Процесс коксования

После первого часа от загрузки печи температура поверхности стен снижается до 700–800 °С, затем в течение часа повышается до 900−1000 °С. В осевой плоскости температура (в зависимости от ширины камеры и температур в отопительной системе) достигает 100 °С и остается на этом уровне в течение 7–9 ч., до полного испарения влаги.

Образование летучих веществ по стадиям коксования происходит неравномерно. Основное количество их образуется в период размягчения и после отвердения пластической массы. По данным многих исследователей более 75% всех парогазовых продуктов направляется на горячую сторону, т. е. к греющей стенке.

Пластический слой в угольной загрузке образуется в определенных температурных интервалах, характерных для данной угольной шихты, и пропорционален длительности ее пребывания в пластическом состоянии. Обычно температурные границы пластического состояния смесей оказываются промежуточными по отношению к температурным границам пластического состояния компонентов.

Переход спекающихся углей в пластическое состояние начинается при 50−400 °С. Температура затвердевания пластической массы в пределах 430−480 °С.

Пластические свойства угля зависят прежде всего от степени метаморфизма, от их петрографического и элементного составов и в некоторой степени − от условий термического воздействия, например, скорости нагрева.

Хорошо коксующиеся угли должны иметь большой температурный интервал пластичности, так как в большинстве случаев при более продолжительном пребывании угля в пластическом состоянии меньше летучих веществ выделяется после затвердевания пластической массы; при этом усадка материала, превращающегося в кокс, проходит более равномерно, что способствует образованию кокса с меньшим количеством трещин. Положительным в этом случае является и то, что такие угли способны принимать больше отощающих добавок, что имеет немаловажное практическое значение при введении в шихту слабоспекающихся (более дешевых) углей.

Давление распирания в коксуемой массе возникает при возрастании сопротивления фильтрации газов на горячей стороне. Почти все спекающиеся угли в какой-то мере оказывают временное динамическое давление на стены камер. Наибольшее давление распирания развивают некоторые из углей пониженной спекаемости (К2, ОС6), а также отдельные коксовые угли и угольные шихты на их основе.

Жирные угли, склонные к образованию наибольшего пластического слоя и наибольшему вспучиванию, не развивают опасного давления распирания.

Допускаемая нагрузка на стены печи принимается обычно равной до 8 кПа. При более высоком давлении распирания может произойти деформация кладки печей.

Однако определенная зависимость между давлением распирания и индексом вспучивания углей отсутствует. 

Характеристикой поведения угля в процессе коксования является также усадка формирующегося коксового пирога в коксовых печах.

Различают поперечную и вертикальную усадки коксового пирога. Поперечная усадка характеризует сокращение ширины коксового пирога в процессе коксования. Вертикальная усадка вызывает увеличение подсводового пространства в ходе коксования, в результате чего изменяется температура в нем и, следовательно, количество и состав химических продуктов коксования. От вертикальной загрузки зависит величина уровня обогрева коксовых печей.

На величину усадки влияю влажность, гранулометрический состав, выход летучих веществ шихты. В меньшей степени влияю температура и период коксования.

Таким образом, коксование следует рассматривать как сложный физикохимический стадийный процесс превращения каменного угля (шихты) в кокс, сопровождающийся химическими реакциями деструкции органической массы угля и синтеза, в результате чего образуются твердый механически прочный остаток, кокс, а также жидкие и газообразные продукты.

Минеральная часть угля не является инертной составляющей, отдельные компоненты под влиянием высоких температур разлагаются, имеют место восстановительные процессы; не исключено каталитическое влияние минеральных компонентов на ход химических реакций.