Как пекут кокс на Московском коксогазовом заводе (часть 1)

16 July
A full set of statistics will be available when the publication has over 100 views.
Это начало рассказа. Продолжение - в следующей публикации

Это происходит из раза в раз. Сперва все замирает, затем горновой открывает лётку и из горна печи вырывается наружу поток жидкого чугуна, который по желобам направляется на литейный двор, а там разливается по чугуновозам. В этот момент доменная печь словно облегченно выдыхает - “уфф”. Даже чувствуется, как спадает напряжение, но это буквально на несколько минут. После того, как завершится выпуск чугуна, горновой закроет лётку и начнется загрузка печи новой партией шихты, в состав которой входят руда, известняковый флюс и кокс.

Для производства 1 т. чугуна требуется 430 - 490 кг. кокса.

Что такое кокс и зачем он нужен

Кокс - очень твердый пористый материал серого цвета. На 98 - 99% он состоит из углерода.

Так чем же кокс так полюбился металлургам, которые активно применяют его в доменном и литейном производстве?

Он является высококачественным бездымным топливом, источником тепла. Углерод, содержащийся в коксе, играет ключевую роль в восстановлении железа. Кроме того, в процессе плавки кокс служит разрыхлителем шихты, его куски образуют что-то вроде сита, через которое проходят доменные газы, стекают вниз расплавленный металл и шлак. Эта способность кокса обусловлена еще одной особенностью - он очень прочный и, нагреваясь, не становится вязким или жидким. Поэтому столб шихты, загруженной в печь, не способен раздавить кокс и тот играет свою роль разрыхлителя - сита до тех пор, пока не сгорит.

Изначально в доменных печах в качестве топлива применялся древесный уголь. Но уже в XVIII веке истребление лесов для его производства достигло таких масштабов, что металлурги всерьез задумались об альтернативном источнике топлива.

Информацию о том, кто и как придумал выжигать каменный уголь в кокс, мне не удалось найти. Однако известно, что первая плавка чугуна на коксе состоялась аж в 1735-м году.

С тех пор процесс коксования прошел огромный путь развития, но одно осталось неизменным: качество кокса определяется свойствами угля, из которого его делают.

Москокс

То, как готовят кокс, нам удалось увидеть на заводе АО “Московский коксогазовый завод”, входящем в состав Группы “Мечел”.

Условная схема Московского коксогазового завода: 1 - склад угля, 2 - мостовые грейферные краны, з - электрический вагонотолкатель, 4 - вагоноопрокидыватель, 5 - подземный конвейер доставки углей на склад, 6 - подземный конвейер доставки углей в закрытый склад (силосы), 7 - бункер разгрузки угля, 8 - башня сортировки и погрузки кокса в вагоны, 9 - электрический вагонотолкатель, 10 - закрытый склад углей (силосы), 11 - конвейер подачи шихты в угольную башню, 12 - конвейер подачи кокса на погрузку, 13 - рампа выгрузки кокса из коксотушильного вагона, 14 - двересъемная машина, 15 - коксотушильный электровоз, 16 - коксотушильный вагон, 17 - кокостушильная башня, 18 - коксовыталкиватель, 19 - коксовый цех, 20 - коксовая батарея, 21 - угольная башня
Условная схема Московского коксогазового завода: 1 - склад угля, 2 - мостовые грейферные краны, з - электрический вагонотолкатель, 4 - вагоноопрокидыватель, 5 - подземный конвейер доставки углей на склад, 6 - подземный конвейер доставки углей в закрытый склад (силосы), 7 - бункер разгрузки угля, 8 - башня сортировки и погрузки кокса в вагоны, 9 - электрический вагонотолкатель, 10 - закрытый склад углей (силосы), 11 - конвейер подачи шихты в угольную башню, 12 - конвейер подачи кокса на погрузку, 13 - рампа выгрузки кокса из коксотушильного вагона, 14 - двересъемная машина, 15 - коксотушильный электровоз, 16 - коксотушильный вагон, 17 - кокостушильная башня, 18 - коксовыталкиватель, 19 - коксовый цех, 20 - коксовая батарея, 21 - угольная башня

Уголь

Процесс коксования заключается в том, что при нагреве из каменного угля испаряется вода, улетучиваются газы, соединения азота и фосфора, водород. А сам каменный уголь при этом сперва становится вязким, а с повышением температуры спекается в единую массу. Свойство становиться вязким при нагреве отличает коксующиеся угли от некоксующихся.

Существует несколько марок коксующихся углей: коксовые (К), коксовые спекающиеся (КС), коксовые отощенные (КО), жирные (Ж), газово-жирные (ГЖ), отощенно-спекающиеся (ОС) и слабо-спекающиеся (СС).

Идеально для коксования подходят угли марки К. Но как это часто бывает, запасы наиболее подходящего сырья на нашей планете невелики и приходится как-то выкручиваться.

Поэтому коксохимики придумывают свои рецепты: берут, к примеру, марку Ж, которая обладает отличными показателями вязкопластичности. Но вот незадача: при нагреве из нее вместе с летучими веществами уйдет до 30% массы и кокс получится очень пористым, а соответственно механически слабым. Чтобы этого избежать, добавляют марки КС и КО. Однако они совсем не спекаются и обладают высокой реакционной способностью. Чтобы ее компенсировать, добавляют марку ГЖ. В общем, процесс поиска правильной формулы - творческий. Математика здесь не помогает, тут важнее личный опыт, эксперимент, знание угля, технологии и техники.

Зачем я все это рассказываю? Да затем, что производство кокса начинается со склада углей. А коксогазовый завод - с заводской станции.

Станция Заводская

Московский коксогазовый завод производит в год до 1.1 млн. тонн кокса. На это уходит примерно 1.3 млн. тонн угля. Т.е. ежедневно завод принимает в среднем до 50 вагонов угля и отправляет около 45 вагонов кокса. Этот грузопоток обеспечивает железнодорожная станция Заводская.

Станция условно разделяет завод на две части. В северной стороне находится склад угля, в южной - производство. Для разгрузки угля оборудованы бокс для размораживания вагонов на два стойла и вагоноопрокидыватель, а для погрузки кокса - башня сортировки кокса и его погрузки в вагоны.

Подачу вагонов на разгрузку в вагонооопрокидыватель обеспечивает электрический вагонотолкатель. Уголь высыпается в бункер, расположенный под вагонооопрокидвателем, а затем по подземному конвейеру отправляется на склад угля.

Станция Заводская. Синее сооружение на фоне - бункер для разгрузки угля, кирпичное сооружение правее - башня сортировки и погрузки кокса в вагоны, силосные башни в правой части кадра - закрытый склад угля
Станция Заводская. Синее сооружение на фоне - бункер для разгрузки угля, кирпичное сооружение правее - башня сортировки и погрузки кокса в вагоны, силосные башни в правой части кадра - закрытый склад угля
Станция Заводская. ТГМ6А-2073 выполняет маневровую работу. В левой части кадра вагоны, груженые коксом, ожидают отправки с завода, а в правой части кадра - стоят в очередь на погрузку кокса
Станция Заводская. ТГМ6А-2073 выполняет маневровую работу. В левой части кадра вагоны, груженые коксом, ожидают отправки с завода, а в правой части кадра - стоят в очередь на погрузку кокса
Маневровый тепловоз ТГМ6А-2073 с составом кокса
Маневровый тепловоз ТГМ6А-2073 с составом кокса
Диспетчерский пульт станции Заводская
Диспетчерский пульт станции Заводская
Диспетчерская станции Заводская
Диспетчерская станции Заводская

Склады угля

Угольный склад - это открытая площадка, по которой ровными штабелями - конусами разложены угли. А над ним парит мостовой кран с грейфером (специальным захватом для сыпучих грузов).

Как мы уже говорили, для производства кокса используют угли разных марок, которые смешиваются в определенных пропорциях в зависимости от тех свойств, которые ожидаются от продукта. Поэтому они раздельно хранятся и раздельно подаются на закрытый склад (силосные башни): грейферный кран берет уголь из соответствующего штабеля и грузит его на подземный конвейер, которым тот доставляется в соответствующую силосную башню.

Подземные конвейеры - дань чистоте. Благодаря им такое понятие, как угольная пыль, Москоксу почти не знакомо.

Кроме конвейеров, со склада угля на станцию Заводская ведет подъездной путь . Если конвейеры встанут, уголь грузят в полувагоны и доставляют на разгрузку в бункер, который находится на станции.

Из закрытого склада угли каждой марки подаются в дозировочное отделение углеподготовительного цеха. Начинается подготовка шихты для загрузки в коксовые печи.

В дозировочном отделении угли измельчаются в барабанных дробилках, отбираются дозаторами, смешиваются в необходимой пропорции, а затем еще раз измельчаются, на этот раз молотковыми дробилками. Когда угольная смесь измельчена до зерен размером около 0.3 мм., подготовка шихты завершается и она подается в угольную башню.

Слева - гараж для размораживания вагонов, справа - вагоноопрокидватель. На путях перед ним - электрический вагонотолкатель
Слева - гараж для размораживания вагонов, справа - вагоноопрокидватель. На путях перед ним - электрический вагонотолкатель
Склад угля
Склад угля
ТГМ6А-2073 перед бункером разгрузки угля
ТГМ6А-2073 перед бункером разгрузки угля
Бункер разгрузки угля
Бункер разгрузки угля

Угольная башня и углезагрузочная машина

В распоряжении коксового цеха “Москокса” находится 178 печей, объединенных в четыре коксовые батареи. Угольная башня возвышается над ними, прямо по центру . Она предназначена для хранения шихты и ее погрузки в углезагрузочные машины. Поэтому в угольной башне творит организованное двоевластие: верхняя часть принадлежит углеподготовительному цеху, а нижняя - коксовому.

Под башней работает углезагрузочная машина, выполняющая загрузку шихты в печь. Она самоходная, с электрическим приводом, передвигается по рельсам, уложенным по крыше коксовых батарей, а ее питание осуществляется по троллеям.

Поскольку у коксовой печи в крыше предусмотрено три загрузочных люка (один в центре, два по краям), углезагрузочная машина оборудована тремя бункерами для шихты.

Для погрузки шихты машина заезжает под угольную башню. Шихта загружается в бункеры. Затем она направляется к печи, загрузку которой нужно выполнить.

Благодаря загрузке через три люка шихта равномерно распределяется по коксовой камере печи. По завершении загрузки угольную смесь дополнительно выравнивают планирной штангой.

А затем печь плотно закрывают и начинается процесс коксования. Он продлится от 18 до 40 часов при температуре 1000 - 1100 градусов.

Угольная башня
Угольная башня

Печи и батареи

Камера коксовой печи расположена горизонтально. Ее длина составляет около 12 м, высота - 4 м, а ширина - 0.5 м. В верхнем перекрытии камеры предусмотрено три отверстия для загрузки шихты и отверстия для отвода летучих продуктов коксования. Они через газоотоводную арматуру направляются в газосборник. Газы, выделяющиеся при кокосовании, используются для нагрева коксовых печей.

С торцов камера печи плотно закрывается дверьми, которые открываются только по завершении процесса коксования для выталкивания готового кокса. Для успешного протекания процесса коксовая камера должна быть герметична как для наружного воздуха, так и для отопительных газов.

Коксовые печи. В каждой из них запекается по 13 т. кокса
Коксовые печи. В каждой из них запекается по 13 т. кокса

Коксовые печи собираются в батареи. В состав батареи входит несколько десятков печей. Камеры печей разделены между собой обогревательными простенками, каждый из которых содержит несколько десятков вертикальных отопительных каналов (вертикалов), разделенных между собой глухими перегородками.

Качество кокса зависит от равномерности прогрева загруженной в печь шихты. Поэтому в простенке так много вертикалов, а каждый из них оборудован устройствами для регулирования поступающих в него на сгорание газа и воздуха. Это позволяет очень точно настроить необходимый прогрев шихты.

Кроме вертикалов, в состав отопительной системы батареи входят регенераторы - накопители тепла отходящих дымовых газов. Дым проходит через регенератор и нагревает его до температуры около 1000 градусов. Затем происходит смена потока и через регенератор направляется газ, который подогревается в нем перед подачей в отопительные каналы. В это время тепло отходящих дымовых газов накапливает другой регенератор. Через 20 - 30 минут, когда первый регенератор остынет до 300 - 400 градусов, а второй наоборот нагреется, произойдет очередная смена потоков газов. Соответственно вертикали поочередно используются то для сжигания газа, то для отвода продуктов горения.

Из всего этого вытекает ответ на вопрос о том, зачем печи собирают в батареи: одной сложной термической системой управлять проще, чем четырьмя десятками.

Коксовый цех Московского коксогазового завода
Коксовый цех Московского коксогазового завода
Коксовые печи
Коксовые печи
Пост управления коксовыми печами
Пост управления коксовыми печами

Продолжение - в следующей публикации

Перечень всех публикаций об отечественной промышленности