Прочность кокса, методы испытания. Газопроницаемость кокса.

Прочность кокса – способность к сопротивлению различного рода механическим воздействиям. Прочность кокса имеет решающее значение при определении пригодности кокса для различных целей, и поэтому прочность кокса относится к числу наиболее важных показателей его качества. В связи с тем, что кокс – пористое тело, а его куски имеют определенную трещиноватость, то следует различать прочность материала кокса, т. е. стенок пор, пористого тела кокса (кусков кокса, лишенных трещин) и прочность кусков кокса, содержащих трещины. О прочности материала кокса судят по его микротвердости, которая оценивается величиной площади отпечатка алмазной пирамиды квадратного сечения, вдавленной в кокс под определенной нагрузкой. Микротвердость зависит главным образом от температуры коксования. Чем она выше, тем больше микротвердость. Прочность материала кокса характеризует также его абразивная (истирающая) способность. Эта способность оценивается по потере массы за определенный промежуток времени вращающейся алюминиевой пластинки, прижатой к порошку кокса. Т. к. прочность материала кокса достаточно высокая, то в обычной заводской практике этот показатель качества кокса не контролируется. Прочность пористого тела кокса, т.е. кусочков кокса, лишенных трещин, называют структурной. Она может быть определена по методу Грязнова: пробу кокса крупностью зерен 3-6 мм помещают вместе с остальными шарами в металлический цилиндр. Цилиндр приводят во вращение с частотой 25 об/мин. После 40 мин. взвешивают остаток кокса на сите с отверстиями 1мм. Прочность пористого тела кокса рассчитывается по формуле: i =a₁/a₀ · 100%, где a₁ – остаток кокса на сите, г., a₀ – исходная навеска кокса, г. Для хорошего кокса прочность пористого тела составляет не менее 75%. Прочность кускового кокса – основными видами механических воздействий, которым подвергается кокс при транспортировке в доменной печи, являются раздавливающие, дробящие и истирающие усилия. Из них наименьшее значение имеет сопротивление кокса раздавливающим усилиям. Кокс способен выдерживать раздавливающие усилия в 10-15 МПа, в то время как в нижней части доменной печи раздавливающее усилие 0,3-0,35МПа. Дробимость кокса тесно связана с его трещиноватостью. Чем гуще сеть трещин в коксе, тем больше будет его дробимость. Истираемость кокса определяется трением кусков друг о друга и их разрушением. Повышенные дробимость и истираемость кокса приводят к образованию в доменной печи мелких зерен, что повышает вязкость шлаков и снижает дренажную способность кокса в доменной печи. В результате нарушается ровный ход доменной печи, коксовая мелочь уносится со шлаком и снижается производительность доменной печи. В связи с этим дробимость и истираемость и их правильная оценка являются важнейшими показателями. Для испытания прочности кокса применяют барабаны различных конструкций. В России применяется барабан Сундгрена и малый барабан. Барабан Сундгрена – средняя проба кокса, отнесенная на плетеных ситах с квадратными отверстиями размером 25×25 мм, массой 410 кг загружается в барабан. Диаметр барабана 2м, длина 0,8м. На образующей поверхности барабана расположены бичи толщиной 25мм и зазор между бичами 25мм. Барабан вращается на горизонтальной оси в течение 15 мин. со скоростью 10 об/мин. Показателем качества кокса является масса остатка кокса в барабане. Хороший кокс имеет остаток в барабане 300-340 кг. Дополнительные характеристики получают рассевом провала. Выход класса <10мм характеризует истираемость. Выход кокса 10-25мм характеризует дробимость кокса. Барабан Сундгрена имеет недостатки (проба 410 кг) и этот метод в настоящее время практически перестали применять. Прочность кокса стали оценивать по показателям прочности и проводить в малом барабане. Для определения прочности кокса в малом барабане отбирают пробу кокса крупностью >25мм в количестве 50 кг и загружают в барабан, имеющий диаметр и длину 1 метр. На внутренней поверхности барабана крепятся 4 полки. Скорость вращения барабана 25 об/мин, время испытания – 4 минуты. После 100 полных оборотов барабан отключают и кокс подвергают ситовому анализу. На основании ситового анализа подсчитывают показатели М10 – выход класса <10мм, который характеризует истираемость кокса; М25 – выход класса >25мм, %. Кокс качественный: М25=82-88%, М10=6-9%.

Газопроницаемость кокса определяется гранулометрическим составом и прочностью кокса. Производительность доменной печи зависит от газопроницаемости шихты, а газопроницаемость создается главным образом коксом. О газопроницаемости можно судить по гранулометрическому составу, прочности кокса. Газопроницаемость кокса можно рассчитать методом Сыскова – это расчетное определение и методом Брукка – это эмпирическое определение. По методу Сыскова газопроницаемость рассчитывается по данным гранулометрического состава кокса: ∆p= k · w²/2 · ρ= k · V²/2F² · ρ= h· V²·ρ; h= k /2F². Потеря напора на преодоление всех видов сопротивлений Сысков выразил этим уравнением. ∆p- общая потеря напора, Па; k- коэффициент, учитывающий все виды сопротивления; w – скорость газа, м/с; ρ - плотность газа, кг/м³; F – сечение, по которому движется газ, м²; V – объемный расход газа, м³/с; h – величина, которая по Сыскову является критерием гидравлических свойств кокса. С точки зрения газопроницаемости равенство критерия h является основным условием одинаковой газопроницаемости кокса, при этом ни крупность, ни прочность значения не имеют. Для непосредственной оценки газопроницаемости предложено определить величину коэффициента газопроницаемости из следующего выражения: Г=10⁴/ . Чем больше значение этого коэффициента, тем выше производительность доменной печи. Для различных коксов этот коэффициент изменяется в пределах 230-290 единиц. Газопроницаемость и её изменение в процессе дробления кокса может быть определена с помощью аэродинамического метода, предложенного Брукком: проба кокса загружается в трубу d=400мм, через слой кокса в трубе высотой 1м продувается постоянное количество воздуха, при этом определяется начальное сопротивление слоя кокса ∆Р₀. Затем кокс перегружают в малый барабан и после 100 оборотов вновь определяют сопротивление, пересчитанное на 1м высоты ∆Р₁₀₀. Величина ∆Р₁₀₀ - ∆Р₀ характеризует газопроницаемость кокса. Чем больше эта величина, тем хуже газопроницаемость.