Павлов В.И. Метрология, стандартизация и управление качеством продукции(для угольной промышленности)

Подождите немного. Документ загружается.

Лекция №6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПО

ИСПОЛЬЗОВАНИЮ УГЛЕЙ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИХ

КАЧЕСТВУ

Коксование термическая обработка каменных углей определенных ма-

рок в коксовых печах без доступа воздуха при температуре 800 - 1200°С. для

коксования подготавливают шихту из обогащенных малозольных углей не-

скольких марок. При подготовке шихты для коксования учитывают коксуе-

мость (пластометрические показатели), выход летучих веществ, массовую

долю серы и другие свойства отдельных углей.

При коксовании получают кокс, смолу и газ. Кокс используют в основ-

ном для доменного производства, смолу - для химической переработки в со-

ответствующие продукты, коксовый газ - для отопления коксовых, мартенов-

ских и других промышленных печей, а также поставляют для коммунально-

бытовых нужд.

Полукоксование - термическая обработка каменных углей без доступа

воздуха при температуре 500 - 550°С в камерных ретортных печах с внешним

или внутренним подогревом. При полукоксовании получают следующие

продукты: полукокс, который применяется при производстве генераторного

или водяного газа, а также в шихте для коксования; смолу, используемую для

получения светлых продуктов; высококалорийный газ, являющийся сырьем

для химической промышленности и применяющийся для газификации про-

мышленных и бытовых установок.

Газификация - получение искусственного горючего газа из угля и ан-

трацита путем неполного окисления воздухом (кислородом, водяным паром)

при высокой температуре в газогенераторах. Основным продуктом газифи-

кации антрацита является газ, а при газификации бурых и каменных углей -

газ и смола.

Генераторный газ применяется для сжигания в печах, в металлургиче-

ской, машиностроительной, стекольной, керамической и других отраслях

промышленности.

Угли и антрациты, применяемые для газификации, должны иметь по-

вышенную механическую прочность, низкие зольность и массовую долю се-

ры.

Производство цемента. Цемент представляет собой тонкоизмельчен-

ную смесь клинкера с различными активными (доменный шлак, гипс) и

инертными (известь, песок) добавками. Клинкер — продукт спекания угля с

сырьевой шихтой, которая состоит из известково-магнезиальных и глини-

стых пород, обогащенных оксидом железа. Клинкер получают обжигом ших-

ты во вращающихся печах при температуре 1450°С.

Обжиг известняка производится при температуре 1ООО—1200°С в

шахтно-пересыпных, кольцевых и шахтных печах с выносными полугазовы-

ми топками. для обжига извести в шахтных печах с выносными полугазовы-

ми топками используют сортовые слабоспекающиеся каменные и бурые угли

с небольшим содержанием мелочи.

Производство порошкообразных углещелочных реагентов. Эти реаген-

ты применяют при бурении скважин для добычи жидкого и газообразного

топлива и скважин большого диаметра при проходке шахтных стволов.

Гидрирование - процесс получения искусственного жидкого топлива

насыщением угля водородом под высоким давлением при температуре 300

результате гидрирования содержание углерода и водорода доводится до

нужного соотношения. Для гидрирования используют угли марок Г и Д золь-

ностью до 6% с содержанием углерода не более 85%, водорода до 4.

Сульфоуголь получают в результате специальной обработки. Применя-

ется он в водоочистительных установках электростанций, городских водо-

очистительных станций и для специальных производств. Для производства

сульфоугля используют донецкие угли марок К и ОС.

Кузнечные работы. Для кузнечных работ пригодны спекающиеся угли

марок Ж и К с небольшими зольностью и массовой долей серы, а также ан-

трацит крупностью более 13 мм, обладающий высокими термостойкостью и

механической прочностью.

Производство карбида кальция, карбида кремния, электрокорунда.

Карбид кальция получают в электропечах сплавлением шихты из антрацита и

извести. Используется он для получения ацетиленового газа для сварочных

работ, а также при производстве резины.

Карбид кремния получают в электропечах посредством сплавки специ-

альной шихты с добавлением антрацита. Применяется для изготовления осо-

бо твердых абразивных изделий и инструментов.

Электрокорунд получают плавкой глинозема с антрацитом в электро-

печах. Применяется как абразивный и огнеупорный материал, а также ис-

пользуется для изготовления литейных форм, стержней и т. д.

Термоантрацит получают термической обработкой крупных классов

антрацита с минимальными зольностью, массовой долей серы, фосфора, вы-

хода летучих веществ. Используется для производства электродов и в литей-

ном производстве.

Литейное производство. Для литейного производства кроме кокса и

термоантрацита применяется и натуральный крупный антрацит, обладающий

повышенной механической прочностью и термической стойкостью, с плот-

ной структурой без

В литейном производстве в качестве составной части формовочной

земли используют отсевы спекающихся углей с ограниченными зольностью

и массовой долей серы.

Агломерация (окускование) руд производится путем спекания мелких

классов руды в смеси с антрацитовым штыбом, тощим углем, мелкими фрак-

циями кокса.

Заполнение фильтров. Для заполнения механических фильтров водо-

очистки на тепловых электростанциях и городских водопроводных станциях

применяют антрацитовую крошку размером частиц от 0,8 до 2 мм с зольно-

стью до 10% и с массовой долей серы до 2%. Для приготовления крошки, ис-

пользуют антрацит, обладающий высокой механической прочностью.

Использование углей для энергетических целей. Угли, поставляемые

для энергетических целей, сжигают с целью получения тепла, для производ-

ства электрической и механической энергии, отопления производственных,

общественных и жилых помещений и других потребностей народного хозяй-

ства.

Сжигание угля может проводиться в стационарных, транспортных и

полустационарных топочных установках различного типа и мощности.

По способу сжигания углей топочные устройства можно разделить на

три основных вида: топки для сжигания угля в слое; камерные топки для

сжигания угля в пылевидном состоянии; факельно-слоевые топки (смешан-

ное сжигание) и сжигание в кипящем слое.

Слоевые топки в зависимости от их конструкции подразделяют на топ-

ки с ручным обслуживанием и с полной или частичной механизацией топоч-

ного процесса (с неподвижным слоем угля, с движущимся слоем угля, с дви-

жущейся решеткой, с каскадными решетками)

Пылеугольные камерные топки на электростанциях подразделяют на

топки с раздельным размолом угля (вне топки) в шаровых или других мель-

ницах и шихтомельничные топки с молотковыми мельницами, встроенными

в подтопочную шахту. Для энергетического использования направляют в ос-

новном угли, не используемые для производства кокса и других технологи-

ческих целей. Выбор топлива для энергетического использования (марка,

сорт, показатели качества) зависит от конструктивных особенностей топок и

конкретного вида использования (слоевое, пылевидное сжигание, сжигание в

топках паровозов, морских и речных судов, энергопоездов и др.),

При выборе топлива для определенного вида использования должны

учитываться его физико-химические свойства и предъявляемые к нему тре-

бования, обусловленные необходимостью получения максимального техно-

логического и экономического эффекта.

Лекция №7

7.1. Петрографические характеристики качества угля

Петрографические исследования проводят для оценки качества углей и

их классификации по генетическим и технологическим параметра, а также

при выборе наиболее рациональных путей использования в народном хозяй-

стве. Сущность исследования состоит в определении органических микро-

компонентов и минеральных примесей в соответствии с номенклатурой и их

подсчете в аншлифбрикетах в отраженном свете. Микрокомпоненты объе-

диняют в группы по их показателю отражения, цвету, структуре и микро-

рельефу, которые выявляются сравнением отдельных микрокомпонентов

между собой.

На проточных водах (берега рек, озер, морей) формировалась болоти-

стая местность. Деревья, водоросли, растения, падали в воду и без доступа

кислорода разлагались (гнили). Одновременно с уплотнение под весом верх-

них слоёв происходил процесс обезвоживания, торфообразования. Таков ис-

точник гумусовых углей - большинство углей Донбасса.

Сапропелевые угли образовывались из микроорганизмов, микроводо-

рослей (планктона) в стоячих водах в результате гнилостного брожения. По-

этому сапропелевые угли имеют более мелкую плотную структуру, содержат

больше водорода и летучих веществ.

Органические микрокомпоненты в каменных углях выделяют органи-

ческие микрокомпоненты шести групп: витринита, семивитринита, инер-

тинита, липтинита, альгинита, микстинита.

При сравнении отдельных микрокомпонентов за эталон показателя от-

ражения и рельефа для каменных углей принимают компоненты группы вит-

ринита, а для бурых углей компоненты группы гуминита. Петрографический

состав каменных углей определяется по ГОСТ 9414- а бурых — по ГОСТ 121

12—78.

Группа витринита (Уг). Компоненты этой группы имеют ровную по-

верхность и серый цвет различных оттенков, закономерно изменяющийся в

зависимости от увеличения стадии метаморфизма в сторону светлых тонов.

Рельеф менее выражен, чем у других микрокомпонентов. Показатель отра-

жения в воздушной среде изменяется от 7 до 10,6%, в иммерсионном масле

от 0,50 до 2,51%. Микротвердость зависит от степени углефикации, исходно-

го материала и условий его превращения и изменяется от 196,1 до 343,1 1-

1/мм

Компоненты группы витринита с показателем отражения от 0,64 До

1,85% переходят в пластическое состояние. При этом поведение их в процес-

се коксования и спекаемость зависят также от степени углефикации. Группа

витринита включает два микрокомпонента: коллинит и телинит.

Коллинит (У бесструктурная гелифицированная основная масса, це-

ментирующая все другие микрокомпоненты и минеральные вещества.

Телинит (У - растительные фрагменты гелифицированных тканей раз-

личной степени сохранности клеточного строения. Часто также встречаются

участки телинита с клеточной структурой невидимой до травления.

Группа инертинита Эта группа характеризуется высоким показателем

отражения и резко выраженным микрорельефом. Цвет изменяется от белого

до желтого. Микротвердость изменяется от 490,2 до 2254,9 Н/мм. Микро-

компоненты этой группы не переходят в пластическое состояние и не спека-

ются на всех стадиях метаморфизма. Группа включает четыре компонента:

три структурных - семифюзинит, фюзинит, склеротинит и один

Фюзинит (з) - характеризуется наличием клеточной структуры различ-

ной степени сохранности. Цвет изменяется от желтовато-белого до желтого.

Микрорельеф хорошо выражен. Показатель отражения изменяется от 1,3 до 5

Встречается в виде обломков, фрагментов, линз или вытянутых участков раз-

личной формы и размеров.

Группа гуминита (Н) бурых углей является предшественником и анало-

гом группы витринита каменных углей. Однако группа гуминита отличает-

ся большим разнообразием своего строения, так как органическое вещество

бурых углей в процессе углефикации претерпело меньшие преобразования.

Эта группа состоит из микрокомпонентов которые образовались в основ-

ном из лигнина и целлюлозы. Микрокомпоненты группы гуминита в отражен-

ном свете в иммерсионном масле имеют различные оттенки серого цвета и

ровный рельеф. В проходящем свете цвет изменяется от красного до бурова-

то-красного. Под микроскопом в зависимости от степени биохимического

разложения растительной ткани, ее механической деструкции и степени ге-

лификации выделяются три подгруппы: гумотелинита, гумодетринита, гумо-

коллинита. За эталон показателя отражения принимается гумоколлинит. По-

казатель отражения гумоколлинита в иммерсионном масле не превышает

0,49%. Микротвердость каждого микрокомпонента в зависимости от степени

углефикации изменяется от 88,2 до 245,1 Н/мм.

Лекция №8

8.1. Физические свойства углей

Наиболее важные физические свойства углей - плотность угольного

вещества и минеральных примесей, пористость, механическая прочность,

термическая и термохимическая стойкость, тепловые, электрические свой-

ства и т. д.

Плотность. Для дисперсных и пористых тел, к которым относятся уг-

ли, различают действительную, кажущуюся и насыпную плотности.

Действительная плотность представляет собой количественное вы-

ражение массы единицы объема углей без пор и трещин.

Кажущаяся плотность представляет собой количественное выражение

отношения массы пористого (натурального)тела к единице его объема.

Насыпная плотность углей является количественным выражением от-

ношения их массы к объему, заполненному свободной или неуплотненной

насыпкой, т. е. насыпкой в штабеле, вагоне, бункере или в других емкостях.

Насыпная плотность зависит от зольности, влажности, гранулометрического

состава, формы частиц и их укладки.

Пористость углей различна и зависит от стадии метаморфизма, Она

максимальна для углей средней степени метаморфизма.

Механическая прочность углей характеризуется дробимостью, хрупко-

стью, твердостью, временным сопротивлением сжатию, а также термоус-

тойчивостью (для антрацитов).

Дробимость углей показывает их способность сопротивляться разру-

шению под действием напряжений, передаваемых углям непосредственно

дробящими устройствами (молотками, шарами, зубьями и

т. п.). Количественно дробимость выражается удельной работой, затраченной

на образование новой поверхности, или отношением размеров кусков углей

до и после дробления. Дробимость углей различной стадии метаморфизма

резко изменяется. Она увеличивается по мере перехода к углям средней ста-

дии метаморфизма.

Хрупкость углей свойство разрушаться при механичёском воздействии

на них без применения специальных дробящих тел и устройств (молотков,

шаров и др.). Для определения хрупкости уголь испытывают в закрытых

стальных барабанах без дробящих элементов.

Твердость характеризует способность углей противодействовать про-

никновению в них другого, более твердого тела. Твердость каменных углей

по шкале Мооса изменяется от 2 до 5. В СНГ для определения крепости

(прочности) углей применяют метод толчения, разработанный М. М. Прото-

дьяконовым.

Угли характеризуются также мокротвердостью, которую определяют

по отпечатку алмазной пирамидки, вдавливаемой в уголь под постоянной на-

грузкой, выраженной в ньютонах на квадратный миллиметр.

Упругие свойства углей характеризуются временным модулем упруго-

сти Юнга, который можно определить статичестким методом (сопротивлени-

ем изгибу или сжатию), а также динамическим - наложением механических

вибраций.

Оптическое свойства - цвет, блеск, прозрачность, преломление света,

отражательная способность тесно связаны с молекулярной структурой орга-

нического вещества углей и закономерно изменяются в зависимости от изме-

нения этой структуры под влиянием факторов метаморфизма.

Отражательная способность - одна из наиболее важных оптических

характеристик, применяемых для определения компонентов углей. Она изме-

ряется отношением отраженного света к падающему. Различные по петро-

графическому составу микрокомпоненты углей имеют различную отража-

тельную способность, возрастающую от липтинита к витриниту и инертини-

ту.

Термическая стойкость - свойство углей не разрушаться при нагрева-

нии; уменьшается с увеличением содержания в углях гигроскопической вла-