. За один дослід ротор із пластинкою робить 500 обертів. Втрата в масі алюмінієвої пластинки за дослід (у міліграмах), приймається за величину абразивної міцності коксу та позначається символом Та. Для кожної проби коксу проводиться п’ять паралельних визначень абразивної міцності та підраховується середньоарифметичне значення Та. У випадку відхилення результату одного з визначень від середнього значення більше ніж на 10 %, таке визначення не приймається в розрахунок. Для кожного визначення береться нова алюмінієва пластинка.
Лабораторна робота № 6 Визначення питомого електричного опору коксового порошку двозондовим методомТеоретичні положенняВизначення питомого електричного опору (ПЕО) необхідне для оцінки властивостей вуглецевих відновників, які використовуються в електротермічних виробництвах. Певні вимоги за ПЕО висуваються до вуглецевих матеріалів, зокрема до кам’яновугільного і пекового коксу, антрациту і термоантрациту, для виробництва електродів і інших вуглецевих виробів. Також ПЕО – цінна характеристика для оцінки готовності коксу, а також ступеня бездимності побутового палива. Промисловий кокс за характером електричного опору відноситься до електронних напівпровідників. Слід відзначити, що електричний опір мало залежить від пористості, а головним чином відображає стан вуглецевої структури і щільність контакту залишкового матеріалу вугільних зерен і петрографічних компонентів усередині зерен. Тому більшого електроопору можна чекати у коксу з неспікливого і петрографічно неоднорідного або мінералізованого вугілля. Електроопір насипної маси коксу значною мірою залежить від його крупності і тиску: із зменшенням крупності і підвищенням рівномірності коксу електроопір зростає. Збільшення тиску підвищує щільність контакту частинок, що сприяє зниженню електроопору. Методи для оцінки ПЕО коксу поділяються на: двозондовий – для вимірювання ПЕО порошків і чотиризондовий – для визначення ПЕО шматкового коксу. У двозондовому методі вдається виключити вплив перехідних опорів між зразком і електродами, тому отримуються більш точні результати. Питомий електричний опір вимірюється в Ом·м, Ом·см або Ом·мм2/м (1 Ом·м = 102 Ом·см = 106 Ом·мм2/м).
Сутність методу
Сутність методу полягає в визначенні фактичного опору стовпа проби коксу крупністю < 0,2 мм, що знаходиться в циліндрі між двома пуансонами під дією тиску 400 кг/см2, і розрахунку питомого електроопору (ρ, Ом·см) за формулою: , (6.1) де R – електричний опір зразка, Ом; S – площа перетину зразка, м2, см2 або мм2; L – висота зразка, м, см. ПризначенняДвозондовий прилад призначений для визначення питомого електроопору (ПЕО) подрібнених вуглецевих матеріалів (коксу, напівкоксу, коксового дріб’язку, електродного коксу, термоантрациту, графіту та ін.). Переважне застосування приладу – вимірювання ПЕО коксового порошку з метою встановлення ступеня готовності коксу, а також для різних дослідницьких цілей. Технічні характеристики двозондового приладу 1. Діапазон значень ПЕО, що визначаються двозондовим приладом при використанні в комплекті з рекомендованими електровимірювальними приладами і джерелом живлення – від ~103 до ~106 Ом·см. 2. Максимальні відносні помилки, які відповідають крайнім межам діапазону вимірюваних значень ПЕО, не перевищують ~5-15 %. Всередині вказаного в п. 1 діапазону відносні помилки менше, і у кожному конкретному випадку їх величина визначається абсолютним значенням вимірювального ПЕО. Відповідно до викладеного, відхилення результатів паралельних вимірювань від середніх значень при визначення ПЕО аналітичного порошку промислового коксу не перевищують ± (1-2 %). 3. Діаметр струмових електродів – 1,130±0,005 см. 4. Площа контактної поверхні струмового електроду – 1,00±0,01 см2. 5. Відстань між зондами – 1,000±0,005 см. 6. Висота стовпчика спресованого порошку – 1,60±0,05 см. 7. Тиск, що накладається на досліджуваний порошок при пресуванні – 400 кг/см2. 8. Відстань між опорними поверхнями для пресування (відповідає мінімальній відстані між плитами преса) – 150 мм. 9. Габарити приладу – 190х150х90 мм. 10. Вага = ~2,5 кг.
Прилади, що входять в комплект з двозондовим приладом
В комплекті з двозондовим приладом використовується: I. Для вимірювання ПЕО коксових порошків (низькоомні зразки) 1. Потенціометр постійного струму типа ПП або ПП–63 (межі вимірювань 0-70 мВ (ПП) або 0-100 мВ (ПП-63), помилка вимірювань не більше 0,05 мВ) – 1 шт. 2. Міліамперметр або амперметр типу 539, кл. 0,5 з межами вимірювань 0-100 мА (0-0,1 А) або 0-250 мА (0-0,25 А) – 1 шт. 3. Реостат (опір 100-200 Ом, припустимий струм – не менше 0,2 А) – 1 шт. 4. Джерело постійного струму (акумулятор) з ЕРС 5-10 В, місткістю 60-100 А·год – 1 шт. II. Для вимірювання ПЕО порошків напівкоксу (високоомні зразки) 1. Ламповий вольтметр типа ВЛУ-2, кл. 2,5 (вхідний опір для постійних напруг ~ 2,5 · 107 Ом) – 1 шт. 2. Міліамперметр типу 359, кл. 0,5, межі вимірювань 0-40 мА – 1 шт. 3. Мікроамперметр типа ЛМ, кл. 0,5, межі вимірювань 0-300 мкА – 1 шт. 4. Реостат (опір 10000-20000 Ом, припустимий струм – не менше 0,1 А) – 1 шт. 5. Джерело постійного струму (випрямляч) з ЕРС ~ 300 В – 1 шт. Замість вказаних приладів можуть бути використані прилади інших типів, що мають близькі характеристики. Для пресування зразків може бути використаний гідравлічний прес будь-якої конструкції з відстанню між опорними поверхнями не менше 150 мм, який дозволяє накладати до зразка силу 400 кг. Конструкція і технічний стан преса повинні забезпечувати вимірювання і підтримку постійного тиску 400 кг/см2 на зразку з помилкою, що не перевищує 3 %. Принцип дії Двозондовий метод вимірювання ПЕО полягає в наступному. Через зразок циліндрової форми 1 (див. рис 6.1.), до якого притиснуті електроди Е1 і Е2 (ці електроди називаються струмовими) пропускають струм, який вимірюється амперметром 2.
Рисунок 6.1. – Принципова схема двозондового методу вимірювання питомого електроопору Напруга, що подається на зразок від джерела 3, а, отже, і сила струму регулюються за допомогою розподілювача напруги 4 (при вимірюваннях ПЕО низькоомних зразків силу струму можна регулювати також за допомогою декілька іншої електричної схеми – включати реостат 4 в якості змінного опору послідовно з джерелом струму 3. При цьому для здійснення плавного регулювання струму потрібно послідовно з реостатом 4 включити ще один реостат з обмотувальним дротом більшого діаметру і опором рівним 10-20 % опору реостата 4). На деяких не дуже близьких відстанях від струмових електродів в контакті із зразком знаходяться два зонди З1 і З2 (потенційні електроди). Різниця потенціалів V між ними вимірюється компенсаційним способом за допомогою потенціометра 5. В однорідному зразку циліндричної форми еквіпотенціальні поверхні є площинами, перпендикулярними до вісі зразка. Тому опір частини зразка, розташованого між зондами, дорівнює , а питомий електроопір: , (6.2) де S – площа перетину зразка, см2; L – відстань між зондами, м. При цьому перехідні опори між струмовими електродами і зразком не впливають на результат вимірювань, оскільки різниця потенціалів визначається між зондами, розташованими на достатньому віддаленні від струмових електродів, а струм в будь-якому перетині зразка рівний струму в зовнішньому ланцюзі і вимірюється безпосередньо. Перехідні опори між зондами і зразком також не впливають на результати вимірювань, оскільки у момент визначення різниці потенціалів компенсаційним способом струм через зонди дорівнює нулю. При вимірюванні ПЕО високоомних зразків, опір який значно більше опору потенціометра, застосовувати потенціометр не можна, оскільки він шунтуватиме зразок. В цьому випадку для визначення різниці потенціалів між зондами можна застосувати вольтметр з дуже великим внутрішнім опором (Rвольтметра >> Rзразка). Тоді перехідні опори зразок–зонд не нададуть помітного впливу на результат вимірювань, навіть якщо вони порівняні з опором зразка. При використанні двозондового методу не потрібно визначати відстань між струмовими електродами, тобто висоту всього стовпчика пресованого матеріалу: достатньо тільки знати відстань між зондами. Це істотно спрощує конструкцію двозондового приладу, прискорює вимірювання і підвищує точність, оскільки виключаються помилки, пов’язані з визначенням висоти зразка. Конструкція приладу Вдосконалений двозондовий прилад зображений на рис. 6.2.
Рисунок 6.2. – Двозондовий прилад: 1, 2 – потенційні електроди; 3 – текстолітовий циліндр; 4, 5 – текстолітові втулки; 6 – коксовий порошок; 7, 8 – струмові електроди; 9 – сталевий циліндр; 10, 11 – сталеві кільця; 12 – верхня плита; 13 – нижня плита; 14, 15 – циліндрові п’яти; 16 – гніздо сталевого опорного контакту; 17 – текстолітовий ізолятор; 18 – металева пластинка; 19, 25, 26 – клеми; 20 – контактний гвинт; 21, 22 – вихідні контакти струмових електродів; 23, 24 – ізольовані дроти; 27 – дві кільцеві риски; 28 – рукоятка.
Потенційні електроди 1 і 2 виконані у вигляді сталевих хромованих кілець завтовшки 1 мм з внутрішнім діаметром 11,3 мм. Ці кільця розташовані у виточках текстолітового циліндра 3 і щільно прилягають до торців виступу усередині цього циліндра. Відстань між торцями виступу, а, отже, і між зондами L = 10 мм. Дві текстолітові втулки 4 і 5 з внутрішнім діаметром 11,3 мм, кільця – зонди 1 і 2 спільно з отвором у внутрішньому виступі циліндра 3 утворюють канал діаметром 11,3 см (площа перетину каналу S = 1 см2). У цей канал поміщається наважка досліджуваного коксового порошку 6 і сталеві хромовані струмові електроди 7 і 8. Вся система текстолітових трубок розташована всередині сталевого циліндра 9 і кріпиться сталевими кільцями 10 і 11. Для передачі тиску від плит 12 і 13 преса на досліджуваний коксовий порошок 6 верхній 7 і нижній 8 струмові електроди мають циліндрові п’яти 14 і 15. П’ята 15 нижнього електроду поміщається в гніздо сталевого опорного контакту 16, який ізольований від нижньої плити преса текстолітовим ізолятором 17. Опорний контакт 16 за допомогою металевої пластинки 18 з’єднаний з клемою 19. П’ята 14 верхнього електроду знаходиться в безпосередньому електричному контакті з верхньою плитою преса. Тому приєднання верхнього струмового електроду до вимірювальної схеми виконуються через металевий корпус преса за допомогою контактного гвинта 20. Контактний гвинт може бути розташований (в залежності від конструкції преса) на будь-якій зручній для приєднання дроту ділянці корпусу преса, причому обов’язково повинен мати місце добрий електричний контакт цієї ділянки з верхньою плитою преса. Корпус преса, у зв’язку з тим, що він використовується в якості струмопровода, повинен бути заземлений (див. рис. 6.1). Вихідні контакти 21 і 22 струмових електродів сполучені відповідно з клемою 19 і контактним гвинтом 20. Виводи від потенційних електродів (зондів) виконані ізольованими дротами 23 і 24, які через отвори, просвердлені на межах зіткнення текстолітових втулок 4 і 5 з текстолітовим циліндром 3, і через пази в кріпильних кільцях 10 і 11 підведені до клем 25 і 26. Положення нижнього струмового електроду, який входить в канал до упору об текстолітову втулку 5 – фіксовано, а положення верхнього струмового електроду визначається масою наважки. Оскільки ступінь ущільнення порошків при пресуванні залежить (через тертя об стінки прес-форми) від відношення висоти пресованого зразка до його діаметру, для виконання вимірювань в строго стандартних умовах необхідно, щоб висота пресованого зразка була постійною. Це досягається завдяки постійності маси наважки і стандартному тиску. Методичні дослідження, проведені на аналітичних коксових порошках багатьох коксохімічних заводів, показали, що маса зразка (2,10±0,01) г є оптимальній для двозондового приладу наведеної конструкції. Для додаткового контролю відповідності висоти зразка після пресування оптимальному значенню, на циліндровому уступі верхнього струмового електроду на відстані 1 мм один від одного нанесені дві кільцеві риски 27. Збіг площини нижньої риски з площиною кріпильного кільця 10 відповідає оптимальній величині (~ 16 мм) висоти зразка, при якій верхній і нижній струмові електроди розташовані на однакових, рівних ~ 2 мм, відстанях від торців верхнього і нижнього зондів. Аналогічне положення верхньої риски свідчить про гранично малу масу наважки, при якій верхній струмовий електрод знаходиться на відстані 1 мм від торця верхнього зонда. Прилад забезпечений рукояткою 28.
Підготовка порошку до випробування
Ступінь подрібнення досліджуваного порошку визначається метою дослідження. Для оцінки ступеня готовності виробничого коксу, як правило, використовується аналітичний коксовий порошок. Проба аналітичного порошку повинна повністю проходити через сито з 540 отв/см2 (сітка № 0,25). Призначену для дослідження пробу ретельно перемішують і квартують. Відібраний для випробування порошок сушать при температурі 105° С не менше однієї години. Вплив вологи в повітряно-сухому коксі на величину його ПЕО незначний. Просушування гарантує видалення надмірної вологи (випадкове попадання вологи, конденсація пари води на холодному порошку і т. і.). Якщо проба зберігається недовго і вона є сухою, то сушку можна не виконувати. З метою видалення феромагнітних домішок просушену пробу обробляють магнітом – «відмагнічують». Для виконання двох паралельних випробувань безпосередньо перед дослідом готують наважки масою (2,10 ± 0,01) г. Виконання випробувань Збирають схему згідно рис. 6.1 (загальний вид двозондової установки зображений на рис. 6.2.). Ізолятор з опорним електродом встановлюють на нижню плиту преса. Корпус преса заземлюють. Вставляють нижній струмовий електрод у вимірювальний канал приладу і акуратно засипають в канал через воронку наважку досліджуваного порошку. Ретельно, за допомогою м’якого пензлика, змітають в канал зерна порошку, що пересипалися на кріпильне кільце і торець текстолитового циліндра. Поміщають в канал верхній струмовий електрод. Притримуючи нижній електрод пальцем, встановлюють прилад між опорними поверхнями преса, причому циліндрова п’ята нижнього струмового електроду повинна бути поміщена в гніздо опорного контакту. Вісь приладу повинна співпадати з віссю опорних плит преса. Після установки приладу в прес необхідно з’єднати клеми зондів з потенціометром згідно схемі (див. рис. 6.1). При пресуванні доводять навантаження до величини, при якій зразок знаходиться під тиском 400 кг/см2. Слід враховувати, що манометр масляного преса показує тиск масла в підплунжерному просторі преса, а не тиск, під яким знаходиться зразок. Для отримання тиску 400 кг/см2 при площі перетину зразка 1 см2 потрібно прикласти до зразка силу 400 кг. Тиск масла по манометру преса Рм, необхідний для отримання цієї сили, визначається за формулою: , (6.3) де F = 400 кг, а S – площа робочого плунжера преса. Приклад. Площа робочого плунжера преса (S) складає 50 см2.
Після отримання необхідного тиску слід перевірити чи дорівнює висота спресованого порошку оптимальному значенню ~ 16 мм. Про це судять по положенню рисок 27 (рис. 6.2) щодо площини кільця 10. Допускаються відхилення ± 0,5 мм від оптимальної висоти зразка. Увага! В процесі пресування верхній електрод не повинен опускатися нижче за положення, при якому з площиною кільця 10 співпадає верхня кільцева риска 27, оскільки при цьому тиск передається вже не на зразок, а на текстолітові деталі приладу, що може привести до їх поломки. Для порошків з нестандартним ступенем подрібнення маса наважки, відповідна оптимальній висоті стовпчика спресованого порошку, підбирається дослідним шляхом. Якщо через особливості механічних властивостей коксу окремих заводів, зразки з пресованого аналітичного порошку за вказаних вище умов матимуть висоту на 0,5 мм і меншу, ніж оптимальна, то слід брати наважку масою (2,15 ± 0,01) г або, в крайньому випадку (2,15 + 0,05) г. Вимірювання ПЕО коксового порошку (низькоомні зразки) виконуються при силі струму I = 100 мА. Для визначення ПЕО напівкоксу (високоомні зразки) силу струму в ланцюзі встановлюють в залежності від величини опору зразків в межах від 10 мкА до 100 мА. Установка робочого струму і вимірювання напруги здійснюється через 2-5 хвилин після накладення тиску. Більш точно витримка під тиском визначається для кожного конкретного матеріалу з даним ступенем подрібнення дослідним шляхом. Вона дорівнює часу, після якого вимірювання дають значення ПЕО, що практично не змінюються. Для аналітичних порошків вказана витримка складає 3 хв. Це значення повинне бути прийняте як стандартне при визначенні ПЕО аналітичних порошків. Слід особливо відзначити, що для дотримання строго стандартних умов пресування необхідно забезпечити також стандартний темп накладення тиску: а) Підвищення тиску від 0 до 400 кг/см2 за ~ 1 хв. б) Витримка під тиском ~ 2 хв. в) Коректування тиску, що зменшився через усадку зразка, до значення 400 кг/см2 за ~ 1 хв. Середнє значення ПЕО визначають по двох паралельних вимірюваннях. Для добре перемішаного і відквартованого аналітичного порошку відхилення результатів паралельних вимірювань від середнього значення не повинні перевищувати ± (1-2 %). Якщо розбіжності між паралельними вимірюваннями перевищують вказані межі, то необхідно зробити третє – контрольне вимірювання. При значних розбіжностях, що систематично повторюються між результатами паралельних вимірювань, необхідно перевірити технічний стан апаратури, особливо преса і потенціометра. Після кожного вимірювання прилад повинен бути звільнений від використаного порошку і ретельно прочищений. Для вибивання спресованого порошку потрібно застосовувати шомпол діаметром 6-8 мм з дерева або текстоліту. Металеві шомполи можуть пошкодити текстолітовий канал приладу, тому їх не використовують. Чистити канал приладу необхідно за допомогою волосяного «йоржика». Увага! Ретельне регулярне очищення вимірювального каналу приладу має важливе значення, оскільки недбале очищення (зокрема – без застосування «йоржика») може привести до поступового утворення на стінках вимірювального каналу між зондами провідного шару, що викличе порушення роботи приладу. Обробка отриманих результатів Згідно теорії двозондового методу ПЕО визначають за формулою 6.2. Значення S і L є константами приладу, а величина струму I встановлюється постійною для даної групи зразків в залежності від абсолютного значення їх ПЕО. Значення S, L і I спеціально підібрані так, щоб практично виключити розрахунки при визначенні ПЕО. Дійсно, в описуваному приладі S = 1 см2, L = 1 см. При струмі 100 мА = 100 · 10-3 А (таке значення сили струму встановлюють при вимірюваннях ПЕО аналітичного коксового порошку) маємо: Vмв· 10-2 Ом·см. При I = 100 мА ПЕО в Ом·см чисельно дорівнює напрузі в мілівольтах помноженій на 10-2. Якщо при вимірюваннях ПЕО напівкоксу задавати значення сили струму, що дорівнює цілому числу одиниць, десятків або сотень мікроампер або міліампер, то будуть виходити також прості розрахункові формули. Приклад. I = 10 мкА = 10 · 10-6 А Vмв· 10+2 Ом·см. Примітка. Величину ПЕО можна визначати також в одиницях Ом·мм2/м. Як відомо, 1 Ом·см = 104 . Дійсно, 1 Ом·см = 1 Ом· = 104 . Лабораторна робота № 7 Визначення горючості коксу
Теоретичні положення
Під горючістю коксу розуміють його взаємодію з киснем. Цей показник визначають за втратою маси коксу в стаціонарних умовах при спалюванні наважки в спеціальному приладі. Можна говорити, що горючість коксу – це його реакційна здатність по відношенню до кисню. Горючість відноситься до фізико-хімічних властивостей коксу і залежить від крупності коксу, температури дослідження, концентрації кисню, швидкості газового потоку та наявності мінеральних домішок. Реакційна здатність коксу – один з найважливіших показників його якості. Приймають, що реакція С + СО2 характеризує реакційну здатність, а взаємодія С + О2 – горючість коксу. Перший процес є ендотермічним, другий – екзотермічним. Обидва процеси мають різні енергії активації і швидкості реагування. Реакційна здатність визначається головним чином станом вуглецевої структури – ступенем впорядкованості вуглецевого скелета речовини коксу і величиною його доступної питомої поверхні (м2/г), зв’язаної з макро- і мікропористістю. Реакційну здатність оцінюють за константою швидкості реакції взаємодії діоксиду вуглецю з коксом при 1000° С відповідно до ГОСТ 10089-73. Вважають, що високоякісний доменний кокс повинен відрізнятися низькою реакційною здатністю. Реакційна здатність ливарного коксу повинна бути відносно нижчою (менше 0,6 мл/(г·с) за СО2). Вуглецевий відновник для електротермічних виробництв характеризується підвищеною реакційною здатністю – більше 1,5 мл/(г∙с). Інтенсивність взаємодії коксу з газами залежить не тільки від швидкості хімічних реакцій, але і від швидкості дифузії газів до поверхні. В залежності від швидкості газового потоку, температури і природи палива одні реакції протікають в кінетичній області гетерогенного процесу, в якій швидкість реакції залежить від хімічної природи реагуючих речовин і поверхні коксу, а інші – в дифузійній області, де швидкість реакції визначається головним чином процесами дифузії. Для того, щоб характеризувати реакційну здатність власне речовини коксу з урахуванням його активної поверхні, визначення слід вести в умовах, що наближаються до кінетичної області реагування, тобто необхідно виключити вплив дифузійних чинників. Ця умова при температурі 950-1100° С задовольняється при розмірах коксу < 6 мм. Оптимальною крупністю коксу для дослідження є 5-3 або 6-3 мм. При цьому враховується також вплив пористої структури коксу. Пониження реакційної здатності, а також електроопору досягається підвищенням молекулярної впорядкованості і щільності вуглецевого тіла коксу шляхом: 1) застосування для коксування вугілля підвищеної спікливості, петрографічно однорідного, переважно середньої стадії метаморфізму; 2) збільшення густини вугільного завантаження; 3) підвищення ступеня готовності коксу; 4) зменшення кількості мінеральних домішок. Сутність методу Оцінка горючості коксу полягає в спалюванні наважки в вертикальній циліндричній печі при постійній температурі в середовищі кисню повітря і реєстрації втрати маси наважки за певний проміжок часу. Обладнання для випробування Схема приладу для визначення горючості коксу наведена на рис. 7.1. Попередньо піч нагрівається до необхідної температури дослідження (як правило, дослідження проводять при температурі 500° С або 800° С), яка фіксується потенціометром (9). Готується наважка коксу масою 5 ± 0,1 г і крупністю 6-3 мм. Кокс завантажується в чашечку (7) і рівномірно розподіляється в ній. Після того як температура печі досягла необхідної величини, на штангу (6), яка знаходиться в печі, акуратно встановлюється чашечка з наважкою коксу. Після її встановлення вмикають ваги і фіксують час початку дослідження та масу наважки коксу разом з чашечкою і штангою (початкова вага). Термопару (8) слід встановлювати в печі на відстані 15-20 мм від поверхні досліджуваного коксу.
Рисунок 7.1 – Прилад для визначення горючості коксу: 1 – корпус нагрівальної печі; 2 – нагрівальна обмотка; 3 – кріпильні тяги; 4 – ваги; 5 – головка вагів; 6 – опорна тяга завантаження проби (штанга); 7 – чашечка для завантаження проби; 8 – термопара; 9 – потенціометр; 10 – кронштейни кріплення нагрівального блоку.
Проведення випробування
Під час проведення дослідження необхідно підтримувати постійну температуру, регулюючи її лабораторним трансформатором, так як температура може коливатися внаслідок впливу різних побічних факторів. Підведення повітря для горіння відбувається за рахунок природної тяги знизу печі. Заміри втрати маси коксу при проведенні випробування здійснюють через кожні 10 хвилин. Випробування закінчується, коли протягом 30 хвилин втрата маси коксу залишається незмінною. Після закінчення випробування не можна відразу доставати наважку коксу, так як це призводить до різкого охолодження печі, що є неприпустимим.
Обробка результатів дослідження
Методика дозволяє оцінити горючість коксу по графіку, який будується в координатах: вісь абсцис – час дослідження (τ, хв.), вісь ординат – спад маси (∆m, г). Крім цього можна розрахувати швидкість газифікації коксу за будь-який період досліду (у г/хв. або %/хв.): , де ∆m – втрата маси наважки, г, %; t – час дослідження, хв. ЛІТЕРАТУРА
idt�� a�| ��_ style='width:55.25pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; mso-border-top-alt:solid windowtext .75pt;mso-border-left-alt:solid windowtext .75pt; mso-border-alt:solid windowtext .75pt;padding:0cm 5.35pt 0cm 5.35pt'>
гарячі простої, діб. 1,7 2,1 1,7 2,1 1,6 2,2 1,6 2,2 2.0 2,2 фактичний час роботи, діб.
середня тривалість випалу, год. 5,21 5,23 5,22 5,28 6,21 6,23 5,11 5,17 5,33 5,47 середня вага випалу, т 105,4 105,7 104,4 104,9 101,4 102,6 103,4 103,6 102,4 102,9 маса садки, т 1,68 1,71 1,70 1,74 1,70 1,74 1,69 1,71 1,70 1,72 добова продуктивність печі, т
річне виробництво, т
КомментарииКомментариев пока нет Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||