RU2105031C1

RU2105031C1 - Laboratory oven for modelling the process of laminar coking

Info

Publication number: RU2105031C1
Application number: RU92006490A
Authority: RU
Inventors: Антон Юрьевич Мельничук; Виталий Михайлович Гуляев; Лариса Ивановна Хиль
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Металлург"; Днепродзержинский Индустриальный Институт Им.М.И.Арсеничева
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1992-11-16
Publication date: 1998-02-20

Abstract

FIELD: modelling of the process of laminar coking. SUBSTANCE: oven has coking chamber confined by end face heating walls 2. Coking chamber 1 is separated by vertical removable perforated partitions 4 from readily combustible material into sections 5. Each section accommodates hollow quartz measuring rod 7 accommodating thermocouple 9 whose lower end is fixed to rod 7 to form common end face, and upper end is connected with instrument 10 made in the form of temperature fluctuations recorder. Each rod 7 has end piece 11 with weight 12 for holding the rod on surface of coal monolayer and connected with it by means of counterweight 15 and connected with system of mechanical and electrical converters 13 and 4 of linear motion and transmission to recording instrument 10. EFFECT: higher efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к печам для лабораторных целей, а более конкретно к коксовым печам для исследования процесса слоевого коксования. The invention relates to furnaces for laboratory purposes, and more particularly to coke ovens for studying the process of layer coking.

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. Known laboratory horizontal chamber furnace for modeling processes of layer coking [1], containing a coking chamber with heating piers, one or a number of temperature sensors that measure the temperature in the volume of the coke oven.

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. According to the invention, the width of the plastic region is measured by the temperature distribution in the furnace, i.e. temperature is measured at tightly consecutive distances from the chamber wall to the middle of the chamber. The temperature values obtained in this case are compared with the set temperature values, which determine the minimum width of the plastic region. Temperature measurements are carried out by placing protective tubes in prepared places in the filled furnace, into which thermocouples are introduced during coking. The design of the chamber furnace does not provide for the measurement of such a parameter as linear shrinkage of the coke layer, by which it is possible to judge the quality of coke in the future.

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. Known plastometric apparatus [2], containing a glass placed in a refractory body, a needle, which determines the thickness of the plastic layer. From time to time (every 10 minutes) the coal load is pierced with a needle and the level of finding the boundaries of the plastic layer in the coal charge is estimated by the effort spent piercing the needle. The measured points draw a graph of the movement of the plastic layer in the coal mound of the plastometric cup. The plastometric apparatus contains a thermocouple lowered in an iron case to the bottom of the glass, with which the softening and solidification temperatures of coal can be determined at the boundaries between the plastic layer and coal and between the plastic layer and semicoke.

Особенностью пластометрического аппарата является то, что из-за технического несовершенства, громоздкости рычага, он совершенно непригоден для измерения линейной усадки кокса. A feature of the plastometric apparatus is that due to technical imperfection and cumbersomeness of the lever, it is completely unsuitable for measuring the linear shrinkage of coke.

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. Closest to the proposed one is an electric furnace [3] containing a cassette in which coal is placed. The furnace is equipped with a quartz rod, which passes through the upper layer of coal loading, an opening in the cassette and the furnace and is connected to a measuring unit, with the help of which it is automatically recorded on a secondary recording device measuring the height of the monolayer during the experiment. The change in monolayer height determines the dynamics of coke shrinkage in time. However, the device does not provide for measuring the temperature gradient in conjunction with the linear shrinkage of coke at the same point in the coked mass. This leads to errors in determining the strength properties of coke and modeling the process of layer coking.

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. The proposed technical solution is aimed at improving the accuracy of the analysis when determining the strength of coke and the reliability of modeling processes of layer coking. This is achieved by the fact that in a laboratory furnace for modeling the process of layer-by-layer coking, containing a coking chamber bounded by end heating walls, a frame with a guide sleeve located above the chamber, in which a hollow measuring quartz rod is connected with a mechanical or with an electric linear displacement transducer and with a secondary device, the coking chamber is divided by vertical removable perforated partitions from l combustible material on sections, in each of which there is a measuring rod and a thermocouple placed in it, the lower end of which is fixedly attached to the rod with the formation of a common end surface with it, and the upper one is connected to a secondary device, which is made in the form of a temperature change recorder, the upper the end of the rod is equipped with a tip with a load to hold the rod on the surface of the coal monolayer and the counterload connected to it.

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. The separation of the coking mass of coal by perforated partitions from easily combustible material into two or more monolayers and taking characteristics from each of them increases the accuracy of analysis and more fully simulates the processes of layer coking.

Перегородки выполнены перфорированными для дифундирования летучих продуктов коксования углей. The partitions are perforated to diffuse volatile products of coal coking.

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. Quartz rods with thermocouples are installed on the selected monolayers of coal mass so that their surfaces only come into contact, excluding the influence of the mass of the rod when measuring linear coke shrinkage. To do this, the rods are equipped with a counterweight, the weight of which is regulated depending on the grades of coal and the composition of the charges.

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. The combination of the thermocouple with the measuring rod makes it possible to simultaneously measure temperature changes and linear shrinkage at the same point in the coking array. This eliminates the errors of the determined parameters and increases the accuracy of modeling the process of layer coking.

На фиг. 1 изображена лабораторная печь для моделирования процесса слоевого коксования. In FIG. 1 shows a laboratory furnace for modeling the process of layer coking.

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. The laboratory furnace 1 has two heating walls 2, forming a coking chamber 3, separated by vertical perforated partitions 4 of easily combustible material into sections 5. In the furnace lid above the center of the section there are holes in which guide bushings 6 are inserted for measuring quartz hollow rods 7 mounted on frame 8. Thermocouples 9 are placed in the holes of the measuring rods 7, the lower ends of which are fixedly attached to the rods, forming a common end surface with them, the upper ends of the thermocouples are connected to the register a measuring device 10. The upper ends of the measuring rods 7 are equipped with metal tips 11 with a load of 12 and are connected to a system of mechanical 13 and electric 14 transducers of linear displacements of the rods and transferring them to the recording device 10. Each measuring rod 7 is equipped with a metal tip 11 with a load of 12 for holding rod on the surface of the coal monolayer and the counterweight 15 connected to it.

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.The laboratory furnace operates as follows. The coal charge is loaded into sections 5 of the coking chamber 3, separated by vertical perforated partitions 4 of easily combustible material, forming elementary carbon monolayers. Measuring hollow quartz rods 7 are installed on selected monolayers through openings in the furnace lid and guide sleeves 6, inside of which thermocouples 9 are placed, the protected junctions of which together with the rod are in contact with coal monolayers. The coke oven is heated automatically at a rate of 3 ^o C / min to 1000 ^o C. The coking process of coal is accompanied by volumetric changes in the coal mass due to its compaction due to evaporation of moisture, expansion and shrinkage during the transition of coal from a plastic state to semi-coke and then in coke. These linear changes in the subsequent coal loading monolayers are perceived by quartz rods and transmitted to the recording device 10 through a system of converters. On the recorder’s tape we obtain a graphic image in the form of dynamics curves and the volume changes of the monolayer surface, as well as simultaneous recording at the same point in the form of temperature curves changes in each coking coal bed. At the end of the experiment (the full period of coking and cooling), coke samples are removed from the coking chamber of the laboratory furnace, which are subsequently subjected to determination of parameters characterizing its quality (fracture, mechanical and structural strength, as well as particle size distribution), which are then considered in conjunction with the dynamics and the amount of shrinkage, as well as changes in the temperature regime of coking.

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.The relationships between the measured formation parameters and the strength characteristics of the obtained coke are visible in FIG. 2 - 6. Changes in the aforementioned parameters of coke formation of the coal charge of the Bagleysky coke plant. In FIG. Figure 2 shows the curves of temperature and shrinkage for six selected layers of the coked massif. Designations of position numbers 1 to 6 begin from the first layer (section) at the heating wall and further into the depth of the load. Above the shrinkage curves (positions 1–6) of these layers, the letter L denotes the fracture values of their coke per area (m / m ² ) due to the dependence of shrinkage in the coked coal mass. The dependence of shrinkage on the coking temperature is shown in FIG. 3, and the dependence of the change in fracture of coke on its shrinkage is shown in FIG. 4. In FIG. 5 shows the dependence of the strength characteristics of the obtained coke (crushability - 1, abrasion - 2) from its fracture, and in FIG. 6 - change in the strength of the porous body of coke (structural strength according to GOST 9521-74) from fracturing.

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. Thus, from the data on the identified relationships between the processes in modeling layer-by-layer coking and the strength of the obtained coke, it can be seen that, using the new design of the proposed furnace, the temperature and linear changes (shrinkage) are determined simultaneously at the same point in the coking array, which also determine the value fractures in the coked massif and are directly related to the strength of the obtained coke (Fig. 2-6), and also increase the accuracy of the analysis and the reliability of modeling the process sov layer coking.

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. In the proposed coke oven compared with the known more accurately simulates the process of formation of metallurgical coke. This ensures the issuance of accurate information necessary for the coal preparation and coke shops when changing the raw material base of the coking plant.

Claims

A laboratory furnace for modeling the process of layer-by-layer coking, comprising a coking chamber bounded by end heating walls, a frame with a guide sleeve located above the chamber, in which a hollow measuring quartz rod is mounted with the possibility of vertical movement along the chamber axis, connected to a mechanical or electric linear displacement transducer and with secondary device, characterized in that the coking chamber is divided by vertical removable perforated lightweight partitions sprayed material into sections, in each of which there is a measuring rod and a thermocouple placed in it, the lower end of which is fixedly attached to the rod with the formation of a common end surface with it, and the upper is connected to a secondary device, which is made in the form of a temperature change recorder, the upper the end of the rod is equipped with a tip with a load to hold the rod on the surface of the coal monolayer and the counterload connected to it.