Как получается кокс? | ТМ 1938-08/09

Инж. В. КОСТРИКИН

Сталь получают из чугуна. Чугун рождается в пламени доменных печей из железных руд. Об этом знают почти все, но многие забывают, что столь же необходимым сырьем для получения чугуна является кокс.

Кокс, засыпаемый в домну вместе с железной рудой, служит не только топливом, но и тем необходимым материалом, который при высокой температуре доменного процесса вступает в химическое взаимодействие с рудой и образует с ней чугун.

Доменные печи — главные и основные потребители кокса. Но, кроме того, кокс используется и для выплавки меди, и в калильных операциях в качестве топлива, и для получения генераторного газа, и для обжига кирпича, и в цементной, содовой, сахарной и в других отраслях промышленности.

Кокс, эта пористая масса серовато-серебристого цвета, мало похож на черный, сверкающий острыми гранями каменный уголь, из которого он получается в процессе так называемого коксования.

Расскажем вкратце, в чем заключается этот процесс.

Каменный уголь в течение многих часов выдерживают под действием высокой температуры (750° и выше) без доступа воздуха. При этом из угля выделяются его так называемые летучие составные. В печи остается кокс. В среднем из 1 т угля после коксования получается 750 кг кокса, 375 куб. м горючего коксового газа, 75 кг надсмольной воды и 50 кг смолы.

Каменноугольная смола — черная вязкая жидкость — представляет собой сложную химическую смесь различных углеводородных соединений. Надсмольная вода в растворенном виде также содержит целый ряд сложных химических соединений.

Эти основные продукты после дальнейшей переработки дают сотни других самых разнообразных веществ. Каждый основной продукт коксования можно представить себе как ветвь одного большого дерева, название которому — каменный уголь. Каждая ветвь разделяется на множество сучков и веток, отображающих собой целые группы разнообразнейших продуктов. Чугун и парфюмерия, боевые отравляющие вещества и удобрения, шпалопропитка и лекарства, взрывчатые вещества и краски, топливо и изоляторы — таковы лишь немногие представители этих веществ.

Ветви этого «дерева» показывают, какое множество разнообразных продуктов получается из каменного угля

Но вернемся к коксу. Далеко не все угли в одинаковой степени годятся для получения металлургического кокса. По содержанию золы и по целому ряду других свойств угли сильно отличаются друг от друга. Для коксования применяется смесь углей, так называемая «шихта», составленная из таких марок угля, которые могут дать твердый и крепкий кокс с небольшим содержанием золы и серы. Обычно горючая масса кокса должна содержать около 95% углерода. Остальное приходится на долю кислорода, азота, серы и водорода.

*

Вот перед нами коксохимический завод. Неприветливые серые сооружения, соединенные наклонными галереями, странные на вид башни и цилиндрические здания.

Коксохимический завод делится на две части. На первом плане мы видим коксовые печи, растянувшиеся длинным фронтом. Здесь, собственно, и происходит процесс коксования. В глубине за печами, рядом с водонапорной башней, расположены здания химического завода, где происходит переработка коксовых газов, выделяющихся в процессе коксования. Некоторые из цехов химического завода огнеопасны, и авария в них могла бы привести к большому пожару, если бы они не были изолированы от коксовых печей.

На схеме показаны основные агрегаты коксохимического завода. На переднем плане — разрез коксохимических печей.

Перед тем как попасть в печь, угли различных марок подвергаются тщательному дроблению. Они измельчаются до крупинок величиной примерно с гречневое зерно. В таком виде угли смешиваются в определенных пропорциях друг с другом. Готовая шихта передается в угольную башню — высокое, лишенное окон здание (на схеме оно обозначено цифрой 8).

По обе стороны угольной башни расположены батареи печей. Каждая из них состоит из множества отдельных камер коксования, разделенных узкими простенками. Батареи обращены к нам своей так называемой коксовой, или горячей, стороной, на которую выдают горячий кокс. Противоположная сторона называется машинной, там сосредоточены механизмы для загрузки и выдачи кокса.

По высоте коксовые печи разделяются на две части узкой площадкой. Верхняя часть печей, расположенная над площадкой, — это и есть камеры коксования. В нижней части расположены регенераторы, с которыми мы познакомимся позднее.

Вдоль всей площадки тянется длинный ряд чугунных дверей (1). Каждая из них закрывает отдельную камеру коксования. Эти двери называются «лапортами».

По рельсовому пути площадки передвигается своеобразный вагончик — это «двере-экстрактор» (2). Одна половина вагончика занята специальными машинами для открывания и закрывания лапорт. На другой стороне — две близко поставленные друг к другу железные решетчатые стенки.

Вот экстрактор остановился перед очередной камерой коксования. Прошло две-три минуты, дверь камеры открылась. Видна накаленная докрасна масса кокса, заполняющая собой камеру почти до самого верха. Решетчатые стенки экстрактора образовали теперь как бы коридорчик перед открытой камерой. Под экстрактор подошел электровоз с металлической платформой. Это вагон тушения (3). Установив платформу под самым экстрактором, электровоз дает два гудка.

Раскаленная масса кокса медленно двинулась. Вот она сплошным раскаленным «пирогом» проходит через узкий коридорчик экстрактора. Она идет дальше, повисает на минуту в воздухе над платформой и, рассыпаясь на куски, пылающим водопадом рушится вниз, в корытообразную металлическую платформу. Клубы черного дыма и фонтаны искр застилают экстрактор. Металлическая платформа медленно перемещается под этим раскаленным водопадом, чтобы масса кокса заполнила его равномерно.

Но вот падают последние куски кокса. Вагончик с пылающим грузом отправляется в башню тушения (4). Здесь на горячий кокс потоком льется вода, окутывая верх башни целым облаком пара.

Погасив кокс, машинист электровоза выезжает из-под башни тушения и останавливается у наклонной, выложенной чугунными плитами рампы (6). Автоматически открываются боковые стенки платформы, и кокс вываливается на рампу. С нижней части рампы кокс поступает на транспортер (7), который уносит его на коксосортировку. Там кокс разделяется на три основных класса: металлургический кокс, коксик и коксовая мелочь. Каждый из них совершает дальше свой путь самостоятельно и идет к различным потребителям.

*

Посмотрим теперь, что же происходит в самих печах, откуда выходит раскаленный кокс. Если бы мы вскрыли одну из таких камер, то увидели бы длинный узкий коридор. Вверху его находятся три люка (5) для загрузки угольной шихты. В самой глубине у машинной стороны есть еще четвертое отверстие для удаления газообразных продуктов коксования. Над этим отверстием возвышается хорошо видный снаружи стоячок (10).

Стенки камеры накалены до ярко-красного цвета. Коксовый газ, сгорающий в огневых простенках печи, непрерывно поддерживает высокую температуру.

Поднимемся теперь на верх коксовых печей, чтобы посмотреть, как происходит загрузка камер шихтой. Будьте осторожны: не становитесь на чугунные крышки загрузочных люков и остерегайтесь загрузочного вагончика (9), который непрерывно маневрирует по проложенному здесь пути.

Вот вагончик подъехал под угольную башню (8). Машинист и его подручный открыли сегментные затворы угольных бункеров — и в загрузочный вагончик черным пыльным потоком хлынула шихта. Наполнив вагончик, машинист снова закрывает затворы бункеров, и вагончик катится к пустой камере коксования. Люки открыты, машинист устанавливает вагончик так, что три его бункера приходятся как раз над тремя люками камеры, Мгновение — и шихта течет в накаленную печь. Из-под вагона вырываются черные и бурые клубы дыма. Из стояка начинают валить густые желтые пары смолы. Они становятся все гуще и гуще. Проходит еще две-три секунды, и из стояка вырывается уже клокочущее пламя, обрамленное черным дымом и густой копотью.

Но вот весь уголь из вагончика — 15—17 т пыльной, мелкой шихты — пересыпан в камеру коксования, и вагончик вновь отъезжает под башню. Рабочие быстро сметают в люки случайные остатки шихты, закрывают люки и замазывают глиной чугунные крышки. Воздух не должен проникать в камеры во время коксования. Через 13—15 часов пыльная сыпучая шихта превратится в крепкий, звонкий, серебристо-серый кокс.

Едва кончилась загрузка камеры, к стояку подходит рабочий и закрывает его наружный клапан. Теперь из стояка уже не вырывается больше столб пламени и дыма. Одновременно рабочий открывает другой клапан, которым стояк сообщается с железной трубой большого диаметра, идущей вдоль всей батареи. Это — барельет (11). Каждая камера коксования сообщается с барельетом посредством своего стояка. Газообразные продукты коксования попадают из камер в барельет и по нему идут дальше в аппаратуру химического завода, где их ждет дальнейшая переработка.

Какое же назначение имеют клапаны стояка? Почему нельзя все время держать закрытым наружный клапан? Почему часть газообразных продуктов бесполезно выпускается в атмосферу в моменты загрузки и выгрузки батареи? Дело в том, что в эти моменты через открытые люки и открытую лапорту в камеру проникает воздух. Воздух в смеси с коксовым газом может дать опасную взрывчатую смесь. Вот почему на это время надо изолировать камеру от барельета и дать этим газам свободный выход в атмосферу.

Если подойти к барельету и, наклонившись, посмотреть на машинную сторону, то глубоко внизу можно увидеть железнодорожный путь, идущий вдоль всей батареи. Путь этот несколько необычен: он очень широк, расстояние между колеями достигает 5 м. По рельсам, громыхая, движется громоздкая, тяжелая машина. Это — коксовыталкиватель.

Здесь, с машинной стороны, каждая камера закрыта такой же лапортой, как и с горячей. Когда надо произвести выгрузку камеры, коксовыталкиватель открывает лапорту. Затем его мощная лебедка с помощью длинной штанги с башмаком медленно выталкивает из камеры 15-тонный коксовый «пирог». Этот же коксовыталкиватель с помощью особого приспособления — планира — разравнивает угольную шихту в камере во время загрузки.

Вот опять подошло время выдавать кокс из очередной камеры. Ее лапорта с машинной стороны уже открыта. и машинист устанавливает коксовыталкиватель. С коксовой стороны слышатся два гудка. Значит, там все готово, чтобы принять кокс в уже знакомую нам платформу тушения (3). Мотор коксовыталкивателя напряженно загудел. Штанга уперлась в «коксовый пирог».

Еще усилие, и кокс, непрерывно толкаемый штангой, двинулся по поду печи. Там, на горячей стороне, вновь поднимаются клубы черного дыма и фонтаны искр.

*

Нам осталось узнать только одно: как происходит нагрев загруженной шихты, что служит топливом и где находятся очаги горения.

Топливом для коксовых печей служит коксовый газ, тот самый газ, который выделяется в камерах коксования. Только перед тем, как пустить его на сжигание, из него на химическом заводе извлекаются смолы, аммиак, пары бензола и другие ценные продукты.

Чтобы проследить путь сгорания этого газа, надо спуститься в тоннели (13). Тоннели тянутся длинными коридорами вдоль всей батареи печей и с машинной, и с горячей стороны.

По тоннелям проложен газопровод (14), и от него к каждой камере, вернее, к каждому простенку камеры, подводится коксовый газ. В этих-то так называемых «огневых простенках» и получается та высокая температура, которая передается шихте в камерах коксования. Простенки эти выложены огнеупорным кирпичом так, что представляют собой целую систему вертикальных каналов (16), по которым циркулируют раскаленные газы в смеси с воздухом, необходимым для горения. Этот воздух поступает в огневые простенки снизу, из регенераторов.

Регенераторы (15) проходят под камерами сгорания вдоль всей батареи коксовых печей. Каждый из них представляет собой узкую камеру, заполненную «насадкой» — так называется кирпичная кладка в клетку, с оставлением промежутков, по которым циркулируют газы и воздух. Под каждым обогревательным простенком находятся два регенератора. Пока в одном из них воздух нагревается за счет охлаждения насадки, в другом происходит обратный процесс: нагревается насадка за счет тепла отходящих дымовых газов.

Нагретый в регенераторе воздух по косым ходам поступает в вертикали (16) своего огневого простенка. Одновременно с этим в подошву вертикалей через соответствующие газопроводы подается коксовый газ. Возникает, как говорят коксовики, факел горения, который, проникая во все вертикали простенка, обогревает стенки смежных камер. Раскаленные продукты горения проходят дальше над сводом камеры через перекидные каналы (17) в соседний огневой простенок. Здесь они опускаются по соответствующим вертикалям и снова отдают свое тепло стенкам камер. Наконец, опустившись еще ниже, они совершают свою последнюю работу — обогревают насадку соседнего регенератора — и поступают в дымовой боров (18).

Такой сложный путь проделывают газы и продукты горения в коксовых печах. Через каждые полчаса путь газа, воздуха и продуктов горения автоматически меняется на обратный. В тех регенераторах, где отходящими газами нагревалась насадка, теперь нагревается воздух. В тех вертикалях, где опускались продукты горения, теперь возникают факелы, и наоборот. Это необходимо для того, чтобы «коксовый пирог» обогревался равномерно со всех сторон.

*

Мы с вами познакомились только с одной частью коксохимического завода — с коксовыми печами. Не менее интересный и сложный путь совершают «летучие» продукты коксования в многочисленных цехах и аппаратах химического завода. Но об этом мы расскажем в следующий раз.