161 "Хімічні технології та інженерія"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/48416
Переглянути
5 результатів
Результати пошуку
Документ Раціональне використання коксового дріб'язку(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Сагалай, Дарина ВолодимирівнаДисертаційна робота спрямована на розвиток наукових основ і уявлень щодо вдосконалення методів раціонального використання коксового дріб'язку в технологічних процесах виробництва. Об`єкт дослідження – процес отримання коксового дріб'язку з заданими сорбційними властивостями. Предмет дослідження – технологічні параметри процесу сорбції коксового дріб’язку; технологічні параметри отримання коксобрикетів; властивості гумінових речовин. Мета роботи: визначення сорбційних властивостей коксового дріб’язку та оцінка можливості його використання в якості адсорбентів; дослідження гумінових речовин щодо використання їх для пилоподавлення мікрочастинок коксового пилу. У вступі обґрунтована актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами, сформульована мета та основні задачі, наведено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача, відзначена апробація результатів роботи. В першому розділі виконано аналітичний огляд результатів сучасних, раціональних способів вторинного використання та утилізації коксового дріб’язку коксохімічного виробництва. Розглянуто напрями з брикетування, грануляції, використання як вуглецевих сорбентів коксового дріб’язку. У другому розділі охарактеризовано необхідний і достатній набір інструментальних, переважно, стандартизованих методів дослідження складу і властивостей вугілля та вугільних шихт. Визначено основні методи оцінки властивостей вугільних шихт та коксу, використані в дисертаційній роботі, зокрема, визначення гранулометричного складу, технічного аналізу, петрографічного аналізу, а також – спеціальні методики для визначення сорбційної ємності (по лугу та кислоті) та адсорбційної активності (по йоду та метиленовому блакитному). У третьому розділі виконані експериментальні дослідження стосовно впровадження нових технічних рішень, що стосуються удосконалення існуючої технологічної схеми підготовки вугільної шихти до коксування шляхом відсіву класу 0-3 мм перед молотковою дробаркою. Обґрунтовано сутність проектних рішень і чинників, що обумовлюють їх економічну ефективність. У четвертому розділі встановлено залежність сорбційних характеристик коксу від структурних особливостей та природи вугільної сировини (вихід летких речовин, вміст вітриніту) та структури і ступеню готовності коксу (вихід летких речовин коксу). Аналіз залежностей та їх статистична оцінка вказує на те, що досліджені взаємозв'язки характеризуються високими значеннями коефіцієнтів кореляції (0,73-0,91) і детермінації (52,86-83,44 %), що дає можливість прогнозувати сорбційну ємність на адсорбційну активність коксу. В п’ятому розділі розглянуто технології та схеми проектних рішень щодо кваліфікованої утилізації дрібних відходів коксової продукції та перетворення їх на високоліквідну товарну продукцію. Проведено огляд сучасних способів «холодного» брикетування на водорозчинних зв’язуючих – лігносульфонаті, мелясі, крохмалі, рідкому склі, карбамідоформальдегідній смолі та ін. Для зниження енергетичних витрат апропоновано нові зв’язуючі, що не вимагають нагріву, а весь процес є «холодним». Для зміцнення нагрівається лише брикет до невисокої температури 120–300 ºС. В шостому розділі дослідним шляхом визначено механізм фізико-хімічної взаємодії гумінових кислот і пилових частинок, а також здатність мінерального субстрату на визначення оптимальної кількості зв’язуючої речовини, яка б давала при висиханні міцне покриття. Встановлено, що водні розчини ВЛР утворюють на пилючих поверхнях механічно міцні захисні покриття, які запобігають винесення пилу з поверхонь і ефективно протистоять водній ерозії. Розроблено та досліджено гібридні біодеградабельна нанокомпозитні матеріали на основі біополімеру полілактиду та гумінових речовин. Досліджено процеси екстракції гумінових речовин з бурого вугілля за чотирма різними способами, встановлено, що для екстрагованих нанодисперсних часток гумінових речовин розмір становить від 52 до 380 нм. Встановлено, що наявність функціональних груп визначає здатність гумінових речовин виступати гібридним модифікатором по відношенню до полілактиду за рахунок конфірмаційній зміни його вторинної структури та диполь-дипольної взаємодії у вигляді водневого зв’язку. У висновках наведено основні результати наукової роботи щодо вирішення поставлених наукових задач дослідження. За результатами дослідження отримано такі наукові результати: – запропоновано удосконалення існуючої технологічної схеми підготовки вугільної шихти до коксування шляхом відсіву класу 0-3 мм перед молотковою дробаркою, що надають можливість суттєво знизити запиленість ділянки дроблення не менш ніж на 40 % та покращити екологічний стан як на самому підприємстві, так і в навколишньому середовищі; – встановлено залежність сорбційних характеристик коксу від структурних особливостей та природи вугільної сировини (вихід летких речовин, вміст вітриніту) та структури і ступеню готовності коксу (вихід летких речовин коксу); – визначено сировинну базу для виробництва коксобрикетів та можливі добавки відходів у шихту; – запропоновано вдосконалену конструкцію апарату для термообробки коксобрикетів; – запропоновано принципову технологічну схему одержання класу 10–5 мм з коксового дріб’язку та коксобрикетів для феросплавних та доменних печей; – досліджено процеси екстракції гумінових речовин з бурого вугілля за чотирма різними способами, встановлено, що для екстрагованих нанодисперсних часток гумінових речовин розмір становить від 52 до 380 нм. Наявність функціональних груп визначає здатність гумінових речовин виступати гібридним модифікатором по відношенню до полілактиду за рахунок конформаційні зміни його вторинної структури та диполь-дипольноъ взаємодії у вигляді водневого зв’язку; – встановлено механізм фізико-хімічної взаємодії гумінових кислот і пилових частинок, а також здатність мінерального субстрату на визначення раціональної кількості зв’язуючої речовини, яка б давала при висиханні міцне покриття. Практичне значення отриманих результатів. Отримані регресійні залежності для прогнозування сорбційної ємності по лугу та кислоті (Алуг, Акисл) та адсорбційної активності по йоду Fйод з урахуванням вмісту вітриніту та виходу летких речовин шихти є статистично значущими, характеризуються високими коефіцієнтами кореляції r (0,912 і 0,927 та 0,937 відповідно), тому можна їх рекомендувати для прогнозування зазначених показників. Основні теоретичні положення та результати експериментальних досліджень, викладені в дисертації, використовуються у виробничій діяльності в Державному підприємстві «Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут (УХІН)» та в навчальному процесі на кафедрі технологій переробки нафти, газу та твердого палива Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». За результатами дослідження підтверджено практичну та теоретичну цінність розроблених методів, надано практичні рекомендації, щодо застосування розроблених методів та розглянуто перспективи їх подальшого розвитку у коксохімічній промисловості. The dissertation work is aimed at the development of scientific foundations and ideas regarding the optimization of the rational use of coke fines in the technological processes of production. The object of the research is the process of obtaining coke fines with specified sorption properties. The subject of the research is the technological parameters of the coke fines sorption process; technological parameters of obtaining coke briquettes; properties of humic substances. The purpose of the work: determination of sorption properties of coke fines and evaluation of the possibility of its use as adsorbents; research of humic substances regarding their use for dust suppression of microparticles of coke dust. In the introduction, the relevance of the research tasks is substantiated, the connection of the work with scientific topics is shown, the goal and main tasks are formulated, the scientific novelty and practical significance of the obtained results are given, the personal contribution of the recipient is determined, and the approbation of the work results is noted. In the first section, an analytical review of the results of modern, rational methods of secondary use and disposal of coke fines of coke chemical production is carried out. The areas of briquetting, granulation, and use of coke fines as carbon sorbents are considered. In the second chapter, a necessary and sufficient set of instrumental, mostly standardized methods of studying the composition and properties of coal and coal charges is characterized. The main methods of evaluating the properties of coal charges and coke, used in the dissertation work, are determined, in particular, the determination of particle size composition, technical analysis, petrographic analysis, as well as special methods for determining the sorption capacity (by alkali and acid) and adsorption activity (by iodine and methyl blue). In the third section, experimental studies were carried out regarding the implementation of new technical solutions related to the improvement of the existing technological scheme of preparing coal charge for coking by screening the 0-3 mm class before the hammer crusher. The essence of design solutions and factors determining their economic efficiency are substantiated. In the fourth chapter, the dependence of the sorption characteristics of coke on the structural features and nature of coal raw materials (output of volatile substances, vitrinite content) and the structure and degree of readiness of coke (output of volatile substances of coke) is determined. The analysis of dependencies and their statistical evaluation indicates that the investigated relationships are characterized by high values of correlation coefficients (0.73-0.91) and determination coefficients (52.86-83.44%), which makes it possible to predict the sorption capacity on the adsorption coke activity. In the fifth chapter, the technologies and schemes of project solutions regarding the qualified utilization of small coke waste products and their transformation into highly liquid commercial products are considered. An overview of modern methods of "cold" briquetting using water-soluble binders - lignosulfonate, molasses, starch, liquid glass, urea formaldehyde resin, etc. To reduce energy costs, new binders were proposed that do not require heating, and the whole process is "cold". For strengthening, only the briquette is heated to a low temperature of 120–300 ºС. In the sixth chapter, the mechanism of the physico-chemical interaction of humic acids and dust particles, as well as the ability of the mineral substrate to determine the optimal amount of binding substance, which would provide a strong coating upon drying, was experimentally determined. It has been established that aqueous solutions of VLR form mechanically strong protective coatings on dusty surfaces that prevent dust from being removed from the surfaces and effectively resist water erosion. Hybrid biodegradable nanocomposite materials based on polylactide biopolymer and humic substances have been developed and studied. The processes of extraction of humic substances from lignite by four different methods were studied, it was established that the size of the extracted nanodisperse particles of humic substances is from 52 to 380 nm. It was established that the presence of functional groups determines the ability of humic substances to act as a hybrid modifier in relation to polylactide due to conformational changes in its secondary structure and dipole-dipole interaction in the form of a hydrogen bond. In the conclusions, the main results of the scientific work regarding the solution of the set scientific problems of the research are presented. According to the results of the study, the following scientific results were obtained: – it is proposed to improve the existing technological scheme for preparing coal charge for coking by sifting the 0-3 mm class before the hammer crusher, which provides an opportunity to significantly reduce the dustiness of the crushing area by at least 40% and improve the environmental condition both at the enterprise itself and in the environment; – the dependence of the sorption characteristics of coke on the structural features and nature of coal raw materials (yield of volatile substances, vitrinite content) and the structure and degree of readiness of coke (yield of volatile substances of coke) was established; – the raw material base for the production of coke briquettes and the possible addition of waste to the charge are determined; – an improved design of the apparatus for heat treatment of coke briquettes is proposed; – a basic technological scheme for obtaining 10–5 mm grade from coke fines and coke briquettes for ferroalloy and blast furnaces is proposed; – the processes of extraction of humic substances from lignite by four different methods were investigated, it was established that the size of the extracted nanodisperse particles of humic substances is from 52 to 380 nm. The presence of functional groups determines the ability of humic substances to act as a hybrid modifier in relation to polylactide due to conformational changes in its secondary structure and dipole-dipole interaction in the form of a hydrogen bond; – the mechanism of the physical and chemical interaction of humic acids and dust particles was established, as well as the ability of the mineral substrate to determine the rational amount of a binder that would provide a strong coating upon drying. The practical significance of the obtained results is as follows: the practical value of the research is that the obtained regression equations for predicting the sorption capacity for alkali and acid (Алуг, Акисл) and adsorption activity for iodine Fйод taking into account the content of vitrinite and the yield of volatile substances in the charge are statistically significant, characterized by high correlation coefficients r (0.912 and 0.927 and 0.937, respectively), so they can be recommended for forecasting the indicated indicators. The main theoretical provisions and results of experimental research, presented in the dissertation, are used in production activities at the State Enterprise "Ukrainian State Research Coal Chemical Institute (UKHIN)" and in the educational process at the Department of Technologies of oil, gas and solid fuel processing of the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute". Based on the results of the study, the practical and theoretical value of the developed methods was confirmed, practical recommendations were given regarding the application of the developed methods, and the prospects for their further development in the coke industry were considered.Документ Оптимізація виробництва доменного коксу за допомогою технології трамбування(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мукіна, Наталя ВолодимирівнаДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 – хімічні технології та інженерія (16 – хімічна інженерія та біоінженерія). Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2023. Дисертаційна робота спрямована на розвиток наукових основ і уявлень щодо оптимізації виробництва доменного коксу за допомогою технології трамбування. Об`єкт дослідження – оптимізація процесу підготовки та коксування трамбованих вугільних шихт. Предмет дослідження – вугільні концентрати, трамбовані вугільні шихти. Мета – на підставі виконання теоретичних та експериментальних досліджень вирішити важливе науково-практичне завдання, яке характеризується науковою новизною і має практичне значення, а саме – оптимізацію виробництва доменного коксу з трамбованих вугільних шихт, що характеризуються різним вмістом газового вугілля. В експериментальній частині роботі використані сучасні стандартизовані методи визначення властивостей вугілля – ситовий, технічний (Wrt, Wa, Ad, Sdt, Vdaf), пластометричний (х, у), петрографічний (R0, Vt, Sv, I, L, рефлектограма вітриніту) і елементний (Сdaf, Hdaf, Ndaf, Sdt, Odafd) аналізи. Для визначення показника окиснення вугілля і шихт використовували ДСТУ 7611:2014 «Вугілля кам’яне. Метод визначення окиснення і ступеня окиснення». Тиск розпирання вугілля та вугільних шихт визначали згідно ДСТУ 8724:2017 Вугілля кам’яне та шихти на його основі. Метод визначення тиску розпирання, який виникає під час коксування». Міцність трамбованого вугілля і вугільних шихт визначали на лабораторному обладнанні у ДП «УХІН» (м. Харків). Статистичний аналіз отриманих результатів і розробка математичних залежностей виконувалася за допомогою ліцензійної комп’ютерної програми Microsoft Excel. У вступі обґрунтована актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами, сформульована мета та основні задачі, наведено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача, відзначена апробація результатів роботи. В першому розділі здійснений аналітичний огляд вітчизняних та світових джерел інформації, щодо використання технології трамбування при виробництві доменного коксу. Встановлено, що технологія трамбування вугільних сумішей для виробництва доменного коксу широко використовується у світі для використання низькометаморфізованого вугілля. Вугільна сировинна база коксохімвиробництва ПАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» останні п'ять років носить стійкий міжбасейновий характер з переважанням в ній імпортного вугілля. Протягом 2017–2021 років склад і показники якості вугільної шихти для виробництва коксу на к.б. № 1–4 практично не зазнали змін, в той час як у вугільній шихті для виробництва коксу на к.б. № 5, 6 відбувається зниження частки високолеткого вугілля з одночасним збільшенням вмісту середньолетких і низьколетких компонентів. Використання технології трамбування дозволяє отримувати доменний кокс більш високої якості. Зокрема, кокс, отриманий на к.б. № 5, 6 характеризується більш низькими значеннями зольності, вмісту загальної сірки та стирання (М10), при одночасно більш високих значеннях механічної міцності за показником подрібнюваності (М25) і післяреакційної міцності (CSR). Таким чином, доцільним є обґрунтування використання різної кількості малометаморфізованого (насамперед, газового вугілля) в вугільних шихтах для коксування, визначити вплив технологічних факторів на показники трамбування та якість доменного коксу, а також хімічних продуктів коксування. У другому розділі охарактеризовано необхідний і достатній набір інструментальних, переважно, стандартизованих методів дослідження складу і властивостей вугілля та вугільних шихт. Встановлені основні методи оцінки властивостей вугілля та вугільних шихт, використані в дисертаційній роботі, зокрема, визначення показника міцності трамбованого вугілля і вугільних шихт. Визначені основні методи оцінки властивостей трамбованого вугілля, а також визначення виходу коксу та основних хімічних продуктів коксування з трамбованих вугільних шихт. У третьому розділі наведені результати дослідження щодо оптимізації підготовки вугільної шихти до коксування в умовах комплексу коксових батарей №5, 6 КХВ ПАТ «АРСЕЛОРМІТТАЛ КРИВИЙ РІГ». Зокрема, наведені результати оцінки міцності трамбованого індивідуального вугілля та трамбованого вугілля в бінарних сумішах, які можуть використовуватися для оптимізації технології підготовки трамбованої вугільної шихти до коксування. Встановлено, що міцність трамбованого пирога (σзз) з подрібненого індивідуального вугілля, що входить в сировинну базу КХВ ПАТ «АРСЕЛОРМІТТАЛ КРИВИЙ РІГ», тісно пов'язана з вмістом класів <3 і <0,5 мм. Збільшення вмісту класів <3 і <0,5 мм призводить до зростання міцності трамбованого пирога. Використовуючи отримані математичні залежності можна оптимізувати міцність трамбованого пирога вугільних шихт за допомогою зміни вмісту класів <3 і <0,5 мм. Визначено, що фактичні значення σзз для бінарних вугільних сумішей є вище розрахованих. Зі збільшенням рівня помелу вугільних шихт з 90,1 до 92,2 % відбувається зростання величини показника σзз з 12,5 до 15,0 кПа, тобто на 10 %. Тобто, змінюючи ступінь подрібнення вугільної шихти можна оптимізувати міцність її трамбованого пирога. При збільшенні вологості шихти з 10,0 до 11,5 % міцність трамбованого пирога зростає. Збільшення вмісту вологи вище 12 % небажано через зниження міцності трамбованого вугільного пирога, а також збільшення витрат тепла на коксування, яке йде на випаровування вологи. Тобто, змінюючи вміст вологи у вугільної шихти, можна оптимізувати міцність її трамбованого пирога. У четвертому розділі в лабораторних умовах досліджували вплив вмісту газового вугілля у трамбованих вугільних шихтах на якість отриманого з них доменного коксу. Оптимізація вмісту газового вугілля в вугільних шихтах дозволить виробляти доменний кокс необхідної якості. Збільшення спікливості і коксівності вугільної шихти з вмістом газового вугілля ≤40 % призводить до поліпшення показників механічної міцності доменного коксу. Встановлено лінійну залежність між показниками CRI та CSR дослідного коксу, отриманого з вугільних шихт з вмістом газового вугілля 40 %. Максимальний вплив на показники механічної міцності коксу, отриманого з вугільних шихт, що характеризуються підвищеним (більше 40 %) вмістом газового вугілля, мають показники ступеня метаморфізму (Vdaf, R0) та тиску розпирання (P10). Встановлено можливість прогнозування показників механічної (П25, I10) та післяреакційної міцності (CSR), а також реакційної здатності (CRI) коксу, отриманого з вугільних шихт, що характеризуються підвищеним (більше 40 %) вмістом вугілля газової групи. За допомогою розроблених математичних залежностей зв’являється можливість оптимізувати якість виробляємого доменного коксу в умовах ПАТ «АРСЕЛОРМІТТАЛ КРИВИЙ РІГ». У п’ятому розділі експериментально досліджували вплив технології трамбування вугільних шихт на вихід з них хімічних продуктів коксування. Враховуючи можливе окиснення вугільної сировини, а також неможливість прогнозувати вихід аміаку та сірководню за величиною виходу летких речовин, розроблено математичні залежності, що описують вихід усіх основних хімічних продуктів коксування за даними елементного складу вихідних трамбованих вугільних шихт. З підвищенням вмісту газового вугілля (виходу летких речовин) у трамбованих вугільних шихтах знижується вихід коксу, а також підвищується вихід смоли, бензолу, вуглекислого газу, пірогенетичної вологи та коксового газу. Вихід основних хімічних продуктів коксування підпорядковується правилу адитивності і може бути розрахований загалом для підприємства з урахуванням показників якості та відсоткової участі насипних та трамбованих вугільних шихт. На підставі отриманих математичних залежностей можливо оптимізувати вихід хімічних продуктів коксування з вугільних шихт, за допомогою зміни їх марочного та компонентного складів.Документ Оптимізація схеми підготовки вугілля до коксування(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Коваль, Валентин ВалерійовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 – хімічні технології та інженерія (16 – хімічна інженерія та біоінженерія). Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2023. Дисертаційна робота спрямована на розвиток наукових основ і уявлень щодо оптимізації схеми підготовки вугільної шихти до коксування з точки зору визначення розмолоздатності вугільної шихти виходячи з розмолоздатності її компонентів. Об`єкт дослідження – процес оптимізації підготовки до коксування вугільної шихти, що характеризується різним значенням механічної міцності. Предмет дослідження – вугільні концентрати, вугільні шихти, що різняться значеннями розмолоздатності. Мета – на підставі виконання теоретичних та експериментальних досліджень вирішити важливе науково-практичне завдання, яке характеризується науковою новизною і має практичне значення – розроблення науково-технологічних основ оптимізації схеми підготовки шихти до коксування з погляду розмолоздатності її компонентів. В дисертаційній роботі вирішено важливе науково-практичне завдання, яке характеризується науковою новизною і має практичне значення, а саме – розробленно науково-технологічні основи оптимізації схеми підготовки вугілля до коксування – винайдені обґрунтовані методи прогнозу розрахунку коефіцієнту розмолоздатності вугільних шихт в залежності від розмолоздатності їх компонентів. В експериментальній частині роботи використані сучасні стандартизовані методи визначення властивостей вугілля – ситовий, технічний (Wrt, Wa, Ad, Sdt, Vdaf), пластометричний (х, у), петрографічний (R0, Vt, Sv, I, L, рефлектограма вітриніту) і елементний (Сdaf, Hdaf, Ndaf, Sdt, Odaf) аналізи. Для визначення показника окиснення вугілля і шихт використовували ДСТУ 7611:2014 «Вугілля кам’яне. Метод визначення окиснення і ступеня окиснення». Насипну щільність вугілля визначали згідно ДСТУ 7123:2009, в апараті ДП «УХІН». Коефіцієнт розмолоздатності за Хардгровим визначали згідно ISO 5074:2015 (en) Hard Coal. Determination of Hardgrove grindability index, а коефіцієнт міцності – по методу Протод’яконова. Статистичний аналіз отриманих результатів і розробка математичних залежностей виконувалася за допомогою ліцензійної комп’ютерної програми Microsoft Excel. У вступі обґрунтована актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами, сформульована мета та основні задачі, наведено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача, відзначена апробація результатів роботи. В першому розділі обґрунтовано актуальність теми. На підставі проведеного аналітичного огляду вітчизняних та світових джерел інформації, щодо існуючих найрозповсюджених методів визначення механічної міцності вугілля, встановлено, що цей показник залежить від великої кількості факторів (в'язкість, крихкість, тріщинуватість, властивості структурних зв'язків, тощо), врахувати зміну котрих неможливо. Зроблено висновок, що лабораторні методи механічних випробувань породних зразків, порівняно з натурними, з огляду на свою розробленість, здебільшого є доступними і високонадійними. Через те, що розкид міцності обумовлений в основному природною неоднорідністю вугілля, його міцність необхідно представляти деяким інтегральним показником, чисельне вираження котрого неминуче коливається біля певного середнього значення. Зважаючи на те, що у світі найрозповсюдженим методом оцінки механічних властивостей вугілля є метод визначення розмолоздатності по Хардгрову, і на те, що показник HGI пов'язаний з багатьма показниками якості вугілля (вологістю, зольністю, ступенем метаморфізму, елементним, петрографічним та мінеральним складами, окисненням) з метою подальшого інтегрування вітчизняної науки зі світовою, його доцільно використовувати для визначення механічної міцності вугілля. Можливе також використання інших методів, що добре корелюють з методом Хардгрова. У другому розділі охарактеризовано необхідний і достатній набір інструментальних, переважно, стандартизованих методів дослідження складу і властивостей вугілля та вугільних шихт. Визначені основні методи оцінки властивостей вугілля та вугільних шихт, використані в дисертаційній роботі, зокрема, визначення коефіцієнта розмолоздатності по Хардгрову та визначення коефіцієнта механічної міцності методом Протод’яконова. Третій розділ присвячено дослідженню взаємозв'язку складу, будови та властивостей вугілля різного типу з показником коефіцієнта розмолоздатності по Хардгрову, а також з показником коефіцієнта міцності за Протод’яконовим. Встановлено, що підвищення коефіцієнта розмолоздатності по Хардгрову викликане зростанням у вугіллі вмісту загального та ароматичного вуглецю, а також ступеня ненасиченості структури. Відповідно, збільшення виходу летких речовин, зниження показника вітриніту та температури займання неокисненого вугілля, викликане підвищенням вмісту аліфатичного вуглецю та зниженням ступеня ненасиченості структури ОМВ призводить до зниження величини коефіцієнта розмолоздатності по Хардгрову. В свою чергу, збільшення показника відбиття вітриніту та вмісту вуглецю, а також зниження виходу летких речовин, вмісту кисню та середнього діаметра частинок вугілля призводить до зниження величини коефіцієнта міцності вугілля за Протод’яконовим. Розраховано значення коефіцієнтів розмолоздатності по Хардгрову та коефіцієнтів міцності за Протод’яконовим неокисленого (відновленого) коксівного вугілля окремих марок та груп у рамках ДСТУ 3472:2015 «Вугілля кам'яне. Метод визначення окиснення та ступеня окиснення». Вперше встановлено зв'язок між коефіцієнтом міцності за методом Протод`яконова та коефіцієнтом розмолоздатності вугілля за методом Хардгрова. Показано, що вплив показників якості вугілля на коефіцієнт їх міцності за Протод`яконовим (f) значно нижчий (R2=0,550-0,716), ніж на коефіцієнт їх розмолоздатності за Хардгровим (HGI): R2=0,807-0,937. Показано, що коефіцієнт розмолоздатності Хардгрова та коефіцієнт міцності Протод’яконова задовільно класифікують вугілля за рівнем їхнього опору подрібнюючим зусиллям. Розроблено графічно-математичні залежності, що дозволяють прогнозувати розмолоздатність вугілля за методами Хардгрова (HGI) і Протод`яконова (f) на основі визначення показників його якості (R0, Vdaf, Cdaf, Odafd), що своєю чергою сприятиме оптимізації схеми підготовки вугілля до коксування. Встановлено, що значення показників HGI та f обернено пропорційні; розроблено математичну та графічну залежність їх прогнозу на основі значень одного з них. В четвертому розділі досліджували коефіцієнти розмолоздатності HGI бінарних вугільних сумішей, до складу яких входило вугілля різного ступеня метаморфізму у відсотковому співвідношенні, що змінюється. Було встановлено наявність систематичних відхилень фактичних значень коефіцієнтів розмолоздатності HGI сумішей за їхньої спільної підготовки від розрахованих за правилом адитивності. Також розроблені математичні залежності, що дають змогу за результатами визначення коефіцієнта розмолоздатності окремих вугільних компонентів прогнозувати величину HGI вугільної суміші. Визначено, що значення HGI бінарної вугільної суміші при роздільній підготовці вугільних компонентів перевищує розрахункове значення (у середньому на 3,6 од.), а при спільній підготовці – менше розрахункового значення (у середньому на 3,6 од.). Показано, що подрібнення вугілля за схемою ДШ потребує порівняно більших витрат енергії на дроблення порівняно зі схемою ДДК. У п’ятому розділі, зроблено прогноз розрахунку коефіцієнту розмолоздатності вугільних шихт. Що може бути використано з метою оптимізації схеми підготовки вугілля до коксування. Були визначені коефіцієнти розмолоздатності HGI вугільних шихт основних коксохімічних підприємств України. Встановлено наявність систематичних відхилень фактичних значень HGI вугільних шихт при їх сумісній підготовці від їх розрахункових значень в сторону зменшення коефіцієнта HGI до твердішого вугілля. Виявлена математична залежність, що дозволяє прогнозувати величину HGI вугільної шихти за даними коефіцієнтів розмолоздатності окремих її компонентів. Налаштування дробарки за запропонованим методом розрахунку коефіцієнту розмолоздатності вугільної шихти призводить до зниження на 1,8 % та на 2,0 % вмісту пилоподібних класів (<0,5 мм) порівняно відповідно з визначенням розмолоздатності шихти розрахованої за адитивністю або за формулою залежності HGI від Vdaf, що дозволяє оптимізувати схему підготовки шихти до коксування за цим показником. Показано, що оцінювання потужності дробарки на основі сформульованих принципів визначення розмолоздатності вугільних шихт відрізняється в середньому в 2,2 рази точнішими значеннями відхилень від значень, визначеними за адитивністю та в 3,4 рази точнішими значеннями відхилень від значень, визначеними за формулою залежності HGI від Vdaf. Встановлено, що практичне використання отриманих результатів дає можливість внаслідок суттєвого підвищення точності оцінювання потужності дробарки зекономити від 9151597 до 18909142 грн. на рік. Для виробництва 1 млн т валового коксу ця економія становитиме від 2,73 до 5,64 млн. грн.Документ Вплив вологи вугільної шихти на її підготовку до коксування(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Мєщанін, Валерій ІвановичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 – хімічні технології та інженерія (16 – хімічна та біоінженерія). Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2022. Дисертаційна робота спрямована на розвиток наукових основ і уявлень щодо впливу вмісту вологи на умови підготовки вугільної шихти до коксування. Об`єкт дослідження – процес підготовки до коксування вугільної шихти, що характеризується різним вмістом вологи. Предмет дослідження – вугільні концентрати, вугільні шихти, що містять різну кількість вологи. В дисертаційній роботі вирішено важливе науково-практичне завдання, яке характеризується науковою новизною і має практичне значення, а саме – визначені раціональні умови підготовки шихти до коксування в залежності від її вологості. В експериментальній частині роботі використані сучасні стандартизовані методи визначення властивостей вугілля – ситовий, технічний (Wrt, Wa, Ad, Sdt, Vdaf), пластометричний (х, у), петрографічний (R0, Vt, Sv, I, L, рефлектограма вітриніту) і елементний (Сdaf, Hdaf, Ndaf, Sdt, Odaf) аналізи. Для визначення показника окиснення вугілля і шихт використовували ДСТУ 7611:2014 «Вугілля кам’яне. Метод визначення окиснення і ступеня окиснення». Насипну щільність вугілля визначали згідно ДСТУ 7123:2009, в апараті ДП «УХІН», а також у силосах дозувального відділення ПрАТ «ЗАПОРІЖКОКС». Автор приймав участь у розробленні, виготовленні та використанні унікального обладнання для визначення оптимальних кутів нахилу жолобів вугільного тракту шихтоподачі. Статистичний аналіз отриманих результатів і розробка математичних рівнянь виконувалася за допомогою ліцензійної комп’ютерної програми Microsoft Excel. У вступі обґрунтована актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами, сформульована мета та основні задачі, наведено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача, відзначена апробація результатів роботи. В першому розділі здійснений аналітичний огляд вітчизняних та світових джерел інформації, обгрунтована актуальність теми. Встановлено, що максимальна вологоємність залежить від природи вугілля, ступеня його метаморфізму, вираженого показниками виходу летких речовин, відбиття вітриніту, вмістом вуглецю і водню, а також величиною його теплоти згоряння. При переході від грубішого класу до дрібного максимальна вологоємність підвищується внаслідок зростання питомої поверхні вугілля. При цьому, максимальна вологоємність практично не залежить від ступеня окиснення і хімічного складу золи вугілля. Окиснення вугілля супроводжується зростанням загальної та аналітичної вологи в результаті фізичної і хімічної сорбції її на поверхні вугільних частинок. Підвищення вологості веде до зниження розмолоздатності вугілля, що ускладнює досягнення однорідності подрібнення і знижує плинність вугілля. Наявні дані, що підвищення вологості шихти призводить до деякого підвищення теплоти згоряння коксового газу. Однак підвищена вологість вугілля не лише збільшує витрату тепла, але і сприяє утворенню більш нерівномірного по крупності коксу, зниженню його механічної міцності і збільшенню пористості, а також призводить до зменшення терміну служби печей. У другому розділі охарактеризовано необхідний і достатній набір інструментальних, переважно, стандартизованих методів дослідження складу і властивостей вугілля та вугільних шихт. Розглянуті основні методи оцінки властивостей вугілля та вугільних шихт, використані в дисертаційній роботі, зокрема, визначення насипної щільності у апаратах різного об’єму. Розроблено, виготовлено, а також використане унікальне обладнання для визначення оптимальних кутів нахилу жолобів вугільного тракту шихтоподачі для вугільної шихти різної вологи, гранулометричного та компонентного складів при різному навантаженні. У третьому розділі визначали вплив вмісту вологи на насипну щільність вугільних концентратів та вугільних шихт. Встановлено, що при збільшенні вологості вугільних концентратів від 7,3 до 14,4 % їх насипна щільність зростає на 5,7–11,1 кг/м3 на 1 % збільшення вологості в залежності від способу її вимірювання (апарат ДП «УХІН» або силос дозувального відділення ВПЦ ПрАТ «ЗАПОРІЖКОКС»). Розроблено проект Інструкції з обліку залишків концентратів у силосах дозувального відділення і на відкритому складі вугілля вугелпідготовчого цеху ПРАТ «ЗАПОРІЖКОКС». Розроблено математичні та графічні залежності, що описують вплив збільшення вологості вугільних шихт КХВ ПрАТ «МК «АЗОВСТАЛЬ» і ПрАТ «ЗАПОРІЖКОКС» на вміст в них класу менше 0,5 мм, а також величин їх середнього діаметра і насипної щільності. Встановлено, що вугільні шихти характеризуються мінімальною насипною щільністью при вологості, рівній 7,1 %. Зниження або збільшення вологості вугільних шихт в інтервалі від 4 до 12 % призводить до зростання їх насипної щільності. При збільшенні вологості вугільних шихт до 12 % відбувається різке зниження вмісту в них класу менше 0,5 мм. Ця обставина має місце внаслідок огрудкування дрібних вугільних класів, що виражається в збільшенні величини їх середнього діаметра. У четвертому розділі досліджували зміну вологи під час розморожування та підготовки вугілля до коксування. Встановлено, що змерзання частинок починається при вмісті в них вологи, що перевищує значення максимальної вологоємності. У свою чергу, величина максимальної вологоємності залежить від ступеня метаморфізму і в діапазоні коксівного вугілля має максимальні значення у малометаморфізованого вугілля газової групи. З урахуванням того, що максимальними значеннями вологоємності характеризується малометаморфізоване вугілля газової групи, це вугілля може перебувати менший час в гаражі розморожування в порівнянні з іншим коксівним вугіллям. Зі зниженням температури ступінь змерзання вугілля збільшується з підвищенням його вологості і зниженням крупності частинок. Методами математичної статистики було отримано рівняння, що описує зміну маси вугілля при його розморожуванні в залежності від вмісту в ньому вологи, середнього діаметра його частинок і часу перебування в гаражі розморожування. Це рівняння дозволяє оцінити зниження маси вугілля в процесі розморожування в залежності від показників його якості та умов перебування в гаражі розморожування. Втрата вологи у вугільних концентратах при їх транспортуванні суттєво залежить від температури навколишнього середовища: чим вище температура, тим більше втрачається вологи, і навпаки. Встановлено, що розвантаження і транспортування вугілля з силосу закритого складу вугілля супроводжується втратою ~0,9 % вологи при температурі навколишнього середовища 23,5 ºС і ~0,2 % при температурі +4 °С. За подрібнення і транспортування вугільної шихти до вугільної башти коксової батареї, зміна її фактичної маси складає ~0,1 % при температурі навколишнього середовища, рівній +4 оС і 0,7 % при температурі навколишнього середовища, рівній + 23,5÷25,5 ºС. Практичне використання отриманих результатів дає можливість внаслідок зниження робочої вологості шихти зекономити коксовий газ для опалення коксових печей. Для виробництва 1 млн т валового коксу ця економія становитиме 3,841 млн м3 газу, або близько 59,8 млн грн. У п’ятому розділі досліджували вплив вологи на сипкість вугільної шихти у жолобах трактів шихтоподачі. Аналіз тимчасових норм технологічного проектування збагачувальних фабрик показав, що залежність між середнім діаметром вугілля в інтервалі від 0,5 до 75,0 мм і рекомендованими кутами нахилу жолобів носить логарифмічний характер. Показано, що збільшення вологості і зниження середнього діаметра вугілля призводить до зростання величин рекомендованих кутів нахилів жолобів, виготовлених зі Ст.3, незалежно від ступеня їх метаморфізму, а збільшення ступеня метаморфізму вугілля призводить до збільшення величин рекомендованих кутів нахилів жолобів незалежно від їх вологості. Показано, що збільшення вмісту вологи в шихті з 10 до 12 %, вмісту в ній частинок розміром 0–3 мм з 90 до 94 %, а також збільшення навантаження конвеєрів (з 250 до 350 т/год) однозначно призводить до збільшення тривалості руху шихти, тобто зниження швидкості її руху по конструкційному листу, аж до виникнення залипання.Документ Вплив сировинних та технологічних факторів на теплоту згоряння коксу(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Мирошниченко, Ігор ВолодимировичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 – хімічні технології та інженерія (16 – хімічна та біоінженерія). Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Дисертаційна робота направлена на розвиток наукових основ і уявлень щодо впливу комплексу факторів виробництва коксу на величину його теплоти згоряння. Об`єкт дослідження – процес формування теплоти згоряння доменного коксу під впливом сировинних та технологічних факторів його виробництва. Предмет дослідження – вугільні концентрати, вугільні шихти, доменний кокс, схема підготовки та умови коксування вугільних шихт, післяпічна обробка доменного коксу. У дисертаційній роботі на підставі розвитку наукових уявлень щодо впливу сировинних та технологічних факторів виробництва коксу на величину його найвищої теплоти згоряння вирішено важливе науково-технічне завдання, яке характеризується науковою новизною і має практичну цінність, а саме – розроблено науково-обґрунтовані рекомендації щодо керування величиною найвищої теплоти згоряння коксу. Дослідження здійснені за допомогою теоретичних та емпіричних методів досліджень. Серед теоретичних методів застосовувався системний аналіз і синтез, узагальнення, формалізація, класифікація, аналогія. В експериментальній частині роботі використані сучасні стандартизовані методи визначення властивостей вугілля – ситовий, технічний (Wrt, Wa, Ad, Sdt, Vdaf), пластометричний (х, у), петрографічний (R0, Vt, Sv, I, L, рефлектограма вітриніту) і елементний (Сdaf, Hdaf, Ndaf, Sdt, Odaf) аналізи. Крім того, визначали тиск розпирання та насипну густину вугілля та шихт. Для визначення показника окиснення вугілля і шихт використовували ДСТУ 7611:2014 "Вугілля кам’яне. Метод визначення окиснення і ступеня окиснення". Якість отриманого коксу оцінювали методами ситового, технічного аналізу (Wrt, Wa, Ad, Sdt, Vdaf), елементного (Сdaf, Hdaf, Ndaf, Sdt, Odaf) та калориметричного (Qdafs, Qri) аналізів, визначали його дійсну та уявну густину, поруватість, абразивну твердість за Гінзбуром та структурну міцність за Грязновим, мікроструктуру (співвідношення анізотропної і ізотропної текстури), реакційну здатність, а також механічну і післяреакційну міцність. Статистичний аналіз отриманих результатів і розробка математичних рівнянь виконувалася за допомогою ліцензійної комп’ютерної програми Microsoft Excel. У вступі обґрунтована актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульована мета та основні задача, наведено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача, відзначена апробація результатів роботи. В першому розділі здійснений аналітичний огляд джерел інформації. Розглянута актуальність теми на рівні не тільки країни, а й закордонних шкіл. Встановлено, що виробництво чавуну має найбільший потенціал енергозбереження в чорній металургії, а процеси в доменних печах і в коксовому виробництві. Показано відсутність навіть факультативних вимог до величини теплоти згоряння виробленого українськими та іноземними підприємствами доменного коксу. Наявні рівняння для розрахунку теплоти згоряння рідкого і твердого палива не дозволяють з достатньою точністю прогнозувати теплоту згоряння доменного коксу. Через нестачу наукових результатів в області впливу сировинних і технологічних факторів виробництва коксу на величину його теплоти згоряння, в даний час відсутні технічно обґрунтовані технологічні прийоми її підвищення, що обумовлює необхідність проведення подальших досліджень в цьому напрямку. У другому розділі охарактеризовано необхідний і достатній набір інструментальних, переважно, стандартизованих методів дослідження складу і властивостей вугілля та коксу. Крім того, ретельно розглянуті основні методи оцінки властивостей вугілля та коксу, використані в дисертаційній роботі, зокрема найвищої теплоти згоряння на сухий беззольний стан згідно ДСТУ ISO 1928:2006 "Палива тверді мінеральні. Визначення найвищої теплоти згоряння методом спалювання в калориметричній бомбі та обчислення найнижчої теплоти згоряння", а також лабораторний метод визначення виходу та якості коксу в 5-кг печі конструкції ДП "УХІН". У третьому розділі досліджували вплив показників якості вугільної шихти на теплоту згоряння коксу. Встановлено, що максимальна величина найвищої теплоти згоряння доменного коксу досягається при коксуванні вугільних шихт (незалежно від величини їх насипної густини), що характеризуються наступним набором показників якості: R0=0,91–0,94 %; Vdaf=30,5–31,0 %; Cdaf=83,80–83,83 %; Hdaf=5,01–5,02 %; Od daf=8,42–8,45 %. Підвищення вмісту газового вугілля з 30 до 50 % призводе до підвищення теплоти згоряння доменного коксу з 32,56 до 32,88 МДж/кг при коксуванні навальної шихти та з 32,61 до 32,93 МДж/кг при коксуванні трамбованої шихти. Подальше зростання вмісту газового вугілля у шихті призводе до зниження теплоти згоряння коксу до 32,79 та 32,87 МДж/кг відповідно. У четвертому розділі досліджували вплив способу підготовки вугілля до коксування на теплоту згоряння коксу. Доведено, що при збільшенні термінів зберігання використовуваних для отримання доменного коксу вугільних концентратів відбувається зниження величин його дійсної та уявної густини, а також зростання поруватості. Крім того, відбувається підвищення вмісту менш впорядкованої ізотропної структури і, відповідно, зниження більш упорядкованої анізотропної структури коксу. Графічно та математично показано вплив цих показників на теплоту згоряння доменного коксу. Збільшення вмісту класу 0–3 мм у вугільній шихті з 77 до 83 % призводить до зниження вищої теплоти згоряння коксу з 32,24 до 32,20 МДж/кг, тобто збільшення вмісту класу 0–3 мм на 1 % призводить до зниження величини вищої теплоти згоряння коксу в середньому на 0,0067 МДж/кг. Збільшення насипної густини вугільних шихт, що характеризуються однаковим набором показників якості, з 800 до 1150 кг/м3, призводить до зростання найвищої теплоти згоряння доменного коксу на 0,05–0,12 МДж/кг. У п’ятому розділі досліджували вплив умов коксування та способу гасіння на теплоту згоряння коксу. Встановлено, що збільшення кінцевої температури коксування на 10 оС призводить до зниження величини теплоти згоряння коксу в середньому на 0,037 МДж/кг, а підвищення швидкості коксування на 1 мм/год підвищує величину теплоти згоряння коксу в середньому на 0,0493 МДж/кг. Максимальним рівнем найвищої теплоти згоряння незалежно від способу його гасіння, характеризується кокс крупністю більше 25 мм, а мінімальним – кокс крупністю менше 10 мм. Рівень "готовності" коксу, виражений величинами виходу летких речовин і дійсної густини, значно впливає на величину найвищої теплоти згорання. Менш «готовий» доменний кокс характеризується більшими значеннями найвищої теплоти згоряння його класів крупності. Використання сухого гасіння призводить до збільшення найвищої теплоти згоряння коксу, зокрема, збільшення частки коксу сухого гасіння на 1 % призводить до збільшення теплоти згоряння різних класів крупності коксу на 0,0056–0,0087 МДж/кг. Найбільшим рівнем значення найвищої теплоти згоряння характеризується коксовий пил УСГК – високопіролізованний матеріал з максимальним вмістом вуглецю, мінімальними зольністю, вмістом летких речовин і вмістом кисню. Значення найвищої теплоти згоряння доменного коксу може служити критерієм оцінки ступеня «готовності» доменного коксу (на додаток до вже наявних). У шостому розділі були розроблені рекомендації щодо підвищення теплоти згоряння коксу, а також виконана техніко-економічна оцінка роботи. Найвища теплота згоряння є, значною мірою, керованим технологічним показником якості коксу. Способи її підвищення повинні базуватися на оптимізації наступних значущих чинників: показники елементного та петрографічного складу, а також вихід летких речовин з шихти з урахуванням процесів окиснення, гранулометричний склад і насипна густина завантаження в камері коксування, рівень температур в опалювальній системі, швидкість, період і кінцева температура коксування, спосіб гасіння і розміри часток коксу. Розраховано, що підвищення теплоти згоряння коксу на 0,33 МДж/кг, внаслідок впровадження розроблених у дисертації рекомендацій, призведе до економії 1800 т коксу на 1 млн. т заліза, або 6,48 грн/т заліза.