TERMOTEHNICA CUPTOARELOR DE COCSIFICARE

A)    AGENTII DE INCALZIRE

Incalzirea cuptoarelor de cocsificare se efectueaza de obicei cu gaz de furnal sau cu gaz de cocserie. Este de preferat incalzirea cu gaz slab, acesta asigurand o temperatura mai uniforma pe intreaga inaltime a verticalului de ardere. In cadrul cocseriilor independente se foloseste gazul propriu de cocs, desi prezinta dezavantajul concentrarii temperaturilor inalte spre baza verticalei si deci supraincalzirea acestei zone.

Principalele date tehnice si termotehnice ale gazului de cocserie si de furnal sunt:

B)     REGIMUL TERMIC AL CUPTOARELOR DE COCSIFICARE

Regimul termic al cuptoarelor de cocsificare trebuie sa satisfaca urmatoarele cerinte:

v    Obtinera unui randament maxim de cocs metalurgic din cocsul total.

v    Producerea unui cocs cu rezistenta mecanica ridicata si uniform degazat la un procent de materii volatile de sub 1,5%.

v    Obtinerea de produse chimice volatile de calitate buna.

v    Consum mic de caldura si deci, randament termic ridicat.

v    Durata lunga de functionare a bateriei si implicit evitatrea deteriorarii materialului refractar.

Regimul termic al cocsificarii este definit prin trei elemente principale , care sunt in stransa dependenta intre ele si cu geometria camerei si caracteristicile sarjei:

- nivelul termic, exprimat prin temperatura finala a cocsului din camera de de cocsificare

sau prin temperatura din verticalele de incalzire;

viteza de de cocsificare, definita prin gradientul de crestere a temperaturii in plnul medial al incarcaturii sau prin deplasarea descompunerii pirogenetice, avansul stratului plastic sau al celui de semicocs;

durata de cocsificare sau timpul cat ramane incarcatura in cuptor.

C)     Influenta regimului termic asupra caracteristicilor fizico-chimice si mecanice ale cocsului si asupra productivitatii cuptoarelor este foarte puternica si este legata si de factorii legati de sarja sau de pregatirea ei.

Dupa multe experimentari s-au conturat urmatoarele observatii de baza asupra efectului termic:

la sarjele cu carbuni slabi aglutinanti, marirea temperaturii si a vitezei de incalzire imbunatateste rezistenta mecanica a cocsului.

la sarjele cu bune insusiri de aglutinare-cocsificare efectul este contrar

in general, viteza marita si temperaturile ridicate maresc fisurarea cocsului si ii scad granulatia.

O incalzire rapida dice la cresterea porozitatii, iar temperaturile ridicate si perioade de cocsificare ridicate micsoreaza reactivitatea.

REGLAREA REGIMULUI TERMOHIDRAULIC LA BATERIILE DE COCSIFICARE

Cerintele regimul termic de cocsificare sunt:

Curba temperaturilor in lungul peretilor de incalzire trebuie sa prezinte diferente de 30⁰C intre verticale de incalzire ale aceluiasi perete.

Temperaturile medii in verticalele marginale sa fie de 1270⁰C pentru a asigura un grad de cocsificare uniform al sarjei in partea frontala a cuptorului.

Distributia temperaturilor in lungul bateriei trebuie sa asigure un factor de uniformitate de 0,96-1,00, iar diferenta de temperatura intre doi pereti de incalzire invecinati sa se ridice doar la 60⁰C.

Temperatura medie in spatiul de sub bolta regeneratoarelor sa fie in curent descendent de 1200⁰C, iar ascendent de 1050⁰C.

Gazele arse care parasesc canalele de vatra au in medie 260⁰C, iar aerul care intra in canalul de vatra se ridica la 40⁰C.

Temperatura in canalul colector de fum sa fie intre 200 - 220⁰C, la o temperatura de regim de 1320⁰C si un coeficient al excesului de aer de 1,25-1,45.

In spatiul de sub bolta, de 150 mm (bat.5-6) temperatura sa fie de 780-840⁰C inainte de evacuarea cocsului.

Cerintele regimului hiraulic sunt asigurate de:

Reglarea presiunilor in sistemul de incalzire;

Reglarea presiunilor in camerele de cocsificare.

Teoretic intre aceste doua sisteme trebuie asigurata o separare completa dar in practica nu se poate realiza acest lucru din cauza variatiilor presiunilor pe traseul de incalzire si in timpul degazarii sarjei.

Conditiile de baza ale regimului hidraulic sunt:

Presiunea in camera de cocsificare sa fie pe toata durata cocsificarii mai mare decat presiunea nivelelor corespunzatoare din sistemul de ardere.

Distributia presiunilor din sistemul de ardere sa fie constanta pe toata durata de cocsificare.

Presiunea din camera de cocsificare sa fie tot timpul mai mare decat cea atmosferica, ceea ce se realizeaza mentinand la baza camerei a unei presiuni de +0,5 mm col.apa la sfarsitul perioadei de cocsificare.

Realizarea unui regim de presiuni care sa asigura un singur sens de trecere a gazelor dinspre camera de cocsificare spre sistemul de incalzire, ceea ce determina grafitarea zidariei si deci umplerea porilor si rosturilor cu grafit format prin cracarea materiilor volatile.

Mentinerea presiunii din camera de cocsificare se face prin reglarea presiunii in colectorul de gaz, presiune care trebuie sa se mentina la 12-15 mm col apa. Presiunea se regleaza cu ajutorul regulatoarelor automate de presiune de tip Ascania, plasate pe conducta de gaz brut imediat dupa colector.

O reglare suplimentara se realizeaza si in sectia de captare-condens, la exhaustoare.

Reglarea automata a regimului termohidraulic se realizeaza prin automatizarea incalzirii cuptoarelor de cocs care sa asigure parametrii constanti pe toata durata de cocsificare.Dificultatea consta in inertia termica a masivului de zidarie, ceea ce face ca orice modificare in admisia gazului sa aduca schimbari lente insa importante in regimul de temperaturi.

ANCORAJUL BATERIEI DE COCSIFICARE

(EXEMPLIFICARE BATERIILE 5-6)

Ancorarea bateriilor de cocsificare serveste la preluarea tensiunilor produse prin dilatare termica a zidariei in timpul incalzirii si prin solicitariile mecanice din timpul exploatarii(incarcarea, descarcarea, camerele de cocsificare) precum si la mentinerea etansitatii masivului ceramic.

Ancorajul este conceput sa preia eforturile pe trei directii: L, l, h.

De modul cum sunt intretinute ancorajele depinde durata de exploatare a bateriilor de cocsificare. Ancorajul bateriei este format longitudinal si ancorajul transversal.

Ancorajul longitudinal este constituit din tiranti care se monteaza pe planseul bateriei si se fixeaza pe contraforturi.

Ancorajul transversal se compune din ancorajul mare (in dreptul peretilor de incalzire ) si ancorajul mic (in dreptul peretilor intermediari ai regeneratoarelor).

Ancorajul mare este constituit din stalpi verticali de otel, numiti coloane de ancorare, legati la partea superioara prin cate doi tiranti iar la partea inferioara de placa duzelor prin suruburi.

Ancorajul mic se compune din stalpi de otel montati in axa longitudinala a regeneratoarelor si este format din doua parti . O parte superioara in forma canalelor oblice si peretii de silica ai regeneratoarelor , care preseaza zidaria prin intermediul unui stalp si traverse in care sunt montate baterii de arcuri. O parte inferioara in zona peretilor din samota ai regeneratoarelor , formata din stalpi legati la partea inferioara, prin tiranti, de placa duzelor, iar la partea superioara de coloanele mari cu suruburi de presare.

Acorajul longitudinal

Ancorajul longitudinal al bateriei este format din:

Sase tiranti longitudinali din otel cu sectiunea dreptunghiulara de 100 x 40 mm, asezati pe planseul bateriei astfel: intre margine si verticala 1, intre verticalele 5 si 6 ,intre verticalele 12 si 13, intre verticalele 19 si 20, intre verticale 24 si 25 si intre vertical 30 si margine;

Doua ziduri  de rezistenta din beton armat (contraforturi) asezate in partile frontale ale bateriei, care opun o contrapresiune pe timpul preincalzirii, incalzirii si exploatarii, pentru evitarea deplasarii peretilor astfel incat la marirea volumului zidariei sa se micsoreze rosturile.

18 de arcuri elicoidale cu spira de 45 mm si 18 arcuri elicoidale cu spira de 25 mm care sunt montate, in casete de cate trei arcuri, la capetele fiecarui tirant longitudinal.

Eforturile de dilatare ale peretilor marginali sunt preluate de contraforturi.

Dilatarea masivului ceramic in directie longitudinala este compensata prin rosturile de alunecare din zidarie.

Pentru a prelua tensiunile care apar in contraforturi, la fiecare capat tirantii longitudinali au cate trei arcuri montate intr-o caseta si sunt filetati. Incarcarea de 40t/set se realizeaza cu ajutorul piulitelor de la cele doua capete filetate ale tiranului.

Daca arcurile tirantilor longitudinali sunt slabite sau stranse mai mult decat corespunzator, contraforturile nu pot prelua eforturile si se inclina la partea superioara iar peretii marginali ai camerelor de cocsificare prezinta deformari.

Reglarea ancorajelor longitudinale se efectueaza de dopua ori pe an.

Ancorajul transversal

Este format din :

tiranti transversali, arcuri elicoidale, coloane mari, coloane mici, placi de presare, blidaje si rame.

Ancorajul transversal transmite fortele de compresiune dupa cum urmeaza:

        in zona peretilor de incalzire – pe blindajul cuptoarelor de cocsificare ;

        in zona canalelor oblice si bolta regeneratoarelor – pe placi;

        in zona din caramida de samota a regeneratoarelor – pe traverse.

Coloanele  mari

Coloanele mari de ancorare sunt formate din doua profile  I 360 sudate si au o lungime de 9500 mm.

Sageata in stare nemontata este de 5 mm.

La partea superioara a coloanei se afla sudat un profil patrat prevazut cu doua gauri filetate, dispuse de o parte si de alta a coloanei, prin care se trec suruburi pentru controlul dilatarii pe inaltime a blindajului.

In coloana se executa ferestre prin care se introduc arcurile cu suruburile de reglaj: trei arcuri cu diametrul spirei de 25 mm in zona peretilor de incalzire , notate cu F1, F2,F3 si trei arcuri cu acelasi diametru al spirei in zona regeneratoarelor, notate cu D1, D2 si D3.

Coloana se intinde de la placa duzelor, zona regeneratoarelor, zona duzelor ceramice, peretii de incalzire si planseul bateriei.

Coloana este fixata la partea inferioara cu un prezon, cu capatul incastrat in placa duzelor, iar la partea superioara de tirantii transversali prin intermediul unor arcuri elicoidale. Arcurile de la cele doua extremitati au diametrul spirei de 45mm si se fixeaza in casete.

Arcurile elicoidale

Aceste arcuri sunt confectionate din profil de otel rotund special pentru arc.

Fiecare arc se caracterizeaza prin diametrul profilului din care este confectionat si lungimea sa in stare destinsa.

Pentru fiecare arc se stabileste in cadrul unor incercari de laborator diagrama lungime arc-incarcare in tone  forta, care se foloseste la stabilirea incarcarii arcului, asigurand lungimea lui in stare montata.

Tirantii transversali

Sunt confectionati din profil de otel rotund de 50 mm, filetati la ambele capete si trecuti printr-un jug, de o parte si e alta a coloanei care preseaza asupra casetei in care este montat arcul.

Tirantii transversali fac legatura intre coloanele de pe PM si PC si sunt montati in santuri transversale aflate in planseul bateriei si protejati prin acoperire cu mortar de temperatura ridicata din vizorii verticalelor. In dreptul girulor de incarcare si al tevilor suitoare au o protectie suplimentara din teci de otel inoxidabil de calitate superioara.

Pentru fiecare perete de incalzire corespunde o coloana mare pe PM  si alta pe PC si doi tiranti transversali.

Blindajele

Blindajele sunt asezate in zona peretilor de incalzire, intre coloana si zidarie, si sunt executate din fonta si prevazute cu 18 locasuri in care se introduc suruburile cu cap ciocan pentru fixarea ramelor. Doua blindaje formeaza deschiderea camerei de cocsificare.

Blindajul este neted pe suprafata care vine in contact cu coloana iar pe partea opusa sunt cavitati care se umplu cu material refractar (beton si mortar3:1, turnate la rece).

La preincalzire la atingerea temperaturii de 900-1000⁰C, se toarna intre zidarie si blindaj un amestec format din mortar de silica si apa de sticla. La doua zile dupa turnare se face reglarea ancorajelor.

Materialul refractar turnat are ca scop protejarea blindajului de temperaturile mari din verticalele marginale. Blindajele sunt supuse la variatii mari de temperatura de aproximativ 500^oC. La fiecare perete de incalzire corespund doua blindaje, unul pe PM si unul pe PC.

Ramele usilor cuptorului

Ramele sunt executate din fonta si sunt prinse cu suruburi cap ciocan incastrate in locasurile a doua blindaje alaturate, cate 9 in fiecare blindaj. Intre blindaj si rama se afla o garnitura din snur de fibra ceramica ce asigura etansarea. Rama este prevazuta cu 4 carlige (urechi), in care se fixeaza riglele usilor. Pentru fiecare camera de cocsificare sunt doua rame , una pe PM si una pe PC.

Verificari operative si periodice

Pentru ca blocul ceramic al bateriei de cocsificare sa-si mentina caracterul de monolit si sa nu apara neetanseitati, deformari ale peretilor camerelor de cocsificare marginale, rosturi verticale in peretii de incalzire si alte deteriorari ale acestora, trebuie sa se realizeze  odata la trei luni urmatoarele lucrari de reglaje si masurare:

reglarea sarcinilor pe arcuri, cand sarcinile trebuie mentinute in anumite limite prescrise (functie de tipul de baterie, se stabilesc prin proiectul de executie si montaj);

masurarea sagetii de incovoiere la coloanele de ancorare, prin diferite metode, ca: masurarea sagetii cu doi coltari, masurarea sagetii cu ajutorul a trei sarme, masurarea sagetii de incovoiere a coloanelor cu ajutorul a doua fire cu plumb, masurarea sagetii coloanelor de ancorare cu corzile interioare, etc.

Daca sageata coloanelor depaseste limita prescrisa, coloanele se vor repara sau inlocui.

Tirantii de ancorare superiori transversali se vor proteja impotriva coroziunii pe portiunile din dreptul gurilor de vizitare si a tevilor suitoare si se vor verifica odata la 6 luni. Titantii afectati de o potiune mai mare de 20% din sectiune se vor inlocui.

Revizuirea blindajelor de armare, a ramelor, a usilor si cutitelor acestora se va face lunar. Blindajele sau ramele nu trebuie sa iasa cu una din parti lor dincolo de marginea zidariei. Daca in blindaje sau in rame au aparut fisuri ele se vor urmari cu atentie si daca este cazul se vor suda sau se vor aplica eclise de legatura.