Лабораторная печь для моделирования процесса слоевого коксования

 

Использование: моделирование процесса слоевого коксования. Сущность изобретения: устройство содержит ограниченную торцовыми греющими простенками 2 камеру коксования 1, разделенную вертикальными съемными перфорированными перегородками 4 из легкосгораемого материала на секции 5. В каждой секции расположен полый кварцевый измерительный шток 7 и размещенная в нем термопара 9, нижний конец которой неподвижно прикреплен к штоку 7 с образованием с ним общей торцовой поверхности, а верхний соединен со вторичным прибором 10, выполненным в виде регистратора температурных изменений. Каждый шток 7 снабжен наконечником 11 с грузом 12 для удержания штока на поверхности монослоя угля и соединенным с ним контргрузом 15 и соединен с системой механических 13 и электрических 14 преобразователей линейного перемещения и передачи их на регистрирующий прибор 10. 6 ил.

Изобретение относится к печам для лабораторных целей, а более конкретно к коксовым печам для исследования процесса слоевого коксования.

Известна лабораторная горизонтальная камера-печь для моделирования процессов слоевого коксования [1], содержащая камеру коксования с греющими простенками, один или ряд датчиков температур, измеряющих температуру в объеме коксовой печи.

Согласно изобретению измеряют ширину пластической области с помощью распределения температуры в печи, т.е. проводят измерение температуры в плотно последовательных расстояниях от стенки камеры до середины камеры. Значения температур, полученные при этом, сравнивают с заданными значениями температур, которые определяют минимальную ширину пластической области. Измерения температуры проводятся помещением в заполненную печь в подготовленных местах защитных трубок, в которое во время коксования вводят термоэлементы. Конструкцией камеры-печи не предусмотрено измерение такого параметра, как линейная усадка коксуемого слоя, по которому в дальнейшем можно судить о качестве кокса.

Известен пластометрический аппарат [2], содержащий стакан, помещенный в огнеупорное тело, иглу, которой определяется толщина пластического слоя. Иглой периодически (через каждые 10 мин) прокалывают угольную загрузку и по усилию, затрачиваемому на прокалывание иглой, оценивается уровень нахождения границ пластического слоя в угольной засыпи. По измеренным точкам вычерчивают график перемещения пластического слоя в угольной засыпи пластометрического стакана. Пластометрический аппарат содержит термопару, опущенную в железном чехле до дна стакана, при помощи которой могут быть определены температуры размягчения и затвердевания угля на границах между пластическим слоем и углем и между пластическим слоем и полукоксом.

Особенностью пластометрического аппарата является то, что из-за технического несовершенства, громоздкости рычага, он совершенно непригоден для измерения линейной усадки кокса.

Наиболее близкой к предлагаемой является электропечь [3], содержащая кассету, в которую помещают уголь. Печь снабжена кварцевым штоком, который проходит через верхний слой угольной загрузки, отверстие в кассете и печи и соединен с измерительным блоком, при помощи которого автоматически регистрируется на вторичном самопишущем приборе измерения высоты монослоя в процессе опыта. По изменению высоты монослоя определяют динамику усадки кокса во времени. Однако в устройстве не предусмотрено измерение температурного градиента совместно с линейной усадкой кокса в одной и той же точке коксуемого массива. Это приводит к погрешностям при определении прочностных свойств кокса и моделировании процесса слоевого коксования.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение точности анализа при определении прочности кокса и достоверности моделирования процессов слоевого коксования. Это достигается тем, что в лабораторной печи для моделирования процесса слоевого коксования, содержащем камеру коксования, ограниченную торцевыми греющими простенками, расположенную над камерой раму с направляющей втулкой, в которой с возможностью вертикального перемещения вдоль оси камеры установлен измерительный полый кварцевый шток, соединенный с механическим или электрическим преобразователем линейного перемещения и со вторичным прибором, камера коксования разделена вертикальными съемными перфорированными перегородками из легкосгораемого материала на секции, в каждой из которых расположены измерительный шток и размещенная в нем термопара, нижний конец которой неподвижно прикреплен к штоку с образованием с ним общей торцовой поверхности, а верхний соединен со вторичным прибором, который выполнен в виде регистратора температурных изменений, причем верхний конец штока снабжен наконечником с грузом для удержания штока на поверхности монослоя угля и соединенным с ним контргрузом.

Разделение коксующейся массы угля перфорированными перегородками из легкосгораемого материала на два и более монослоя и снятие характеристик с каждого из них повышает точность анализа и более полно моделирует процессы слоевого коксования.

Перегородки выполнены перфорированными для дифундирования летучих продуктов коксования углей.

Кварцевые штоки с термопарами устанавливаются на выделенные монослои угольной массы таким образом, чтобы их поверхности только соприкасались, исключая влияние массы штока при измерении линейной усадки кокса. Для этого штоки снабжены контргрузом, вес которого регулируется в зависимости от марок углей и состава шихт.

Совмещение термопары с измерительным штоком дает возможность одновременного замера температурных изменений и линейной усадки в одной и той же точке коксующегося массива. При этом исключаются погрешности определяемых параметров и повышается точность моделирования процесса слоевого коксования.

На фиг. 1 изображена лабораторная печь для моделирования процесса слоевого коксования.

Лабораторная печь 1 имеет два греющих простенка 2, образующих камеру коксования 3, разделенную вертикальными перфорированными перегородками 4 из легкосгораемого материала на секции 5. В крышке печи над центром секции выполнены отверстия, в которые вставлены направляющие втулки 6 для измерительных кварцевых полых штоков 7, установленных на раме 8. В отверстиях измерительных штоков 7 помещены термопары 9, нижние концы которых неподвижно прикреплены к штокам, образуя с ними общую торцовую поверхность, верхние концы термопар соединены с регистрирующим прибором 10. Верхние концы измерительных штоков 7 снабжены металлическими наконечниками 11 с грузом 12 и соединены с системой механических 13 и электрических 14 преобразователей линейных перемещений штоков и передачи их на регистрирующий прибор 10. Каждый измерительный шток 7 снабжен металлическим наконечником 11 с грузом 12 для удержания штока на поверхности монослоя угля и соединенным с ним контргрузом 15.

Лабораторная печь работает следующим образом. Угольная шихта загружается в секции 5 камеры коксования 3, разделенные вертикальными перфорированными перегородками 4 из легкосгораемого материала, образуя элементарные угольные монослои. На выделенные испытуемые монослои через отверстия в крышке печи и направляющие втулки 6 устанавливаются измерительные полые кварцевые штоки 7, внутри которых помещаются термопары 9, защищенные спаи которых совместно со штоком соприкасаются с угольными монослоями. Обогрев коксовой лабораторной печи осуществляется автоматически со скоростью подъема температуры 3^oC/мин до 1000^oC. Процесс коксования углей сопровождается объемными изменениями угольной массы, обусловленной уплотнением ее за счет испарения влаги, вспучивания и усадки при переходе углей с пластического состояния в полукокс и затем в кокс. Эти линейные изменения в последуемых монослоях угольной загрузки воспринимаются кварцевыми штоками и через систему преобразователей передаются на регистрирующий прибор 10. На ленте самописца получаем графическое изображение в виде кривых динамики и величины объемных изменений поверхности монослоя, а также одновременную регистрацию в той же точке в виде кривых температурного изменения в каждом коксуемом слое угля. По окончании опыта (полного периода коксования и охлаждения) из камеры коксования лабораторной печи извлекают образцы кокса, которые в дальнейшем подвергают определениям параметров, характеризующих его качество (трещиноватость, механическую и структурную прочность, а также гранулометрический состав), которые затем рассматривают в совокупности с динамикой и величиной усадки, а также изменениями температурного режима коксования.

Зависимости взаимосвязей измеряемых параметров образования и прочностных характеристик полученного кокса видны на фиг. 2 - 6. Изменения названных параметров коксообразования угольной шихты Баглейского КХЗ. На фиг. 2 приведены кривые изменения температуры и усадки по шести выбранным слоям коксуемого массива. Обозначения номеров позиций 1 - 6 начинаются от первого слоя (секции) у греющей стенки и далее в глубь загрузки. Над кривыми усадки (позиции 1 - 6) этих слоев буквой L обозначены величины трещиноватости их кокса на площадь (м/м²), обусловленные зависимостью усадки в коксуемом массиве угля. Зависимость усадки от температуры коксования приведена на фиг. 3, а зависимость изменения трещиноватости кокса от его усадки - на фиг. 4. На фиг. 5 показана зависимость прочностных показателей полученного кокса (дробимость - 1, истираемость - 2) от его трещиноватости, а на фиг. 6 - изменение прочности пористого тела кокса (структурной прочности по ГОСТ 9521-74) от трещиноватости.

Таким образом, из приведенных данных по выявленным взаимосвязям процессов при моделировании слоевого коксования и прочностью полученного кокса видно, что с помощью новой конструкции предложенной печи определяются одновременно в одной и той же точке коксующегося массива показатели температурных и линейных изменений (усадки), которые обусловливают и величину трещиноватости в коксуемом массиве и находятся в прямой зависимости с прочностью получаемого кокса (фиг. 2 - 6), а также повышают точность анализа и достоверность моделирования процессов слоевого коксования.

В предлагаемой коксовой печи по сравнению с известной более точно моделируется процесс образования металлургического кокса. Это обеспечивает выдачу точной информации, необходимой углеподготовительным и коксовым цехам при изменении сырьевой базы коксования завода.

Формула изобретения

Лабораторная печь для моделирования процесса слоевого коксования, содержащая камеру коксования, ограниченную торцевыми греющими простенками, расположенную над камерой раму с направляющей втулкой, в которой с возможностью вертикального перемещения вдоль оси камеры установлен измерительный полый кварцевый шток, соединенный с механическим или электрическим преобразователем линейного перемещения и с вторичным прибором, отличающаяся тем, что камера коксования разделена вертикальными съемными перфорированными перегородками из легкосгораемого материала на секции, в каждой из которых расположены измерительный шток и размещенная в нем термопара, нижний конец которой неподвижно прикреплен к штоку с образованием с ним общей торцевой поверхности, а верхний соединен с вторичным прибором, который выполнен в виде регистратора температурных изменений, причем верхний конец штока снабжен наконечником с грузом для удержания штока на поверхности монослоя угля и соединенным с ним контргрузом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6