Химия твердого топлива, 2020, № 2, стр. 66-70

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].

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 (P_Т, %) 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 Р_Т рассчитывалась в соответствии с МИ 2083-90 [12]. Полученные значения погрешности косвенных измерений показателя разрушения литейного кокса при транспортировании Р_Т 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.

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.

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.