Wartość ciśnienia powstającego wewnątrz poddanej koksowaniu mieszanki węglowej jest silnie związana z uzyskiwanymi parametrami wyznaczającymi jakość koksu wielkopiecowego, takimi jak CRI/CSR. Zapewnienie tej jakości jest niezwykle istotne dla zakładów koksowniczych i ośrodków przemysłu metalurgicznego, zarówno ze względu na chęć optymalizacji procesu produkcji i zminimalizowania jego kosztów, jak i uniknięcia uszkodzeń, a nawet całkowitego zniszczenia celi baterii koksowniczej. Umiejętne i dokładne prognozowanie właściwości jaką jest ciśnienie rozprężania węgla w procesie koksowania, pozwala tak skomponować skład mieszanki wsadowej, by bezpiecznie produkować koks wielkopiecowy o najwyższej jakości.
Oferowany przez Łukasiewicz – ITR Analizator ciśnienia rozprężania mieszanki węglowej – EXPress to urządzenie pozwalające na określenie wielkości generowanego ciśnienia, opracowane na podstawie normy PN-G-04522:1973, określającej wytyczne dotyczące sposobu przeprowadzenia oznaczenia ciśnienia rozprężania węgla kamiennego oraz budowy urządzenia realizującego ten proces.
Ciśnienie rozprężania jest zagadnieniem, które, mimo tego, że jest znane ośrodkom związanym z przemysłem metalurgicznym od wielu lat, nie doczekało się znormalizowanego rozwiązania. W związku z tym, różne zakłady przemysłowe próbują poradzić sobie z kwestią oznaczania lub prognozowania ciśnienia rozprężania podczas koksowania na swój sposób, choć niewielu z nich udaje się połączyć efektywność działania z wydajnością- zarówno pod względem zużycia materiałów, energii oraz kosztów, jak i czasu potrzebnego na przeprowadzenie procesu.
Analizator oferowany przez Łukasiewicz – ITR stanowi rozwiązanie tych problemów, wprowadzając wiele modyfikacji i niezastosowanych wcześniej rozwiązań, pozwalających na udoskonalenie oraz unowocześnienie oznaczenia, z jednoczesnym uwzględnieniem takich kwestii jak dbałość o bezpieczeństwo i zminimalizowanie wpływu na środowisko naturalne.
| Dane techniczne | ||
|---|---|---|
| Temperatura maksymalna | 750°C | |
| Element grzejny | indukcyjny | |
| Termoelement | Typ K | |
| Zakres mierzonych ciśnień | 0 - 400 kPa | |
| Napięcie zasilania | 230V, 50Hz | |
| Moc | 2 kW | |
| Wymiary gabarytowe urządzenia: |
szerokość | 870 mm |
| głębokość | 380 mm | |
| wysokość | 510 mm | |
| Masa | 25 kg | |
| Stopień ochrony | IP20 | |
WYPOSAŻENIE URZĄDZENIA
Akcesoria niezbędne do przygotowania próbki badawczej i przeprowadzenia pomiaru:
Proces pomiarowy urządzenia rozpoczyna się od umieszczenia tygla zawierającego odmierzoną i odpowiednio zagęszczoną próbkę węgla w komorze grzejnej. Następnie podłączany jest układ pomiarowy i rozpoczynany jest proces.
Ma on dwa zasadnicze etapy – dogrzewania próbki do 250°C w czasie 30 minut oraz stałego narostu temperatury z szybkością 10°C/min. Podczas etapu narostu następuje pomiar i rejestracja zmiany ciśnienia wywieranego przez koksującą się próbkę. Wynik analizy można odczytać bezpośrednio na ekranie urządzenia. Za pomocą komputera PC możliwe jest pobranie pliku w formacie .csv z zarejestrowanym przebiegiem procesu. Jego odczytanie możliwe jest w dowolnym arkuszu kalkulacyjnym np. Microsoft Excel czy Libre Office.
Innowacją najbardziej wyróżniającą analizator EXPress wśród opracowanych wcześniej rozwiązań jest to, że do wykonania swojego zadania potrzebuje on próbki węgla o masie jedynie 80g- bardzo niewielkiej w stosunku do innych tego typu urządzeń. Likwiduje to liczne problemy ogromnej skali procesu prognozowania ciśnienia rozprężania podczas koksowania, z którymi borykają się ośrodki stosujące inne rozwiązania wymagające stosowania wsadu węgla o ogromnych rozmiarach i masie.
Przeważająca większość zakładów przemysłowych stosuje tzw. piece z ruchomą ścianą- piece o bardzo dużej pojemności, w których symulowany jest proces koksowania z jednoczesnym pomiarem siły (ciśnienia) na jednej ze ścian, przy użyciu wsadu węgla o wadze do nawet kilkuset kilogramów. Takie podejście do prowadzenia pomiarów stwarza wiele utrudnień związanych ze skalą tego przedsięwzięcia i jego poszczególnych elementów. Do tych problemów zaliczyć można m. in. konieczność załadunku i rozładunku kilkuset kilogramów węgla i koksu, dość długi czas procesu, wysoka energochłonność i znaczne koszty, a także generowanie dużej ilości gazu i smoły, stanowiących zagrożenie dla pracowników zakładów przemysłowych oraz dla środowiska naturalnego.
Opracowanie naszego analizatora pod kątem możliwości pracy z próbką o tak niewielkich rozmiarach pozwoliło na wyeliminowanie wszystkich problemów związanych z dużą skalą procesu pomiarowego. Przy zastosowaniu analizatora EXPress do określenia ciśnienia rozprężania podczas koksowania możemy mówić o skali laboratoryjnej, a nie przemysłowej czy technicznej, jednak bez konieczności poświęcenia możliwości uzyskania trafnych i precyzyjnych wyników odpowiadających rzeczywistemu ciśnieniu w bateriach koksowniczych wykorzystywanych w zakładach przemysłowych.
Bardzo znaczącym ulepszeniem wprowadzonym w obecnej formie analizatora EXPress jest zrezygnowanie z użycia grzejnika oporowego, w który wyposażone były poprzednie wersje urządzenia, na rzecz nagrzewnicy indukcyjnej. Związane z poprzednim rozwiązaniem duże bezwładności cieplne skutkowały niską powtarzalnością warunków prowadzenia procesu. Ponadto, pomiędzy kolejnymi badaniami konieczne było wystudzenia urządzenia, trwające w przybliżeniu tyle samo czasu, co sam proces analizy.
Zastosowanie nagrzewnicy indukcyjnej pozwala na precyzyjne i powtarzalne prowadzenie procesu nagrzewania, co w dużym stopniu poprawia powtarzalność uzyskiwanych wyników. Efektem braku konieczności studzenia komory grzejnej w celu przygotowania analizatora do kolejnego procesu jest nawet dwukrotnie większa wydajność, niż przy użyciu dotychczasowych rozwiązań.
Wysokiej jakości koks wielkopiecowy jest jednym z najważniejszych materiałów biorących udział w procesie wytopu żelaza, a także niezwykle cennym materiałem w innych ośrodkach związanych z przemysłem metalurgicznym.
Wyniki pomiarów urządzenia EXPress pozwalają na optymalizację procesu produkcji koksu wielkopiecowego w zakładach koksowniczych pod kątem jakości uzyskiwanego surowca oraz czasu eksploatacji komór baterii koksowniczych. Efektem tych udoskonaleń jest bezpieczna i efektywna produkcja koksu o wysokiej jakości, która przekłada się na mniejsze zapotrzebowanie na ten materiał w procesie produkcji stali oraz zmniejszenie częstotliwości konserwacji elementów takich jak wymurówka komory, wymaganych ze względu na eksploatację urządzenia.
Urządzenie zapewnia też minimalizację emisji czynników szkodliwych dla środowiska, zarówno na etapie prowadzenia pomiarów ciśnienia rozprężania jak i w czasie produkcji koksu wielkopiecowego i wykorzystania go w zakładach przemysłowych. Wydajność, którą umożliwia wysoka jakość koksu, zapewniona przez EXPress, wpływa na znaczne zmniejszenie emisji gazów i zużycie energii.
Oczywistym tego wynikiem są również oszczędności finansowe. Samo urządzenie jest sprzętem laboratoryjnym, nie wymagającym dużych nakładów energetycznych ani znacznych zasobów i nie wiąże się ze znacznymi kosztami zarówno w eksploatacji, jak i w zakupie w porównaniu z innymi stosowanymi rozwiązaniami. Oferowana przez Łukasiewicz - ITR cena analizatora jest dużo niższa niż instalacje techniczne i półprzemysłowe stosowane w tym samym celu.
EXPress i idee, które od samego początku motywowały jego opracowanie i wdrożenie spotkały się z uznaniem już na etapie powstawania jego pierwszych modeli. Oryginalna wersja urządzenia, która uwzględniała jeszcze grzejnik rezystancyjny, używana jest w Głównym Instytucie Górnictwa, a wersja z nagrzewnicą indukcyjną znalazła zastosowanie w mieszczącym się w Radlinie oddziale Centralnego Laboratorium Pomiarowo-Badawczego, gdzie wykonywane są badania dla Koksowni Radlin. Co więcej, EXPress został nagrodzony w 2021 roku na Międzynarodowych Targach Wynalazków i Innowacji INTARG, a Łukasiewicz – ITR utrzymuje kontakt z pośrednikami ośrodków zagranicznych, wyrażających chęć wdrożenia analizatora w zakładach również poza Polską.
