Основным топливом доменной плавки является кокс. Крепкий, хорошо спеченный кокс получают только из некоторых разновидностей угля - коксующегося и жирного. В каждом угольном бассейне есть все разновидности углей, которые различаются по степени химического метаморфизма. В донецком бассейне марки угля соответственно их зрелости классифицируются в такой ряд: длиннопламенные (Д), газовые (Г), жирные (Ж), коксующиеся (К), отощенные спекающиеся (ОС), тощие (Т), антрацит (А).

Содержание углерода в горючий массе угля зависит от степени метаморфизма. Самый молодой уголь - длиннопламенный - имеет содержание углерода 76-79 %, а самый старый антрацит - 93-95 %.

Включениями в угле бывают разные минералы: кварц, глинистые минералы, пирит, глинозем, кальцит и др. Общее содержание минеральных компонентов характеризует зольность угля. Минеральные примеси в угле бывают свободные и связанные. Последние труднее всего удаляются при обогащении.

Зольность угля изменяется в широких пределах и не зависит от степени их метаморфизма. Золы в угле должно быть по возможности меньше, потому что она уменьшает его теплотворную способность. Еще более вредной для окружающей среды примесью в угле, чем зола, является сера.

Сера в угле бывает органической - это составная часть микро­организмов, и минеральной - это пирит и частично сульфатные соединения - CaS04, FeS04. Содержание органической серы колеблется в пределах 0,3-1,2%, сульфатной - не превышает 0,15%. Содержание серы зависит от условий среды, в которой накапливался угольный пласт: в угле Донбасса оно достигает 3-4%.

Установлено, что спекающейся уголь Донбасса теряет серу при нагревании тем более, чем больший выход летучих веществ. От общего содержания серы во время коксования теряется (%): для угля газового 50-60, жирного - 35-45, коксующегося - 25-35, тощего - 15-20.

23

В среднем для коксовой шихты степень обессеривания равняется 35-40%, то есть в кокс переходит около 60-65% серы угля. Если выход кокса составляет в среднем 77%, то содержание серы в коксе будет равняться приблизительно 82% от содержания серы в угле.

Фосфор в угле связан с минеральными примесями. Он почти полностью остается в коксе - температура коксования недостаточна для восстановления фосфорных соединений. Поэтому для производства малофосфорного кокса (0,1-0,015 % Р) нужно специально подбирать уголь. Содержание фосфора в угле Донецкого бассейна в среднем составляет 0,005-0,02%.

В соответствии с элементарным составом органической массы определяется теплотворная способность горючих ископаемых. Она может быть рассчитана по формуле:

QUUi = 81С + ЗОО//-26(0-У)ккал /кг (1.2)

где С, Н, О, S - содержание углерода, водорода, кислорода и серы в органической массе.

Теплотворность горючих ископаемых в ряду от торфа к каменному углю средней степени метаморфизма растет по мере уменьшения содержания в них кислорода и увеличения содержания углерода, а затем от них к антрациту снижается от уменьшения содержания в них летучих (водорода) (табл. 1.5 и рис. 1.1).

Пригодность углей для производства кокса оценивается их спекаемостью и коксуемостью. Спекаемостъ угля - это свойство размягчаться при нагревании без доступа воздуха, переходить в пластичное состояние в пределах температур 350-450 °С и образовывать твердый спеченный кусок. Она определяется при коксовании угля в тигле в виде навески тонкомолотого порошка. Величина необходимого усилия для раздавливания характеризует степень спекаемости угля.

Коксуемость - это свойство угля при нагревании без доступа кислорода образовывать кокс. Коксуемость определяют методом лабораторного коксования в специальной установке с одновременной фиксацией разных эффектов - изменения объема угля, разницы температур размягчения и затвердевания угля, изменения температуры по высоте загрузки.

1» 20 п 40

В клал a try ч*х, %

Рис. 1.1 Изменение теплотворности угля по мере метаморфизма

Основными показателями промышленной классификации угля и антра­цита приняты: для каменного угля - выход летучих веществ на горючую массу и спекаемость, выраженную толщиной пластичного слоя, для антрацита - выход летучих и низшую теплоту сгорания.

Антрацит классифицируется на две марки: собственно антрацит (А) с выходом летучих на горючую массу менее 0,22 м3/кг и теплотой сгорания 8350 ккал/кг и полуантрацит (ПА) с выходом летучих 0,22-0,23 м3/кг и теплотворностью более 8350 ккал/кг.

Каменный уголь распределяют на 10 технологических марок:

Подготовка угля к коксованию состоит из технологических операций складирования, усреднения, грохочения, обеспыливания и дешламации, измельчения и обогащения в тяжелых суспензиях, отсадкой и флотацией.

Антрацит и энергетический уголь измельчают для добавок в агломерационную шихту, в окатыши и для сжигания в пылевидном состоянии в котлах электростанций.

Как заменители металлургического кокса широко используют природный и коксовый газы. Природный газ имеет содержание метана СН4 92-94%, тяжелых углеводородов типа CmHn 0,5-5% и другие газы - углекислый, азот. Особенностью его использования является то, что он от месторождения идет под давлением, достаточным для вдувания через фурмы в доменную печь без специальных газодувок.

Коксовый газ имеет содержание 55-60% Н2, 24-28% СН4, 6-8% СО, 3-7% N2, 2-4% CmHn и 2-4% С02. Для вдувания его в доменную печь необходимы специальные компрессоры для повышения его давление до 0,4-0,5 МПа. Он нуждается в очистке от пыли, смолы и серы.

Мазут - это тяжелый остаток прямой перегонки и крекинга нефти. Горючая масса его имеет содержание 84-88% С, 10-11% Н2, 0,7-4% S и 0,8% (02+ N2). Используемые мазуты имеют 0,3% золы и 3-9% влаги. В зависимости от вязкости мазуты распределяются на марки М-40, М-100, М-200. Температура их воспламенения 90-140 °С. Подается мазут в доменную печь через фурмы насосами.

Пылевидное топливо - это уголь, молотый до крупности, которая позволяет подавать его в доменную печь пневмотранспортом. Угольно­мазутная суспензия используется для уменьшения абразивного действия пыли и облегчения ее транспорта по трубам с помощью обычных мазутных насосов.