Index of /rozprawy2/11371

Pełen tekst

(1)AKADEMIA GÓRNICZOHUTNICZA im. Stanisława Staszica w Krakowie. Wydział Energetyki i Paliw. Rozprawa doktorska. Wpływ czynników surowcowych i operacji ubijania wsadu na wytrzymałość mechaniczną ubitego naboju węglowego i jakość otrzymanego koksu Influence of raw material properties and stamping operation on the mechanical strength of stamped coal cake and the quality of obtained coke. mgr inż. Michał Rejdak Dziedzina:. Nauki techniczne. Dyscyplina:. Technologia chemiczna. Promotor:. Dr hab. inż. Andrzej Strugała – prof. AGH. Promotor pomocniczy:. Dr inż. Aleksander Sobolewski. Kraków 2018.

(2) Składam serdeczne podziękowania Promotorowi - Panu prof. dr hab. inż. Andrzejowi Strugale, za wyrozumiałość, poświęcony czas, wsparcie merytoryczne i cenną pomoc podczas realizacji pracy Składam również serdeczne podziękowania Panu dr inż. Aleksandrowi Sobolewskiemu – Promotorowi pomocniczemu, Dyrektorowi Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, za cenną pomoc oraz umożliwienie realizacji pracy doktorskiej Niniejszą pracę dedykuję wszystkim moim bliskim, a w szczególności moim Rodzicom, dzięki którym miałem możliwość kształcić się i zdobywać wiedzę, mojej Żonie Elizie, za wsparcie, cierpliwość i motywację oraz moim synom Mieszkowi i Tymonowi. Dziękuję również wszystkim tym, bez których obecności i pomocy, ta praca nie mogłaby powstać.

(3) Oświadczam świadomy odpowiedzialności karnej za poświadczenie nieprawdy, że niniejszą pracę wykonałem osobiście i samodzielnie i że nie korzystałem ze źródeł innych niż wymienione w pracy. Kraków, 25 czerwca 2018 …………………………………… Podpis autora pracy.

(4) Praca doktorska została zrealizowana w ramach projektu kluczowego nr POIG.01.01.02-24-017/08 "Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki" dofinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego..

(5) Spis treści. 5. Spis treści Str. Wykaz stosowanych symboli i oznaczeń………………………………………...... 8. 1. Wprowadzenie……………………………………………………………….... 13. 2. Teza i cele realizacji pracy……………………………………………………. 17 2.1. Uzasadnienie podjęcia tematu…………………………………………. 17. 2.2. Teza i cele pracy……………………………………………………….. 19. 3. Studium literaturowe………………………………………………………….. 21 3.1. Operacja ubijania wsadu węglowego – rys historyczny……………….. 3.2. Charakterystyka. technologiczna. operacji. ubijania. 21. wsadu. węglowego……………………………………………………………... 22. 3.3. Trendy rozwoju operacji ubijania wsadu………………………………. 27. 3.4. Czynniki kształtujące jakość koksu……………………………………. 34. 3.5. Wybrane wskaźniki stosowane do oceny jakości koksu………………. 40. 3.6. Parametry charakteryzujące gęstość złoża koksowniczej mieszanki węglowej……………………………………………………………….. 42. 3.7. Wpływ gęstości wsadu węglowego na parametry jakościowe koksu….. 44. 3.8. Wybrane funkcje matematyczne opisujące rozkład uziarnienia koksowniczej mieszanki wsadowej……………………………………. 50. 3.9. Wpływ wybranych czynników na gęstość i wytrzymałość ubitego wsadu węglowego…………………………………………………….... 52. 3.10 Urządzenia i metodyka stosowana w laboratoryjnych badaniach operacji ubijania wsadu………………………………………………... 57 3.11 Wytyczne dla realizacji części doświadczalnej pracy wynikające z przeprowadzonej analizy literaturowej……………………………….... 60. 4. Cześć eksperymentalna……………………………………………………...... 62 4.1. Koncepcja. realizacji. pracy. i. szczegółowy. program. badań. eksperymentalnych…………………………………………………….. 62 4.2. Metodyka badań i analiz………………………………………………. 4.2.1. 66. Analiza właściwości fizykochemicznych węgli i mieszanek węglowych……………………………………………………. 66.

(6) Spis treści. 4.2.2. Badania. procesu. zagęszczania. 6. węgla. i. ocena. jego. wytrzymałości mechanicznej…………………………………. 4.2.3. 4.3. 68. Badania procesu koksowania ubitych węgli i mieszanek węglowych oraz ocena właściwości otrzymanego koksu…….. 73. Metody opracowania wyników badań i ich interpretacji………………. 79. 5. Badania wpływu operacji ubijania na parametry strukturalne i jakościowe wytwarzanego koksu………………………………………………………….. 84 5.1. Cel i zakres badań…………………………………………………….... 84. 5.2. Charakterystyka badanych węgli i mieszanek wsadowych……………. 85. 5.3. Badania wpływu zagęszczenia wsadu i udziału w nim węgla typu 34 na parametry mikrotekstury krystalicznej koksu określone metodą dyfraktometrii rentgenowskiej (XRD)…………………………………. 5.4. Badania wpływu zagęszczenia wsadu i udziału w nim węgla typu 34 na parametry tekstury optycznej koksu………………………………... 5.5. 90. 93. Badania wpływu zagęszczenia wsadu i udziału w nim węgla typu 34 na parametry strukturalne koksu wyznaczone metodami adsorpcji N 2 i CO2……………………………………………………………………………………………………... 5.6. 98. Badania wpływu zagęszczenia wsadu i udziału w nim węgla typu 34 na. parametry. strukturalne. koksu. wyznaczone. metodami. piknometrycznymi……………………………………………………... 103 5.7. Badania wpływu zagęszczenia wsadu i udziału w nim węgla typu 34 na parametry technologiczne koksu oznaczone wg metody NSC……... 5.8. 107. Analiza wpływu parametrów charakteryzujących strukturę i teksturę koksu na jego wskaźniki jakościowe…………………………………... 112. 6. Ocena wpływu czynników surowcowych i parametrów operacji ubijania na gęstość i wytrzymałość mechaniczną ubitego wsadu węglowego……………. 116 6.1. Badania wstępne stopnia. zagęszczenia wsadu w warunkach. przemysłowych………………………………………………………... 6.2. 116. Badania zagęszczania wsadu w warunkach laboratoryjnych………….. 117 6.2.1. Charakterystyka badanych surowców…………………………. 6.2.2. Ocena wpływu pracy ubijania na gęstość i wytrzymałość mechaniczną ubitego wsadu węglowego…………………….... 118. 120.

(7) Spis treści. 6.2.3. 7. Ocena wpływu zawartości wilgoci na gęstość wsadu i jego wytrzymałość mechaniczną dla wybranych węgli…………….. 125. Wpływ zawartości wilgoci, uziarnienia i pracy ubijania na gęstość i wytrzymałość mechaniczną wsadu węglowego (mieszanka czteroskładnikowa)……………………………….. 137. 7. Opis matematyczny wpływu czynników surowcowych i parametrów technologicznych na gęstość wsadu węglowego oraz jego wytrzymałość na ściskanie i ścinanie……………………………………………………………. 148 7.1. Model dedukcyjno-empiryczny dla prognozowania gęstości ubitego wsadu węglowego…………………………………………………….... 7.2. Model dedukcyjno-empiryczny dla prognozowania wytrzymałości na ściskanie i ścinanie ubitego wsadu węglowego………………………... 7.3. 148. 152. Optymalizacja parametrów surowcowych oraz procesu ubijania pod kątem uzyskania najwyższej gęstości oraz wytrzymałości na ściskanie i ścinanie ubitego wsadu węglowego………………………………….. 7.4. 155. Modele regresyjne opisujące wpływ czynników surowcowych i parametrów technologicznych na gęstość wsadu węglowego oraz jego wytrzymałość na ściskanie i ścinanie (dla pojedynczych węgli oraz mieszanki czteroskładnikowej)………………………………….... 168. Podsumowanie……………………………………………………………….... 177. Literatura…………………………………………………………………………... 185. Załączniki …………………………………………………………………………. 198. 8. Załącznik 1. Metodyka wyznaczania poprawki dla pomiaru wytrzymałości na ściskanie Sc……………………………………………….... 197. Załącznik 2. Analiza typów tekstury optycznej otrzymanych koksów…….. 201. Załącznik 3. Zestawienie. wyników. testów. ubijania. dla. mieszanki. czteroskładnikowej oraz pojedynczych węgli………………… 202 Załącznik 4. Zestawienie wyników optymalizacji modeli dedukcyjnoempirycznych………………………………………………….. 221. Streszczenie w jęz. polskim i angielskim…………………………………………. 225.

(8) 8. Wykaz stosowanych symboli i oznaczeń: Symbole łacińskie: a. – kontrakcja, %. a0÷ a11. – współczynniki regresji, bezw.. AI. – indeks alkaliczny, bezw.. A. d. – zawartość popiołu w stanie suchym, %. b. – dylatacja, %. bw. – współczynnik zależny od zawartości wody w mieszance, bezw.. b0÷ b2. – współczynniki regresji, bezw.. BD20. – mieszanka wsadowa o 20% zawartości węgla z KWK Budryk. BD30. – mieszanka wsadowa o 30% zawartości węgla z KWK Budryk. BD40. – mieszanka wsadowa o 40% zawartości węgla z KWK Budryk. c0÷ c2. – współczynniki regresji, bezw.. Cdaf. – zawartość węgla w stanie suchym i bezpopiołowym, %. CRI. – wskaźnik reakcyjności koksu, %. CSR. – wskaźnik wytrzymałości poreakcyjnej koksu, %. cw. – współczynnik zależny od zawartości wody w mieszance, bezw.. d. – średnica ziarna (sita), mm. d’. – średnica charakterystyczna zbioru ziaren funkcji RRSB, mm. d002. – odległość międzypłaszczyznowa dla pasma 002, nm. d1÷ d2. – współczynniki regresji, bezw.. di. – różnica między zaszeregowaniami i-tej obserwacji, bezw.. DI15015. – wytrzymałość bębnowa wg JIS, %. dmax. – maksymalna średnica ziaren występujących w mieszance, mm. dp. – odległość międzypłaszczyznowa, nm. dpr. – średnica badanej próbki, m. e0÷ e2. – współczynniki regresji, bezw.. E. – praca ubijania, J/kg. E0. – praca ubijania niezbędna do uzyskania gęstości początkowej ρd0, J/kg. F. – obliczona wartość testu F Snedecora, bezw.. Fkr. – krytyczna wartość testu F Snedecora na poziomie istotności α dla s1 oraz s2 stopni swobody, bezw.. Fmax. – wskaźnik maksymalnej plastyczności, ddpm.

(9) 9. FSI. – wskaźnik wolnego wydymania, bezw.. h. – wysokość spadku ubijaków, m. Hdaf. – zawartość wodoru w stanie suchym i bezpopiołowym, %. HGI. – indeks przemiałowości węgla wg Hardgrove’a, bezw.. HGImax. – maksymalna wartość HGI dla badanych węgli = 100, bezw. hpr. – wysokość odniesienia, hpr= 75 mm (0,075 m), m. h'pr. – wysokość badanego wsadu o wytrzymałości Sc', m. I. – zawartość inertynitu, %obj.. I10. – ścieralność koksu wg metody Irsid, %. I40. – wytrzymałość koksu metoda Irsid, %. K. – wskaźnik ubijalności, bezw.. k. – wskaźnik charakteryzujący skuteczność ubicia, bezw.. KMK. – koszt mieszanki na 1 Mg koksu suchego. Kp. – stała zależna od płaszczyzny odbicia, bezw.. kr. – współczynnik rozszerzenia dla poziomu ufności ~95%, bezw.. KSM. – koszt suchej mieszanki, zł/Mg. KWM. – koszt wilgotnej mieszanki, zł/Mg. L. – zawartość liptynitu, %obj.. La. – długość krystalitu grafitopodobnego, nm. Lc. – wysokość krystalitu grafitopodobnego wzdłuż osi krystalograficznej, nm. Lu. – liczba uderzeń ubijaka, bezw.. Lp. – długość próbobiornika, mm. m. – masa materiału ziarnistego, kg. M. – zawartość substancji mineralnej, %obj.. m0. – masa początkowa koksu, g. m1. – masa koksu po reakcji z CO2, g. M10. – ścieralność koksu wg metody Micum, %. m2. – masa klasy ziarnowej >10 mm po bębnowaniu, g. M40. – wytrzymałość koksu metoda Micum. %. mpr. – masa badanej próbki, kg. mu. – masa pojedynczego ubijaka, kg. Mw. – masa wsadu w przeliczeniu na stan suchy, kg. n. – współczynnik równomierności zbioru ziaren funkcji RRSB, bezw..

(10) 10. n0. – empiryczny współczynnik przesiania, bezw.. Ndaf. – zawartość azotu w stanie suchym i bezpopiołowym, %. no. – liczba pomiarów (obserwacji),. nu. – rząd ugięcia, bezw.. nw. – liczba współczynników w grupie, której istotność poddawana jest ocenie testem F Snedecora, bezw.. NZ. – stopień nasycenia złoża węglowego wilgocią, bezw.. Odaf. – zawartość tlenu w stanie suchym i bezpopiołowym, %. OR. – oszczędność roczna, mln zł. OT. – oszczędność na 1 Mg mieszanki, zł/Mg. P. – porowatość całkowita ziarna koksu, %. Pd. – przepad przez sito o oczku d, %. Pmax. – ciśnienie rozprężania, kPa. Qs. – wartość opałowa gazu do ogrzewania baterii koksowniczej, kJ/m3. R. – pozostałość na sicie o oczku d, %. R2. – współczynnik determinacji, bezw.. R0. – średnia przypadkowa refleksyjność witrynitu %obj.. RI. – liczba Rogi, bezw.. rs. – współczynnik korelacji rang Spearmana, bezw.. SBET. – powierzchnia właściwa BET, m2/g. s1,s2. – stopnie swobody, bezw.. Sc. – wytrzymałość na ściskanie, kPa. Sc '. – wytrzymałość na ściskanie dla wsadu o wysokości h'pr, kPa. SC(max). – maksymalna wytrzymałość na ściskanie, kPa. SDR. – powierzchnia właściwa mikroporów oznaczona na podstawie równania Dubinina-Radushkevicha, m2/g. SOdaf. – zawartość siarki organicznej (stan suchy i bezpopiołowy), %. Ss. – wytrzymałość na ścinanie, kPa. SS(max). – maksymalna wytrzymałość na ścinanie, kPa. Std. – zawartość siarki całkowitej (stan suchy), %. t1. – temperatura początku plastyczności,oC. t1 ÷ t 3. – obszar plastyczności – zakres temperatur, w których zachodzi zjawisko plastyczności, deg..

(11) 11. t3. – temperatura końca plastyczności, oC. tI. – temperatura mięknienia, oC. tII. – temperatura kontrakcji, oC. tIII. – temperatura dylatacj, oC. tk. – temperatura w kanałach grzewczych baterii koksowniczej, oC. t. – wartość statystyki t – Studenta, bezw.. tkr. – krytyczna wartość statystyki t-Studenta, bezw.. tmax. – temperatura maksymalnej plastyczności, oC. U. – uziarnienie - zawartość klasy < 3,15 mm we wsadzie węglowym, %. ue. – niepewność rozszerzona pomiaru. Uk. – uzysk koksu, %. Uw. – udział węgla gazowo-koksowego w mieszance wsadowej, %. V. – zawartość witrynitu, %obj.. Vdaf. – zawartość części lotnych w stanie suchym i bezpopiołowym, %. Vm. – całkowita objętość ciała stałego, m3. Vmezo(N2). – objętość mezoporów oznaczona z wykorzystaniem adsorpcji N2, cm3/g. Vmikro(CO2). – objętość mikroporów oznaczona z wykorzystaniem adsorpcji CO2, cm3/g. Vmikro(N2). – objętość mikroporów oznaczona z wykorzystaniem adsorpcji N2, cm3/g. Vp. – całkowita objętość wolnych przestrzeni w złożu, m3. Vt. – całkowita objętość złoża materiału ziarnistego, m3. Vtotal. – całkowita objętość porów, cm3/g. Vw. – objętość ubitego wsadu, m3. W. – zawartość wilgoci przemijającej, bezw.. w1. – współczynnik uwzględniający wpływ zawartości wilgoci, bezw.. w2. – współczynnik związany ze zwilżalnością ziaren węglowych, bezw.. w3. – współczynnik związany z uziarnieniem mieszanki węglowej, bezw.. Wi. – wskaźnik włóknistości pojedynczego typu tekstury, bezw.. wk. – średnia szerokość komory koksowniczej, m. Wopt. – optymalna zawartość wilgoci powierzchniowej, %. ws. – grubość ściany komory koksowniczej, m. Wtr. – zawartość wilgoci całkowitej, %. Wx. – średni wskaźnik włóknistości tekstury optycznej, bezw..

(12) 12. x, x1, x2, xn. – zmienne niezależne, bezw.. xi. – udział typu tekstury, %obj.. y. – zmienna zależna, bezw.. Symbole greckie:. α, β, δ. – współczynniki, bezw.. β0, β1 , β2, βn. – współczynniki regresji, bezw.. βr. – szerokość połówkowa refleksu, rad.. βr. – współczynnik korekcyjny przejścia ze skali lab. do przemysłowej, bezw.. γ. – stopień zapełnienia złoża węglowego, bezw.. γE. – zewnętrzny stopień zapełnienia złoża węglowego, bezw.. γE(max). – maksymalny zewnętrzny stopień zapełniania wsadu, bezw.. Δ. – różnica. ε. – porowatość całkowita złoża węglowego, bezw. εE. – porowatość zewnętrzna złoża, bezw. θ. – kąt padania definiowany jako kąt między wiązką promieni pierwotnych a płaszczyzną kryształu, rad.. λ. – długość fali stosowanego promieniowania, nm. λk. – współczynnik przewodzenia ciepła, kcal/mhK. ρapp. – gęstość pozorna, g/cm3. ρB. – gęstość nasypowa wsadu złoża węglowego, kg/m3. ρd. – gęstość wsadu (w przeliczeniu na stan suchy), kg/m3. ρd 0. – początkowa gęstość wsadu (w przeliczeniu na stan suchy), kg/m3. ρd(max). – maksymalna gęstość wsadu (w przeliczeniu na stan suchy), kg/m3. ρr. – gęstość wsadu (w przeliczeniu na stan roboczy), kg/m3. ρt. – gęstość rzeczywista, g/cm3. σ. – odchylenie standardowe średniej,. σ2(y). – wariancja całkowita. σ2(x1). – wariancja zmiennej wejściowej x1. σ2(x2). – wariancja zmiennej wejściowej x2. σ τ. 2. – wariancja błędu (tzw. wariancja nieprzypisywalna). – czas ubijania, s.

(13) Wprowadzenie. 1. Wprowadzenie Światowy rozwój gospodarczy jest nierozerwalnie związany z produkcją stali. Wyroby stalowe wykorzystywane są mi.in. przez: budownictwo, transport, przemysł maszynowy i samochodowy oraz do produkcji sprzętu AGD, a wielkość produkcji i zużycia stali może być traktowana jako ogólny wskaźnik kondycji gospodarki [Papież i Śmiech 2012]. W 2016 r. światowa produkcja stali wyniosła ok. 1,6 mld ton i była o ok. 0,7% wyższa niż w 2015 r. Udział Unii Europejskiej w globalnej produkcji stali surowej wynosi ok. 10% [Adamczyk 2017]. Istotną rolę w produkcji stali pełni koks. Stanowi on integralny komponent wsadu dla procesu wielkopiecowego, w oparciu o który produkuje się ok. 74 % całej ilości wytwarzanej w świecie stali. Z tego względu kondycja przemysłu koksowniczego a także górnictwa węgla koksowego jest silnie związana z kondycją przemysłu stalowego.. Rys.1.1. Produkcja koksu w Polsce w latach 2008 -2016 [web.vdkf…] W 2016 roku na świecie wyprodukowano 649,1 mln Mg koksu, z czego ok. 6% w krajach Unii Europejskiej. Krajowy przemysł koksowniczy jest największym producentem i eksporterem koksu w UE. W 2016 r. wyprodukowano w Polsce ok. 9,4 mln Mg koksu (rys.1.1). Do tego celu zużyto ok. 12,5 mln Mg węgla koksowego, pochodzącego w znacznej większości od krajowych producentów (głównie JSW S.A). Krajowy przemysł stalowy wykorzystuje rocznie ok. 2÷3 mln Mg koksu. Część produkowanego koksu wykorzystywana jest w przemyśle odlewniczym (odlewnictwo. 13.

(14) Wprowadzenie. żeliwa, metali nieżelaznych), materiałów budowlanych (produkcja wełny mineralnej i wapna), chemicznym (produkcja sody), spożywczym (cukrownictwo) oraz do celów opałowych. Pozostała ilość koksu (ponad 60%) kierowana jest na eksport, głównie do zachodnioeuropejskich hut, co stanowi trwały i znaczący wkład w saldo wymiany handlowej Polski [Żarczyński 2015]. Przemysłowa produkcja koksu polega na wysokotemperaturowym odgazowaniu wsadu węglowego bez dostępu powietrza w przystosowanych do tego celu bateriach pieców koksowniczych. W klasycznej technologii, w wyniku odgazowania wsadu otrzymuje się koks oraz surowy gaz koksowniczy, z którego przy zastosowaniu odpowiednich technologii otrzymuje się szereg różnych produktów chemicznych (produkty węglopochodne) m.in. smołę, benzol, siarczan amonu lub siarkę. Część gazu surowego (ok. 40-50%) po procesie oczyszczenia wykorzystywana jest do opalania (ogrzewania) baterii koksowniczych – stanowiąc źródło energii cieplnej dla procesu. Oprócz technologii klasycznej (z odzyskiem produktów węglopochodnych), która jest dominującą, na świecie rozwijana jest technologia dwuproduktowa (bez odzysku węglopochodnych), gdzie oprócz koksu produktami są energia elektryczna i/lub ciepło [Ściążko i Karcz 2011]. Baterie tego typu eksploatowane są głównie w Chinach i Indiach oraz w USA i Brazylii [Jakubina i in. 2013].. Rys.1.2. Bateria koksownicza systemu ubijanego. 1-masyw baterii, 2- wsadnica, 3 – wieża węglowa ,4- ubijarki, 5-ubity wsad węglowy, 6- wóz stropowy, 7 – wóz przelotowy, wóz gaśniczy,8-wieża gaszenia. W klasycznej technologii koksowniczej stosowane są dwa systemy napełniania komór wsadem węglowym – zasypowy i ubijany. W systemie zasypowym obsadzanie komór koksowniczych mieszanką węglową odbywa się w sposób grawitacyjny. Węgiel ze zbiorników wozu zasypowego wsypywany jest do komory koksowniczej poprzez. 14.

(15) Wprowadzenie. specjalne otwory w stropie baterii. W systemie ubijanym, wsad węglowy formowany jest w stalowej skrzyni nabojowej wsadnicy za pomocą zestawu ubijaków i wprowadzany w postaci naboju (brykietu) do komory koksowniczej poprzez otwór drzwiowy usytuowany po stronie maszynowej baterii (rys 1.2). Obserwowany w ostatniej dekadzie dynamiczny rozwój technologiczny przemysłu hutniczego (głównego odbiorcy i użytkownika koksu) polegający m.in. na eksploatacji wielkich pieców o coraz większej objętości i stosowaniu paliw zastępczych, doprowadził do znacznego wzrostu wymagań co do jakości koksu, w tym w szczególności jego parametrów wytrzymałościowych [Großpietsch i Lüngen 2001; Uchmyłowa 2005; Strugała 2006a; Zołotuchin i in. 2009]. Osiągnięcie żądanych parametrów jakościowych wymaga zastosowania w mieszance wsadowej wysokiego udziału najwyższej jakości węgli koksowych, co znacząco przekłada się na wzrost jednostkowych kosztów produkcji. Około 75% tych kosztów stanowi bowiem koszt mieszanki wsadowej [Karcz i Strugała 2008]. Jest to szczególnie istotne dla polskiego przemysłu koksowniczego, będącego w ostatnich latach największym europejskim eksporterem koksu, kierującym swój produkt do wymagających odbiorców. Aby sprostać wysokim wymaganiom odbiorców i utrzymać pozycję lidera, wobec ograniczonej podaży i sporych wahań jakościowych krajowych węgli ortokoksowych a także rysującego się ich deficytu także w przyszłości, producenci koksu zmuszeni są do poszukiwania rozwiązań mających na celu zapewnienie odpowiedniej jakości i opłacalności produkcji [Karcz i Strugała 2008]. Jednym z rozwiązań jest wprowadzenie do mieszanek wsadowych wysokojakościowych węgli pochodzących z importu [Karcz i Strugała 2008, Latocha i in. 2011]. Alternatywą jest zastosowanie odpowiednich technik przygotowania wsadu umożliwiających zwiększenie jego gęstości (np. ubijania, podsuszania, olejowania czy brykietowania), co przekłada się na wzrost jakości produkowanego koksu, bądź pozwala na zwiększenie udziału tańszych węgli gazowo-koksowych w mieszance wsadowej przy zachowaniu niezmienionej jakości koksu [Mianowski 1986; Karcz i Strugała 2008, Czaplicki i Janusz 2012; Sobolewski i in. 2014; Żarczyński 2015]. Ze wszystkich dostępnych technik, ubijanie wsadu węglowego przynosi najlepsze efekty poprawy jego gęstości, i dlatego obserwuje się ponowny wzrost zainteresowania tą technologią wyrażający się budową baterii pracujących w tym systemie napełniania komór zarówno w Europie jak i na świecie [Ściążko i Karcz 2011, Madias i Cordova 2014]. W Polsce w ostatnich latach oddano do eksploatacji cztery baterie wsadu ubijanego (w Koksowniach: Radlin, Częstochowa. 15.

(16) Wprowadzenie. 16. Nowa, i Victoria). Dwie z nich oddano do eksploatacji z początkiem 2018 r. Plany inwestycyjne grupy JSW Koks S.A, największego producenta koksu w Polsce, przewidują w najbliższym czasie zastąpienie dwóch wysłużonych baterii systemu zasypowego, wielkokomorowymi bateriami pracującymi w systemie ubijanym. W ostatniej dekadzie szczególnie dynamiczny rozwój tego systemu odnotowuje się również na rynku azjatyckim, w szczególności w Chinach i Indiach, gdzie większość nowobudowanych jednostek produkcyjnych to baterie koksownicze pracujące w systemie ubijanym [Madias i Cordova 2014; Rudyka 2017]. Śledząc na bieżąco zarówno krajową jak i międzynarodową sytuację na rynku węgla koksowego i koksu oraz światowe trendy rozwoju przemysłu koksowniczego można przypuszczać, że technologia wsadu ubijanego będzie w perspektywie najbliższych 20÷30 lat odgrywała dominującą rolę. Takiemu kierunkowi rozwoju technologii koksowania węgla niestety nie towarzyszy odpowiedni rozwój badań naukowych i prac rozwojowych. Istniejący dorobek naukowy w tym zakresie z uwagi na zmianę bazy węglowej jak też postęp techniczny jest już często zdezaktualizowany. M.in. dotyczy to takich zagadnień jak: . wpływu właściwości surowca węglowego oraz warunków prowadzenia operacji jego ubijania na gęstość i wytrzymałość mechaniczną uzyskanego wsadu węglowego,. . wpływu operacji ubijania na parametry struktury, tekstury i jakość otrzymanego koksu. Powyższe fakty uzasadniają przyjęty przez Autora cel pracy, jakim było określenie. wpływu czynników surowcowych i technologicznych na efekty przygotowania wsadu węglowego do koksowania i jakość koksu produkowanego w bateriach koksowniczych systemu ubijanego. Przeprowadzone badania dotyczyły zarówno zagadnień związanych z procesem przygotowania wytrzymałego mechanicznie naboju węglowego jak i z wpływem gęstości wsadu węglowego na. właściwości strukturalne. koksu. determinujące jego parametry jakościowe. Wyniki tych badań umożliwią optymalizację technologii procesu produkcji koksu ze wsadu ubijanego. W szczególności dotyczy to informacji na temat optymalnej zawartości wilgoci pod kątem otrzymania ubitego wsadu węglowego charakteryzującego się możliwie najwyższą wytrzymałością oraz modelu matematycznego umożliwiającego dobór właściwej pracy ubijania celem uzyskania zadanej gęstości ubitego wsadu w zależności od właściwości stosowanej mieszanki wsadowej..

(17) Teza i cele realizacji pracy. 2. Teza i cele realizacji pracy 2.1. Uzasadnienie podjęcia tematu Rozwój technologiczny światowego przemysłu koksowniczego determinowany jest przez kraje azjatyckie, w tym głównie Chiny, Japonię, Indie i Koreę Południową. Całkowity udział koksownictwa azjatyckiego w światowej produkcji koksu w 2016 r. wyniósł ponad 81% [web.vdkf…]. Wspomniany rozwój stymulowany jest przede wszystkim silnym rozwojem gospodarczym (wzrost zapotrzebowania na stal) i towarzyszącym mu postępem w przemyśle hutniczym czego efektem jest eksploatacja wielkich pieców o coraz to większej objętości i wzrost wymagań co do jakości koksu, w tym w szczególności w stosunku do jego parametrów wytrzymałościowych. Sprostanie wymaganiom odbiorcy końcowego koksu jakim jest hutnictwo, wobec deficytu węgli koksowych o najlepszych parametrach jakościowych, skłania producentów koksu do poszukiwania rozwiązań ukierunkowanych na wzrost efektywności produkcji zarówno pod kątem jakości produktu końcowego jak i ekonomiki jego wytwarzania (obniżenie kosztów surowców węglowych). Z praktycznego punktu widzenia, jedyną metodą stanowiącą realne rozwiązanie wspomnianej sytuacji jest zwiększenie gęstości wsadu węglowego, która to w bezpośredni sposób oddziałuje na jakość koksu i produktywność baterii koksowniczych. Najbardziej efektywną techniką zwiększenia gęstości wsadu jest zastosowanie operacji ubijania wsadu, dlatego ta technologia przeżywa obecnie prawdziwy renesans. Jest to szczególnie widoczne w koksownictwie chińskim i indyjskim. Znacząca większość baterii koksowniczych oddawanych do eksploatacji w tych krajach, to baterie wsadu ubijanego. Prognozuje się, że w roku 2035, 85% światowej produkcji koksu będzie produkowane z wykorzystaniem tej technologii [Rudyka 2017]. Renesans tej technologii obserwowany jest nie tylko na arenie międzynarodowej ale także w krajowym przemyśle koksowniczym. Jak wspomniano, jest to spowodowane z jednej strony sytuacją na rynku węgla koksowego, a konkretnie deficytem węgli o bardzo dobrych własnościach koksotwórczych, z drugiej strony wzrastającymi wymaganiami odbiorców koksu co do jego jakości. Tylko w bieżącym roku (2018 r.) uruchomiono w kraju dwie baterie koksownicze na wsad ubijany a plany rozwoju infrastruktury produkcyjnej krajowego koksownictwa przewidują wyłącznie budowę wielkokomorowych baterii koksowniczych dla tego typu wsadu.. 17.

(18) Teza i cele realizacji pracy. Rozwój technologii wsadu ubijanego mający na celu poprawę efektywności ekonomicznej i ekologicznej produkcji koksu związany jest ze wzrostem objętości komór, a w konsekwencji zwiększeniem ich wysokości. Powoduje to znaczące zaostrzenie wymagań co do gęstości i wytrzymałości mechanicznej ubitego wsadu (naboju) węglowego, od których zależy prawidłowy przebieg procesu obsadzania komór koksowniczych i otrzymanie koksu o wysokiej jakości. Wzrost wysokości ubitego naboju węglowego (przy zachowaniu niezmienionych pozostałych wymiarów) i towarzyszący mu proporcjonalny wzrost masy, zwiększa wymagania co do jego wytrzymałości mechanicznej. Czynnikami bezpośrednio determinującymi wspomniany parametr są przede wszystkim: gęstość wsadu (w tym też jej równomierność w całej objętości naboju), rozkład ziarnowy (przemiał) i zawartość wilgoci, przy czym zarówno rozdrobnienie wsadu jak i jego wilgotność, kształtowane poprzez działania technologiczne wydziału węglowni, wpływają także na końcową gęstość ubitego naboju. Obok wspomnianych czynników, gęstość wsadu zależy również od właściwości surowców węglowych i parametrów operacji ubijania. Należy podkreślić, że stopień zagęszczenia wsadu ma również istotny wpływ na produktywność baterii oraz strukturę porowatą produkowanego koksu determinującą jego parametry jakościowe decydujące o jego przydatności w procesie technologicznym i cenie w kontraktach handlowych. W praktyce przemysłowej, pomimo obecnej automatyzacji operacji ubijania wsadu, uszkodzenie wsadu w trakcie operacji obsadzania nim komór koksowniczych zdarza się dość często. Powoduje to wystąpienie szeregu problemów natury operacyjno-ruchowej (przestoje w produkcji, pogorszenie warunków pracy obsługi), środowiskowej (emisja niezorganizowana gazu surowego do atmosfery) oraz obniża produktywność baterii koksowniczej (straty produkcyjne wynikające z przestojów oraz niepełnego obsadzenia komór). Jak wynika z powyższych rozważań, gęstość i związana z nią wytrzymałość ubitego wsadu węglowego jest kluczowym czynnikiem oddziałującym na prawidłowy przebieg procesu produkcji koksu w bateriach koksowniczych wykorzystujących wsad ubijany. Dodatkowo należy uwzględnić fakt, iż zawartość wilgoci we wsadzie węglowym wpływająca na wytrzymałość ubitego naboju węglowego istotnie wpływa także na bilans ekonomiczny i ekologiczny procesu koksowania (ilość ścieków). Wobec potrzeby wynikającej z obecnych i planowanych przemysłowych wdrożeń wielkokomorowych baterii koksowniczych wykorzystujących wsad ubijany, w związku z niedostatkiem oraz dezaktualizacją wiedzy w zakresie wpływu warunków. 18.

(19) Teza i cele realizacji pracy. surowcowych i technologicznych operacji ubijania wsadu węglowego na jego gęstość, wytrzymałość mechaniczną naboju węglowego i jakość produkowanego koksu uzasadnionym było podjęcie kompleksowych badań w tym zakresie. Otrzymane wyniki badań będą stanowić podstawę do optymalizacji technologii produkcji koksu ze wsadu ubijanego w skali przemysłowej. Podsumowując, istotnymi przesłankami do podjęcia kompleksowych badań w zakresie operacji przygotowania wsadu ubijanego są: . wzrost wymagań co do wytrzymałości mechanicznej ubitego wsadu węglowego wynikający ze wzrostu liczby wybudowanych a także planami budowy przez krajowe koksownictwo kolejnych wielkokomorowych baterii na wsad ubijany,. . sygnalizowane przez przemysł problemy eksploatacyjne związane z destrukcją ubitego naboju podczas obsadzania komór koksowniczych spowodowane częstymi zmianami receptury mieszanek wsadowych i wynikające z tego niedostosowanie warunków prowadzenia operacji ubijania (pracy ubijania) do właściwości ubijanej mieszanki węglowej,. . konieczność pogłębienia i weryfikacji obecnego stanu wiedzy w zakresie przygotowania wsadu ubijanego, w tym w szczególności oddziaływania właściwości surowca oraz warunków prowadzenia operacji ubijania wsadu węglowego na gęstość i wytrzymałość mechaniczną powstającego naboju węglowego oraz wpływu operacji ubijania na gęstość wsadu determinującą strukturę koksu i jego parametry jakościowe.. 2.2. Teza i cele pracy Biorąc pod uwagę wskazane wcześniej przesłanki oraz aktualny stan wiedzy w zakresie analizowanego zagadnienia, sformułowano następującą tezę: Poprzez prawidłowy dobór parametrów technologicznych operacji ubijania wsadu węglowego do koksowania dla baterii systemu ubijanego można otrzymać wymaganą jakość produkowanego koksu przy równoczesnym zapewnieniu bezproblemowej obsługi komór koksowniczych związanej z operacją ich obsadzania. Aby udowodnić tak sformułowaną tezę rozprawy zdefiniowano następujące cele cząstkowe pracy będące jednocześnie wyodrębnionymi zadaniami badawczymi:. 19.

(20) Teza i cele realizacji pracy. . opracowanie koncepcji metodyki i skonstruowanie zestawu narzędzi badawczych do kompleksowej oceny operacji ubijania wsadu węglowego,. . ocena wpływu operacji ubijania wsadu (wpływu jego gęstości) oraz zawartości węgli gazowo-koksowych w mieszance wsadowej na wybrane parametry struktury, tekstury i jakościowe otrzymanego koksu (w tym określenie korelacji między nimi) w aspekcie możliwości wprowadzenia do mieszanki wsadowej większej ilości węgli gazowo-koksowych,. . identyfikacja wpływu czynników surowcowych i operacji przygotowania wsadu na gęstość i wytrzymałość mechaniczną ubitego naboju węglowego,. . opracowanie empirycznego opisu matematycznego wpływu właściwości surowca węglowego i operacji ubijania wsadu na gęstość i wytrzymałość ubitego wsadu węglowego i optymalizacja wspomnianych parametrów.. Uzyskane rezultaty pracy, w tym przede wszystkim wiedza dotycząca wpływu właściwości surowcowych na kluczowe parametry ubijanego wsadu (w postaci opisu matematycznego), optymalnych parametrów operacji ubijania pod kątem uzyskania naboju węglowego o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej będą stanowiły niezwykle pomocne narzędzie dla kadry technologicznej koksowni w celu optymalizacji procesu przygotowania wsadu ubijanego w skali przemysłowej.. 20.

(21) Studium literaturowe. 3. Studium literaturowe 3.1. Operacja ubijania wsadu węglowego – rys historyczny Zagęszczanie węgla przed koksowaniem metodą ubijania zostało po raz pierwszy zastosowane w roku 1820 w mielerzu w Rive-de-Gier we Francji [Farrenkopf 2003]. Również w piecach schaumburskich wilgotny węgiel był ubijany dla zwiększenia jego zagęszczenia, co prowadziło do zwiększenia wytrzymałości koksu. Ubijanie węgla w skrzyniach drewnianych, które następnie były wraz z węglem wsuwane do pieców po raz pierwszy wprowadził w 1882 roku Ritter P. von Mertens w Hucie Trzyniec na Śląsku. W 1885 roku Julius Quaglio opatentował ubijanie węgla w skrzyniach za pomocą mechanicznych ubijaków. Ubity węgiel wsuwany był razem z podłogą do pieców. Po wprowadzeniu węgla do pieca podłoga była wyciągana z powrotem. Wsadnicę z maszyną zwaną ubijnicą wprowadzono po raz pierwszy na Górnym Śląsku w Zabrzu. W roku 1891 nastąpiło wdrożenie tego rozwiązania w okręgu Saary, najpierw w koksowni braci Stamm w Neukirchen, a krótko po tym w koksowni Huty Halberg. Pierwsze maszyny z zastosowaniem mechanicznego ubijania były mało wydajne. Znaczącym usprawnieniem było wprowadzenie samoczynnie działających ciernych rolek mimośrodowych do podnoszenia ubijaków. Pierwsza maszyna tego typu została zastosowana w Hucie Neukirchen w 1897 roku. W późniejszym okresie system wsadu ubijanego rozwinął się szczególnie w Polsce, gdzie w roku 1960 aż 94% koksu, tj. ok. 10 mln Mg, wyprodukowano tym właśnie sposobem. Szczególnie ważne znaczenie dla rozwoju technologii miały niemieckie prace rozwojowe, podjęte w okręgu Saary. Prace te ukierunkowane były na zwiększenie stabilności naboju węglowego przy równoczesnym wzroście wydajności ubijarek oraz przystosowanie tego rozwiązania dla potrzeb baterii wielkokomorowych o komorach koksowniczych wyższych niż 4 m. W koksowni Fürstenhausen należącej do Saarbergwerke AG drogą automatyzacji urządzeń ubijających podwojono wydajność maszyn w porównaniu z wcześniejszymi rozwiązaniami [Farrenkopf 2003]. Dokonano również optymalizacji zawartości wilgoci i uziarnienia ubijanego wsadu. W wyniku tych usprawnień osiągnięto wysokie i równomierne zagęszczenie oraz związaną z tym dużą wytrzymałość ubitego wsadu węglowego. Technika ubijania opracowana na podstawie doświadczeń w koksowni Fürstenhausen stała się atrakcyjna rynkowo i konkurencyjna dla innych rozwiązań technologicznych, takich jak częściowe brykietowanie i wstępne podsuszanie wsadu. Brakowało jednak wiedzy co do. 21.

(22) Studium literaturowe. 22. możliwości jej zastosowania w piecach wielkokomorowych. Dlatego Saarbergwerke AG zdecydowało się na budowę instalacji demonstracyjnej ubijania wsadu dla pieców o wysokości komór 6 m i szerokości 465 mm. Przebudowę wsadnicy umożliwiającą przygotowywanie wsadu dla pieców o wysokości komór 6 m podjęto wspólnie z firmą Saarberg–Interplan. W sierpniu 1979 roku instalacja została uruchomiona a uzyskane wyniki potwierdziły. możliwość zastosowania. systemu ubijanego. dla baterii. wielkokomorowych. Zweryfikowano przy tym pogląd, że stosunek szerokości do wysokości wsadu nie może przekraczać wartości 1:9, osiągając wartość 1:12 ÷ 1:15 [Zieliński i in. 1986]. Bazując na doświadczeniach z Fürstenhausen, w 1984 r. oddano do eksploatacji Centralną Koksownię Saar GmbH (ZKS – Zentral Kokerei Saar) powiązaną energetycznie i organizacyjnie z Hutą Dillingen [Gross i in. 1987]. Oddane w 1984 roku dwie baterie koksownicze posiadały komory o wysokości 6,25 m (w stanie gorącym), a ubicie 6-cio metrowego naboju a masie ca. 50 Mg zajmowało około 7,5 minuty [Echterhoff i in.1992]. Była to pierwsza wielkokomorowa bateria systemu ubijanego na świecie. wyposażona. w. innowacyjne. rozwiązania. techniczno-technologiczne. usprawniające eksploatację baterii i ograniczające jej szkodliwy wpływ na środowisko. Doświadczenia niemieckie miały kluczowe znaczenie dla rozwoju technologii wsadu ubijanego. Zapoczątkowały one rozwój przygotowania wsadu dla. baterii. wielkokomorowych i stały się podstawą nowoczesnych rozwiązań technicznych stosowanych dziś na całym świecie. 3.2. Charakterystyka technologiczna operacji ubijania wsadu węglowego Konstrukcja baterii koksowniczej z systemem napełniania komór wsadem ubijanym tylko w kilku elementach różni się od konstrukcji baterii z grawitacyjnym systemem napełniania komór wsadem węglowym. Podstawowa różnica dotyczy sposobu napełniania komór i stosowanych maszyn piecowych. W przypadku metody wsadu ubijanego, wsad węglowy formowany jest w stalowej skrzyni nabojowej wsadnicy za pomocą zestawu ubijaków i w formie ubitego brykietu (naboju) wprowadzany jest do komory koksowniczej poprzez otwór drzwiowy usytuowany po stronie maszynowej baterii. Ponadto, komory koksowe baterii pracujące w systemie wsadu ubijanego charakteryzują się z reguły niższą wysokością i nieco większa szerokością..

(23) Studium literaturowe. 23. Podstawowym celem operacji ubijania jest przygotowanie wsadu węglowego o odpowiedniej gęstości zapewniającej bezproblemowy jego załadunek do komory koksowej, gwarantującej wymaganą jej produktywność oraz uzyskanie koksu o wymaganej. jakości.. Warunkiem. zastosowania. tej. operacji. w. warunkach. przemysłowych jest odpowiednia zwartość i wytrzymałość ubitego wsadu węglowego, zapobiegająca jego rozpadnięciu się podczas napełniania komory. Uszkodzenie wsadu w trakcie obsadzania powoduje bowiem spore utrudnienia operacyjno-ruchowe, środowiskowe (emisja. niezorganizowana). oraz obniża produktywność. baterii. koksowniczej. Ubity wsad węglowy powinien wytrzymać obciążenia wynikające z jego własnej masy, dlatego maksymalna wysokość wsadu jest determinowana jego wytrzymałością mechaniczną. Jest to szczególnie istotne w przypadku nowych baterii wielkokomorowych, gdzie znacznie wyższa wysokość wsadu (a tym samym także większa jego masa) w porównaniu ze starszymi konstrukcjami baterii, narzuca wyższe wymagania co do jego wytrzymałości. Przykładowo, z uwagi na konieczność przeniesienia blisko dwukrotnie większego obciążenia nabój węglowy o wysokości 6 m powinien się cechować odpowiednio wyższą wytrzymałością niż nabój o wysokości 3,5 m. Rzeczywista wartość nacisku na poszczególne warstwy wsadu może być jednak znacząco wyższa niż wynikająca jedynie z jego masy (nacisk statyczny), gdyż na wsad w trakcie obsadzania nim komory działają dodatkowo siły dynamiczne spowodowane wibracjami wywołanymi przez napędy mechaniczne wsadnicy oraz ruchem płyty obsadowej (nierówności posadzki komory). Wytrzymałość mechaniczna naboju jest wypadkową szeregu czynników technologicznych, takich jak: uziarnienie (a w zasadzie jego rozkład), właściwa homogenizacja mieszanki węglowej oraz odpowiednie przeprowadzenie operacji ubijania gwarantujące równomierną gęstość w całej objętości wsadu węglowego. Szczególnie ważnym warunkiem skuteczności operacji ubijania jest też zapewnienie w mieszance odpowiedniej zawartości wilgoci, umożliwiającej uzyskanie naboju o wymaganej zwartości. W przypadku starszych konstrukcji ubijarek w celu poprawy trwałości wsadu wprowadza się do niego drabinki drewniane, faszynę, ścinki taśm itp., co w przypadku nowych konstrukcji nie jest już stosowane. W praktyce przemysłowej ubity wsad węglowy posiada wymiary: 3,5 ÷ 6 m wysokości, 12 ÷ 17 m długości i 0,4 ÷ 0,5 m szerokości oraz osiąga gęstość na poziomie 1000 ÷ 1150 kg/m3 (w przeliczeniu na stan roboczy) [Leibrock i Petak 1983; Karcz i in. 2012; Kuyumcu i Sander 2014]..

(24) Studium literaturowe. 24. Obecnie stosowane są dwa podstawowe sposoby ubijania wsadu koksowniczego: ubijanie klasyczne oraz ubijanie stacjonarne. Do formowania naboju węglowego w klasycznym systemie ubijanym służy zestaw urządzeń przedstawiony na rys. 3.1.. a). b). Rys. 3.1. Schemat rozmieszczenia urządzeń do ubijania wsadu węglowego na wsadnicy (a) oraz widok boczny układu ubijarek (b) [Karcz 1991] 1 - zbiornik mieszanki węglowej, 2 – ubijarka, 3 - dozownik węgla, 4- skrzynia nabojowa, 5 – ściana stała, 6 – ściana ruchoma. Ubijanie mieszanki węglowej w tym systemie prowadzone jest w stalowej skrzyni nabojowej, która znajduje się we wsadnicy (zwanej też wsadnico-ubijnicą) [Karcz 1991]. W literaturze anglojęzycznej funkcjonuje termin „SCP Machine” (ang. Stamping-Charging-Pushing Machine). Wymiary skrzyni są nieco mniejsze od komory koksowniczej tak, aby ubity nabój nie uległ zniszczeniu podczas załadunku. Zbiornik wsadnicy mieści porcję węgla wystarczającą do uformowania 2 ÷ 3 nabojów węglowych. Mieszanka węglowa o określonym składzie ziarnowym i zawartości wilgoci. dozowana. jest. do. skrzyni. nabojowej. podajnikami. szufladkowymi. zapewniającymi kontrolowaną jej ilość. Zagęszczanie mieszanki jest prowadzone za pomocą zestawu ubijaków. Pojedynczy zestaw zwany ubijarką składa się z 4 ÷ 6 ubijaków. W starszych konstrukcjach nabój przygotowany jest warstwowo (najczęściej w 5 ÷ 6 warstwach), przy czym ilość podawanego węgla regulowana jest ręcznie a ubijanie odbywa się zazwyczaj za pomocą dwóch ubijarek. Obsługa ubijarek prowadzona jest przez odpowiednio przeszkoloną załogę (ubijaczy) i polega na ubijaniu.

(25) Studium literaturowe. kolejnych warstw naboju węglowego poprzez kilkukrotny przejazd ubijarkami wzdłuż skrzyni nabojowej, przy zapewnieniu odpowiedniej ilości dozowanej mieszanki węglowej oraz skoku ubijaków. W nowoczesnych rozwiązaniach napełnianie skrzyni nabojowej prowadzone jest w sposób ciągły (z wyjątkiem pierwszej warstwy), a sama operacja ubijania jest zautomatyzowana. Najnowsze konstrukcje wsadnic wyposażone są w ubijarki wieloubijakowe rozmieszczone na całej długości skrzyni nabojowej. Pozwala to na znaczne skrócenie czasu ubijania, a większa ilość ubijaków wpływa pozytywnie na równomierną gęstość naboju węglowego i jego wytrzymałość mechaniczną. Po ubiciu naboju węglowego ściany boczne skrzyni nabojowej są odsuwane a ubity nabój węglowy jest wsuwany wraz z podłogą (deską obsadową) do komory koksowej. Koniec naboju jest przytrzymywany specjalną płytą stalową (tzw. kozłem), która następnie unieruchamia go w komorze podczas wyciągania podłogi skrzyni nabojowej.. Rys. 3.2. Stanowisko stacjonarnego ubijania wsadu (Koksownia Radlin – JSW Koks SA). Ubijanie stacjonarne stanowi modyfikację klasycznego systemu ubijania [Świeboda i in. 2008]. Stanowiska ubijania zabudowane są po obu stronach wieży węglowej, natomiast na wsadnicy znajduje się tylko skrzynia nabojowa (rys. 3.2). Wsadnica podjeżdża na stanowisko ubijania pod wieżą węglową i jest ustawiana dokładnie w osi urządzenia ubijającego. Gdy zostanie uzyskane wymagane położenie i skrzynia nabojowa zostanie zamknięta, wysyłany jest sygnał do systemu sterowania, który zezwala na rozpoczęcie operacji ubijania. Sama operacja ubijania w zasadzie nie różni się od tej realizowanej w ubijaniu klasycznym. Zastosowanie stacjonarnego systemu. 25.

(26) Studium literaturowe. 26. ubijania dodatkowo umożliwia zlokalizowanie źródła hałasu w jednym miejscu, a także obniżenie jego emisji poprzez montaż ekranów akustycznych. Operacja ubijania wsadu realizowana jest za pomocą ubijarek z napędem pasowym bądź ciernym, z możliwością przesuwu ubijarki wzdłuż skrzyni nabojowej (rys. 3.3). W systemie pasowym ubijak podnoszony jest przez pas wykonany z tkaniny o szerokości równej szerokości konstrukcji nośnej ubijaka [Świeboda i in. 2008]. Pas ten zostaje naprężony tak, aby podczas obrotu mimośród na stałe osadzony na wale siłą tarcia podnosił ubijak, po czym po przejściu mimośrodu następuje zwolnienie napięcia pasa, a ubijak opada z wysokości około 0,5 m na węgiel w skrzyni nabojowej powodując jego zagęszczenie (ubicie). Napęd pasowy można spotkać jedynie w starszych konstrukcjach ubijarek oddanych do eksploatacji w latach 80-tych ubiegłego wieku. Konstrukcje oddane do użytku w ciągu ostatnich dwudziestu lat posiadają napęd cierny, który zastosowano po raz pierwszy w koksowni Fürstenhausen w 1959 r. [Gross i in. 1987]. Podnoszenie młotów odbywa się za pomocą krążków (mimośrodów) współpracujących z wykładzinami drąga. Starsze wersje tych ubijarek wyposażone były w mimośrody sprężynowe, które bezpośrednio oddziaływały swoją powierzchnią na konstrukcję ubijaka z zamocowaną do niej okładziną cierną (ferrodo, płytki miedziane itp.). W nowszych rozwiązaniach ubijarek, w miejscu mimośrodów sprężynowych zastosowano wykładziny elastomerowe na mimośrodzie stalowym. Współczesne ubijarki są całkowicie zmechanizowane i zautomatyzowane: od zasypania i ubicia dolnej warstwy po zakończenie ubijania wsadu węglowego.. a). b). Rys. 3.3. Ubijarki: pasowa i cierna (a) oraz zestaw ubijający w jednej z krajowych koksowni z ubijarkami ciernymi (b) [Karcz 1991].

(27) Studium literaturowe. W procesie ubijania warstwie mieszanki węglowej wsypanej do skrzyni nabojowej przekazywana jest energia kinetyczna Ek, równa iloczynowi energii potencjalnej młota w jego górnym położeniu Ep i współczynnika sprawności  przemiany jednej formy energii w drugą [Karcz 1991]. Dla ubijarek pasowych współczynnik sprawności  = 0,82 ÷ 0,84, natomiast dla ciernych  = 0,90 ÷ 0,92. Energia kinetyczna młota jest zużywana głównie na potrzeby ubijania wsadu, a częściowo rozpraszana (głównie na deformację ścian skrzyni nabojowej i zamianę w ciepło).. 3.3. Trendy rozwoju operacji ubijania wsadu Rozwój baterii pracujących w systemie wsadu ubijanego ukierunkowany jest obecnie przede wszystkim na podniesienie produktywności, optymalizację procesu przygotowania wytrzymałego naboju węglowego oraz ograniczenie szkodliwego wpływu eksploatacji baterii na środowisko. Jak już wspomniano, pierwszą wielkokomorową baterią wsadu ubijanego była bateria B1 w Dillingen, oddana do eksploatacji w 1984 r. Bateria ta zrewolucjonizowała ówczesne podejście do projektowania udowadniając, że dzięki automatyzacji operacji ubijania, oraz wzrostowi gęstości wsadu do wartości ponad 1100 kg/m3 (w stanie roboczym) możliwe jest w praktyce przemysłowej osiągnięcie stosunku szerokości do wysokości naboju węglowego ok. 1:13. Wprowadzono do praktyki przemysłowej szereg innowacyjnych rozwiązań takich jak: wóz stropowy służący do odbioru gazów obsadowych (CGC – ang. Charging Gas Cleaning Car), odpylanie strony koksowej czy nowy system zasilania baterii mieszanką węglową. Poruszający się po stropie baterii wóz odbiera powstające gazy obsadowe i po doprowadzeniu powietrza dopala je. Po oczyszczeniu i schłodzeniu gazy wprowadzane są do odbieralnika [Gross i in. 1987]. W Koksowni Dillingen po raz pierwszy zastosowano system przenośników taśmowych dostarczających mieszankę węglową bezpośrednio do wsadnic, całkowicie rezygnując z wieży węglowej. W pełni zautomatyzowany system dostarczania mieszanki pozwala na załadunek zbiorników wsadnicy na całej długości baterii przy pomocy ciągu przenośników taśmowych, dzięki czemu uzyskano oszczędność czasu, który w klasycznym systemie potrzebny jest na przejazd maszyny pod wieżę węglową. Aktualnie w tej koksowni koks produkowany jest w dwóch bateriach: całkowicie nowej baterii B3 oddanej do użytku w 2010 r. oraz baterii B1 po generalnym remoncie w 2012 r. Obie jednostki o łącznej zdolności produkcyjnej 1,3 mln Mg koksu rocznie, są. 27.

(28) Studium literaturowe. 28. najnowocześniejszymi bateriami systemu ubijanego na świecie, wyposażonymi w najbardziej zaawansowane narzędzia służące kontroli i sterowaniu procesem koksowania oraz ograniczające szkodliwy wpływ eksploatacji baterii na środowisko [Loddo i in. 2011]. Podstawowe parametry baterii w Dillingen podano w tabeli 3.1. W obu bateriach zainstalowano system regulacji ciśnienia w komorze koksowniczej SOPRECO opracowany przez firmę Paul Würth znacząco ograniczający emisję gazów obsadowych do atmosfery i całkowicie eliminujący emisję gazu surowego przez drzwi piecowe w trakcie procesu koksowania [Loddo i in. 2011].. Tab.3.1 Podstawowe parametry techniczne wybranych baterii koksowniczych pracujących w systemie wsadu ubijanego. Koksownia Długość, m Wysokość, m Średnia szerokość, m Zbieżność komór, m Czas koksowania, h. Parametry komory koksowniczej (w stanie gorącym) Częstochowa Nowa Dillingen Jihua Alczewsk1 Radlin Bat. nr 1 Bat. nr 4 16,2 17,22 15,9 16,12 13,35 13,35 6,25 6,25 5,0 5,07 4,36 4,36 0,50. 0,54. 0,49/0,50 2. 0,488. 0,45. 0,56. 0,02. 0,04. 0,02. 0,04. 0,02. 0,02. 21. 24,5. 24. 25,5. 20. 28÷36. 12,26 12,16 0,415 4,05 20,5 ok. 22,5. 12,26 12,16 0,51 4,05 25,2 24,7. ok. 1085. ok.1100. 9÷10. 9÷11. Parametry naboju węglowego Długość, m - u podstawy 16,15 16,25 15,03 14,98 - na szczycie b.d 16,1 14,88/14,932 b.d Szerokość, m 0,45 0,47 0,45 0,45 2 Wysokość, m 6,0 6,0 4,88/4,75 4,75 Objętość, m3 43,6 45,6 31,5/32,02 2 32,18 Masa, Mg 49 50,17 36,7/37,5 2 36,1 Gęstość w st. roboczym, > 1100 > 1100 > 1130 ok.1100 kg/m3 Zaw. wilgoci, 10÷11 10 12÷13 9,5÷10,5 % 1 2 - w st. zimnym, - dane dla baterii 10-bis,. W 1993 roku w ukraińskich zakładach koksowniczych Alchevskkoks w Alczewsku oddano do użytku pierwszą w tym rejonie Europy wielkokomorową baterię systemu ubijanego o wysokości komór 5 m (w stanie zimnym). Bateria nr 9-bis o łącznej zdolności produkcyjnej 900 tys. Mg koksu/rok została zaprojektowana przez ukraińskie.

(29) Studium literaturowe. 29. biuro projektowe Giprokoks i wybudowana na miejscu przestarzałych, wyłączonych z ruchu i zdemontowanych baterii nr 9 i 10. Bateria składa się z dwóch bloków (39 i 61 komorowych), opalana jest gazem koksowniczym z bocznym jego doprowadzeniem i jest obsługiwana dwoma zestawami maszyn konstrukcji Saarberg-Interplan (jeden w użyciu, drugi rezerwowy) [Gural i in. 2005]. Bateria jest wyposażona w jeden odbieralnik gazu surowego zlokalizowany po stronie koksowej, instalacje: oczyszczania gazu oraz bezpyłowego wypychania koksu. Ponadto zastosowano system mokrego gaszenia koksu w wieży typu „converging-diverging”, w znacznym stopniu ograniczający emisje pary i koksiku do atmosfery. Charakterystyka podstawowych parametrów komór koksowniczych tej baterii została przedstawiona w tabeli 3.1. Po ponad 10-cio letniej eksploatacji baterii nr 9-bis, w sytuacji wzrastającego popytu na koks i zmniejszonej podaży węgli o najlepszych właściwościach koksotwórczych zdecydowano się na budowę kolejnej baterii koksowniczej pracującej w systemie ubijanym. Oddana do eksploatacji w październiku 2006 roku bateria koksownicza nr 10-bis o zdolności produkcyjnej ok. 1 mln Mg koksu /rok powstała w miejscu wyłączonych z eksploatacji baterii 11 i 12. Podstawowe parametry konstrukcyjne tej baterii w zasadzie nie różnią się od baterii nr 9-bis. Zwiększono jedynie szerokość komory koksowniczej z 0,49 do 0,50 m i usprawniono systemy ograniczenia emisji szkodliwych substancji do otoczenia. Wprowadzono system odciągu gazów obsadowych, który jest oparty na dwóch odbieralnikach gazu surowego i systemie hydroinżekcji. Pozwoliło to na ograniczenie emisji podczas wprowadzania naboju o 90 ÷ 95%. Bateria została podzielona na dwa bloki (52 i 61 komory). Jest to jedyna na świecie bateria systemu ubijanego współpracująca z instalacją suchego chłodzenia koksu (CDQ – ang. Coke Dry Quenching) [Gural i in. 2009]. Układ suchego chłodzenia koksu składający się z trzech komór (każda o zdolności chłodzenia ok. 70 Mg koksu/godzinę) został oddany do użytku w 2007 roku i produkuje parę o ciśnieniu 4,0 MPa i temperaturze 440°C w ilości ok. 48 ÷ 50 Mg/godzinę. Dzięki zastosowaniu technologii. CDQ. uzyskano. dodatkową. poprawę. parametrów. jakościowych. otrzymywanego koksu. Zastosowanie systemu ubijanego pozwoliło na znaczne poszerzenie palety węgli wchodzących w skład mieszanki wsadowej. Dla systemu zasypowego i ubijanego węgle o słabszych właściwościach koksotwórczych i węgle gazowe stanowią odpowiednio: 34,3 i 65,7%, a bardzo dobre węgle koksowe odpowiednio: 66,1 i 33,9% składu mieszanki [Rudyka i in. 2009]..

(30) Studium literaturowe. Doświadczenia ukraińskie skłoniły Kombinat Koksochemiczny w Zabrzu. 30. do. budowy wielkokomorowej baterii systemu ubijanego. W 2008 roku w Koksowni Radlin w miejscu wyłączonej z eksploatacji baterii typu PTU57 została uruchomiona pierwsza w Polsce wielkokomorowa bateria typu PWR o wysokości komór 5 m i zdolności produkcyjnej 750 tys. Mg koksu/rok ze stacjonarnym ubijaniem wsadu węglowego [Szafraniec 2011, Kravchenko i in. 2009]. Konstrukcja baterii nr 1-bis jest analogiczna do baterii pracujących w Alczewsku. Bateria opalana jest gazem koksowniczym (z dolnym jego doprowadzeniem) i składa się z dwóch bloków, z których każdy liczy 43 komory. Do odbioru gazu surowego wykorzystywany jest układ dwóch odbieralników wyposażonych w pneumatyczne uszczelnienia rur wznośnych. Obsadzanie komór koksowniczych realizowane jest przez dwie wsadnico-wypycharki pozwalające na wykonanie 81 cykli obsadowych na dobę. Instalacja stacjonarnego ubijania wsadu została wykonana przez konsorcjum Koksoprojekt/Vecon i składa się z dwóch zespołów zlokalizowanych po obu stronach centralnie położonej wieży węglowej. Każdy zespół posiada 30 ubijaków (5 ubijarek 6-cio ubijakowych). Bateria wyposażona jest w najnowsze rozwiązania ograniczające emisję szkodliwych substancji do otoczenia. Podczas operacji obsadzania komory stosowana jest ramka doszczelniająca usprawniająca odciąg gazów obsadowych. Po stronie koksowej zlokalizowana jest instalacja odpylania, składająca się z kaptura odciągowego zamontowanego na wozie przelotowym i stacji odpylającej. Produkowany w baterii koks jest chłodzony wodą w wieży gaszenia z wypełnieniem komórkowym, wyposażonej w dwukomorowy, zmechanizowany osadnik koksiku. Podstawowe parametry wybranych baterii systemu ubijanego zostały przedstawione w tabeli 3.1. Wysokość komory koksowniczej zwiększono również w oddanej do eksploatacji w 2011 r. w Koksowni Częstochowa Nowa Sp. z o.o baterii nr 1 systemu wsadu ubijanego typu PWR (57 komór) z bocznym doprowadzeniem gazu opałowego (rys. 3.4). Bateria ta o zdolności produkcyjnej ok. 415 tys. Mg koksu/rok w porównaniu do poprzedniczki ma zwiększoną wysokość komór z 3,75 do 4,3 m (w stanie zimnym). Jest wyposażona w jeden odbieralnik gazu surowego umiejscowiony po stronie maszynowej. Zastosowano w niej szereg nowoczesnych rozwiązań technicznotechnologicznych m.in. regulację ciśnienia w komorze koksowniczej i indywidualnie regulowaną przerwę w opalaniu dla poszczególnych ścian grzewczych [Wenecki 2011]. Regulacja ciśnienia w każdej komorze koksowniczej odbywa się za pomocą klapy umieszczonej w rurze wznośnej. Praca klapy umożliwia zmianę przepływu gazu.

(31) Studium literaturowe. 31. surowego, a tym samym wpływa na wartość ciśnienia w komorze koksowniczej. Algorytm sterujący pracą wykorzystuje dane na temat właściwości stosowanej mieszanki węglowej, aktualnego czasu koksowania itp. Do obsługi komór piecowych wykorzystywana jest wsadnico-wypycharka (SCP) z ramką doszczelniającą, wóz stropowy z systemem przerzutu gazów obsadowych oraz wóz przelotowy ze zintegrowanym systemem odpylania. strony koksowej.. Przygotowanie. naboju. węglowego o gęstości ok. 1100 kg/m3 (st. roboczy) odbywa się za pomocą zestawu 16 ubijaków (4 przesuwne ubijarki po 4 ubijaki).. Rys. 3.4. Widok baterii nr 1 w Koksowni Częstochowa Nowa. XXI wiek to okres intensywnego rozwoju technologii wsadu ubijanego w koksownictwie chińskim, będącym największym producentem koksu w świecie [Ściążko i Karcz 2011; Meng i Wang 2012; Madias i Cordova 2014; Guangua i in. 2011; Fiedler i Dahai 2013]. Począwszy od 2000 r. chińskie koksownictwo uruchomiło baterie systemu ubijanego o łącznej mocy produkcyjnej przekraczającej 100 mln Mg koksu rocznie [Madias i Cordova 2014]. Postęp w zakresie zwiększania wymiarów komór koksowniczych determinowany jest przez przepisy, które od 2009 roku wymuszają budowę baterii systemu ubijanego o wysokości komór min. 5,5 m i objętości min. 35 m3. W 2008 roku w koksowni Jihua oddano do użytku największą na świecie baterię systemu ubijanego o wysokości komór 6,25 m, zaprojektowaną przez biuro projektowe ACRE. Bateria o zdolności produkcyjnej ok. 2,2÷2,4 mln Mg koksu rocznie (dane szacunkowe) składa się z czterech bloków liczących łącznie 184 (4 x 46) komór koksowniczych [Fiedler i Dahai 2013]. Baterię obsługują 3 wsadnice SCP (z czego.

(32) Studium literaturowe. 32. 1 w rezerwie), każda zdolna do wykonania ok. 120 operacji na dobę. Zasilane są one mieszanką wsadową za pomocą systemu przenośników taśmowych (brak wieży węglowej). W 2010 r. również w Chinach uruchomiono największą na świecie baterię koksowniczą stosującą stacjonarny system ubijania wsadu o wysokości komór 6 m (w stanie gorącym) [Guanghua i in. 2011]. Oprócz krajów europejskich i Chin system ubijany w ostatnim trzydziestoleciu rozwinął się także w Indiach [Madias i Cordova 2014; Chateerje 2001; Kuyumcu i Abel 2011; Veit i in. 2011]. W latach osiemdziesiątych prowadzono tam intensywne badania technologiczne w celu optymalizacji bazy surowcowej przemysłu koksowniczego obejmujące rozdrabnianie selektywne, wstępne podgrzewanie, częściowe brykietowanie i ubijanie wsadu [Chateerje 2001]. Najlepsze rezultaty w zakresie przyrostu gęstości wsadu i obniżenia wskaźnika ścieralności koksu uzyskano dla ubijania wsadu. W 1982 roku. nawiązano. kontakt. z. firmą. Saarberg–Interplan,. która. przeprowadziła. w laboratorium koksowni Fürstenhausen testy przydatności węgli stosowanych w tym czasie w koksowni Tata Steel zarówno dla systemu zasypowego jak i ubijanego. Wyniki tych badań wypadły pomyślnie dla systemu ubijanego co w konsekwencji spowodowało, że koncern Tata Steel podjął prace nad wdrożeniem tej technologii w Indiach. Ostatecznie zaadaptowano technologię firmy Saarberg-Interplan, a pierwszy koks z baterii zasilanej wsadem ubijanym został wypchnięty 31 grudnia 1988 roku. Od tego czasu koncern Tata sukcesywnie zastępował w swoich koksowniach baterie systemu zasypowego bateriami pracującymi w systemie wsadu ubijanego. Z kolei w koksowni Jamshedpur w 2000 r. wyprodukowano łącznie 2,3 mln Mg koksu, z czego aż 2 mln Mg przypadało na system ubijany. W dniu dzisiejszym w koksowni Jamshedpur pracuje 5 baterii wsadu ubijanego o wysokości komór 4,57 m, szerokości 0,45 m i długości 13,76 m (w stanie gorącym) i 1 bateria systemu zasypowego. Oprócz klasycznej technologii koksowania, operacja ubijania wsadu jest obecnie stosowana w Chinach i Indiach także w koksowniczych bateriach dwuproduktowych typu „Heat-recovery” - rys. 3.5 [Kuyumcu i Abel 2011]. Tego typu rozwiązanie wykorzystuje uwalniający się w trakcie pirolizy węgla surowy gaz koksowniczy zarówno do ogrzewania wsadu, jak i do produkcji energii elektrycznej [Ściążko i Karcz 2011]. Surowy gaz spalany jest bezpośrednio (bezprzeponowo) nad wsadem węglowym, dzięki powietrzu dostarczonemu poprzez specjalne kanały znajdujące się w drzwiach piecowych. Częściowo spalony gaz wędruje poprzez kanały w ścianach bocznych do kanałów podtokowych, gdzie jest dopalany powietrzem wtórnym..

(33) Studium literaturowe. Wytworzone ciepło przekazywane jest przeponowo do wsadu węglowego. Powstałe spaliny kierowane są do bloku kogeneracji gdzie wytwarzana jest energia elektryczna i ciepło. Cały układ grzewczy łącznie z przestrzenią komór pracuje w warunkach podciśnienia, co eliminuje szkodliwą emisję zarówno przy obsadzaniu jak i podczas całego procesu koksowania wsadu węglowego. W Indiach pracuje kilka tego typu baterii koksowniczych, bazujących głównie na technologii zagęszczania firmy Vecon. Przykładem jest koksownia Sesa Goa gdzie formowanie poziomego naboju węglowego odbywa się za pomocą instalacji wibracyjnego zagęszczania a uzyskiwana gęstość wsadu w stanie roboczym wynosi ok. 1140 kg/m3 [www. sesa…].. Rys.3.5. Bateria koksownicza typu „Heat-recovery” na wsad ubijany [Kuyumcu i Abel 2011] Innym przykładem instalacji dwuproduktowej jest bateria w indyjskiej koksowni należącej do koncernu Tata Steel w Haldia [Biswas i in. 2011]. Bateria ta została oddana do eksploatacji w 2007 roku i produkuje rocznie ok. 1,6 mln Mg koksu. Roczna zdolność produkcyjna energii elektrycznej wynosi 960 GWh. Zagęszczanie wsadu węglowego w tej koksowni odbywa się metodą prasowania hydraulicznego, a gęstość wsadu kształtuje się na poziomie 1050 ÷ 1100 kg/m3(st. roboczy). Przemysłowe zastosowanie znalazły także konstrukcje chińskiego biura projektowego MEPC zarówno o poziomej jak i pionowej orientacji ubitego wsadu węglowego [Ściążko i Karcz 2011; www.mepc…].. 33.

(34) Studium literaturowe. Obserwowany na tym polu rozwój technologiczny w okresie ostatnich lat tj. automatyzacja procesu ubijania, zastosowanie ubijarek wieloubijakowych oraz operacji ciągłego nawęglania skrzyni nabojowej, w znacznym stopniu przyczynił się do skrócenia czasu ubijania oraz poprawy parametrów wytrzymałościowych naboju węglowego, umożliwiając tym samym stosowanie systemu ubijanego także w bateriach wielkokomorowych. Dynamika produkcji, szczególnie w okresie wysokiej koniunktury i związane z nią ciągłe zmiany receptur stosowanych mieszanek (węgle o różnych właściwościach fizykochemicznych) sprawiają, że problem destrukcji ubitego wsadu węglowego podczas procesu załadunku komór koksowniczych, powodujący poważne perturbacje eksploatacyjne nie został jednak całkowicie wyeliminowany i nadal wymaga prowadzenia odpowiednich badań. 3.4. Czynniki kształtujące jakość koksu Jakość koksu odgrywa kluczową rolę w eksploatacji wielkich pieców – głównego użytkownika tego produktu [Großpietch i in. 2000; Beppler 2000; Lin i in. 2000; Hermann 2002; Diez i in. 2002; Strugała 2006a; Alvarez i in. 2007; Karcz i Strugała 2008; Hiraki i in. 2011]. Koks w procesie wielkopiecowym spełnia funkcję energetyczną (dostarczenie ciepła do procesu), chemiczną (źródło gazów redukcyjnych i węgla pierwiastkowego do nawęglania surówki) oraz fizyczną (podtrzymanie słupa materiałów wsadowych, zapewnienie przepływu gazów redukcyjnych i spływu ciekłego metalu i żużla do dolnych partii pieca) [Strugała 2006a]. Dla spełnienia ww. funkcji koks powinien cechować się odpowiednimi parametrami jakościowymi [Loison i in. 1989; Karcz 1991; Ściążko i Sobolewski 2015]. Do podstawowych parametrów charakteryzujących jakość koksu należy zaliczyć jego analizę techniczną (obejmującą zawartość popiołu, wilgoci, części lotnych i kaloryczność) i analizę chemiczną (zawartość podstawowych pierwiastków takich jak węgiel, wodór, siarka, azot i tlen a także składników alkalicznych, fosforu, chloru, rtęci itd.). Ponadto istotnymi parametrami jakościowymi koksu są: -. wskaźnik reakcyjności koksu CRI (Coke Reactivity Index) i wskaźnik wytrzymałości poreakcyjnej koksu CSR (Coke Strength after Reaction) oznaczane metodą NSC (Nippon Steel Corporation),. -. wskaźniki wytrzymałości mechanicznej koksu i ścieralności (określane np. met. Micum czy Irsid),. 34.

(35) Studium literaturowe. -. skład ziarnowy koksu (a w szczególności zawartość podziarna i nadziarna). Obecnie najczęściej stosowanymi wskaźnikami oceny jakości koksu pod kątem. jego przydatności dla procesu wielkopiecowego, zarazem kształtującymi jego cenę w kontraktach handlowych są wskaźniki testu NSC, a mianowicie wskaźnik CRI oraz wskaźnik CSR [Hermann 2002; Karcz 2005; Strugała 2006a; Alvarez i in. 2007; Li i in. 2014; Probierz i Marcisz 2015]. Ponadto oznacza się też wskaźniki wytrzymałościowe koksu np. metodą Micum (ścieralność M10 oraz wytrzymałość mechaniczna M40). Rozwój techniczny w hutnictwie na przestrzeni ostatnich lat, polegający na wdrażaniu do eksploatacji wielkich pieców o coraz to większej objętości oraz wykorzystujących paliwa zastępcze (pył węglowy, gaz, paliwa ciekłe), spowodował wzrost znaczenia fizycznej roli koksu (zapewnienie przewiewności złoża wsadu w wielkim piecu), a co za tym idzie kluczową rolę uzyskały jego parametry wytrzymałościowe [Lin i in. 2000; Großpietch i in. 2000; Beppler 2000; Herman 2002; Diez i in. 2002; Strugała 2006a; Alvarez i in. 2007; Karcz i Strugała 2008; Zolotukhin i in. 2009; Hiraki i in. 2011]. Przewiduje się, że w długoterminowej perspektywie wraz z ciągłym rozwojem technologii wielkopiecowej, systematycznym wzrostem udziału paliw zastępczych i wynikającym z tego ograniczeniem zużycia koksu na Mg surówki, będą wzrastały wymagania co do parametrów wytrzymałościowych koksu.. Jakość surowca węglowego. Przygotowanie mieszanki wsadowej. Jakość koksu. Warunki procesu koksowania. Obróbka pozapiecowa koksu. Rys. 3.6. Czynniki kształtujące jakość koksu [Karcz i Strugała 2008] Wspomniane parametry jakościowe koksu kształtowane są w procesie przemysłowej pirolizy i zależą od szeregu czynników. Najbardziej istotnymi są przede wszystkim: jakość stosowanego surowca węglowego (stopień uwęglenia, skład chemiczny, właściwości termoplastyczne), parametry przygotowania mieszanki wsadowej (skład. 35.