Badania nad wpływem stopnia zagęszczenia wsadu węglowego na parametry jakościowe i właściwości optyczne koksu

Podobne dokumenty
Michał REJDAK, Andrzej STRUGAŁA, Ryszard WASIELEWSKI, Martyna TOMASZEWICZ, Małgorzata PIECHACZEK. Koksownictwo

Koncepcja Inteligentnego Systemu Przygotowania Wsadu Ubijanego

Mirosław Bronny, Piotr Kaczmarczyk JSW KOKS SA

Piece półtechniczne jako elementy systemów sterowania jakością koksu

1. Termiczna utylizacja substancji odpadowych w procesie koksowania węgla

Wpływ czasu składowania na właściwości zamorskich węgli koksujących oraz uzyskanych z nich koksów

Kompaktowanie drobnoziarnistych frakcji węglowych jako metoda przygotowania części wsadu dla zasypowego systemu obsadzania komór koksowniczych

Nowe narzędzia do badania jakości węgla i koksu. M.Winkler, A.Sobolewski, M.Janasik, B.Mertas

Propozycja klasyfikacji węgli koksowych

Wpływ dodatku emulsji smołowo-wodnej na zmianę właściwości koksotwórczych węgla oraz jakość uzyskiwanych karbonizatów

Wpływ parametrów petrograficznych węgli kamiennych na jakość koksu metalurgicznego

Zintegrowane stanowisko do koksowania próbek węgla i badania koksu

Polskie koksownictwo głównym europejskim producentem koksu odlewniczego

Doświadczenia eksploatacyjne po wdrożeniu nowego sposobu eksploatacji baterii koksowniczych przy zróżnicowanych ciśnieniach gazu surowego w

PODSTAWY TECHNOLOGII WYTWARZANIA I PRZETWARZANIA

Przemysłowe laboratorium technologii. ropy naftowej i węgla II. TCCO17004l

Archives of Waste Management and Environmental Protection

Badania ciœnienia generowanego w czasie pirolizy przez warstwê plastyczn¹ wêgli o ró nych w³aœciwoœciach koksotwórczych

Wpływ wybranych technik przygotowania wsadu węglowego na jakość koksu

Wytrzymałość mechaniczna i reakcyjność koksu

Industrial tests of co-pyrolysis solid recovered fuel (SRF) and hard coal

New World Resources Plc producent węgla kamiennego w Europie Centralnej.

Zmienność właściwości węgli koksowych w zależności od ich uziarnienia

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYWNÓW ZAKŁAD SPALANIA I DETONACJI Raport wewnętrzny

Katalog Węgla & Koksu

Tytuł zgłoszonego osiągnięcia naukowego: Parametry refleksyjności jako narzędzie oceny mikrostruktury węgli i materiałów węglowych.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE

AUTOREFERAT. a) TYTUŁ OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO Parametry refleksyjności jako narzędzie oceny mikrostruktury węgli i materiałów węglowych

Prof. dr hab. inż. Krystian Probierz dr H.C. Gliwice, r. Instytut Geologii Stosowanej Wydział Górnictwa i Geologii Politechnika Śląska

Koncepcja budowy modelu matematycznego do optymalizacji zakupu węgla do procesu koksowania

Kontrola procesu spalania

dr inż. Łukasz Słupik, dr inż. Ludwik Kosyrczyk 1/28

Koksownia z tradycjami i przyszłością

Kvalita prověřená časem

POLSKA IZBA EKOLOGII. Propozycja wymagań jakościowych dla węgla jako paliwa dla sektora komunalno-bytowego

Wpływ składu petrograficznego na właściwości węgla gazowo-koksowego

MODYFIKACJA SILUMINU AK12. Ferdynand ROMANKIEWICZ Folitechnika Zielonogórska, ul. Podgórna 50, Zielona Góra

Technologiczna ocena mo liwoœci dywersyfikacji dostaw wêgli do krajowych koksowni

Domieszkowanie dodatków pochodzenia biomasowego do mieszanki koksowniczej czy to ma sens? Łukasz Smędowski, Izabela Mazurek, Małgorzata Uglik

Niezależność energetyczna JSW KOKS S.A. w oparciu o posiadany gaz koksowniczy

PARAMETRY FIZYKOCHEMICZNE BADANYCH PALIW Z ODPADÓW

Prof. dr hab. inż. Aleksander Karcz 1 Dr inż. Aleksander Sobolewski 2

Analiza porównawcza sposobu pomiaru jakości spalania gazu w palnikach odkrytych

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

System prognozujący jakość koksu użyteczne narzędzie dla zakładu koksowniczego

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

Wpływ promieniowania na wybrane właściwości folii biodegradowalnych

43/59 WPL YW ZA W ARTOŚCI BIZMUTU I CERU PO MODYFIKACJI KOMPLEKSOWEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE ŻELIW A NADEUTEKTYCZNEGO

Zaproszenie do składania ofert nr AMP/Oferta/3/POIR_7/1.2/2017_INNOSTAL

Najnowsze rozwiązania stosowane w konstrukcji wirówek odwadniających flotokoncentrat i ich wpływ na osiągane parametry technologiczne

PL B1. BIURO PROJEKTÓW KOKSOPROJEKT SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Zabrze, PL BUP 13/08

Skraplanie czynnika chłodniczego R404A w obecności gazu inertnego. Autor: Tadeusz BOHDAL, Henryk CHARUN, Robert MATYSKO Środa, 06 Czerwiec :42

Innowacyjne warstwy azotowane nowej generacji o podwyższonej odporności korozyjnej wytwarzane na elementach maszyn

Porównawcze badania laboratoryjne wpływu uziarnienia i obciążenia nadawą na skuteczność osadzarkowego procesu wzbogacania

Badania nad zastosowaniem kondycjonowania spalin do obniżenia emisji pyłu z Huty Katowice S.A w Dąbrowie Górniczej

Temat: Badanie Proctora wg PN EN

Koksowanie węgla metodą wsadu ubijanego stan aktualny i perspektywy rozwoju

ANALIZA TERMOGRAWIMETRYCZNA W ZASTOSOWANIU DO BADAŃ PROCESU PIROLIZY WĘGLA

NOWE METODY BADANIA KONSYSTENCJI MIESZANKI BETONOWEJ

SPRAWOZDANIE z wykonania pracy pt.:

WPŁYW RODZAJU MASY OSŁANIAJĄCEJ NA STRUKTURĘ, WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I ODLEWNICZE STOPU Remanium CSe

REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

ZALETY STOSOWANIA KRZEMIONKI AMORFICZNEJ PRZY PROWADZENIU REMONTÓW MASYWU CERAMICZNEGO BATERII KOKSOWNICZEJ

Właściwości tworzyw autoklawizowanych otrzymanych z udziałem popiołów dennych

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

Ekonometryczna analiza popytu na wodę

Drogi rozwoju polskiego koksownictwa. dr inż. A. Sobolewski dr inż. L. Kosyrczyk

SPRAWOZDANIE z wykonania pracy pt.:

Zmiany wartości parametrów jakościowych węgla koksowego w procesie przeróbczym (sw część gzw)

STANOWISKO LABORATORYJNEGO KOKSOWANIA

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Rozprawa D o k t o r s k a

Parametry częstotliwościowe przetworników prądowych wykonanych w technologii PCB 1 HDI 2

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Politechnika Częstochowska, Częstochowa **

KARTA PRZEDMIOTU. 2. Kod przedmiotu: SI-PKSiM/26

, , ZRÓŻNICOWANIE OCEN WARUNKÓW ŻYCIA I SYTUACJI GOSPODARCZEJ KRAJU W POSZCZEGÓLNYCH WOJEWÓDZTWACH

Rtęć w przemyśle. Technologia usuwania rtęci z węgla przed procesem zgazowania/spalania jako efektywny sposób obniżenia emisji rtęci do atmosfery

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

Podstawowe warunki konkurencyjności koksowni na wolnym rynku

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

XXV Konferencja KOKSOWNICTWO Szczyrk, 5-7 październik 2017 r. Jastrzębska Spółka Węglowa.

Wpływ mikrocementu na parametry zaczynu i kamienia cementowego

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I ARCHITEKTURY KATEDRA KONSTRUKCJI ŻELBETOWYCH I TECHNOLOGII BETONU

RECENZJA rozprawy doktorskiej mgr inż. Jolanty Kuś

Analiza efektów technologicznych po uruchomieniu nowego - drugiego ciągu absorpcji i desorpcji benzolu w Koksowni Przyjaźń JSW KOKS SA

Konferencja Koksownictwo , Wisła

BADANIA ODSIARCZANIA SPALIN NA STANOWISKU PILOTAŻOWYM Z CYRKULACYJNĄ WARSTWĄ FLUIDALNĄ CFB 0,1MWt ORAZ STANOWISKU DO BADANIA REAKTYWNOŚCI SORBENTÓW

2. Metoda impulsowa pomiaru wilgotności mas formierskich.

MATERIAŁY SPIEKANE (SPIEKI)

WPŁYW WIELKOŚCI WYDZIELEŃ GRAFITU NA WYTRZYMAŁOŚĆ ŻELIWA SFEROIDALNEGO NA ROZCIĄGANIE

Straty sieciowe a opłaty dystrybucyjne

Ocena zmian wytrzymałości na ściskanie trzech grup elementów murowych w zależności od stopnia ich zawilgocenia

WYDAJNOŚĆ I CZAS PRACY KOPAREK WIELONACZYNIOWYCH W KOPALNIACH WĘGLA BRUNATNEGO W POLSCE. 1. Wprowadzenie. Zbigniew Kasztelewicz*, Kazimierz Kozioł**

Technologia chemiczna - surowce i nośniki energii LABORATORUM. WŁASNOŚCI KOKSOWNICZE WĘGLA Ćwiczenie W2

NISKOEMISYJNE PALIWO WĘGLOWE

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

NOWE NAWĘGLACZE O WYSOKIM STOPNIU PRZYSWOJE- NIA PRODUKCJI PEDMO S.A. TYCHY. PEDMO S.A., Tychy, ul. Towarowa 23, Polska 2,3

CHOOSEN PROPERTIES OF MULTIPLE RECYCLED PP/PS BLEND

Transkrypt:

173 RYSZARD WASIELEWSKI *), MICHAŁ REJDAK, MAŁGORZATA PIECHACZEK Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze Badania nad wpływem stopnia zagęszczenia wsadu węglowego na parametry jakościowe i właściwości optyczne koksu Study on the influence of coal charge densification on coke quality parameters and its optical properties Słowa kluczowe: koksowanie, gęstość wsadu koksowniczego, jakość koksu, CRI/CSR, właściwości optyczne koksu Keywords: cokemaking, the coal charge density, coke quality parameters, CRI/CSR, optical properties of coke Wprowadzenie Wpływ gęstości wsadu węglowego na parametry jakościowe koksu był przedmiotem wielu prac badawczych prowadzonych na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat. Większość tych prac pochodzi z lat 50. i 60. ubiegłego wieku, kiedy w krajowym koksownictwie dominował ubijany system obsadzania komór koksowniczych. Najczęściej wpływ stopnia zagęszczenia wsadu węglowego na parametry jakościowe koksu określano na podstawie porównania jakości koksu wytworzonego w bateriach z zasypowym i ubijanym systemem napełniania komór. Tylko niewielka ilość prac dotyczyła stricte systemu ubijanego, tj. zakresu gęstości 1000 1150 kg/m 3. Zmianę parametru gęstości uzyskiwano najczęściej poprzez wydłużenie czasu ubijania, stosowanie większej ilości ubijanych warstw oraz w testach skrzynkowych prasowania wsadu. Analiza literaturowa w zasadzie sprowadza się do kilku podstawowych wniosków. Zdaniem większości badaczy wzrost stopnia zagęszczenia wsadu poprawia wskaźnik ścieralności koksu M 10. Zwiększając stopień zagęszczenia wsadu można uzyskać obniżenie wartości wskaźnika M 10 nawet o kilka punktów procentowych [1-7]. Wpływ stopnia zagęszczenia na parametr M 40 nie jest tak oczywisty i jest indywidualną cechą mieszanki węglowej. Najczęściej obserwowano jego poprawę tylko do pewnego poziomu zagęszczenia, po którym następuje jego stabilizacja [1-3, 8] lub nawet obniżenie [1, 4-5, 9]. Niewielka ilość publikacji traktuje o wpływie gęstości wsadu na wskaźniki jakościowe koksu wg Nippon Steel, tj. CRI i CSR. Badania przeprowadzone w IChPW [10] z wykorzystaniem instalacji badawczej KARBOTEST wykazały korzystny wpływ zwiększonej gęstości wsadu na wskaźniki jakości koksu CRI i CSR. Koksując mieszanki wsadowe w zakresie gęstości 670 1000 kg/m 3 wykazano korzystny wpływ zagęszczenia wsadu, uzyskując poprawę ww. wskaźników odpowiednio o: 4,6 6,7 % i 10 16 %, z czego największy przyrost miał miejsce w zakresie 673 860 kg/m 3. Jak z powyższego wynika, ubicie wsadu korzystnie wpływa na jakość koksu. W testach przemysłowych przeprowadzonych w Indiach i Australii również wykazano, że zwiększenie gęstości wsadu wpływa na niewielką poprawę wskaźnika CSR koksu [7, 11]. Obecnie w literaturze brak jest wystarczających informacji na temat zmian parametrów CRI/CSR w zakresie gęstości 1000 1100 kg/m 3, który jest stosowany w praktyce koksowniczej dla wsadu ubijanego. Od niedawna typowe badania fizykochemiczne i technologiczne zaczęto uzupełniać badaniami mikroskopowymi. Już w latach 90. ubiegłego wieku S. Jasieńko prowadził prace nad charakterystyką optyczną struktury i tekstury koksu [12], lecz dopiero od kilku lat badania te zostały uznane za istotny element badań jakościowych koksu. Mikroskopowa analiza koksów opiera się w głównej mierze na pomiarach zdolności odbicia światła od wypolerowanej powierzchni koksu wykazującej charakter anizotropowy. Refleksyjność matrycy koksowej charakteryzowana jest za pomocą trzech parametrów: R max (refleksyjność maksymalna), R min (refleksyjność minimalna), R bi (dwójłomność/birefleksyjność), wyznaczanych przy użyciu odbitego światła spolaryzowanego [13-15]. Mikroskopia optyczna w świetle odbitym spolaryzowanym należy do najważniejszych metod badań strukturalnych materiałów węglowych. Węgiel kamienny charakteryzuje się pewnym stopniem organizacji molekularnej, która sukcesywnie wzrasta zgodnie ze wzrostem stopnia uwęglenia. Dalszy wzrost uporządkowania można uzyskać w procesie pirolizy węgla. Gwałtowne porządkowanie się struktury wewnątrzkrystalicznej węgla w procesie pirolizy umożliwia zjawisko uplastycznienia węgla. Wzrost uporządkowania wewnętrznego struktury węglowej powoduje zwiększenie stabilności termodynamicznej układu, a w konsekwencji spadku reakcyjności węgla. Udowodniono, że wzrost refleksyjności koksu, jak również wzrost dwójłomności struktury anizotropowej są powiązane z obniżeniem wskaźnika CRI, a więc poprawą jakości koksu [16-19]. *) Autor do korespondencji: Dr inż. Ryszard Wasielewski Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze, tel: 32-271-00-41, e-mail: rywas@ichpw.zabrze.pl

174 Nr 3 W Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla w ostatnim czasie przeprowadzono szereg badań nad przygotowaniem wsadu węglowego dla produkcji koksu w systemie wsadu ubijanego. Celem tych badań była ocena wpływu zagęszczania metodą udarową czteroskładnikowego wsadu o zmiennej zawartości węgla typu 34, na jakość koksu uzyskanego w instalacji KARBOTEST. Oceniano również wpływ stopnia zagęszczenia wsadu na zmiany struktury matrycy koksowej i jej właściwości optyczne. Poniżej przedstawiono wybrane wyniki tych badań. Część eksperymentalna Przeprowadzono dwie serie badań dla czteroskładnikowych mieszanek węglowych. Składniki mieszanek pochodziły z koksowni Radlin (Kombinat Koksochemiczny Zabrze ). W I serii badań w mieszance wsadowej oznaczonej jako A węgiel typu 34 pochodził z KWK Knurów, natomiast w II serii badań w mieszance wsadowej oznaczonej jako B węgiel typu 34 pochodził z KWK Marcel. Pozostałe składniki obydwu mieszanek A i B były takie same. W obydwu mieszankach zwiększano zawartość węgla typu 34: od wyjściowych 20 %, do 30 i 40 % kosztem węgla typu 35 z KWK Zofiówka-Borynia. Uzyskano w ten sposób sześć mieszanek, których próbki poddano badaniom właściwości koksotwórczych. Wyniki badań poszczególnych komponentów oraz sporządzonych z nich mieszanek przedstawiono w tablicach 1 i 2. Dane przedstawione w tablicy 1 wykazują, że węgle typu 34 z kop. Knurów i Marcel bardzo wyraźnie różnią się właściwościami koksotwórczymi. Węgiel z kop. Knurów posiada znacznie lepsze właściwości koksotwórcze od węgla z kop. Marcel, dużą płynność w stanie plastycznym wyrażoną wskaźnikiem F max (wielokrotnie wyższą od węgla z kop. Marcel ) oraz wysoką spiekalność określaną liczbą Rogi (prawie dwukrotnie wyższą od węgla z kop. Marcel ), jak również wysoki wskaźnik wolnego wydymania SI (prawie dwukrotnie wyższy od węgla z kop. Marcel ). Ponadto należy zauważyć, że węgiel z kop. Marcel cechuje ujemna dylatacja i najgorsze ze wszystkich węgli wskaźniki CRI i CSR. Właściwości składników mieszanek wsadowych Coking blends components properties T a b l i c a 1 T a b l e 1 Oznaczenie Jas-Mos Pniówek Zofiówka- Borynia Marcel Knurów Zawartość wilgoci, W t r, % 7,6 8,0 12,0 5,8 5,0 Zawartość wilgoci, W a, % 0,9 1,2 1,0 1,7 1,4 Zawartość popiołu, A a, % 6,9 9,1 7,3 6,3 6,7 Zawartość cz. lotnych, V a, % 20,68 25,71 23,00 29,68 30,40 Zawartość cz. lotnych, V daf, % 22,43 28,66 25,08 32,26 33,08 RI 61 78 69 38 71 SI 7 8 7,5 4 7,5 Temp. mięknienia, t I, C 398 380 398 390 370 Temp. kontrakcji, t II, C 445 430 445 445 425 Temp. dylatacji, t III, C 475 472 480 445 458 Kontrakcja, a 26 24 18 30 26 Dylatacja, b 0 +100 +22-28 +19 Temp. pocz. plastyczności, t 1, C 400 387 400 402 388 Temp. maks. plastyczności, t max, C 454 444 448 428 432 Temp. końca plastyczności, t 3, C 482 480 484 452 466 Maksimum plastyczności F max, ddpm 80 1180 197 10 1582 Refleksyjność witrynitu R, % 1,28 1,05 1,16 0,92 0,94 CRI 52,4 26,0 29,0 59,6 46,3 CSR 34,2 60,3 59,4 20,3 36,2 Analiza sitowa, %: > 3,15 mm 4,3 8,8 5,5 8,3 10,9 3,15 2,0 mm 5,6 7,9 6,3 9,6 10,7 2,0 1,0 mm 14,3 16,9 15,9 19,1 21,5 1,0 0,5 mm 21,1 22,3 26,6 22,1 20,5 <0,5 mm 54,7 44,1 45,7 40,9 36,4

175 Właściwości mieszanek węglowych Coking blends properties T a b l i c a 2 T a b l e 2 Oznaczenie A1 A2 A3 B1 B2 B3 Skład, % KWK Marcel, typ 34 - - - 20 30 40 KWK Knurów, typ 34 20 30 40 - - - KWK Zofiówka-Borynia, typ 35 40 30 20 40 30 20 KWK Pniówek, typ 35 30 30 30 30 30 30 KWK Jas-Mos, typ 35 10 10 10 10 10 10 Zawartość wilgoci, W r t, % 10 10 10 10 10 10 Zawartość wilgoci, W a, % 1,2 1,2 1,0 0,6 0,8 1,0 Zawartość popiołu, A a, % 7,9 8,1 6,1 7,3 6,9 6,7 Zawartość cz. lotnych, V a, % 24,87 25,27 26,44 24,60 24,95 25,40 Zawartość cz. lotnych, V daf, % 27,36 27,86 28,46 26,71 27,03 27,52 RI 68 64 64 72 72 68 SI 7 7 7 7 7 7 Temp. mięknienia, t I, C 382 385 374 392 388 385 Temp. kontrakcji, t II, C 435 438 426 434 432 432 Temp. dylatacji, t III, C 472 475 464 474 469 464 Kontrakcja, a 26 20 26 22 28 26 Dylatacja, b +36 +24 +32 +32 +28 +9 Temp. pocz. plastyczności, t 1, C 399 402 402 402 404 408 Temp. maks. plastyczności, t max, C 450 446 448 454 450 448 Temp. końca plastyczności, t 3, C 484 479 480 487 482 480 Maksimum plastyczności F max, ddpm 276 249 264 510 248 140 Refleksyjność witrynitu R, % 1,10 1,07 1,05 1,09 1,07 1,04 Analiza sitowa, %: < 3,15 mm 91,9 92,6 93,5 92,7 92,5 90,0 w tym < 0,5 mm 51,7 47,0 52,0 52,3 50,7 50,1 Obydwa węgle typu 34 powinny w mieszankach z pozostałymi węglami wykazywać znaczące różnice jakości uzyskanego koksu. W tablicy 2 podano skład i właściwości sporządzonych mieszanek węglowych. Wyniki badań wykazały, że zwiększenie udziału węgla typu 34 z KWK Knurów we wsadzie nie spowodowało znaczących zmian składu granulometrycznego wsadu. Natomiast zauważono wzrost zawartości części lotnych o ok. 1,1 % oraz niewielki spadek spiekalności wsadu i jego płynności w stanie plastycznym. Zmiany odnotowano dla kontrakcji i dylatacji wsadu, przy 30 % udziale węgla typu 34. Niewielkie zmiany właściwości koksotwórczych mieszanki wsadowej można wytłumaczyć tym, że węgiel typu 34 z kop. Knurów generalnie posiada dobre właściwości koksotwórcze (w tym wysoką spiekalność oraz płynność w stanie plastycznym), które nie wpływają zasadniczo na pogorszenie jakości wsadu, mimo zmniejszania w nim zawartości składnika typu 35 z KWK Zofiówka-Borynia. Znacznie bardziej widoczne zmiany zaobserwowano w II serii badań, w której składnik typu 34 stanowił węgiel z KWK Marcel (o znacznie gorszych właściwościach koksotwórczych). Zaobserwowano, podobnie jak dla I serii badań wzrost zawartości części lotnych we wsadzie oraz niewielki spadek jego spiekalności. Natomiast wpływ zwiększania we wsadzie zawartości węgla z KWK Marcel wyraźnie uwidocznił się poprzez zmniejszenie dylatacji wsadu oraz jego płynności w stanie plastycznym. Dla każdej z mieszanek sporządzono cztery wsady koksownicze o różnej gęstości: 840, 1000, 1050 i 1100 kg/m 3 (w stanie roboczym) do skoksowania w instalacji doświadczalnej KARBOTEST (rys. 1). Zakładany stopień zagęszczenia wsadu osiągano metodą udarową przy wykorzystaniu mechanicznego ubijaka i specjalnej formy cylindrycznej (rys. 2). Ubite w metalowej formie naboje wprowadzano za pomocą przesuwanego ręcznie tłoka do retorty instalacji KARBOTEST i poddawano procesowi koksowania w takich samych warunkach procesowych: masa wsadu: 4 kg, zawartość wilgoci we wsadzie: ok. 10 %, temperatura procesu koksowania: 950 C, czas koksowania: 3 godziny. Uzyskane koksy poddano badaniom parametrów jakościowych oraz badaniom właściwości optycznych z wykorzystaniem mikroskopu optycznego.

176 Nr 3 4 3 2 1 5 6 7 8 Rys. 1. Schemat instalacji doświadczalnego koksowania KARBOTEST 1 piec rurowy, 2 retorta karbonizacyjna, 3 termoelementy, 4 układ sterowania temperatury pieca, 5 chłodnica, 6 elektrofiltr, 7 aparatura do odbioru ciekłych i lotnych produktów koksowania, 8 gazomierz laboratoryjny Fig. 1. KARBOTEST pilot installation scheme 1 tube furnace, 2 carbonization retort, 3 termoelements, 4 furnace temperature adjustment, 5 cooler, 6 electro filter, 7 liquid and volatile products collecting apparatus, 8 laboratory gas meter siłownik pneumatyczny rama stała rama ruchoma z ubijakiem forma ze wsadem węglowym Rys. 2. Mechaniczny ubijak Fig. 2. Mechanical stamping installation Jako parametry oceny jakości koksu przyjęto wskaźniki CRI/CSR. Oznaczenia tych wskaźników wykonano zgodnie z normą PN PN-C-04312:1996. Badania mikroskopowe obejmowały analizę refleksyjności minimalnej i maksymalnej z wykorzystaniem próbek kawałkowych koksu o wymiarach ok. 35 x 65 mm, zatopionych w żywicy epoksydowej. W badaniach wykorzystano mikroskop AxioImager M1m firmy Carl Zeiss z zestawem spektrofotometru MSP 400 J&M. Analizę refleksyjności przeprowadzono w immersji olejowej przy powiększeniu 500x w świetle spolaryzowanym o długości fali λ=546 nm.

177 Refleksyjność minimalną i maksymalną wyznaczono dla każdej z 24 próbek koksu. Na podstawie uzyskanych wyników wyznaczono dwójłomność średnią anizotropowej matrycy koksowej. Na rysunku 3 przedstawiono wyniki badań parametrów jakościowych koksów uzyskanych w instalacji KARBOTEST w I i II serii badań. Wyniki badań przedstawione na tym rysunku wskazują, że zwiększenie gęstości wsadu ze standardowej z 840 kg/m 3 do 1000 kg/m 3 dla wszystkich mieszanek (o 20, 30 i 40 % zawartości węgla typu 34) skutkuje zauważalną poprawą wskaźnika CSR oraz nieco mniejszą CRI. Poprawę zaobserwowano zarówno dla wsadów zawierających węgiel typu 34 z kop. Knurów jak i Marcel. Wzrost gęstości wsadu z 1000 do 1050 kg/m 3 nie powoduje znaczącej poprawy tych wskaźników, natomiast dla gęstości wsadu ok. 1100 kg/m 3 zaobserwowano w większości przypadków pogorszenie się ww. wskaźników (mieszczące się jednak w granicach błędu pomiarowego) albo brak zmian. Na podstawie powyższych obserwacji można stwierdzić, że w warunkach koksowania w instalacji KARBOTEST dla badanej mieszanki występuje tzw. optymalny zakres gęstości, dla którego wskaźniki jakościowe koksu osiągają najkorzystniejszą wartość. Dla badanych wsadów zakres ten odpowiada: 1000 1050 kg/m 3. Zauważono także, że przy takich samych udziałach węgla typu 34 (20 i 30 %) parametry jakościowe koksów uzyskanych ze wsadów o takich samych gęstościach zawierających węgiel z kopalń Knurów i Marcel są bardzo zbliżone. Dopiero przy udziale 40 % zaobserwowano różnice parametrów CRI i CSR na korzyść węgla z KWK Knurów. Rys. 3. Wpływ zagęszczenia wsadu węglowego na parametry jakości koksu uzyskanego w instalacji KARBOTEST z mieszanek węglowych o zmiennym udziale węgla typu 34 z KWK Knurów i Marcel Fig. 3. Influence of coal charge density and various content of T34 (Knurow, Marcel) coal on coke quality parameters

178 Nr 3 Na rysunkach 4 i 5 przedstawiono w nieco innym układzie graficznym uzyskane wyniki badań dla zobrazowania wpływu zwiększania udziału węgla typu 34 z kopalń Knurów oraz Marcel na badane parametry jakościowe koksu. Z danych przedstawionych na rysunku 4 wynika, że zwiększenie udziału węgla typu 34 (KWK Knurów ) z 20 do 40 % nie miało znaczącego wpływu na badane parametry jakości koksu (CRI/CSR) wytworzonego w instalacji KARBOTEST. Praktycznie dla każdej z badanych gęstości wsadu można stwierdzić, że zwiększanie udziału węgla typu 34 powoduje niewielki wzrost wskaźnika reakcyjności CRI koksu oraz obniżenie jego wytrzymałości poreakcyjnej CSR. Tendencja ta jest szczególnie widoczna dla wsadu o najwyższym zagęszczeniu (1100 kg/m 3 ). Obserwowane zmiany są jednak niewielkie i mieszczą się w granicach błędu oznaczenia (CRI ±1,9; CSR ±1,9). Niewielkie wahania badanych wskaźników i słabo obserwowane zmiany można tłumaczyć tym, że węgiel z KWK Knurów charakteryzuje się dość dobrymi właściwościami koksotwórczymi. Zgodnie z oczekiwaniami, obserwacje zmian są bardziej wyraźne dla drugiej serii badań (rys. 5), w której czynnikiem zmiennym był udział węgla typu 34 z KWK Marcel. Praktycznie dla wszystkich gęstości wsadu wraz ze zwiększaniem udziału węgla typu 34 z kop. Marcel nastąpiło bardzo wyraźne pogorszenie wskaźników CRI/CSR (wzrost wskaźnika reakcyjności koksu CRI i obniżenie wskaźnika wytrzymałości poreakcyjnej CSR). Wyniki analizy optycznych właściwości koksów uzyskanych z poszczególnych wsadów węglowych przedstawiono w postaci wykresu na rysunku 6. Można zaobserwować, że wraz ze wzrostem stopnia zagęszczenia wsadu węglowego rośnie dwójłomność koksu, a więc wewnętrzne uporządkowanie materii węglowej. Pojawia się jednak dla gęstości równej 1050 kg/m 3 interesujące przegięcie, po którym wartość dwójłomności ulega obniżeniu. Wyższe zagęszczenie wsadu nie powoduje już poprawy uporządkowania struktury, a nawet ulega ono nieznacznemu pogorszeniu. Zagęszczanie wsadu węglowego od 840 do 1050 kg/m 3 sprzyja porządkowaniu się struktury węglowej. Wraz ze wzrostem gęstości wsadu wzrasta upakowanie ziaren, co ułatwia ich wzajemne spiekanie i tworzenie bardziej zwartej struktury koksu. Podwyższone ciśnienie wewnątrz koksowanego wsadu sprzyja porządkowaniu się krystalitów. Możliwe, Rys. 4. Wpływ wielkości udziału węgla typu 34 (KWK Knurów ) we wsadzie na zmiany wskaźników jakościowych koksu uzyskanego ze wsadów o różnej gęstości Fig. 4. Influence of various T34 Knurow coal content on coke quality parameters for various coal charge density

179 Rys. 5. Wpływ wielkości udziału węgla typu 34 (KWK Marcel ) we wsadzie na zmiany wskaźników jakościowych koksu uzyskanego ze wsadów o różnej gęstości Fig. 5. Influence of various T34 Marcel coal content on coke quality parameters for various coal charge density Rys. 6. Zależność dwójłomności matrycy koksowej od stopnia zagęszczenia wsadu węglowego Fig. 6. Influence of the coal blend density on coke matrix bireflectance

180 Nr 3 że wzrost gęstości wsadu węglowego powyżej 1050 kg/m 3 utrudnia proces porządkowania się struktury wewnętrznej, ze względu na spadek mobilności fazy plastycznej. Badania właściwości optycznych wykazały również spadek dwójłomności koksu wraz ze zwiększaniem wielkości udziału we wsadzie węgla typu 34. Uzyskane wyniki analizy optycznej koksu porównano z parametrami CRI i CSR i przedstawiono w formie wykresów na rysunkach 7-8. Jak wynika z tych wykresów, parametry optyczne koksu korelują ze wskaźnikami technologicznymi. Nie są to jednak korelacje jednoznaczne, widoczny jest znaczny rozrzut wyników wokół linii trendu. Najlepiej korelują parametry uzyskane podczas testu NSC, czyli wskaźniki CRI i CSR. Podsumowanie Przeprowadzone badania wykazały, że zarówno gęstość wsadu, jak i zmiany udziału węgla typu 34 we wsadzie mają wpływ na jakość koksu. Dla warunków procesu koksowania w instalacji KARBOTEST przy stałym składzie mieszanki węglowej występuje optimum gęstości wsadu (w zakresie 1000 1050 kg/m 3 ), dla którego parametry jakości koksu określane wskaźnikami CRI/CSR przyjmują najkorzystniejszą wartość. Dalsze zwiększanie gęstości wsadu nie powoduje już poprawy jakości koksu, a wręcz może ją pogorszyć. Z kolei zwiększanie udziału węgla typu 34 we wsadzie skutkuje z reguły pogorszeniem parametrów jakości koksu CRI/CSR niezależnie od stopnia zagęszczenia wsadu, tym Rys. 7. Zależność pomiędzy wskaźnikiem reakcyjności koksu i jego dwójłomnością Fig. 7. Relationship between coke reactivity index and bireflectance Rys. 8. Zależność pomiędzy wskaźnikiem wytrzymałości poreakcyjnej koksu i jego dwójłomnością Fig. 8. Relationship between coke strength after reaction index and bireflectance

181 większe im gorszej jakości węgiel jest wprowadzony do mieszanki wsadowej. Wnioski te potwierdzone zostały przez badania właściwości optycznych koksu. Wyraźnie widać wzrost dwójłomności matrycy koksowej wraz ze wzrostem zagęszczenia wsadu węglowego. Wraz ze wzrostem udziału we wsadzie węgla typu 34 zaobserwowano również spadek uporządkowania struktury węglowej, opisanego przez wartość dwójłomności. Wyniki badań skłaniają do zastanowienia się nad optymalną gęstością ubitego naboju węglowego w warunkach przemysłowych. Aby powyższe wnioski nabrały charakteru aplikacyjnego, konieczna jest ich weryfikacja podczas przemysłowych testów komorowych. Literatura 1. Byrtus F., Foerster A., Badania nad zastosowaniem silnego zagęszczenia wsadu węglowego do produkcji koksu hutniczego. Prace Instytutu Metalurgii, 1952, nr 4, s. 213. 2. Kalinowski B., Grossman A., Kowalski B., Wpływ zagęszczenia wsadu węglowego na parametry wytrzymałościowe koksu. Hutnik, 1955, nr 7-8, s. 247. 3. Dobrowolski M., Gostkowska H., Wpływ ubijania wsadu węglowego na jakość i ilość koksu. Koks, Smoła, Gaz, 1957, nr 6, s. 253. 4. Kalinowski B., Szpilewicz A., Znaczenie ruchu ubijanego w polskim przemyśle koksochemicznym. Koks, Smoła, Gaz, 1957, nr 6, s. 244. 5. Janta F., Zależność parametrów wytrzymałościowych koksu od sposobu ładowania wsadu do komór. Publikacje wybrane z zagranicznej literatury chemicznej przeróbki węgla, SITPH, P. 632, 1970, s. 87. 6. Janta F., Doświadczenie w zakresie ustalenia funkcjonalnej zależności wskaźników jakościowych koksu od sposobu napełniania komór koksowniczych i gęstości. Koks, Smoła, Gaz, 1965, nr 5, s. 225. 7. Veit G., Combining Stamp Charging with the Heat Recovery Process. www.steeltechnology.org 15 czerwca 2012 r. 8. Jorkin L.J., Koksowanie węgli ze wschodnich rejonów ZSRR z zastosowaniem ubijania. Koks, Smoła, Gaz, 1957, nr 6, s. 184. 9. Warmuziński J., Stan badań w Polsce nad zagęszczaniem wsadu koksowniczego. Koks, Smoła, Gaz, 1964, nr 4, s. 134. 10. Winnicka G., Prognozowanie jakości koksu. Sprawozdanie nr 2679, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze, 1998. 11. Wright R., Compacting of coal for heat recovery ovens Illawarra Coke Company Pty Ltd Coalcliffe, NSW, Australia, 5th European Iron & Cokemaking Conference, Stockholm 2005. 12. Jasieńko S., Biegańska C., Świetlik U., Kidawa H., Atlas mikroskopowych typów struktur występujących w węglach kamiennych i koksach. Oficyna Wyd. Pol. Wrocławskiej, Wrocław, 1997. 13. Kruszewska K., Dubova-Jachovicz S., Zarys petrologii węgla. Skrypty Uniwersytetu Śl., Katowice, 1997. 14. Stach E. i in., Stach s Textbook of Coal Petrology, Gebrüder Borntraeger; Berlin, Stuttgart 1982. 15. Machnikowski J., Badania mikroskopowe materiałów węglowych. Instrukcja laboratoryjna http://polymer-carbon.ch.pwr.wroc.pl/instrukcje/badania_mikroskopowe.pdf 4.07.2012 r. 16. Pusz S., Kwiecińska B., Koszorek A., Krzesińska M., Pilawa B., Relationship between the optical reflectance of coal blends and the microscopic characteristics of their cokes. International Journal of Coal Geology, 2009, t. 77, s. 356. 17. Marsh H. i. in., Introduction to Carbon Science, Butterworths, London, s. 285. 18. Pusz S., Kwiecińska B. K., Duber S., Textural transformation of thermally treated anthracites. International Journal of Coal Geology, 2003, t. 54, s. 115. 19. Krzesińska M., Pusz S., Koszorek A., Elastic and Optical of the Single-Coal Monolithic High-Temperature (HT) Carbonization Products Obtained on a Laboratory Scale. Energy and Fuels, 2005, t. 19, s. 1962. Praca wykonana 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.