Содержание к диссертации
Введение
Обоснование показателей для оценки физико-механических свойств доменного кокса 12
1.1. Прочность. 13
1.2. Крупность и равномерность кусков 20
1.3. Термостойкость 22
1.4. Микропористая структура 24
Выводы 26
2. Исследование влияния качества кокса на показатели работы доменной печи 30
2.1 Влияние качества кокса на технико-экономические показатели работы доменных печей 30
2.1.1. Методика проведения исследований 30
2.1.2. Оценка комплексного влияния показателей качества кокса на работу доменной печи 39
2.1.3. Влияние отдельных показателей качества
кокса на эффективность доменной плавки 46
2.1.4. Влияние качества кокса на технико-экономические показатели работы доменных печей различного объема 32
2.1.5. Выбор показателей для оценки и прогноза физико-механических свойств доменного кокса 61
2.1.6. Некоторые пути увеличения выхода и повышения качества доменного кокса, полученного на основе Восточных углей 66
2.2. Закономерности изменения микропористой структуры кокса по высоте доменной печи 74-
2.2;1. Закономерности изменения пористости и ячеистости кокса по высоте доменной печи 7б
2.2.2. Изменение прочности кокса по высоте доменной печи. Связь между прочностью кокса и показате лями его микропористой структуры 83
Выводы 88
3. Прогноз среднего размера кусков кокса 93
3.1. Термические напряжения в слое полукокса-кокса 96
3.1.1. Средняя температура слоя полукокса-кокса 99
3.2.1. Распределение термических напряжений по сечению слоя полукокса-кокса ЮЗ
3.2. Начальная поперечная кусковатость кокса Ю7
3.2.1. Формулировка и решение задачи о начальной поперечной кусковатости кокса 10?
3.2.2. Оценка влияния технологических условий коксования на изменение крупности кокса ^
3.3. Термическое разрушение кокса в процессе охлаждения 120
3.3.1. Образование термических напряжений в коксе при охлаждении и разработке методики их расчета 121
3.3.2. Закономерности изменения модуля упругости и усадки кокса при охлаждении 12^
3.3.3. Термические напряжения, образующиеся в коксе при мокром тушении 126
3.3.4-. Трещинообразования при охлаждении кокса в УСТК
3*4. Расчет среднего размера кусков доменного кокса 139
Выводы 1^-5
4. Исследование процесса термического разрушения кокса в доменной печи. расчет термостойкости кокса 147
4.1. Закономерности изменения температуры по сечению куска кокса в процессе доменной плавки 150
4.2. Расчет термических напряжений! образующихся в коксе в процессе схода его по высоте доменной
печи 153
4.3. Расчет термостойкости кокса 158
4.3.1. Методика расчета термостойкости кокса 158
4.3.2. Анализ факторов, влияющих на термостойкость кокса 165
Выводы 170
5. Исследование влияния различных факторов на модуль упругости, предел прочности на разрыв и усадку кокса 171
5.1. Спекаемость углей и разработка метода ее
172 объективной оценки
5.1.1. Теоретические основы 178,
5.1.2. Разработка метода определения спекаемости углей по данным дилатометрических показателей 185
214
5.1.3. Связь между температурным интервалом и величиной вспучивания ' 198
5.1.4. Использование показателя&ъ для расчетного прогнозирования спекаемости шихты 202
5.1.5. Оценка влияния эффекта "несовместимости" 212
5.1.6. Использование&tg в формулах прогноза рационального состава угольных шихт и прочностных характеристик кокса 5.2, Исследование влияния различных факторов на модуль упругости и усадку кокса 239
5.2.1. Модуль упругости и усадка кокса в горячем состоянии 240
5.2.2. Модуль упругости охлажденного кокса и при вторичном нагревании 256
5.3. Влияние различных факторов на предел прочности кокса на разрыв 258
Выводы 271
6. Исследование микропористой структуры кокса из отдельных марок углей и шихт и ее изменения в процессе реагирования с реакционноспособными газами 276
6.1. Микропористая структура кокса из отдельных марок углей 277
6.2. Зависимость прочности кокса от плотности его материала, определяемой микроструктурным анализом - *281
6.3. Изменение микропористой структуры по толщине куска кокса в процессе реагирования с С0 284
6.3.1. Влияние крупности кокса 286
6.3.2. Влияние начальной пористости кокса 289 Выводы 288
7; Анализ эффективности использования показателя термостойкости при комплексной оценке физико--механических свойств доменного кокса в промышленных условиях 293
7.1. Влияние марочного состава коксуемой угольной шихты 293
7.2. Получение кокса из шихшы с повышенным участием оющенных слабоспекающихоя углей Кузбасса 300
Выводы 310
Заключение 312
Список использованных источников
- Крупность и равномерность кусков
- Оценка комплексного влияния показателей качества кокса на работу доменной печи
- Средняя температура слоя полукокса-кокса
- Закономерности изменения температуры по сечению куска кокса в процессе доменной плавки
Введение к работе
Намеченная ХХУІ съездом КПСС программа развития народного хозяйства на XI пятилетку предусматривает значительный подъем материального и культурного уровня советского народа на основе высоких темпов социалистического производства, повышения его эффективности, научно-технического прогресса и ускорения роста производительности труда / I /.Это вновь нашло подтверждение в решениях ноябрьского 1982 года и декабрьского 1983 года Пленумов ЦК КПСС, продемонстрировавших твердую решимость партии идти вперед ленинским курсом, осуществляя задачи коссунистическо-го строительства, последовательно проводить в жизнь выработанный ею курс в области внутренней ;и внешней политики. Генеральным секретарем ЦК КПСС тов»Ю.В.Андроповым поставлена главная стратегическая задача до конца одиннадцатой пятилетки; обеспечить дальнейшую интенсификацию общественного производства, повышение эффективности народного хозяйства / 2 /, Важное место в решении этих задач принадлежит черной металлургии»
Доменное производство является одним из основных звеньев металлургического передела. Эффективность доменной плавки, особенно в современных агрегатах большой мощности, существенно зацисит от качества используемого кокса, требования к которому становятся все более жесткими. К сожалению, тенденция изменения сырьевой базы такова, что запасы хорошкоксующихся углей уменьшаются, и в шихту приходится вводить все больше слабоспе-кающихся углей. Это не может не отразиться на качестве получаемого кокса, в том числе на показателях его физико-механических свойств. При этом изменяются и технико-экономические показатели работы доменных печей.
Известно, что кокс является единственным материалом доменной шихты, который остается твердым в процессе всей доменной плавки. Отсюда велика его роль как разрыхлителя доменной шихты, обеспечивающего ее газопроницаемость. Это достигается использованием прочного кокса оптимальной крупности и равномерной куско- . ватости.
Применительно к современным доменным печам большого объема влияние показателей физико-механических свойств кокса на процесс доменной плавки возрастает, что указывает на необходимость снабжения их более прочным и равномерным по крупности коксом» Кроме того, в доменных печах большого объема возросла скорость нагрева материалов шихты. Это предопределяет возможность более интенсивного разрушения кусков кокса на отдельности вследствие возникновения в его материале термических напряжений и достижения ими предела прочности на разрыв. При этом падает газопроницаемость доменной шихты и снижается эффективность доменной плавки. Поэтому показатель термостойкости следует рассматривать как один из основных при оценке качества кокса для современных доменных печей.
Следует отметить, что некоторые используемые на практике показатели физико-механических свойств кокса в практическом интервале изменения не коррелируются с производительностью доменных печей и удельным расходом кокса. По ним невозможно прогнозировать изменение технико-экономических показателей работы доменных агрегатов. Поэтому разработка научных основ и практических методов оценки физико-механических свойств доменного кокса, использование которых позволяет объяснить и прогнозировать изменение технико-экономических показателей доменной плавки, является актуальной проблемой, решение которой и явилось целью настоящих исследований^
Решение поставленной задачи потребовало проведения иссле-
дований по установлению корреляционной связи между используемыми на практике показателями качества кокса в практическом интервале их варьирования и производительностью доменной печи и удельным расходом кокса на тонну чугуна* Результаты выполненной работы позволили дать объективную информацию об эффективности использования отдельных показателей для оценки и прогноза качества кокса как компонента доменной шихты,и, кроме того, разработать реальные, технически несложные мероприятия по улучшению качества кокса, реализация которых расширит его ресурсы и повысит показатели работы доменных агрегатов. Проведенные исследования показали необходимость комплексной оценки качества кокса по данным физико-механических анализов для современных доменных печей большого объема, включающей прочность, крупность и равномерность кусков, термостойкость и в качестве дополнительного - показатели микропористой структуры. Использование такого комплекса показателей позволяет объективно оценить и прогнозировать изменение производительности доменных печей и удельного расхода кокса.
В связи с изложенным были проведены исследования по разработке математической модели прогноза средней крупности получаемого в действующих печах кокса и ее изменению в зависимости от технологических условий коксования.
Результаты изучения закономерностей разрушения в процессе доменной плавки кокса от термических напряжений позволили предложить математическую модель расчета его термостойкости. Последняя учитывает как физико-механические свойства кокса, так и условия его вторичного нагрева в доменной печи.-
С целью получения необходимых данных для расчета средней крупности и термостойкости кокса было исследовано влияние
10 различных факторов на его модуль упругости, деформацию и предел прочности на разрыв в процессе получения, охлаждения и при вторичном нагреве.
Результаты промышленных исследований эффективности оценки термостойкости кокса по предложенному показателю позволили отметить достоверность его использования при прогнозе изменения производительности доменной печи и удельного расхода кокса на тонну чугуна.
При выполнении упомянутых исследований, а именно, постановке экспериментов, обработке опытных данных широко использовалась вычислительная техника*
Работа выполнена на кафедре теплотехники и автоматизации металлургических лечей, общей и аналитической химии и металлургии черных металлов Липецкого политехнического института.
Большую помощь при проведении исследований автору оказали: сотрудники Липецкого политехнического института доц.Середкин А.Е., старший преподаватель Гаврилова Н.А., инженер Гулидов А.И., студенты Шарипов В.Н., Курбатов А.В., Шифрин В.Й.; работники Новолипецкого металлургического завода: Белинский С.Б., Мурав-ков Н.Г., Бахтаров Л.Ф., Дорофеев И.М., Болобан Г.И., Саблин В., Чекмачев В.И., Соболев С.Я., Кокоц Ю.Ф., Минаков А.С, Скрыпа-лев Ю.Ф., Урбанович Г.И., Васильев С.В. Автор выражает им искреннюю благодарность.
Автор особо признателен профессору, доктору технических наук Макарову Г.Н. за полезные советы и критические замечания, которые были с благо'дарностью учтены при выполнении данной работы.
Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и 8 приложений; изложена на 356 страницах машинописного текста, имеет 74 таблиц и84 рисунков. Список использованной литературы содержит 237 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Крупность и равномерность кусков
Прочность, крупность и однородность кусков кокса по крупности в процессе доменной плавки при прочих равных условиях определяет газопроницаемость столба шихтовых материалов / 3,6,7,9, 12,13 /. Значение прочности и крупности кокса резко возросло в условиях использования его в современных мощных доменных печах, работающих в форсированном режиме / 3,6,8,9,14,15,17 /.
Следует отметить, что среди ученых-металлургов в настоящее время нет единого мнения об оптимальных минимальном и максимальном пределах крупности доменного кокса» її.Д.Балон со своими сотрудниками / 11,12,15,18 / считают, что соотношение крайних размеров кусков доменного кокса должно быть не более 2. При этом не заполняются пустоты между кусками Учитьшая снижение прочностных характеристик кокса размером 60 мм, авторы считают, что оптимальная крупность доменного кокса должна быть 30-60 мм. Аналогичного мнения о соотношении крайних размеров кусков доменного кокса придерживаются З.И.Некрасов / 3 /, В.Е.Диденко / 6 /, К.И.Котов и С.И.Пинчук / 37 /. Однако Л.ЗДодак, Б.АІГесс-де--Кальва, Ю.И.Борисов / 26 / отмечают, что оптимальное соотношение крайних размеров доменного кокса не должно превышать 1,5 1,75. В то же время М.С.Винарский и Э.И.Торяник установили, что на газопроницаемость кокса оказывает влияние как соотношение крайних размеров его кусков, так и их количество в засыпке / 38 /.
Не согласны с мнением о необходимости уменьшения верхнего предела крупности используемого в доменном процессе кокса до 60 мм А.Н.Чернянин и М.Я.Остроухов / 39 /, В.И.Логинов и С.М.Соломатин / 36 / и др. исследователи / 40,41 /
Л.З.Ходак, Б.А.Гесс-де-Кальва, Ю.И.Борисов / 26 / обработали данные отечественных и зарубежных исследований о работе доменных печей на сортированном коксе (к сортированному авторы относили кокс, содержащий 60-70 % исследованного класса крупности;. Согласно полученным ими результатам снижение крупности повышает технико-экономические показатели работы доменных печей. Уменьшение среднего размера кусков кокса с 72 до 40 мм увеличивает производительность доменной печи в среднем на 9 ft и снижает удельный расход кокса на тонну чугуна приблизительно на 5 # Следует отметить, что улучшение технико-экономических показателей работы доменных печей на коксе меньшей крупности происходит и вследствие его большей прочности / 101 /.
И.З.Шатоха и Б.В.Боклан / 46 / на основании анализа результатов опубликованных исследований, проведенных на металлургических заводах "Азоветаль", Западно-Сибирском и ММК, показали, что доменные печи более чувствительны к изменению свойств кокса, несортированного на узкие классы крупности. При этом авторы отмечают, что влияние однородности кокссшо крупности на технико-экономические показатели работы доменных печей более значительное, чем крупности Целесообразность перевода доменных печей на сортированный кокс отмечают К.И.Котов и др. / 42 / Заключение сделано по результатам опытных плавок в доменной печи объемом 675 м на заводе им.Петровского. Н.Г.Миханек и др. / 44 / установили, что добавление к коксу крупностью 40 мм класса 25-40 мм до 50 fo увеличило производительность доменной печи № 3 Чусовского металлургического завода на 2,7 % и снизило удельный расход кокса на тонну чугу 22 на на 1,6 % т Продолжительность опытных плавок составила 10 суток.
Анализ опубликованного материала позволяет заключить, что в настоящее время среди исследователей и практиков нет единого мнения об оптимальной крупности доменного кокса. Результаты опытных доменных плавок противоречивы. При этом исследования были проведены в основном на печах небольшого объема, к тому же кратковременно. Не установлено относительное влияние показателей крупности и прочности кокса на работу современных мощных доменных печей, что необходимо для разработки метода оценки и прогноза его качества как компонента доменной шихш.
Оценка комплексного влияния показателей качества кокса на работу доменной печи
Для оценки совместного влияния используемых на практике показателей качества кокса на производительность доменной печи и удельный расход кокса были рассчитаны коэффициенты множественной корреляции. Последние устанавливают степень тесноты связи менду зависимой переменной и группой независимых переменных / 16 /.
Анализировались данные исследований за I979-I98I годы. Для выбора независимых переменных показателей качества ковса, определяемых физико-механическими анализами, были рас считаны коэффициенты парной корреляции между ними. Данные расчетов для коксов, полученных в коксовых печах объемом 21,6 и 32,3 м (соответственно батареи 1-4 и 5-8 НЛМЗ). показаны в табл.2.б.
Из результатов расчетов коэффициентов парной корреляции видно, что МЮ малого барабана не имеет тесной корреляционной связи с другими показателями качества кокса. Показатель М25 статистически достоверно закоррелирован со средним диаметром кусков ( Zo,Q = 0,3246; 2o,f = 0,2746 / 16 /). Однако, имеется тесная статистически достоверная корреляционная связь между средним диаметром кусков ( иср ) и содержанием в коксе класса 40-80 и 80 мм. Если в качестве одного из показателей качества кокса при расчете коэффициента множественной корреляции выбрать содержание в нем класса 40-80 мм ( 0-88 ї0 HQ-обходимо установить тесноту связи между величинами В4О-8О и М25 при условии исключения влияния МЮ, а также между В 0_8о и МЮ при условии исключения влияния МЮ. В связи с изложенным были рассчитаны соответствующие коэффициенты парциальной корреляции / 16 /.
Значения расчетных коэффициентов парной корреляции между s40-80 и 5 ПРИ условии исключения влияния МЮдля кокса батарей 1-4 равно 0,194, для кокса батарей 5-8 - 0,179, а между в40-80 и при УСЛ0БЙИ исключения влияния М25 равно соответственно 0,257 и 0,244. Это ниже критического значения при вероятности 90 fo / 16 /. Таким образом, между содержанием в коксе класса 40-80 мм и показателями малого барабана имеется незначительная статистически недостоверная корреляционная связь. Поэтому для оценки совместного влияния данных физико-механических анализов кокса на эффективность доменной плавки нами выбраны показатели малого барабана и содержание в коксе клас ca 40-80 мм.
Для того, чтобы проанализировать эффективность оценки и прогноза качества кокса как компонента доменной шихты раздельно по данным его технического анализа и физико-механических испытаний, коэффициенты множественной корреляции рассчитывали для соответствующих групп показателей. При этом в группу показателей технического анализа кокса включены влажность, зольность, сернистость и выход летучих веществ, а в группу показателей физико-механических анализов - содержание в коксе класса 40-80 мм и данные испытания его в малом барабане (М25 и MIO). Следует отметить, что так как доменные печи объемом 2000 и 3200 м обеспечиваются коксом сухого тушения, который характеризуется незначительным изменением влажности {0,4 0,6 %, табл.2.5), влажность кокса учитывалась лишь при расчете коэффициента множественной корреляции для доменной печи объемом 1000 м .
Результаты исследований (табл.2.7) показывают, что данные технического анализа кокса совместно оказывают существенное влияние на производительность доменной печи и удельный расход кокса при плавке. Групповое же влияние показателей малого барабана и содержания в коксе класса 40-80 мм незначительное.
Проверка значимости рассчитанных коэффициентов множественной корреляции производилась по критерию Фишера / 16 / (табл.2.8). Табличные значения F-критерия при вероятности 95 % составляют 2,91 , при вероятности 99 % - 4,52. Согласно данных табл.2.8 гипотеза о совместном влиянии показателей технического анализа кокса на производительность доменной печи и удельный расход кокса подтверждается с высокой вероятностью. Связь же между эффективностью доменной плавки и группой данных физико-механических испытаний кокса незначительная.
Как следует из табличных данных совместное влияние выхода летучих веществ, влажности (для доменной печи объемом 1000 м ), зольности и сернистости кокса на производительность доменной печи и удельный расход кокса приблизительно составляет соответ ственно для печей объемом 1000 м5 - 61,14 % и 51,35 %9 2000 м5 - 66,62 fo и 47,02 % и 3200 м3 - 40,02 % и 49,10 % , . Влияние показателей физико-механических испытаний кокса в практическом интервале изменения их значений менее значительное.
Таким образом, эффективность оценки и прогноза изменения технико-экономических показателей доменной плавки по применяемым на практике данным физико-механических анализов кокса невысокая. Совместное влияние данных технического анализа кокса на производительность доменной печи и удельный расход кокса значительное, статистически достоверное с вероятностью 95-99 %.
Изучалось влияние на показатели доменной плавки данных технического анализа кокса, испытаний его в большом и малом барабанах, содержания классов 40-80 мм и 80 мм, среднего диаметра кусков, крупности и прочности, рассчитанных по методике К.И.Сыскова.
Результаты исследований представлены в таблице 2.10.
Как следует из данных экспериментов имеется тесная корреляционная связь между показателями доменной плавки и данными технического анализа кокса. При этом теснота такой связи подтверждается с вероятностью 90-95 % / 16 /, Обращает на себя внимание высокое значение коэффициента парной корреляции между влажностью кокса и показателями плавки доменной печи объемом 1000 м . Это указывает на целесообразность и эффективность стабилизации доменного кокса по влажности в установках сухого тушения.
Средняя температура слоя полукокса-кокса
В настоящее время большинство исследователей едины во мнении, являясь сторонниками следующей гипотезы механизма трецинообразования в коксовом пироге / 32, 61, 78, 136, 131 /.
Возникновение термических напряжений в затвердевшем остаточном угольном материале связано с наличием градиента усадки в смежных слоях полукокса-кокса. Градиент усадки обусловлен характером изменения температуры по его сечению.
Поскольку при более высокой температуре нагрева усадка полукокса-кокса возрастает, то на его поверхности, примыкающей к простенку печной камеры (рис.3.I), образуются растягивающие напряжения (+), а внутри - сжимающие (-). При достижении термических напряж ний,равных пределу прочности при растяжении, массив кокса разрушается. Образовавшиеся трещины по мере прококсовывания загрузки распространяются от простєн-ка к оси печной камеры и формируют так называемую начальную кусковатость кокса (крупность валового кокса отличается от начальной в связи с его последующими разрушениями при выдаче из камеры, охлаждении и на перегрузках).
Согласно результатов исследований, проведенных Коняхи-яым А.П., Сысковым К.И., Фоминым А.П., Шатохой И.З. / 141 /, значение коэффициента Пуассона для коксов изменяется в пределах 0,08-0,12, т.е. среднее значение у = 0,1. Эту величину можно принять для расчетов термических напряжений по сечению образующегося в коксовой печи слоя полукокса-кокса.
Таким образом, для расчета Ьт необходимо знать коэффициент его линейного сжатия при нагреве и модуль упругости в горячем состоянии и среднюю температуру слоя полукокса-кокса ( t ). Результаты исследований влияния различных вакторов на модуль упругости и усадку кокса изложены в главе 5.
Средняя температура тела кокса зависит от характера ее распределения по сечению. При этом необходимо иметь в виду, что термические напряжения возникают лишь при наличии усадки. Поэтому расчет средней температуры необходимо производить для слоя образовавшегося полукокса-кокса.
С целью определения характера распределения температуры по сечению слоя полукокса-кокса были проведены специальные исследования. Изучалось распределение температуры по сечению загрузки при нагреве различных марок углей в укрупненной лабораторной печи (загрузка угля б кг). Коксование угля проводили в металлической реторте шириной 120 мм и длиной 200 мм. Нагрев электрический, 2-х сторонний. Хромель-алюмелевой термопарой замеряли во времени характер изменения температуры слоев на расстоянии 0, 10, 20, 30, 40, 50 и 60 мы от греющей поверхности. Характеристика взятых для исследования углей приведена в таблице 3.1.
На рис.3.2 приведены кривые распределения температуры по сечению загрузки в процессе коксования различных марок углей. На рисунке показано для какдой марки угля значение температуры начала усадки ( І ус ).
Так как задачей данных исследований являлось установление характера распределения температуры, по сечению слоя полукокса-кокса в интервале температур начала усадки и трещи-нообразования, необходимо было определить температуру слоя, примыкающего к обогревательному простенку ( tfj ), при котором начинается термическое разрушение массива кокса.
Закономерности изменения температуры по сечению куска кокса в процессе доменной плавки
Формулировка и решение настоящей задачи выполнено применительно к переработке углей и шихт в современных коксовых печах»
В процессе коксования в массиве кокса образуются перпен- . дикулярно к простенкам трещины, которые определяют его начальную поперечную кусковатость On . Крупность валового кокса отличается от начальной в связи с его разрушением при выдаче из печной камеры, охлаждении и перегрузках / 32,130,131,136/.
Известно, что при нагреве кокса происходит его усадка, количественно оцениваемая коэффициентом термического сжатия /32,120/. Применительно к существующим коксовым батареям свободной усадке образовавшегося у обогревательного простенка слоя полукокса-кокса препятствуют: с одной стороны, силы трения его о кладку простенка, а с другой - примыкающий слой полукокса-кокса, который характеризуется меньшим коэффициентом термического сжатия / 130 /.
Вследствие отсутствия свободной усадки в слое образуются термические напряжения,которые при достижении предела прочное ти при растяжении вызывают разрушение массива кокса (трещино-образование) /32,78,130,131). По мере прококсования угольной загрузки трещины прогрессируют от простенка к оси печной камеры и, в конечном итоге, определяют начальную поперечную кус-коватвсть кокса.
Рассматриваемая выше задача в силовом и геометрическом отношении подобна задаче течения тонкого пластического слоя по жестким поверхностям /133/»,При ее решении примем следующие допущения (рис .3.4): а) скорость перемещения частиц кокса за счет температур ного сокращения не изменяется по его толщине Л, б) нормальные напряжения по длине и высоте коксового пи рога (оси X и У) равны между собой (у - 5у r Q )» внут ренние касательные напряжения малы по сравнению с нормальными и ими пренебрегаем ( Т у = 0), а третье нормальное напряже ние постоянно по толщине слоя и равно 6g = Р.
На контакте слоя кокса с простенком действуют касательные силы кулоиовского трения, направленные в сторону, противоположную его перемещения Pf ,;
С противоположной стороны на слой кокса действуют каса- тельные силы, вызванные различным термическим напряжением в соседних слоях полукокса - кокса дб Тогда суммарно касательные силы равны:
Таким образом, для решения задачи необходимо определить функцию напряжений Ф , удовлетворяющую дифференциальному уравнению (З.ІІ) и краевому условию (3.12). Представления о функции напряжения дает метод аналогии с зернистой насыпью (134). Представим- себе, что на плиту, находящуюся в горизон тальком положении, насыпан зернистый материал. Естественный откос (45) образующегося холма дает представление о функции напряжения. В рассматриваемом случае поверхностью функции напряжения является "крыша", построенная от шормирующего размера. Формирующие куски кокса имеют вид шестигранной призмы /32,46/. Поэтому поверхностью функции напряжения является "крыша", построенная на шестиугольнике высотой, равной R -соб 30 v При этом, R - радиус окружности, описывающей правильный шестиугольник.
Тогда Ф щ " R COS Ъ0 и будем иметь:
Разрушение кокса происходит при условии, что напряжения равны пределу прочности на разрыв ( &так - (5„„ ) Тогда, приняв начальную крупность внутрикамерного кокса равной диаметру описывающей шестиугольник окружности, получим следующее уравнение для расчета начальной поперечной кусковатости кокса (о ) с учетом последующей его усадки при нагреве до конецной температуры коксования (7-5-9 {а /32,78/):
п Pf + А (5
Если в качестве определяющего размера принять диаметр вписанной в шестиугольник окружности, то формула для расчета принимает вид:
Давление коксуемой загрузки па обогревательный простенок Р равно: Р=Р, Рг (3.15) где Р - давление на простенок, обусловленное массой верх Нб-лежащих слоев угольной загрузки; Рд - давление распираний, Р может быть определено по уравнению /135/: P H s-!-) СЗЛ6) » где П. - высота загрузки, і - плотность насыпной массы угольной шихты, Р - угол естественного откоса.
Изменение Р, по высоте загрузки для печной камеры высотой 5 м при переработке газового угля показано на рис.3.5. При расчете крупности кокса необходимо брать среднее по высоте печной камеры значение Р. .
Уравнение (3.14) выведено из допущения, что по высоте слоя кокса усадка постоянная. Поэтому для выбора л, необходимо оценить влияние относительного изменения усадки по толщине слоя кокса на его кусковатость.
Мысленно разделим параллельно простенку толщину- загрузки на элементарные слои одинаковой толщины п . 3 ; пределах каждого слоя примем, что кокс . имеет одинаковые температуру и усадку, а, следовательно, и величину термических напряжений. Между слоями температура, усадка и термические напряжения изменяются скачкообразно. Значение П, выберем соответственно изменению усадки по высоте первого со стороны простенка слоя на 2,3,5,10, 15 и 20 fo. Рассчитаем изменение величины термических напряжений между первым и вторым (со стороны простенка) слоями, т.е. определим величину ДО
