ТЕХНОЛОГИЯ ПИРОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ

Древесный уголь применяется: как металлургическое топливо для выплавки чугуна из железных руд в доменных печах; в про­изводстве ферросплавов: для выработки карбюризатора, для це­ментации металлов; для производства электродов; при производ­стве металлического магния: как сырье для выработки активи­рованного угля и сероуглерода, как горючее для автотракторных газогенераторов и для других целей.

Древесный уголь как металлургическое топливо. Чтобы иметь представление о значении свойств древесного угля как горючего для металлургической промышленности, рассмотрим процессы, происходящие с углем в доменной печи и причины, обусловливаю­щие высокое качество чугуна, выплавленного на древесном угле.

При опускании древесного угля в шахту домны он нагревается до высокой температуры в токе газов, лишенных свободного кис­лорода. В пределах от 200° (близ колошника) до 900" он теряет сперва гигроскопическую воду, затем парообразные органические вещества, газы и при 900° остается так называемый нелетучий углерод[8]. Выделяющаяся из угля влага понижает, а выделяю­щиеся из него газы повышают теплотворную способность колош­никовых газов. Чем ниже температура выжига угля, тем больше выделяется из него газов и парен в домне. Однако уголь, выжжен­ный при слишком низкой температуре, дает много смолы, которая, осаждаясь вместе с угольной н рудной пылыо в газопроводе, за­грязняет ею. При быстром нагреве в домне (уголь от колошника до горна проход'; г в течение 4,5 часа) происходит фактически дальнейшее обуюнвание с образованием трещиноватого слабого угля. Нелетучий углерод идет на восстановление из железной руды железа и других веществ (марганец, кремний и пр.)"; частично Oil растворяется в железе, превращая его в чугун, а сго­рая внизу шахты, дает тепло, необходимое для работы домны.

В домне весь фосфор, содержащийся в древесном угле, желез­ной руде, известняке, переходи г в чугун. Если далее чугун идет на выплавку стали в мартеновских печах с кислым подом (бога­тым кремнекнелотон), то весь фосфор из чугуна переходит в сталь. Поэтому чугун должен быть малофосфористым и малосернистым.

Сталь в кислых мартеновских печах получается более высокого качества, чем в основных мартеновских печах или в бессемеров­ских к томасовских конверторах. Следовательно, для получения наиболее высоких сортов стали (с минимальным содержанием фосфора и серы* следует применять древесноугольный чугун.

Однако приходится брать не только особо чистые по фосфору и сере железные руды, но и снижать содержание фосфора в дре­весном угле. Для этого уголь должен сыть выжжен из сосновых или еловых дров. Так как в древесине сосны и ели фосфора мень­ше, чем в >iv коре, то иногда уголь выжигают из обескоренных дров.

Технические требования на древесный металлургический уголь допускают р. обескоренном сосковом угле не более 0,010% фос­фора. а в ебескоречном слоном угле •• не солее 0,012% его.

Ости лая задача при получении металлургического угля со­стой! в том, чтобы при процессах обугливания получать из дре­весины (при прочих равных у.-лочиях) наибольшее количество нелетучего углерода.

Дрезесный уголь дл> производства ферросплавов. При полу - "днин ферросплав! г. в олск'допс-ча:-: треб, с гея углеродистый вос - станогитель с v, vn'. .. мы v*m и с минимальной электропровод­ность :о.

Чем моньш" вольность }глероднетого восстановителя, тем меньше образуется шлака. Чем меньше ич> члектропросодкость, тем вьнна может быть напряженно тока и тем ниже будет сила гоха, а след. дм л ельчо. и меньше удельным расход электроэнергии на выплавку ц;ерроснд, д;о.,. В качестве восстановителя применяют каменный уголь. к"х - ч трезеендн уголь.

Каменный голь обладает малой электропроводностью, но имеет высокую зольность. Наиболее распространенный восстано­витель — кокс. Зольность кокса небольшая, но электропроводность повышенная.

Древесный уголь имеет весьма малую зольность (1,2—1,5%). А электропроводность его раз в 10—15 ниже, чем у кокса. Однако высокая стоимость древесного угля ограничивает применение его в производстве ферросплавов.

Получить в достаточном количестве древесный уголь стоимо­стью не выше стоимости кокса в настоящее время, в связи с ис­пользованием отходов лесозаготовок, методом пиролиза их в пе­чах непрерывного действия, вполне возможно. В этом случае при­менение древесного угля для производства ферросплавов будет иметь большое народнохозяйственное значение.

Древесный уголь для производства карбюризатора. Карбюри­затором называется углеродсодержащая смесь веществ, приме­няемая для цементации стальных деталей. Наибольшее примене­ние в производстве карбюризатора получили каменный уголь, каменноугольный кокс, древесный уголь (березовый или дубо­вый) и смоляной кокс.

Вследствие минимального содержания вредных примесей дре­весный уголь и смоляной кокс предпочитаются каменному углю и коксу.

Цементация, т. е. насыщение поверхностного сдоя стального изделия углеродом, в среде древесного угля происходит медленно и при температуре ниже 850'" цементация практически не проте­кает.

Для ускорения процесса науглероживания в древесный кар­бюризатор добавляют ускорители, главным образом углекислый барий и углекислый калий.

Карбюризатор представляет собой зерна древесного угля с на­несенной на его поверхность смесью углекислого бария н крах­мального клейстера: после сушки мелкие частицы угля оказыва­ются покрытыми частицами углекислого бария.

Примерный состав карбюризатора в %: древесного угля fi5--70, углекислого Парня 20—25, влаги 5. серы и других ве­ществ — 5.

Древесный уголь для производства электродов. Для произ­водства электродов требуется древесный уголь, обладающий вы­сокой прочностью, малой зольностью (не выше 0,6%) и неболь­шим удельным сопротивлением (45— 50 ом).

Древесный уголь для производства магния. При хлорировании сырья магниевые заводы чаще применяют каменноугольный кокс. Применение древесного угля взамен кокса имеет ряд весьма цен­ных преимуществ, так как он легче измельчается, имеет меньшую ~ti Продукт:,/ иирисгис PujAoЖенин древесины

Зольность н более реакционно способен7 по сравнению с каменно­угольным коксом.

Уголь-сырец для производства активированного угля. Для про­изводства активированного угля применяется березовый уголь. Допускается примесь: 1) угля из более. мягких пород (осины, сосны, ели и т. д.) —но более 2%; 2) угля из гнилой древесины (легко раздавливаемого пальцем) —-не более 2-;о; 3) головней — не более 2%; 4) посторонних включений (песка, глины и пр.) — не более 2%. Уголь не должен содержать коры. В угле крупного отсева кусков. менее 25 мм допускается не более 5%, в угле мел­кого отсева кусков менее 12 мм допускается не более 5%.

Влажность угля-сырца для прессованных углей при погрузке должна быть не более 6%, в других сортах — до 20%; содержа­ние летучих — от 7 до 25%. Вес 1 л абсолютно сухого угля, проходящего через сито ЛЬ 3, но задерживающегося на сите ЛЬ 4: угля-сырца специального - - не менее 235 г. угля-сырца рядового — в среднем не менее 210 г. Сторона квадратного просвета сита Ла 3 равна 2,75 мм, а л.» 4 - 2 мм.

При активации для увеличения способности поглощать газы, пары и пр. уголь-сырец подвергается прокалке при 1000° в при­сутствии водяного пара; при этой обработке пористость его уве­личивается, толщина стенок клеток уменьшается. Активирован­ный уголь должен быть прочным. Поэтому его приготовляют из прочного, не раздутого и не трещиноватого угля, выжженного из древесины твердолистзечных пород. Вес 1 л трещиноватого угля ниже, чем требуется техническими условиями.

Древесный уголь для автотракторных газогенераторов. Уголь, применяемый в качестве горючего в автотракторных газогенера­торах, должен иметь наибольшую калорийность при наибольшем переходе в него калорийности древесины. Он должен быть сухим, прочным и вполне оиуг. тениыл. При выпеошении этих требований лпееес'и г": уголь будет давать о газогенераторе маю пы т, смолы и парообразных оргапцчоекпч веществ в газе. Такой газ легко подвергается очистке и обеспечивает нормальную работу двига­теля внутреннего сгорания.

Древесный уголь в химической промышленности. В химиче­ском промышленное г и г: л г, находи г применение при произвол,- с ти - ■ сероуглерода, ион о;м : ;г>:'ч-.жо-' оо-*т>зе и т. д.

Химический состав древесного угля

Хнм;-Ч1с;,н!( с ;стаи лпееесиого угля, помечаемого в заводских аппаратаV, завк-тт. п уч. юнип обугливания древесины и ог усло­вий его хранении. С)0;.!«чыь сост.;в трезегных углей, помечаемых ч произволеIвен них мелодиях, приведен в табл. 24.

Состав и выход др. мч иного угля занизят or ku:«c«..i ж (макси­мальной) темпогмггуг>,г 'юмглипяния (Тябл. 25).

Продукты пирогенетческого разложения древесины

4. По мере повышения конечной температуры обугливания весовой выход угля из абсолютно сухой древесины падает, причем в пределах от 25СР до 500" очень быстро, а далее — очень мед­ленно.

Пользуясь табл. 25 и зная температуру выжига угля, можно определить его элементарный состав и, наоборот, зная его эле­ментарный состав, можно определить температуру выжига угля.

Нелетучий углерод у г л я

В древесном угле различают нелетучий углерод и летучий углерод угля. Главное значение имеет нелетучий углерод и к со­держанию его предъявляются определенные требования (в абсо­лютно сухом угле содержание нелетучего углерода должно быть не ниже 65 %).

Однако «нелетучий углерод» есть понятие условное. Счи­тается, что уголь, прокаленный без доступа воздуха при 900° и не содержащий золы, представляет собою нелетучий углерод. Прокалку угля при 9003 при техническом анализе ведут в плати­новом тигле в течение 5 мин. Между тем уголь в домне нагре­вается до температуры в 900° в течение двух с половиной — трех часов после загрузки в шахту домны. Прокалка угля в электро­печи, при постепенном повышении температуры до 900° в течение 2,5 час. дает более высокое содержание нелетучего углерода, чем прокалка в течение 5 мин. Остаток после прокалки угля до 900°, как это видно из табл. 26, не представляет собою чистого угле­рода. В нем содержится еще небольшое количество водорода й кислорода, которые выделяются в виде водорода и окиси угле­рода при дальнейшем повышении температуры при прохождении угля до зоны прямого восстановления железа из железной руды при 1200°.

Таблица 2в

100,00

Таблица 2/

Выход угля, содержание в нем нелетучего углерода и выход нелетучею углерода

ПрОЛО-ОМП I'.rs. HOl - [ «> Г< у I.,H'U! M! i i'J чпеон

Iio ic4ti;rj i i Mn-cp. t i ypr. i>fiyr. in>t:hjji;i Н 4; 500 '

Geo

Выход абсолютно сухого уI ля в % от ве­са абсолютно сухой дре. чеснны. . . . • Содержание пстетучего углерод! в абсо - Лнчио сух ом угле и % при прокалка: в пламени юредки, и продолжение

Г) мин, .........................................

К электропечи, в продолжение 2,5 часа Ныход нелетучего J глерода п "„ от носа аб­солютно cvxoii дi>eiieciiим при прокалке: и пилнсип горелки, и продолжение

Выход абсолютно Cvxoi о yi ли в % of но­са абсолютно cyxoii древесины

Содержание нелетучего углерода в абсо - линпо сухом угле в % 1!ри прокалке: и пламени горелки, в продолжение

5 мин.......................................... ,

В электронен-, в продолжение 2,5 часа ЬI, iход нелетучего углерода п % от веса аб­солютно cvxoii древесины при прокалке: II пламени горелки, в продолжение

О мни.............................................

И электропечи, в продолжение'2,5 чага

Продуй! I,T Пирогене шческого разложения древесины

Для практических целей достаточно пользоваться указанным выше способом определения нелетучего углерода при 900°, од­нако для большей точности этого весьма важного определения следует заменить прокалку в пламени газовой или бензиновой горелкн прокалкой в электрической печи с применением термо­электрического пирометра.

Выход угля, кокса, нелетучего углерода и элементарный со­став кокса приведены в табл. 27.

При определении содержания нелетучего углерода по какому - либо одному способу оказывается, что содержание нелетучего Углерода в абсолютно сухом угле тем выше (для угля, выжжен­ного из данной породы древесины), чем выше была конечная тем­пература выжига угля и чем больше продолжительность выжига; влияние продолжительности' выжига сказывается более резко при низких температурах выжига.

При понижении температуры выжига выход угля уменьшается, а при увеличении продолжительности выжига увеличивается. Выход нелетучего углерода колеблется в узких пределах. Содер­жание нелетучего углерода в абсолютно сухом угле в одной и той же пробе при определении его в пламени горелки (прокалка в продолжение 5 мин.) получается более низким, чем при опреде­лении в электрической печи (прокалка в продолжении 2,5 часа)[10].

Пониженный выход нелетучего углерода при быстрой про­калке обусловливается, во-первых, большим образованием окиси углерода вместо углекислоты и, во-вторых, большей потерей с летучими веществами мельчайших частиц угля.

Летучие вещества угля

При прокаливании угля при температурах выше конечной температуры его выжига выделяются летучие вещества, количе­ство и состав которых приведены в табл. 28 *.

Данные табл. 28 показывают следующее.

В пределах температур выжига угля 300—700°, но мере по­вышения температуры, в составе летучих веществ, выделяющихся При прокалке угля, происходят следующие изменения: содержание углекислоты, окиси углерода и метана постепенно падает; а содер­жание водорода постепенно возрастает: этилен выделяется лишь до температуры выжига угля, равно:"! 450".

Теплотворная способность угля (в ккал/кг) возрастает, а га­зов (в ккал'м"') падает с повышением температуры выжита угля; в теплотворно!! способности жижки (ккал/кг) не обнаруживается закономерного изменения.

Калорийность вссго количества газов из 1 кг угля (ккал/м3,1 понижается с повышением температуры выжига угля; калорий­ность всего количества жижки из 1 кг угля (ккал/кг)) не обнару­живает закономерного изменения.

Калорийность 1 кг угля во всех случаях больше кал^опйности всех продуктов прокалки его; это указывает, что при процессе прокаливания угля преобладают экзотермические реакции.

Физико-механические свойства угля

Усадка древесины при ее о б у г л и в а н и и

При обугливании абсолютно сухой древесины уменьшаются се линейные размеры (линейная усадка А/) и объем (объемная усадка До). Усадку определяют измерением куска абсолютно су­хой древесины правильной формы (например, кубика) и получен­ного из нее куска угля.

Где:

1г —размер куска древесины в см;

U —соответственный размер куска угля в см.

= (13;

I'l

Где;

—объем куска древесины, вычисленный по линейным разме­рам его, в см3;

Г1., — объем куска угля, вычисленный по объемным размерам его, в см3.

Данные об усадке при обугливании сосны и березы приведены в табл. 29.

Наименьшая линейная усадка — подлине волокон, больше—- по радиальному направлению и наибольшая — по тангентальному. Эта неравномерность объясняется особенностями анатомического строения древесины.

Объемные и линейные усадки тем больше, чем выше темпера­тура выжига угля.

Скорость обугливания па величине усадки не сказывается, но имеет решающее влияние на прочность и трещиноватость угля. При достаточно медленном обугливании получается уголь с не­большим количеством крупных радиальных трещин; при слишком скором обугливании из такой же древесины получается слабый, раздутый, трещиноватый уголь с множеством радиальных, а при обугливании ели, кроме того, — концентрических (по годичным слоям) трещин.

Та 'лица 29

Усадка при обугливании древесины

! Линейная усадкп, в

Трещины образуются вследствие больших напряжений, воз­никающих от неравномерного нагревания куска обугливаемой дре­весины. Когда в наружном слое древесины идет уже экзотермиче­ская реакция, происходит сокращение размеров куска, особенно в тангентальном направлении; к этому времени внутренняя часть куска древесины еще не нагрелась до температуры начала экзо­термической реакции и, следовательно, размеры ее еще не умень­шились; в результате в наружном слое получаются радиальные трещины и прежде всего там. где стенки клеток толстые, т. е. в летней древесине.

При быстром обугливании куска древесины при экзотермиче­ской реакции происходит обильное выделение газов и паров, ко­торые, не успевая выйти наружу, создают настолько большое дав­ление, что уголь получается раздутым, с большим, количеством внутренних трещин.

В древесине сосны много смоляных ходов и имеются крупные окаймленные поры, способствующие выделению газов; в ели мало смоляных ходов и окаймленные поры имеют небольшие размеры. Поэтому из ели чаще получается трещиноватый уголь. На рис. 9 показан плотный еловый уголь.

При быстром обугливании двух поленьев одинаковых по породе (ель), влажности и размерам, причем одно из них с просверлен­ными отверстиями, а другое без них, из первого полена получился

S4 Продукты пирогенетического разложения древесины

Плотный уголь, не раздутый и без трещин, а из второго — раздутый и трещиноватый (рис. 10).

Bee условия, способствующие неравномерному нагреванию раз­ных частей куска древесины при ее обугливании, ведут к получе-

Нию трещиноватого угля. Если быстро обугливать толстое полено п рядом с ним тонкое, той же древесной породы и влажности, то уголь из толстого полена получится трещиноватый, а из тонкого — вполне нормальный, прочный.

Механическая прочность угля

Механическая прочность дрезеепого угля характеризуется со­противлением его раздавливанию и псгирапию; она имеет весьма ''олыпое значение при перевалках и перевозках тля и в особен- носги при использовании угля в доменной печи при выплавке чу­гуна. Чем больше число перевалок и чем больше расстояние пере­возки, тем больше угля превращается в угольную мелочь. В шахте домешь. й печи древесный уголь подвергается сильному давлению вышележащей шихты, т. е. древесного угля, флюса (известняка), железной руды и, двигаясь сверху вниз, сильно трется о куски шихты и стенки шахты.

Если древесный уголь измельчен, то затрудняется проход га­зов в шихте снизу вверх, поступление воздуха в горн домны и горение угля, вследствие чего температура в домне падает и воз­никают неполадки в ходе домны.

.Механическая прочность угля зависит от породы древесины, из шторой он выжжен, направления давления (вдоль волокон, в ра­диальном, тангентальном), конечной температуры выжига и ско­рости нагревания древесины при сушке и обугливании, особенно при экзотермической реакции (табл. 30).

Механическая прочность березового угля (сопротивление раз­давливанию) больше, чем соснового.

Прочность угля выше вдоль волокон, ниже — в радиальном на­правлении и всего ниже — в тангентальном направлении.

Механическая прочность угля, при выжиге его при одной и той же конечной температуре, возрастает при увеличении продолжи­тельности выжига угля. Механическая прочность угля наибольшая при выжиге при 300° и наименьшая — при 400°. При дальнейшем повышении температуры выжига прочность угля возрастает; уголь, полученный при 700°, обладает такой же прочностью, как и уголь, выжженный при 300э.

Уголь с сопротивлением раздавливанию менее 9,0 кг/см2 счи­тается непригодным для применения в доменном процессе.

Способ определения механической прочности угля путем изме­рения давления, разрушающего уголь, хотя и является точным, однако он мало пригоден для массовых определений, так как за - готозка проб угля требует большой затраты времени, а отбор для испытаний кусков угля без трещин заранее ведет к получению завышенных результатов.

Барабанная проба древесного металлургического угля. Барабанную пробу издавна применяют для определения прочности каменноугольного кокса, как горючего для доменного производства. Этот способ в последние годы приме­няют и Для определения прочности древесного металлургического угля.

При исследовании прочности древесного угля разных' пород из печей пе­риодического действия методом барабанной пробы установлены определенные показатели прочности для угля нормального выжига. Эти нормы введены в технические требования на древесный металлургический уголь.

Пробу утл я в количестве 0,5 м3 взвешивают с точностью до 0,! кг, >вес которой, допустим, равен А, и засыпают в барабан (рис. 11) через отверстие в боковой поверхности, для чего часть боковой стенки устроена так, что ее можно откидывать как крышку. Закрыв крышку, барабан вращают п течение 10 мин. (всего 150 оборотов). От трения кусков угля и падения их при

Таблица 30

Сопротивление древесных углей раздавливанию в зависимости от конечной температуры

И скорости нагрева

Уголь березовый

Продолжительность обугливания

Конечная температу­ра обугливания "Г

Вращении барабана, образуется орешник и угольная мелочь, которые, через?,'|_<.ор',1 в боковой стенке барабана, падают в подставленный под барабан дере­вянный ящик

Крупный уголь, оставшийся в барабане, по окончании вращения, выгру­жают и взвешивают. Допустим, что в:с его равен В кг.

Механическая прочность угля характеризуется остатком в барабане и вы­ражается в К, от загрузки:

(П)

Таким образом, остаток в барабане показывает, какой процент от веса взятой пробы угля получился в виде крупного угля.

Рис. 11. Барабан для определения прочности древесного угля: / — вид спереди; 2—вид сСоку

Если повторные барабанные пробы угля одной и той же партии дают результаты, отличающиеся один от другого на 1—2%. то определение счи­тается правильным. Такая точность для массовой пробы вполне достаточна.

В табл. 31 .приведены показатели механической прочности металлургиче­ского древесного угля, - выжженного в разных утлевыжигательных печах.

Микроскопическая структура угля

Древесный уголь сохраняет микроскопическое строение Toil породы древесины, из которой он получен. На рис. 12 показан-,■ микроскопическое строение березового угля, выжженного при 400".

По мере напревания древесины стенки клеток сперва желтеют, затем буреют; при 350—400° они становятся совершенно непро­зрачными. Прочность стенок клеток сначала падает, достигая ми­нимальной величины при температуре около 350°, а затем снова возрастает.

Микроскопическое исследование показывает, что трещины по­являются там, где клетки имеют толстые стенки, т. е. в летней древесине.

Нар у ж н ы й в it д угля

Древесный металлургический уголь для доменного производ­ства должен иметь блестящий излом и черный цвет.

Пережженный уголь получается при действии свободного кис­лорода на раскаленный уголь; такой уголь имеет на поверхности признаки горения -- сеть мелких трещинок, а иногда белый налет золы; он очень хрупок, легко раздавливается в руках и значитель­но легче угля нормального выжига; излом его занозистый.

Недожженный уголь получается при недостаточно высокой тем­пературе выжига, ниже 250'' (головни, ко литник). Он бурого цве­та, при ударе не ломается поперек волокон и колется вдоль воло­кон, как дерево; горит пламенем.

Уголь нормального выжига при ударе легко ломается поперек п не колется вдоль волокон. В зависимости от температуры вы­жига свойства его меняются. Уголь нормального выжига, годны;! для доменного производства, получается при температуре обугли­вания выше 250°; если он выжжен при 300°, то имеет снаружи черный цвет; порошок его бурого цвета. Если он выжжен при 350э, то имеет черный цвет, а в продольном разрезе слегка буро­ватый оттенок едва заметен. Это — спелый дожженный уголь. При температуре выжига между 350 и 4003 буроватый оттенок пол­ностью исчезает. При температуре выжига ниже 350° звук угля при ударе глухой; начиная с температуры выжига 450э и особенно с 500е, звук угля при ударе — металлический, звонкий.

Уголь, выжженный при 1000°, с трудом может быть разрезан ножом. Уголь, выжженный при высоких температурах, загорается с трудом на пламени горелки, а по удалении пламени тотчас же тухнет.

Зола угля

Зола в древесном угле — неорганические составные части угля, входящие в состав древесины и остающиеся в виде легкой белой или красноватой массы при полном сгорании угля. Содержание золы в угле всегда значительно больше, чем в древесине, из ко­Торой он выжжен, так как при обугливании древесины угля полу­чается в 2,5—3 раза меньше по весу, чем было исходной древе­сины.

Содержание и состав золы угля очень изменчивы и зависят от температуры выжига, породы древесины, соотношения в обугли­ваемом куске древесины и коры, места произрастания дерева, вре­мени рубки его, способа перевозки, способа выжига.

Чем выше температура выжига угля, тем больше в нем золы. В угле из древесины лиственных пород, особенно осины, золы больше, чем из древесины хвойных. Содержание золы в коре больше, чем в древесине. При энергичном всасывании воды из почвы в дерево поступают и растворенные в воде соли, поэтому древесина, заготовляемая летом, содержит больше золы, чем заго­товляемая зимой. При сплаве древесина загрязняется илом, вслед­ствие чего уголь из сплавной древесины содержит больше золы, чем уголь из древесины, доставленной сухопутным транспортом. В кучном угле золы больше, чем в печном, так как он выжжен при более высокой температуре и, кроме того, к нему примешивается земля из покрышки кучи.

90 Продукты пирогенетического разложения древесины

В состав золы входят растворимые и нерастворимые в воде соли. Среди растворимых солен преобладают соли калия, главным образом поташ (К2СО3), а также сернокислые и хлористые соли, калия и натрия, а среди нерастворимых — кремнекислые соли. Фосфорнокислые соли присутствуют в относительно небольшом количестве.

Приведенный в табл. 32 состав золы древесины позволяет су­дить и о составе золы древесного угля.

Таблица 32

При выплавке высококачественного чугуна, предназначенного для специальных отливок и для переработки на высококачествен­ные сорта стали, обращается особое внимание на минимальное со­держание фосфора в чугуне. Поэтому уголь для этих целей сле­дует выжигать преимущественно из древесины сосны и ели, в ко­торых фосфора меньше.

Среднее содержание золы и фосфора в угле, выжженного из разных пород древесины, показывает табл. 33.

Таблица 33

По техническим требованиям на древесный металлургический уголь содержание фосфора в специальном угле из обескоречной сосны допускается не более 0,010'й, из обескоренпой ели — не бо­лее 0,012по отношению к нелетучему углероду.

Содержание фосфора в древесных углях, выжженных из раз­ных пород древесины, взятой в разных районах Урала, по иссле­дованиям В. А. Коробкпна и В. Н. Козлова[11], можно видеть ih табл. 34.

Таблица 34

Содержание фосфора в древесных уральских углях, в %

J .V голь из

Порода

Коры древесины с ко}:ой

Лиственные породы

0,04911 0,0444—0,1010 0,0675 0.0685—0,2059 0,0812-0,0942 0,0256—0,0577 0,0268—0,0720 0,0514—0,0718

Хвойные породы

0, ОО'Ч—0,0156 0,0(117 0,0181 0, U012—0,0195

0, Г 055- 0,0228 0,0330—0,1170 0.0084-0,0312 0,0642-0,10501 0,0844-и,0312

В зависимости от условии места произрастания, содержание фосфора в угле, полученном из одной и той же древесной породы, значительно колеблется. Наименьшее содержание фосфора имеется в угле из древесины: а) заготовленной летом, а не весной; б) вы­росшей в холодном климате, на сырой почве, в редком насажде­нии; в) доставленной сплавом (так как часть солей фосфора при сплаве выщелачивается); г) заготовленной из деревьев большого возраста (так как в них преобладает ядро, а в ядре меньше фос­фора, чем в заболони).

Влага угля

В угле, выгруженном из печей и реторт, содержится 2—4% влаги. Уголь гигроскопичен и поглощает влагу из воздуха. При непродолжительном хранении он содержит 6% влаги, а при дли­тельном хранении на воздухе, без доступа атмосферных осадков,
содержание влаги доходит до. 10—12%. При хранении угля с до­ступом атмосферных осадков содержание влаги в угле возрастает и в течение нескольких лет может дойти до 70% и более. При та­ких условиях уголь трескается, измельчается и становится негод­ным для доменного процесса.

Излишняя влажность в угле вредна, так как вызывает повы­шенный расход угля в домне и даже расстройство в ее ходе. Рас­ходы по перевозке влажного угля выше, чем по перевозке сухого угля; сырой уголь поглощает на 20% больше кислорода из возду­ха, чем cyxoii уголь. Вот почему уголь надо хранить, тщательно защищая его от дождя и снега.

Удельный вес и пористость угля

Следует различать истинный удельный вес и кажущийся, а так­же вес 1 м1 насыпной меры угля. Удельный вес угля зависит от породы и качества древесины, конечной температуры обугливания и скорости ее повышения.

На основании кажущегося удельного веса угля и веса 1 м3 угля определяют объем пустот в насыпной мере угля.

Древесный уголь имеет весьма большую пористость, которая обусловливает многие свойства угля, например, удельный вес, теп­лопроводность, адсорбционную способность и т. д.

Пористость древесного угля зависит от породы и анатомиче­ского строения древесины, от скорости обугливания древесины и от конечной температуры прокаливания угля. Характер пористо­сти (преобладание микро - или макропор) определяет развитие реакционной поверхности древесного угля.

Пористость Р может быть определена по формуле:

Р=--М00, (15)

V

Где:

I— объем занимаемый порами;

V — объем образца угля.

Можно воспользоваться и другой формулой:

Р='^1 .0, (16)

Где:

7j — истинный удельный вес угля;

— кажущаяся удельнып в. ч, определяемы:"! по флрмузе

В которой и — вес образца угля, v --• общий объем образца угля.

Пористость древесного угля не находится в прямой зависимо­сти or ею прочности. Более пористый древесный угон» может быть более прочным, чем менее пористый, если стенки клеток прочны. Прочность же стенок клеток угля сильно возрастает с повышением температуры прокаливания угля при одновременном увеличении его пористости.

Отношение между порами и плотной массой древесных углей зависит от толщины стенок клеток, благодаря чему это отноше­ние бывает неодинаковым не только для разных пород, но даже для одной и той же породы древесины.

Пористость и удельный вес древесных углей разных пород по­казаны с табл. 35.

Таблица 35

П01чст1сть и удельный вес абсототчо сухого дречесчого у 'я

Вес I Па^ыпнон меры угля ( ,бсол. cyxcroiB кг

Кажуелнй-

Л? печи

!!з К09.и -

Io.i печи....

Уголн из углеьыжигатель - иых печей периодического действия

Сосновый Еловый . Березовый Осиновый

1 Буковый уголь, полученный в вагонных ретортах с калориферным обогревом, имеет вес 1 м3 насыпной меры в 194 кг (абсолютно сухой).

Теплопроводность древесины и угля

Теплопроводность древесного угля, как это видно из табл. 36, незначительна и не одинакова в разных направлениях: она больше по направлению длины волокон и меньше — в направлении, пер­пендикулярном им.

Теплоемкость угля

Теплоемкость древесного угля с повышением температуры вое растает:

Температура в °С .24 425 561 925

14 с I и н н а я теплоемкость в

Ккал, кг.... .0,1653 0,2490 0,2890 0,3560

Теплоемкость угля зависит от его влажности. Так как тепло­емкость влалшого угля подчиняется закону аддитивности, то теп­лоемкость его равна сумме теплоемкостей абсолютно сухого угля и воды, находящихся в 1 кг угля.

Реакционная способность угля

Древесный угол, применяемый в металлургической промыш­ленности, должен обладать хорошей реакционной способностью. Углерод его должен легко реагировать с углекислотой, с образо­ванием окиси углерода, которая необходима для восстановитель­ных процессов.

Реакционная способность зависит от пористости угля. Чем больше поверхность пор, на которой! происходит действие угле­кислоты на углерод угля, тем выше реакционная способность. Ре­акционная способность угля зависит от модификации углерода в угле. Главная масса древесного угля состоит из аморфного углеро­да, наиболее энергично реагирующего с углекислотой. Однако при быстром обугливании древесины, за счет распада газов и паров, в порах угля отлагается паракрнсталлическая модификация угле­рода, слабо реагирующая с углекислотой.

Реакционная способность угля имеет большое значение при температурах выше 600°, когда окислы л<елеза перешли ул<е в бо­лее трудно восстановимую закись железа. Если в это время в га­зах есть углекислота, восстановление закиси железа задержи­вается, и она, в виде соединения с кремнекпелотой, уходит в шлак, отчего уменьшается выход чугуна, или растворяется в чугуне, об­разуя так называемые неметаллические включения. Эти включе­ния ухудшают не только свойства чугуна, выпускаемого из домны, но и чугуна, получаемого переплавкой его в вагранке, а также стали и железа, производимых из него в мартеновских пенах.

Древесный! уголь имеет значительно большую реакционную способность но отношению к углекислоте, чем каменноугольный кокс. Древесный уголь начинает действовать на углекислоту при 600°, а при 800° разлагает ее полностью, переводя ь окись угле­рода.

Каменноугольный кокс начинает восстанавливать углекислоту не ранее 800° и даже 1000° с меньшим переводом углекислоты в окись углерода по сравнению с древесным углем. Высокой! реак - шюнпои способностью древесного угля, по сравнению с каменно­угольным кокеом, объясняется лучшее качество древсснпугольчого чугуна по сравнению с коксовым, так как он имеет, например, более мелкозернистую структуру, лучшие механические свойства, дает более плотное литье, не дает отбела и трещин и т. д.

Теплотворная способность угля

Теплотворная способность угля зависит от содержания в нем углерода, а так как содержание углерода тем больше, чем выше конечная температура выжига угля, то. следовательно, и от конеч­ной температуры обугливания (табл. 37).

Теплотворная способность Q угля (высшая) определяется сжи­ганием пробы его в калориметре Бергело-Малера или путем вы­числения по элементарному составу по формуле, предложенной! Н. И. Никитиным

Q = 81,51С —- 273,4Н, (18)

Где:_

81, 51 и 273,4 — эмпирические коэффициенты;

С и Н — процент содержания углерода и водорода в абсо­лютно сухом угле.

Таблица 37

Из табл. 37 видно, что чем выше конечная температура выжига угля, тем больше в нем углерода, тем выше его теплотворная спо­собнее ть, но тем меньшая часть теплотворной способности 1 кг древесины переходит в полученный уголь.

Поэтому, при выборе конечной температуры выжига угля, надо считаться с этими фактами и учитывать особенности того способа и аппарата, которые применены для выжига угля.

Так, при применении металлургического древесного угля ив печей периодического действия, в которых газы и пары (продукты обугливания древесины) не утилизируются, требуется, чтобы со­держание в угле нелетучего углерода было не ниже 65%. Конеч­ная температура выжига такого угля — около 350°; содержание общего углерода в нем в среднем составляет около 80%, а высшая теплотворная способность равна 7820 ккал/кг.

В непрерывнодействующих углевыжигательных печах с исполь­зованием паров и газов уголь выжигается при температуре около 400—450", имеет 85% общего углерода, а высшая теплотворная способность его равна 7910 ккал/кг.

Если уголь выжигают без утилизации[12] газов и паров и он идет в качестве топлива для автомобильных и тракторных газогенера­торов обращенного горения, то выгодно применять уголь, выжжен­ный при низких температурах (300—350°), так как в этом случае все газы и пары органических веществ при прокаливании угля в газогенераторе полностью будут использованы в смеси с генера­торным газом.

Уголь, выжженный при 300—350°, имеет большое сопротивле­ние механическим воздействиям — толчкам и сотрясениям на авто­машине или тракторе и в него переходит относительно большая часть теплотворной способности древесины чем в уголь, выжжен­ный при более высокой температуре.

Умника угля

Уминка происходит вследствие измельчения угля от сотрясений, ударов и истирания при перегрузках, перевалках и перевозках.

Вследствие уминки, с момента выгрузки его из углевыжи-га - тельной печи до сдачи на доменный завод, объем угля уменьшает­ся, хотя заметной потери угля при этом не происходит. Если уголь сдают металлургическим заводам по объему, то в каждом произ­водственном плане по углежжению должен быть предусмотрен до­пустимый для него процент уминки.

Поглощение древесным углем газов, в частности — кислорода солду х а

Древесный уголь обладает весьма большой способностью по­глотать газы физически и химически.

При физическом поглощении газы, в том числе п кислород, не вступают с углем в химическое взаимодействие и могут быть вы­делены из него в вакууме, без изменения их состава, а при хими­
ческом — кислород вступает в химическое взаимодействие с углем и при нагревании угля выделяется з виде углекпе т ты или окис;; у глерода.

При физкческ' л поглош. чнн уг".ль вбирает - качителькое колл - чество газов; так, сосновый yiол» с влажностью о - > ' , при хра нении в угольном сарае, погло­щает воздуха в два рака больше своего объема. Этот процесс идет тем быстрее, чем выше тех; пера гу - ра угля. Ретортный у го/ь при 107' в атмосфере, содержаще.;

Свободный КИСЛОРОД. По! ЛО;'.;,'-С"

Кислород в количестве 15' . но ве­су от органической массы и тишь небольшая часть поглоыеннсо' кислорода выделяется в виде угле­кислоты при последующем на­греве.

Химическое nor ими. ;лем кислорода воздуха длится очень долго (до двух лет), ко в к ггие о0 дней yiom. j по"ло:наст r'j, к

Че'чю остальнлл о 7 О.-.'ей-- Гг сдокие be о все! кс, _тс;ва ;г'- глопенного кислорочп.

Поглощение у, "'ем киллере та во.-сь ха такие и, о~ кенелчнг; л;" кералры щ. г-кг'а угля. Гак. кжтрнлер. ила хра, л. ■ , ; в течение двух сакс ад; *..;■ ■ - е. ,_е ко шчес-го "-сто. а. ; пело-

ЗоО", поглотил па о')1,,. кхжеч кд;'. пр,; < . ;,:..>_ -

AsI':: :л дни 4Q0 - ±2У,

ГнДЛЛ; СИТОВЫЙ ПОЛЬ, ''СЛОСКЛО ОСИНОВЫЙ, !Х XT 'лЛНД Л' ' ■ лдне кислорода. к ; у;оль ад ржд и дд, личика:

С а м о, в о з г о р а и и е угли

При химическом :: глошечн" ччдо" хда кохдтха дпе;ч. пых; хглеч п:,т-.елкется текло. Ко. п.че. пг. о rv-пла вы-.еляющ'-еся при 'СМ. еле г. чг ругля из 'к-'н! т ■ о р х опт скача'"! вк 'пастаеч затем быстро падает.

; !:.ибслыи;т-' i ;■■ тонко. м е к еа"и т;е м оракн;о ебнар жига; л углю вижжепньч при 400 J-23'. '"еекадле "М)" '^тхчпх ррпч-"т; . ; '-V.."" натура гжзге!ЧЧ!,:д ьх Г (рас. 1--.1. У;.к. г; •>:■ <щ иньн-

Npi! более высокой температуре, имеющие меньшее содержание ' В, Н. Коздоз. A. A. H. m.v.1 .Лл
98 Продукты пирогенетинсского разложения древесины

Летучих веществ, менее склонны к самовозгоранию. Так, угли, со­держащие 10% летучих веществ, самовозгораются при темпера­туре около 210°. Также труднее самовозгораются угли, выжжен­ные при температурах ниже 400°, имеющие летучих веществ бо­лее 30%. Уголь с 45% летучих веществ самовозгорается при 170°.

Мелкий уголь самовозгорается легче, чем крупный. Из ситовой древесины получается слабый уголь, дающий при выгрузке из печи или реторты много мелочи; поэтому он самовозгорается легче, чем прочный уголь из здоровой древесины.

Уголь, сложенный в кучи, вследствие меньшей потери тепла, легче самовозгорается, чем в тонком слое, где тепло легко теряется наружу.

Од породно с г ь угля по составу и размеру кусков

Для ровного хода доменной печи и снижения расхода древес­ной о угля на 1 г чутуна очень важно иметь древесный уголь, одно­родный по составу и величине его кускоз. Однородность угля по составV' может быть достигнута лишь при одинаковой конечной температуре выжига всего угля. Если в печи температура нерав­номерная, как, например, в печи камерного типа, где конечная температура выжига угля под сводом 450—550э, а у пода 250°, получается уголь, неоднородный по составу, и в домну вместе с кусками вполне дожженного угля поступают и куски угля, выж­женного при низкой температуре. Такой уголь, при быстром на­греве в домне, дсугливаегея в менее благоприятных условиях, дает слабый трещиноватый уголь, от которого ухудшается ход домны и получается много угольной пыли, уходящей в газопроводы и за­грязняющей их. Равномерный но составу уголь возможно получить лишь в непрерывнодействую; i;ix углевыжигательных печах, где весь уголь проходит через зону >. дниахозои температуры.

Очень важна однородности угля по величине кусков: в этом ;1чпр "чсыичой аппарат домны работает без задерг-кек, в домне получаегся равномерное смешение угля, желе-зной - руды и флюса, чогсрое недостижимо при неравномернее! и древесного угля по ве­личине кускоз. Значительно легче, полнее и с меньшими потерями Mo.-.л:, достичь однородное! и угля до величине кусков при обуг­ливании дроз в виде чурок длиной 0.20 м и lie толще 0,15 м, чем при сбуглпганни поленьев дланей i,0 м г ли 1,25 м и толшндоп 0,25 м. Уголь, полченлыг пз длинных ;г толстых поленьев, после. буглчваиня поди* .гаетси дс :..s.-.,ta г<л; ному дроблению, причем образуется к - ого уиичн..;; мелочи (ра..п лом меньше 12 мм), не принимаем и на ни: /ни Пгпмен-' и. для обугливания дров, раз- теланных ни чн)1И и. гтеиин иепнотнче-и-н. то действия, без ваго­неток. ней. j 5МО/ТИ' П и ир; рьи>подеиств [опои, и - чах [иная раз­делка дров обязаг-,ища. поэтому обугливание древесины в этич печах дает более однородный ню размеру кусков yro. it.