1.1.3 Качество кокса

Углерод кокса является в доменной печи химическим реагентом, участвующим в процессах прямого и косвенного восстановления железа и других элементов.

Сгорая перед фурмами доменной печи в нагретом дутье, кокс обеспечивает плавку теплом. Температура в зоне горения до 2100 °С создает условия для нормального хода процессов восстановления в рабочем пространстве печи. Кроме того, кокс разрыхляет столб шихты в печи, улучшая ее газопроницаемость. В нижней части доменной печи (в заплечиках, горне), где только кокс остается в твердом состоянии, создается подвижная коксовая насадка, воспринимающая значительную часть веса столба шихтовых материалов. С учетом сказанного к качеству кокса предъявляются весьма жесткие требования.

Влажность готового кокса, зависящая от режима тушения, не превышает 5 %. Минимальную влажность (0,1—0,5 %) получают при сухом тушении кокса, когда вместо заливки водой охлаждение ведется в токе азота.

Зольность кокса оказывает влияние на выход доменного шлака и прочность кокса. Считается, что каждый 1 % увеличения зольности приводит к снижению производительности доменных печей на 1—2 % и повышению удельного расхода кокса на 1,2—2,0 %.

В Советском Союзе повышенной зольностью характеризуется кокс из карагандинских углей. Содержание SiO₂ + А1₂О₃ в золе кокса достигает 70—80 %. Зола кокса имеет существенно кислотный характер, т. е., присоединяясь к шлаку в горне доменной печи, понижает его основность.

При коксовании приблизительно половина серы, входящей в угле в состав пирита, уходит с коксовым газом главным образом в составе сероводорода. Сульфатная сера переходит частично в троилит (FeS). Часть сульфидной серы вымывается водой при тушении готового кокса. В среднем содержание серы в коксе на 18—20 % меньше, чем в угольной шихте. Исследования минералогического состава донецкого кокса позволили установить, что 17,9—22,7 % серы кокса входит в состав сульфидов, 1,6—7,3 % — в состав сульфатов, 71,3—76,7% —в структуру собственно угольного вещества («органической» серы). Содержание серы в донецком коксе в 2—3 раза выше, чем в кузнецком. Высокая сернистость донецкого кокса приводит к необходимости работы с высокоосновными вязкими шлаками, обессеривающая способность которых высока, и к ухудшению хода доменных печей с соответствующим снижением технико-экономических показателей плавки. Считается, что при увеличении содержания серы в коксе на 0,1 % удельный расход кокса в среднем возрастает на 1—1,4 %.

Содержание остаточных летучих веществ в коксе зависит от температуры и продолжительности коксования. По советским стандартам, содержание летучих в коксе не должно превышать 1,5 %. Одной из наиболее важных характеристик кокса является также содержание в нем 83—88 % нелетучего углерода (в расчете на рабочее топливо).

К физико-химическим характеристикам кокса относятся его горючесть и реакционная способность. Горючесть кокса определяется скоростью взаимодействия его вещества с кислородом. До сих пор не существует единой точки зрения по вопросу о влиянии горючести кокса на показатели доменной плавки. Так, Копперс (1931 г.) считал, что высокая горючесть кокса предопределяет повышенные технико-экономические показатели работы доменных печей. В работах Банзена (1926 г.), наоборот, отмечались высокие скорости горения кокса любой горючести перед фурмами и предпочтение отдается коксу с пониженной горючестью. Современные представления о влиянии величины окислительных зон перед фурмами доменной печи на совершенство хода в большой мере согласуются со взглядами Банзема. Согласно этим представлениям снижение горючести кокса увеличивает размер окислительных зон, облегчая опускание шихты в печи.

Реакционная способность кокса определяется величиной константы скорости его взаимодействия с двуокисью углерода при 1100 °С. Промышленными опытами, проведенными в ФРГ, показано, что доменный кокс пониженной реакционной способности в меньшей степени реагирует с двуокисью углерода и в шахте доменных печей. Понижение реакционной способности кокса во всех случаях приводило к снижению удельного расхода кокса и повышению производительности печей.

По внешнему виду хороший кокс отличается столбчатой структурой, серебристым блеском поверхности куска. Хороший кокс не пачкает рук. Прочность кокса по ГОСТ 8929—65 определяется путем обработки пробы кокса (50 кг, фракции >60 мм) во вращающемся глухом барабане (диаметр 1 м, длина 1 м, скорость вращения 25 об/мин, время обработки 4 мин). Внутри барабана к рабочей поверхности приварены четыре уголка, усиливающие разрушение кусков кокса при вращении барабана. Показателями прочности кокса являются выходы фракций >25 мм (М₂₅) и <10 мм (М₁₀) после барабанного испытания.

По пористости (45—55%) кокс занимает промежуточное положение между плотным каменным (1—10%) и древесным (75—85 %) углями. Насыпная масса кокса близка к 450 кг/м³. Качество кокса во многом влияет на ход доменных печей. Прочный пористый кокс разрыхляет мелкие шихты, улучшая и газопроницаемость. Слабый в механическом отношении кокс создает угрозу замусоривания горна коксовой пылью, ухудшает сход шихты в печи, снижая ее газопроницаемость. Химический состав и влажность кокса ежесменно проверяются заводскими лабораториями. Эти данные, дополненные сведениями о показателях прочности кокса, сообщаются затем персоналу доменного цеха, использующему полученную информацию при управлении ходом доменных печей.