Спосіб отримання коксу заданого показника фізико-механічних властивостей

Спосіб отримання коксу заданого показника фізико-механічних властивостей, що включає механічну обробку коксу на грохоті барабанного типу, який відрізняється тим, що механічну обробку проводять скиданнями коксу при куті нахилу барабана до горизонту, який визначають залежно від числа скидань, необхідних для отримання заданого показника фізико-механічних властивостей, з виразу Винахід відноситься до металургійної і коксохімічної промисловості і може бути використаний на коксових сортувалках або в металургійних виробництвах (наприклад, доменному), що використовують кокс. Відомо, що в процесі транспортування коксу споживачеві (як стрічковими транспортерами, так і вагонами) під дією механічних навантажень змінюються його фізико-механічні властивості (гранулометричний склад і міцність, що характеризується за ДСТ показниками М25 (дробильність) і М10 (стираність)) [Мучник Д.А. Формування властивостей доменного коксу. М. Металургія, 1983, 180с.] Відомий спосіб сортування коксу, що включає подачу коксу на вібраційний грохот і розсів, причому кут нахилу грохоту до горизонту визначається з математичного виразу залежно від змісту дріб'язку в коксі, який сортується і його вологості [Патент РФ №2270060, В07В1/00, 20061]. Відомий спосіб не вирішує задачу отримання коксу заданих властивостей, оскільки при грохоченні не виникають механічні руйнуючі впливи, здатні змінити міцність або істотно вплинути на гранулометричний склад (крім відсівання дрібних класів). А саме такі впливи залежно від їхнього числа та інтенсивності забезпечують зміну фізикомеханічних властивостей коксу. Відомий спосіб (прототип) поліпшення фізикомеханічних властивостей коксу за рахунок його механічного руйнування - так називаної механічної обробки [Е.Б.Іванов і Д.А.Мучник, Технологія виробництва коксу. Київ, Вища школа, 1976, 230с.], при якій кокс дроблять в обертовому барабані з поверхнею, що просіває, режим роботи якого регулюють за рахунок зміни розміру отворів у ситах, швидкості обертання і ступеня заповнення барабана. Недоліком способу є неможливість регулювання числа впливів, а також їхня невелика інтенсивність, що не забезпечує належного зниження дробильності коксу без великої кількості дріб'язку, який утвориться, за рахунок обтирання кусків, а, отже, і неможливість одержання заданої тієї або іншої фізико-механічної властивості коксу . L , де Dnc (19) UA (11) 86398 (13) a - кут нахилу барабана, град.; L - довжина барабана, м; D - діаметр барабана, м; nс - число впливів на кокс. C2 tga = 3 В основу винаходу поставлена задача вдосконалення відомого способу поліпшення фізикомеханічних властивостей коксу, реалізована за рахунок того, що механічну обробку проводять скиданнями коксу при змінному куті нахилу барабана, який визначають з математичного виразу, що дає можливість отримати кокс заданих властивостей, а, отже, приводить до розширення функціональних можливостей запропонованого способу отримання коксу заданого показника фізикомеханічних властивостей. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання коксу заданого показника фізико-механічних властивостей, що включає механічну обробку коксу на грохоті барабанного типу, механічну обробку проводять скиданнями коксу при куті нахилу барабана до горизонту, який визначають залежно від числа скидань, необхідних для отримання заданого показника фізико-механічних властивостей, з виразу L tga= , Dnc де a - кут нахилу барабана, град.; D - діаметр барабана, м; L - довжина барабана, м; nc - число скидань коксу. Фізико-механічні властивості коксу при руйнуванні змінюються, причому кожна властивість - по закономірності, яка описується окремою формулою. Кінцевий результат залежить як від інтенсивності руйнуючих впливів (під впливом мається на увазі застосування одного руйнуючого зусилля), так і від їхнього числа. Інтенсивність руйнуючих впливів залежить від частоти обертання барабана, що визначає каскадний (при якому маса коксу пересипається в міру повороту поверхні барабана, на якій він перебував при нерухомому стані барабана), водоспадний (коли частина коксу пересипається, а частина піднімається разом з поверхнею барабана нагору й, відриваючись від загальної маси, падає вниз) або центрифужний режими (коли маса коксу відцентровою силою притискається до стінки барабана і обертається разом з останнім). Число руйнуючих впливів залежить від довжини барабана L і кута нахилу a, оскільки останній визначає h - ту частину довжини барабана, на яку переміститься кокс при одному оберті. У заявленому способі - це впливи, що називаються скиданнями, при яких кокс в обертовому барабані, досягши максимальної висоти, падає вниз. Звідси число скидань nc=L/h. Оскільки h=Dtga, nc=L/Dtga. Тому що L і D незмінні конструктивні характеристики барабана, змінною величиною прийнятий кут нахилу, який характеризується показником tga. Отже, при виконанні співвідношення tga=L/Dnc буде здійснене число скидань, необхідних для перетворення одного з фізико-механічних властивостей коксу від вихідного до заданого значення. Таким чином, установлення кута нахилу в сукупності з довжиною барабана при забезпеченні продуктивності забезпечує необхідне число руй 86398 4 нуючих впливів, які разом з певною інтенсивністю дозволяють змінити конкретну характеристику фізико-механічних властивостей коксу до необхідного значення. Число обертів барабана n, необхідних для зміни, наприклад, показника дробильності коксу М25 знаходять із рівняння 2 2 (1.1) M25n=100e m2 (n¢ -(n=100 )¢ де m 2 і t2 - константи деградації кількості фракції крупнисті +25мм. А значення n, необхідне для зміни показника стираності М10 знаходять із рівняння M10n=100e m2 n¢2 (e -m3n¢ - e -m3 (n+100)¢ ) у якому константи m3 і t3 - характеризують інтенсивність зменшення фракції +10мм при руйнуванні в іспитовому барабані. Зміна кількості коксу крупніше і мм при руйнуванні в іспитовому 3 3 барабані описується рівнянням Сni= С0іе -mi n¢i , на підставі якого можна знайти значення n, необхідне для зміни в коксі кількості більше l мм від початкового С0i, до Сni. Кут нахилу барабана a встановлюється залежно від властивостей вихідного коксу та одного з показників фізико-механічних властивостей, який називається визначальним. Так, припустимо, вихідний кокс має показник міцності М25=85,9%. Потрібно змінити цей показник до величини 89%. Певними розрахунками знаходять, що для цього необхідно nс число впливів скиданнями. Якщо відома довжина та діаметр барабана, то обчислюють tga=L/Dnc, а потім кут нахилу a. Встановлені закономірності зміни показників фізико-механічних властивостей знайдені при дослідженні процесу руйнування коксу в іспитовому Мікум-барабані та впливів, які здійснюються на кокс як по числу, так і по інтенсивності. Іспитовий і промисловий барабани відрізняються тим, що іспитовий - встановлено горизонтально і у ньому кокс не переміщується уздовж барабана. Весь цикл випробування або дослідного руйнування він залишається в барабані. Промисловий барабан має деякий кут нахилу. Кокс, надходячи в нього, переміщується уздовж довжини барабана за кожен його оберт на величину, що залежить від кута нахилу. Інтенсивність впливів буде відрізнятися від інтенсивності впливів у Мікум-барабані, особливо, якщо впливи проводяться у вигляді скидань. Тому для визначень числа впливів у промисловому барабані необхідно перерахувати встановлене з наведених формул значення n на число впливів nэ, що дають еквівалентне руйнування. Дослідження показали, що метод обробки коксу скиданнями є більше раціональним. Відоме співвідношення між обертами Мікум-барабана n і числом скидань із висоти 1,85м nс, при якому відбувається така ж зміна кількості фракції (індивідуально для кожної фракції, табл.2). Тому, якщо при обробці коксу будуть проводитись скидання з тієї ж висоти, з якої руйнують кокс при випробуванні скиданнями, то можна число обертів іспитового Мікум-барабана, необхідне для отримання заданої властивості коксу, перерахувати на еквівалентне 5 86398 число скидань (при адекватному руйнуванні коксу, яке характеризується деградацією кількості фракції певної крупнисті). Інакше кажучи, знайти ідентифікатори руйнування в Мікум-барабані. Спосіб здійснюється таким чином. Установлюють випробуванням при двох числах n1, і n2 обертів іспитового Микум-барабана та розсівом на стандартному грохоті показники фізико-механічних властивостей коксу М25, М10 і склад по фракціях крупнисті. Обчислюють константи процесу руйнування ti і mi. Вибирають визначальний показник, що є в даній ситуації найбільш важливим і призначають його необхідну величину. По встановлених константах, використовуючи формулу залежності обраного показника від числа впливів n, знаходять число впливів n, необхідне для перетворення обраного показника від вихідного до необхідного значення. Перераховують число впливів у Мікумбарабані на еквівалентне по руйнуванню число впливів у реальному барабані - nс. Обчислюють для конкретних умов tga=L/Dnc і встановлюють кут нахилу барабана, який дорівнює a. Це забезпечить перетворення властивості до необхідної величини обраного показника. Приклади конкретного виконання способу. Кокс, характеристики, наведеної в табл.1 піддається обробці в барабанному грохоті на коксовій сортувальці, що обслуговує коксовий блок з печей об'ємом 30м3. Середнє число пічевидач на такому блоці - 6 печей/година, загальною масою ~95т/година. При насипній густині 0,5т/м3 це становить 190м3/годину. Середня якість коксу передбачається (за аналогією із уже працюючим блоком) такою, як представлено в табл.1. Таблиця 1 Випробування коксу в Мікум-барабані і константи процесу Число Склад коксу, %, по фракціях, мм, обертів, і значення констант деградації n; константи >80 >60 >40 >25 >10 0 14,3 46,7 90,6 100 100 50 1,7 21,0 63,4 91,4 95,3 100 0,5 11,8 51,2 85,9 92,5 t 0,6550 0,7834 0,6769 0,7572 0,6955 m 0,1642 0,0373 0,02527 0,004651 0,003168 З таблиці 1 видно, що М25=85,9%, а М10=100%-92,5%=7,5%; С080=14,3%. Константи деградації кількості фракцій при руйнуванні в Мікум-барабані визначають зі співвідношення ln ln t= C C0 - ln ln 0 Cn1 Cn 2 n ln 2 n1 ; m=n -l ln C0 Cn де t і m - константи деградації залишку на одному із сит з отворами розміром 80мм, або 60, або 40 і т.д., які відмічали, як сито i, і називали фракцією; С0, С n1 і С n2 - кількість, %, на ситі / фракції у вихідному коксі, після n1 і n2 обертів барабана. 6 [Е.Б.Іванов і Д.А.Мучник. Технологія виробництва коксу. Київ. Вища школа, 1976, 230с]. Приклад 1. Необхідно поліпшити показник дробильності коксу (показник М25) від 85,9% до 89%. Зміна М25 при руйнуванні в Мікум-барабані числом обертів n описується рівнянням: M25n=100e m2 (n¢ -(n=100 )¢ де 2 в індексах говорить про те, що константи належать до фракції 25мм. Вирішуючи це рівняння відносно η знаходимо число впливів подібних до впливів на кокс у Мікум-барабані. Перераховуємо знайдену величину n=50,6 на число скидань по формулі: nс=1,0165/20,8097=24,3 скидань (табл.2). 2 2 Таблиця 2 Функції співвідношень між числом обертів Мікум-барабана (n) і числом скидань (nс) Фракція >80 >60 >40 >25 >10 Число скидань nc=1,3459*n0,6908 nс=0,7844*n0,8194 nс=0,6187*n0,89311 nc=1,0165*n0,8097 nc=2,4610*n0,5697 Виходячи з доцільності впливів на кокс подібних до скидань із висоти 1,85м, варто приймати діаметр барабана 2 метри. Довжину проектованого барабана знаходимо з наступного. Об'єм порції коксу, що виходить за 1 оберт дорівнює n = pD2hj , де h- ширина перерізу 4 барабана, який звільнюється за один оберт. h=Dtga і в той же час h= L , nc де L - довжина барабана; φ - ступінь заповнення барабана. Приймаємо φ, близьку до величини заповнення в Мікум-барабані, 0,2. Таким чином, n = pD2hj . Частота обертання 4 барабана ω дорівнює об'єму коксу, що проходить через барабан за годину, поділеному на об'єм одиничної порції n , тобто ω = Q . Підставивши в n цей вираз значення ν, одержуємо, що w= 4nc Q pD2Lj , звідки L = 1,27nc Q wD2j . Частота обертання барабана ω не повинна перевищувати критичну, при якій кокс, притиснутий відцентровою силою до стінки барабана, буде обертатися, не відриваючись від поверхні. Ця частота дорівнює 42,4/ D . Звичайно в практиці роботи барабанів приймають частоту не більше 75% від критичної, що становить 32/ D . Якщо приймати D=2м, то частота обертання повинна бути 17об/хв або 1020об/годину. Таким чином L= 1,27 ´ 24,3 ´ 190 = 7м 1020 ´ 4 ´ 0,2 7 86398 Оскільки h=Dtga і у той же час h=L/nc, то Dtga=L/nc i tga=L/Dnc 7 =0,144, a a»8 градусів. 2 ´ 24,3 Звідки tga= Таким чином, щоб поліпшити показник М25 від 85,9% до 89%, необхідно встановити кут нахилу барабана, який дорівнює 8 градусам. Приклад 2. Необхідно знизити стираність коксу і довести показник М10 з 7,5% до 6%. Зміна М10 при руйнуванні в Мікум-барабані числом обертів n описується рівнянням: ¢3 ¢3 M10=100e m2 n¢2(e -m3n - e-m3 (n +100) ) , де індексами 2 й 3 відзначені константи залишків на ситах 25 й 10мм, відповідно. Вирішують це рівняння відносно n при заданому Μ10=6%, використовуючи додаток «Підбор параметра» меню «Сервіс» додатка Microsoft Excel. Знаходять, що n=28,5 обертів. Перераховують 28,5 обертів на число скидань (див. табл.2) по формулі nс=2,4610*п0,6597. Знаходять, що nс=22,4 скидань. Звідки tga=L/Dnc=7/2*22,4=0,156, а a»8,5 градусів. Приклад 3. 8 Необхідно поліпшити гранулометричний склад коксу, зокрема знизити кількість фракції +80мм у загальній масі товарного коксу з 14,3% до 3%. Зміна кількості залишку на ситі з розміром отворів 80мм відбувається за закономірністю, яка описується формулою Cn=C0e -m1n¢ де індексом 1 відзначені константи фракції +80мм: m1=0,1642; ί, = 0,655 (табл.1). За допомогою додатка «Підбор параметра» меню «Сервіс» додатка Microsoft Excel знаходимо, що Сn=3% при n=31,1 оберту. Перераховуємо 31,1 оберт на число скидань nс. nс=1,3459n0,6908=14,5 скидань. L7 1 tga= L 7 =0,241, звідки a»13,5град. = Dnc 2 ´ 14,5 Приклад 4. Кокс характеристики, наведеної в табл.3, піддавали механічній обробці в барабанному грохоті на коксовій сортувальці при тих же умовах, що і в прикладах 1-3. Таблиця 3. Випробування коксу в Мікум-барабані і константи процесу Число обертів, n; константи 0 50 100 t m >80 11 1,5 0,6 0,5541 0,2315 Склад коксу, %, по фракціях, мм, і значення констант деградації >60 >40 >25 >10 49 86,9 100 100 20,0 61,4 90,8 95,4 12,4 53,6 86,1 92,5 0,6168 0,4763 0,6298 0,7273 0,08025 0,0539 0,008214 0,002737 З таблиці 3 видно, що М25=86,1%, а М10=100%-92,5%=7,5%; С080=11,0%. Необхідно поліпшити показник дробильності М25 з 86,1% до 89%. Знаходять число обертів іспитового барабана n, необхідне для зміни М25 з 86,1 до 89%. Для цього вирішують рівняння 2 M25n=100e m2 (n¢ - (n+100 ) ; при M25n=89%, відносно n, користуючись додатком «Підбор параметра» меню «Сервіс» додатка Microsoft Excel і константами руйнування фракції +25мм. Знаходять n=16,4 оберти. Перераховують n на nс (див. табл. 2). nсМ25=1,0165л0,8097=9,8 скидань. 2 Знаходять tga= 7 L =0,36, = 2 ´ 9,8 Dnc звідки a»19 градусів. Приклад 5. Необхідно поліпшити показник стираності М10 з 7,5% до 6%. Знаходять число обертів іспитового барабана n, необхідне для зміни М10 з 7,5 до 6%. Для цього вирішують рівняння М10п =100e m2 n¢2 (e -m3n¢ - e -m3 (n+100)¢ ) відносно n при М10=6. Відповідь n=42,3 оберти. Перераховують n на nс (див. табл. 2). nсМ10=2,461n0,6597=29,1 скидань. 3 3 Знаходять tga= 7 L = 0,12 , = 2 ´ 29,1 Dnc звідки a»6,5 градусів. Приклад 6. Необхідно поліпшити гранулометричний склад коксу, зокрема знизити кількість фракції +80мм (С80) до 3%. Знаходять число обертів іспитовою барабана n, необхідне для зміни кількості фракції +80мм із 11 до 3%. Для цього вирішують відносно n рівняння Cn=C0e -m1n¢ при Сn=3, звідки n=22,5 обертів. Перераховують n на nс (див. табл.2) nc80=1,3459n0,6908=11,6скидань. 1 Знаходять tga= 7 L =0,30, = 2 ´ 11,6 Dnc звідки a»16 градусів. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє отримати кокс заданого показника фізикомеханічних властивостей, при властивостях вихідного коксу в широкому інтервалі, і поліпшити ефективність металургійних процесів, у яких він застосовується. 9 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 86398 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601