Химия твердого топлива, 2020, № 2, стр. 66-70
ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ЛИТЕЙНОГО КОКСА НА ЕГО РАЗРУШЕНИЕ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ
В. А. Иванова 1, *, Е. О. Побегалова 1, **
1 ФГБОУ ВО “Ярославский государственный технический университет”
150023 Ярославль, Россия
* E-mail: ivanova-waleriya@mail.ru
** E-mail: pobegalovaeo@gmail.com
Поступила в редакцию 09.07.2019
После доработки 17.08.2019
Принята к публикации 25.11.2019
Аннотация
Проведены исследования по изучению влияния свойств литейного кокса на его разрушение в процессе транспортирования. Установлено, что при транспортировании на расстояние свыше 900 км показатель разрушения образцов литейного кокса возрастает в 1.23–6.14 раз. Содержание класса крупности 80 мм и более снижается на 9.2–9.7%, а класса 40 мм и более возрастает на 0.25–1.41%. Показано, что на степень разрушения литейного кокса при транспортировании оказывают влияние не только показатель прочности и зольность, но и особенности кокса, полученного различными коксохимическими предприятиями.
ВВЕДЕНИЕ
Транспортирование литейного кокса от предприятия-изготовителя до предприятия-потребителя осуществляется железнодорожными вагонами по ГОСТ 22235-2010 [1]. При этом качество литейного кокса, отличающегося большей крупностью по сравнению с металлургическим, не остается неизменным в связи с нагрузками, которые испытывает кокс при транспортировании.
В соответствии с данными исследований, проведенных для железнодорожных систем США и Западной Европы [2], при перевозках железнодорожным транспортом существуют три типа воздействий на перевозимый груз: удары, имеющие место при маневрировании состава; удары при движении состава вследствие межвагонных столкновений; вибрация, возникающая при движении транспортного средства по рельсовому пути. При этом на груз воздействуют как стационарные вибрации, возникающие после достижения транспортным средством установившейся скорости движения, так и нестационарные вибрации при низких скоростях движения. Наиболее жесткие условия транспортирования характерны для вагонов с простыми пружинными амортизаторами, используемых для перевозки минерального сырья.
Изменение значений показателей качества литейного кокса начинается уже при его погрузке в вагоны. Исследования, проведенные для металлургического кокса, показали, что прохождение одного перепада, погрузочного желоба и падение в вагон приводит к снижению содержания в коксе класса 60 мм и более на 16.8% [3]. Также было замечено, что при транспортировании литейного кокса от изготовителя до предприятия-потребителя показатель прочности М40 может в среднем увеличиться на 0.4–9.0%, а показатель прочности М10 уменьшиться на 4–12% [4]. Улучшение качества по показателям прочности связано со снижением содержания крупных классов (за счет разрушения наименее прочных крупных кусков литейного кокса) предпочтительных для ваграночной плавки [5, 6]. По данным исследования [4] при транспортировании литейного кокса содержание класса 80 мм и более может снизиться в 2.0–11.4 раза, а класса 60–80 мм – в 1.3–2.2 раза.
Таким образом, установлено, что при транспортировании металлургического кокса в вагонах происходит его разрушение, сопровождающееся изменением гранулометрического состава. Так как предприятия литейного производства располагаются, как правило, за пределами коксохимических заводов, интерес представляют исследования в области разрушения литейного кокса при транспортировании, отличающегося большим содержанием классов крупности 60–80 мм и 80 мм и более. Цель работы – исследование влияния свойств литейного кокса на его разрушение в процессе транспортирования на различные расстояния.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для исследований было отобрано 45 образцов литейного кокса различной крупности из трех партий: 40–60; 60–80; 80 мм и более (табл. 1). Образцы партий № 1 и 2 по данным сертификатов качества поставщиков соответствовали требованиям ГОСТ 3340-88 [7], а партии № 3 – ТУ 0761-032-00187852-2015 [8].
Таблица 1.
Показатель | Завод-поставщик кокса | ||
---|---|---|---|
ОАО “Губахинский кокс” | АО “Москокс” | ||
партия кокса | |||
№ 1 | № 2 | № 3 | |
Массовая доля общей влаги в рабочем состоянии, $W_{r}^{t}$, % | 1.00 | 2.50 | 1.10 |
Зольность, Ad, % | 10.60 | 11.50 | 11.10 |
Массовая доля общей серы, ${\text{S}}_{d}^{t}$, % | 0.58 | 0.60 | 0.60 |
Выход летучих веществ, V daf, % | – | 0.30 | 0.30 |
Показатель прочности, М40, % | 78.40 | 81.60 | 82.60 |
Массовая доля кусков размером менее нижнего предела, % | 6.00 | 13.90 | 19.20 |
В том числе менее 40 мм, % | – | 4.30 | 3.40 |
Исследования проводились на аттестованном вибрационном электродинамическом стенде УВЭ-100/5-300, имитирующем условия транспортирования на железнодорожном транспорте. Максимальная амплитуда виброускорения составляла 29.4 м/с2 (3 g), а частота вибрации – 30 Гц. Режимы испытаний выбраны в соответствии с ГОСТ Р 51909-2002 [9], ГОСТ Р 51908-2002 [10], ГОСТ РВ 20.57.305-98 [11]. Образцы литейного кокса каждой партии испытывались отдельно в течение 70 мин, что соответствует транспортированию по железной дороге на расстояние приблизительно в 2100 км. Для оценки степени разрушения образцов литейного кокса при транспортировании был введен показатель разрушения, определяемый как относительное изменение массы образцов (PТ, %) по формуле
где ${{m}_{1}}$ – масса образца литейного кокса до испытаний, г; ${{m}_{2}}$ – масса образца литейного кокса после испытаний, г.Погрешность косвенных измерений показателя разрушения литейного кокса при транспортировании РТ рассчитывалась в соответствии с МИ 2083-90 [12]. Полученные значения погрешности косвенных измерений показателя разрушения литейного кокса при транспортировании РТ не превышает 0.014.
Гранулометрический состав рассчитывался в соответствии с требованиями ГОСТ 5954.1-91 [13].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Результаты проведенных исследований (рис. 1) свидетельствуют о том, что литейный кокс наибольшей прочности по показателю М40 (табл. 1, партия № 3) менее устойчив к разрушению при транспортировании на расстояния от 900 до 1500 км. Наименьшей устойчивостью к разрушению при транспортировании отличается кокс партии № 2, характеризующийся большей влажностью и зольностью. Вероятно, это связано с тем, что включения золы в коксе являются концентраторами внутренних напряжений. Известно ее отрицательное влияние на показатель прочности после реакции с СО2 [14, 15]. Исследования [16] показали, что на каждый процент снижения зольности кокса показатель CSR возрастает приблизительно на 3.6%. Необходимо отметить, что образцы литейного кокса № 2 процессе испытаний имели большую склонность к раскалыванию, чем образцы других партий (рис. 1).
При транспортировании литейного кокса на расстояния более 900 км и до 1500 км (табл. 2) происходит наиболее интенсивное разрушение образцов партий № 1 и 2 (АО “Москокс”). По сравнению с транспортированием на расстояния от 300 до 900 км для партии № 2 разрушение увеличилось в 1.2 раза, а для партии № 3 – в 6.1 раза.
Таблица 2.
Партия кокса | Диапазон расстояний при транспортировании, км | |||
---|---|---|---|---|
0–300 | 300–900 | 900–1500 | 1500–2100 | |
Значение показателя разрушения образцов, РТ, % | ||||
№ 1 | 1.66 | 0.45 | 0.66 | 1.29 |
№ 2 | 0.96 | 1.40 | 1.72 | 1.33 |
№ 3 | 1.05 | 0.29 | 1.78 | 0.64 |
Для партии № 1 литейного кокса, характеризующегося минимальным значением показателя прочности М40 (табл. 1), наибольшее разрушение наблюдается в первые 300 км (табл. 2). На участке 1500–2100 км интенсивность разрушения для этой партии возрастает с 0.66 до 1.29%. В то время как для партии № 3 с максимальным значением показателя прочности М40 (табл. 1) при транспортировании на расстояния от 1500 до 2100 км интенсивность разрушения снизилась в 2.8 раза, а для партии № 2 – в 1.3 раза по сравнению с расстоянием от 900 до 1500 км.
Для литейного кокса со значением показателя прочности М40 равным 78.40% и зольностью равной 10.60% (табл. 1, партия № 1, ОАО “Губахинский кокс”) интенсивность разрушения прямо пропорциональна пройденному расстоянию. Кокс с большим значением зольности – 11.50 и 11.10% (табл. 1, партии № 1 и 2, АО “Москокс”) характеризуется наибольшим разрушением на участке 900–1500 км. Кокс партии № 3 с большим значением показателя прочности М40 (82.6%) разрушается в 1.6 раза меньше по сравнению с коксом партии № 1 и в 4.8 раза меньше по сравнению с коксом партии № 2 при транспортировании на расстояние от 300 до 900 км и в 2 раза меньше по сравнению с коксом партий № 1 и 2 при транспортировании на расстояние от 1500 до 2100 км.
Такая неоднозначность результатов может быть объяснена различиями свойств кокса, на которые влияет исходная угольная шихта и технология коксования [17, 18] различных коксохимических предприятий (партия № 1 – ОАО “Губахинский кокс”, партии № 2 и № 3 – АО “Москокс”). В этой связи на основании данных только сертификатов качества, которые содержат значения показателей качества в соответствии с требованиями ГОСТ 3340-88 невозможно дать точную оценку причин подобного разрушения литейного кокса при транспортировании. Следовательно, необходимо учитывать, что при примерно одинаковых значениях показателей качества литейного кокса в сопроводительной документации, характер разрушения литейного кокса в процессе транспортирования изменяется при смене поставщика.
Исследования показали, что при транспортировании литейного кокса партий № 1 и 2 происходит снижение содержания класса крупности 80 мм и более: для партии № 1, обладающей меньшей зольностью на 9.2%, для партии № 2, максимальной зольности, на 9.7% (табл. 3). Литейный кокс партии № 3 с наибольшим значением показателя прочности М40 характеризуется также более стабильным гранулометрическим составом. Для всех партий литейного кокса наблюдается увеличение класса крупности менее 40 мм в объеме, обратно пропорциональном значению показателя прочности М40.
Таблица 3.
Партия кокса | Класс крупности, мм | Расстояние транспортирования, км | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
0 | 300 | 900 | 1500 | 2100 | ||
Гранулометрический состав, % | ||||||
№ 1 | Менее 40 | 0 | 0 | 0 | 1.44 | 1.41 |
40–60 | 8.11 | 8.20 | 8.20 | 8.12 | 8.14 | |
60–80 | 31.32 | 40.70 | 40.71 | 39.20 | 39.07 | |
80 и более | 60.57 | 51.10 | 51.09 | 51.24 | 51.38 | |
№ 2 | Менее 40 | 0 | 0.42 | 0.42 | 0.43 | 0.43 |
40–60 | 7.59 | 7.54 | 7.52 | 7.56 | 7.55 | |
60–80 | 29.36 | 29.41 | 38.4 | 38.69 | 38.70 | |
80 и более | 63.05 | 62.63 | 53.66 | 53.32 | 53.32 | |
№ 3 | Менее 40 | 0 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
40–60 | 11.90 | 11.87 | 11.87 | 11.81 | 11.78 | |
60–80 | 22.59 | 22.30 | 22.24 | 22.18 | 22.16 | |
80 и более | 65.51 | 65.58 | 65.64 | 65.76 | 65.81 |
Результаты исследований гранулометрического состава (табл. 3) свидетельствуют о том, что для литейного кокса, характеризующегося большей прочностью, при транспортировании сохраняется класс крупности 80 мм и более, который является предпочтительным для плавки чугуна в вагранке. При этом появление класса крупности литейного кокса менее 40 мм при транспортировании происходит за счет разрушения кокса классов крупности 80 мм и более, который характеризуется меньшей прочностью по сравнению с коксом класса крупности 40–60 мм из-за особенностей формирования коксового пирога при коксовании.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования по влиянию свойств литейного кокса на его разрушение при транспортировании, свидетельствуют о следующем:
1) при транспортировании литейного кокса изменение содержания класса крупности менее 40 мм обратно пропорционально значению показателя его прочности М40;
2) повышение зольности литейного кокса с 11.1 до 11.5% приводит к снижению класса крупности 80 мм и более при транспортировании на 2100 км на 9.7%;
3) при транспортировании на расстояние свыше 900 км способность литейного кокса сопротивляться разрушению уменьшается, при этом значение показателя разрушения образцов партии № 1 (ОАО “Губахинский кокс”) возрастает в 1.47, партии № 2 (ОАО “Губахинский кокс”) – в 1.23, партии № 3 (АО “Москокс”) – в 6.14 раз;
4) при транспортировании литейного кокса с показателями прочности М40 равными 78.4 и 81.6% содержание класса крупности 80 мм и более снижается на 9.2 и 9.7%, 60–80 мм возрастает на 7.75 и 9.34%, а содержание класса крупности менее 40 мм возрастает на 1.41 и 0.25% соответственно.
Список литературы
ГОСТ 22235-2010. Вагоны грузовые магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Общие требования по обеспечению сохранности при производстве погрузочно-разгрузочных и маневровых работ (с Изменением N 1). М.: Стандартинформ, 2011. 19 с.
ГОСТ Р 57211.3-2016/IEC/TR 62131-3:2011. Внешние воздействия. Данные о воздействии на электротехническое оборудование вибрации и ударов. Ч. 3. Оборудование, перевозимое железнодорожным транспортом. М.: Стандартинформ, 2016. 47 с.
Мучник Д.А., Бабанин В.И. Возможности улучшения качества кокса вне печной камеры. М.: Инфра-Инженерия, 2014. 368 с.
Нефедов П.Я., Страхов В.М. // Кокс и химия. 2003. № 7. С. 16.
Страхов В.М., Швед В.С. // Кокс и химия. 2014. № 2. С. 20 [Coke and Chemistry, 2014, vol. 57, no. 2, p. 43. https://doi.org/10.3103/S1068364X14020148]10.3103/S1068364X14020148
Иванова В.А. Качество литейного кокса. Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2014. 144 с.
ГОСТ 3340-88. Кокс литейный каменноугольный. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1989. 4 с.
ТУ 0761-032-00187852-2015. Кокс литейный каменноугольный. Технические условия. 2015. 13 с.
ГОСТ Р 51909-2002. Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на транспортирование и хранение. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. 8 с.
ГОСТ Р 51908-2002. Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части условий хранения и транспортирования. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. 20 с.
ГОСТ РВ 20.57.305-98. Комплексная система контроля качества. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Методы испытаний на воздействие механически факторов. М.: Издательство стандартов, 2001. 50 с.
МИ 2083-90 ГСИ. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешностей. М.: Изд-во стандартов, 1991. 10 с.
ГОСТ 5954.1-91 (ИСО 728-81). Кокс. Ситовый анализ класса крупности 20 мм и более. М.: Издательство стандартов, 1992. 11 с.
Пинчук С.И. // Кокс и химия. 2001. № 8. С. 12.
Улановский М.Л. // Кокс и химия. 2014. № 8. С. 17 [Coke and Chemistry, 2014, vol. 57, no. 8, p. 317. https://doi.org/10.3103/S1068364X14080109]10.3103/S1068364X14080109
Степанов Ю.В., Гилязетдинов Р.Р., Попова Н.К., Махортова Л.А. // Кокс и химия. 2005. № 7. С. 14.
Гюльмалиев А.М., Султангузин И.А. Бологова В.В. // ХТТ. 2012. № 2. С. 22 [Solid Fuel Chemistry, 2012, vol. 46, no. 2, p. 90. https://doi.org/10.3103/S0361521912020061]10.3103/S0361521912020061
Карунова Е.В., Трифанов В.Н., Султангузин И.А., Гюльмалиев А.М., Гагарин С.Г. // ХТТ. 2005. № 5. С. 4 [Solid Fuel Chemistry, 2005, vol. 39, no. 5, p. 35.]
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Химия твердого топлива