Новотроицкие металлурги при помощи ученых решили масштабную задачу

Новотроицкие металлурги давно думали, как максимально точно измерить остатки угля на складах и вместе с учёными нашли нестандартное решение. 

Каменный уголь — сырье для производства кокса, идеального топлива с очень высоким КПД, применяющегося для выплавки чугуна в металлургической промышленности. Для этого уголь буквально запекают при больших температурах без доступа кислорода, благодаря чему он превращается в твёрдую пористую массу, из которой удалены практически все летучие вещества и ненужные примеси.

Важный экономический момент — чем выше качество угля, тем меньше ресурсов уйдёт на его производство. Ключевое слово здесь — «качество», которое зависит не только от природы, но и от условий и времени хранения сырья на складе.

Постановка задачи

На открытом воздухе уголь открыт всем ветрам. Выветриваясь и окисляясь, он теряет коксующуюся способность. По этой причине существует нормы запасов хранимого угля: зимой не более чем на 90 суток работы, летом — на 60. Учёт расходования угольных концентратов в технологическом процессе влияет на экономические показатели работы коксохимического производства: правильное планирование закупок угля исключает его дефицит или риск затоваривания склада.

Общеизвестно — масса тела равна его плотности, умноженной на объём. Но измерение объёма превращается в нетривиальную задачу, если пространство, занимаемое телом, неправильной геометрической формы (как уголь в штабелях открытого склада коксохимического производства Уральской Стали). Да, с помощью геодезической съёмки можно определить размеры «горы», но конечный результат без учёта насыпной плотности каменного угля, увеличивающейся в процессе хранения к подошве штабеля, может оказаться не совсем корректным.

Благодаря учёным екатеринбургского восточного научно-исследовательского углехимического института эта проблема решена.

Поиск решения

Рассказывает главный инженер КХП Уральской Стали Евгений Грибанов:

— Ранее применялось два способа измерения: с помощью железнодорожных вагонов и мерного ящика. Первый предусматривают отбор и загрузку углём не менее трёх вагонов — точно зная объём, можно высчитать удельный вес. Метод сопряжён со значительными организационными и техническими трудностями и не учитывает нерегулируемое уплотнение концентрата при его загрузке с помощью грейферного крана и при разравнивании в вагоне.

Метод определения насыпной плотности с помощью мерного ящика объёмом один кубометр предусматривает взятие не менее 15-20 проб, равномерно распределённых по всему штабелю. Однако при этом не обеспечивается достаточная представительность отбора (предусмотрен отбор проб после предварительного углубления в штабель на 0,5-0,6 м), а заполнение мерного ящика до краев осуществляется без какого-либо искусственного уплотнения.

Нетрудно заметить — в обоих случаях при известном объёме мерной ёмкости и массы загружаемого в неё угля не фиксируются параметры объёма, которые масса угля занимала в самом штабеле. А значит, вычисленные двумя способами значения насыпной плотности неизбежно будут отличаться от фактических величин в штабеле. В первом случае в большую, во втором — в меньшую сторону, что снижает точность результатов при снятии остатков.

— Замер насыпной плотности делается дважды: летом и зимой. Метод, предложенный екатеринбургскими учёными, похож на способ измерения мерным ящиком, но является более точным, — поясняет начальник углеподготовительного цеха КХП Уральской Стали Сергей Тобер. — Его суть — взятие пробы с помощью ограничительной рамки, похожей на ящик без дна: конструкция погружается в штабель вертикально, а вынимается горизонтально. Структура пробы при этом не нарушается, остаётся вычислить среднеарифметическую величину проб с уровней два, пять и восемь метров от основания.

Отметим, различие средних значений насыпной плотности между уровнями может составлять десятки процентов. Новая методика позволила существенно улучшить точность оценки остатков, отмечают в КХП.

Немного истории

Ископаемый уголь — осадочная порода, ценный вид топлива и сырьё для металлургической промышленности. Образуется он из останков древних растений и (в значительной степени) из битумных масс, излившихся на поверхность планеты и подвергшихся метаморфизму вследствие опускания на большие глубины, где нет кислорода, но велики температура и давление, сообщает Википедия.

Каменный уголь известен человечеству с древности. Его примитивная добыча велась в древнем Китае и античной Греции, где он использовался как топливо. Древнеримские виллы тоже отапливались углём. По некоторым сведениям, в Фуншуе, одном из крупнейших угольных районов Китая, каменный уголь применяли для выплавки меди ещё три тысячи лет тому назад. Известны китайские трактаты II века до н.э., где упоминается об использовании угля в производстве фарфора и для выпарки соляных растворов.

По сообщениям знаменитого путешественника Марко Поло, посетившего Китай в 1310 году, уголь широко применялся в промышленности и для отопления. Есть версия, что и процесс коксования, схожий с современным, впервые был придуман в китайской провинции Юньнань в первом веке до нашей эры. Но исторически достоверно: первые коксовые печи c камерами сгорания закрытого типа были применены в Англии в 1735 году.