Kuidas toodetakse metallurgilist koksi

Sissejuhatus

Teras vajab intensiivset kuumust ja tugevat süsinikkütust. Metallurgiline koks teeb selle kaasaegses rauatootmises võimalikuks. Paljud tööstusharud kasutavad metallurgilist koksi iga päev. Kuid vähesed inimesed mõistavad, kuidas seda toodetakse. Selles artiklis uurime, kuidas koksisöest metallurgiline koks moodustub. Saate teada tootmisprotsessi, kvaliteeditegureid ja selle, miks see terase tootmise jaoks oluline on.

 

Mis on metallurgiline koks ja miks see on terase tootmisel oluline?

Mis on metallurgiline koks ja mille poolest see erineb teistest koksitüüpidest

Metallurgiline koks on suure süsinikusisaldusega kütus, mida toodetakse valitud koksisöe kuumutamisel koksiahjus väga kõrgel temperatuuril. Protsess eemaldab lenduvad ühendid ja jätab endast maha tugeva poorse süsinikustruktuuri. Terasetehased kasutavad seda materjali, kuna see põleb kuumalt ja reageerib kõrgahjudes keemiliselt. Selle struktuur võimaldab ka gaasidel ahju koormust läbida. See gaasivool hoiab raua valmistamise reaktsioonid stabiilsena ja tõhusana.

Metallurgilise koksi peamised omadused on järgmised:

● Kõrge fikseeritud süsinikusisaldus

See sisaldab suures koguses süsinikku, mis tekitab põlemisel tugevat soojust. Kõrge süsiniku kontsentratsioon aitab kaasa ka redutseerimisreaktsioonidele ahjus.

● Vähene lisandeid

Tuhk, väävel ja niiskus peaksid jääma madalaks. Liigsed lisandid suurendavad räbu mahtu ja vähendavad ahju efektiivsust.

● Poorne struktuur ja kõrge tugevus

Selle sisemine pooride struktuur võimaldab gaasidel ringelda läbi ahju koormuse. Tugevad mehaanilised omadused aitavad koksil vastu pidada purustamisele suure ahjukoormuse korral.

Allolev tabel näitab, mille poolest metallurgiline koks erineb teistest tööstuses kasutatavatest süsinikkütustest.

Materjali tüüp	Peamine allikas	Tüüpiline kasutus	Põhiomadused
Metallurgiline koks	Koksisüsi	Terasest kõrgahjud	Suure süsinikusisaldusega, tugeva struktuuriga, poorne
Termiline kivisüsi	Söemaardlad	Elektri tootmine	Kõrgem lenduvate ainete sisaldus, väiksem tugevus
Naftakoks	Nafta rafineerimise kõrvalsaadus	Alumiinium, tsement	Suure süsinikusisaldusega, kuid erinev füüsiline struktuur

Metallurgilise koksi roll kõrgahjude raua valmistamisel

Kõrgahju sees täidab metallurgiline koks korraga mitut olulist ülesannet. See pole ainult kütus. See toimib ka keemilise ainena ja füüsilise tugimaterjalina. See kombinatsioon muudab selle traditsioonilises rauavalmistamise tehnoloogias asendamatuks.

Esiteks töötab see peamise soojusallikana. Kuuma õhu sisenemisel kõrgahju reageerib koks kiiresti hapnikuga. See reaktsioon tekitab äärmiselt kõrgeid temperatuure, sageli üle 2000 °C. Need temperatuurid sulatavad rauamaagi ja loovad terase tootmiseks vajaliku sulametalli.

Teiseks toimib metallurgiline koks redutseerijana. Põlemisel tekib koksis süsinikmonooksiidi. See gaas reageerib maagi sees oleva raudoksiidiga. Reaktsioon eemaldab hapnikku ja muudab maagi metalliliseks rauaks. Ilma selle keemilise etapita ei saa rauda tõhusalt ekstraheerida.

Kolmandaks pakub see ahju koormusele mehaanilist tuge. Ahju sees on virna rauamaagi, räbusti ja koksi kihid. Koksiosakesed säilitavad nende materjalide vahel vahemaa. See vahekaugus võimaldab gaasidel ja sulavedelikel takistusteta läbi ahju liikuda.

 

Metallurgilise koksi tootmiseks kasutatav tooraine

Metallurgilise kivisöe (koksisüsi) mõistmine

Metallurgiline koks algab spetsiaalsest kivisöest, mida nimetatakse metallurgiliseks kivisöeks, mida sageli tuntakse koksisöena. See moodustub miljonite aastate jooksul sügavale maa alla maetud iidsest taimsest ainest. Kuumus ja rõhk muudavad selle orgaanilise materjali järk-järgult süsinikurikasteks söekihtideks. Kui seda kivisütt kuumutada koksiahjudes ilma hapnikuta, lahkuvad lenduvad ühendid struktuurist ja säilib tugev süsiniku karkass. Sellest tahkest tootest saab metallurgiline koks, kõrgahjude raua valmistamisel kasutatav kütus.

Tootmisprotsessis kasutatakse mitut tüüpi koksisütt. Need erinevad süsinikusisalduse, plastilise käitumise kuumutamisel ja lenduvate ainete taseme poolest. Terasetootjad kombineerivad sageli erinevaid söeliike, kuna igaüks annab lõplikule koksistruktuurile erineva omaduse.

● Koksisüsi

Sellel on tugevad paakumisomadused. Kuumutamisel see pehmeneb, paisub, seejärel tahkub tugevaks koksistruktuuriks. See tüüp moodustab metallurgilise koksi tootmise selgroo ja tagab kõrgahjudes mehaanilise tugevuse.

● Poolkõva koksisüsi

See toodab mõõduka tugevusega koksi. Tootjad segavad seda sageli tugevamate kivisöega, et tasakaalustada kulusid ja jõudlust. See aitab säilitada ahju stabiilsust, kontrollides samal ajal toorainekulusid.

● Poolpehme koksisüsi

See sisaldab rohkem lenduvaid aineid ja nõrgemaid koksiomadusi. Siiski võib see parandada gaasi läbilaskvust ja aidata reguleerida koksi tekstuuri, kui seda korralikult segada.

Metallurgilise söe kriitiline omadus on plastilisus karboniseerumise ajal. Kui kivisüsi soojeneb umbes 350–500 °C, muutub see pehmeks ja plastiliseks. Üksikud söeosakesed sulanduvad kokku ja loovad pideva massi. Kui temperatuur veelgi tõuseb, väljuvad gaasid ja struktuur tahkub poorseks koksiks. Ilma selle plastita ei saa tekkida tugevat metallurgilist koksi.

Kokssöe tüüp	Tüüpilised omadused	Roll metallurgilise koksi tootmises
Koksisüsi	Kõrge süsinikusisaldus, tugev paakumisvõime	Annab koksi tugevuse ja struktuuri
Poolkõva koksisüsi	Mõõdukas süsinik ja tugevus	Tasakaalustab kulusid ja koksi stabiilsust
Poolpehme koksisüsi	Kõrgem lenduv sisaldus	Reguleerib tekstuuri ja gaasi läbilaskvust

Söe ettevalmistamine ja segamine metallurgilise koksi tootmiseks

Enne kivisüsi koksiahju sisenemist tuleb see hoolikalt ette valmistada. Kaevandustest pärit toorsöel on harva õige suurus, niiskustase või koostis otseseks karboniseerimiseks. Seetõttu töötlevad ja segavad tootjad kivisütt, et tagada koksimise ajal stabiilne jõudlus.

Söe ettevalmistamine hõlmab tavaliselt mitut etappi:

● Purustamine ja suuruse määramine

Toores kivisüsi saabub suurte tükkidena. Purustamine muudab selle väiksemateks osakesteks, mille suurus on tavaliselt alla mitme millimeetri. Ühtlased osakesed kuumenevad koksiahjudes ühtlasemalt. Ebaühtlased suurused võivad lõplikus metallurgilise koksi struktuuris luua nõrku tsoone.

● Niiskuse reguleerimine

Niiskusesisaldus mõjutab tugevalt puistetihedust ja soojusülekannet. Liiga palju vett vähendab ahju efektiivsust ja aeglustab karboniseerumist. Liiga vähe niiskust võib põhjustada kivisöe ebaühtlast pakkimist ja ebastabiilse koksi moodustumist.

● Söe segamine

Erinevaid kivisöe sorte segatakse hoolikalt kavandatud valemite järgi. Segamine tasakaalustab süsinikusisaldust, lenduvaid aineid, plastilist käitumist ja mineraalide koostist. Eesmärk on söelaeng, mis toodab igas tsüklis tugevat ja stabiilset metallurgilist koksi.

Kaasaegsetes koksitehastes töötavad ettevalmistussüsteemid sageli automaatselt. Need ühendavad purustamisseadmed, konveierid, silohoidlad ja segamise juhtseadmed. Integreeritud tootmisliinid parandavad järjepidevust ja vähendavad töö varieeruvust.

Ettevalmistusetapp	Eesmärk	Mõju koksi kvaliteedile
Purustamine ja sõelumine	Toodab ühtlaseid söeosakesi	Parandab soojusjaotust ahjudes
Niiskuse kontroll	Reguleerige veesisaldust optimaalse tiheduse saavutamiseks	Suurendab karboniseerimise efektiivsust
Söe segamine	Kombineerige erinevaid kivisöe sorte	Stabiliseerib koksi tugevust ja struktuuri

Metallurgilise koksi tootmise tooraine kvaliteeti mõjutavad tegurid

Juba enne karboniseerumise algust määrab toorsöe kvaliteet selle, kuidas metallurgiline koks kõrgahjus toimib. Koksi lõplikku struktuuri ja selle mehaanilist tugevust mõjutavad mitmed füüsikalised ja keemilised tegurid.

Üks olulisemaid parameetreid on süsinikusisaldus ja lenduvad ained. Kõrge süsinikusisaldus tagab tugevama kütuse väärtuse ja stabiilsed ahjureaktsioonid. Lenduvad komponendid, nagu metaan ja vesinikuühendid, väljuvad kuumutamisel. Kui lenduvate ainete sisaldus on liiga kõrge, võib koks muutuda hapraks ja poorseks üle vastuvõetavate piiride.

Teine oluline tegur on tuhk ja mineraalsed lisandid. Tuhk pärineb kivisöes leiduvast mineraalsest materjalist, näiteks ränidioksiidist või alumiiniumoksiidist. Kui kõrge tuhasisaldusega koks satub kõrgahju, suurendab see räbu teket. See lisaräbu kulutab energiat ja vähendab ahju tootlikkust.

Tooraine olulised omadused on järgmised:

● Süsiniku kontsentratsioon

Suurem fikseeritud süsinik parandab kütusesäästlikkust ja redutseerimisreaktsioone raua valmistamisel.

● Tuha- ja väävlisisaldus

Madalam lisandite tase annab puhtama sularaua ja vähendab räbu teket.

● Osakeste suuruse jaotus

Ühtlased söeosakesed loovad ühtlase koksi tekstuuri ja tugevuse.

● Niiskusesisaldus

Kontrollitud niiskus tagab koksiahjudes stabiilse söe pakkimise tiheduse.

 

Metallurgilise koksi tootmise samm-sammuline protsess

Söe laadimine koksiahjudesse

Metallurgilise koksi tootmine algab ettevalmistatud koksisöe sisenemisel koksiahju kambrisse. Need ahjud on pikad suletud kambrid, kus kivisüsi kuumeneb hapnikuvaeses keskkonnas. Ilma hapnikuta kivisüsi ei põle. Selle asemel muutub see aeglaselt tugevaks süsinikmaterjaliks, mida kasutatakse kõrgahjude raua valmistamisel.

Kaasaegsetes metallurgilise koksi tehastes kasutatakse tavaliselt kahte laadimistehnikat:

● Ülemine laadimine

Süsi siseneb ahju ülemistest avadest. See levib üle kambri põranda ja moodustab ühtlase söekihi. Operaatorid tasandavad söe, et soojus saaks karboniseerumise ajal ühtlaselt läbi materjali liikuda.

● Tempellaadimine

Süsi tiheneb enne ahju sisenemist tihedateks plokkideks. Mehaaniline stantsimine suurendab puistetihedust. Tihedamad söelaengud toodavad tavaliselt tugevamat metallurgilist koksi ja parandavad ahju efektiivsust.

Karboniseerimine ja kõrgtemperatuuriline koksistamise protsess

Pärast söe sisenemist koksiahju algab karboniseerimise etapp. Ahju seintest tulev kuumus tõstab järk-järgult söemassi temperatuuri. Kui temperatuur läheneb 1000–1100 °C-le, toimub kivisüsi keemilises muutumises.

Selles etapis toimub ahjus mitmeid reaktsioone:

● Söe pehmenemine ja plastiline faas

Keskmise temperatuuri juures muutub kivisüsi pehmeks ja plastiliseks. Osakesed sulanduvad kokku ja moodustavad pideva massi. See etapp võimaldab koksi struktuuril tugevust arendada.

● Lenduvate gaaside eraldumine

Söest väljuvad sellised ühendid nagu metaan, vesinik ja tõrva aurud. Kui need gaasid lahkuvad, tekitavad nad struktuuri sees poorid.

● Tahke süsiniku karkassi moodustumine

Jätkuv kütmine tugevdab süsinikuvõrku. Tulemuseks on poorne, kuid tugev struktuur, mida tuntakse metallurgilise koksina.

Karboniseerimistsükkel kestab tavaliselt 18–22 tundi. Kui reaktsioon on lõppenud, lükatakse koks ahjust välja, kui see on veel äärmiselt kuum.

Koksi kustutamise ja jahutamise meetodid

Värske metallurgiline koks väljub ahjust temperatuuril üle 1000°C, mistõttu tuleb see enne transportimist ja ladustamist maha jahutada. Seda jahutusprotsessi nimetatakse kustutamiseks.

Koksitehastes kasutatakse kahte peamist jahutusmeetodit:

● Märgkarastus

Vesi pihustub otse kuumale koksile. Toimub kiire jahtumine ja tekib suur kogus auru. See meetod on lihtne ja laialdaselt kasutatav, kuigi osa soojusenergiast läheb protsessi käigus kaotsi.

● Kuivkustutamine

Kuum koks siseneb suletud jahutuskambrisse, mis on täidetud ringleva inertgaasiga. Gaas neelab soojust ja edastab selle energia taaskasutussüsteemidesse. Kuivkarastus parandab energiatõhusust ja aitab säilitada koksi tugevust.

Jahutuskiirus mõjutab koksi kvaliteeti. Järkjärguline jahutamine kaitseb sageli sisemist struktuuri ja vähendab metallurgilise koksi osakeste pragunemist.

Metallurgilise koksi purustamine, sõelumine ja suuruse klassifikatsioon

Pärast jahutamist läbib metallurgiline koks läbi purustamis- ja sõelumisseadmete. See etapp eraldab koksi terasetehastes nõutavateks standardsuurusteks fraktsioonideks.

Ühtlane osakeste suurus aitab hoida kõrgahjudes head gaasivoolu. Kui peenosakesi on liiga palju, muutub õhuvool piiratuks ja ahju efektiivsus langeb. Sel põhjusel kontrollivad koksitehased hoolikalt sõelumisprotsessi.

Koksi tüüp	Tüüpiline suurusvahemik	Ühine kasutamine
Kõrgahjukoks	25-80 mm	Kõrgahjude rauatööstuse põhikütus
Pähklikoks	10-25 mm	Reaktsioonide parandamiseks segatakse ahju kooresse
Coke Breeze	<10 mm	Kasutatakse paagutamistehastes või tööstuslikus kütuses

 

Metallurgilise koksi kvaliteedikontroll ja jõudlusnäitajad

Keemilised omadused, mis määravad metallurgilise koksi kvaliteedi

Metallurgilise koksi keemiline koostis mõjutab tugevalt kõrgahju jõudlust. Terasetootjad vaatavad kõigepealt süsiniku kontsentratsiooni ja lisandite taset. Kõrge fikseeritud süsinikusisaldus tähendab tugevamat kütuse väärtust ja stabiilseid redutseerimisreaktsioone. Kui koks põleb ahjus, reageerib süsinik hapnikuga ja moodustab süsinikmonooksiidi. See gaas eemaldab rauamaagist hapniku ja toodab sula rauda.

Metallurgilise koksi kvaliteeti aitavad hinnata mitmed keemilised näitajad:

● Fikseeritud süsinikusisaldus

See esindab koksi peamist põlevat osa. Suurem fikseeritud süsinik parandab termilist efektiivsust ja toetab tugevaid redutseerimisreaktsioone. Madal süsinikusisaldus vähendab kütteväärtust ja võib suurendada kütusekulu ahju sees.

● Tuha sisu

Tuhk pärineb algses söes sisalduvatest mineraalsetest materjalidest. Kõrge tuhasisaldus suurendab räbu teket raua valmistamisel. Rohkem räbu tähendab suuremat energianõudlust ja madalamat ahju tootlikkust.

● Väävel ja niiskus

Väävel võib kanduda sularauaks ja mõjutada terase kvaliteeti. Niiskus vähendab koksi kuumutamise efektiivsust ja suurendab energiatarbimist kõrgahju töötamise ajal.

Allolev tabel näitab tüüpilisi keemilisi näitajaid, mida kasutatakse metallurgilise koksi kvaliteedi hindamiseks.

Keemiline indikaator	Mida see mõõdab	Mõju terase tootmisele
Fikseeritud süsinik	Süsiniku protsent koksis	Määrab kütuse tugevuse ja soojusväärtuse
Tuha sisu	Mineraalsed jäägid pärast põlemist	Mõjutab räbu mahtu ja ahju efektiivsust
Väävel	Väävli lisandid koksis	Mõjutab terase puhtust ja metallurgilisi reaktsioone
Niiskus	Veesisaldus koksis	Vähendab kütte efektiivsust ja energiatoodangut

Koksi mehaaniline tugevus ja struktuuriline terviklikkus

Ainuüksi keemiline koostis ei määra metallurgilise koksi jõudlust. Olulist rolli mängib ka füüsiline jõud. Kõrgahju sees peab koks toetama raskeid rauamaagi kihte ja räbustimaterjale. Samal ajal peavad gaasid liikuma läbi koorma ülespoole ja sulametall allapoole. Nõrgad koksiosakesed võivad laguneda peeneks ja blokeerida need teed.

Koksi vastupidavuse määravad mitmed füüsikalised omadused:

● Mehaaniline tugevus

Tugev koks on vastupidav purustamisele kõrge ahju rõhu all. Tugevad osakesed säilitavad ahju koormuse struktuurse karkassi. See stabiilsus hoiab gaasivoolu sujuvana ja toetab tõhusaid reaktsioone.

● Poorsus ja tihedus

Metallurgiline koks sisaldab karboniseerumise käigus tekkinud pooride võrgustikku. Need poorid võimaldavad redutseerivatel gaasidel ahju kaudu ringelda. Tasakaalustatud tihedus ja poorsus tagavad nii tugevuse kui ka läbilaskvuse.

● Osakeste suuruse jaotus

Koksi ühtlane suurus parandab õhuvoolu läbi ahjukolonni. Suured variatsioonid tekitavad ebakorrapäraseid tühimikke ja häirivad ahju gaasivoolu mustreid.

Kvaliteetse metallurgilise koksi tüüpilised struktuuriomadused on järgmised:

● poorne sisemine süsiniku struktuur

● Madal lenduvate ainete sisaldus

● Kõrge kulumiskindlus käsitsemisel ja transportimisel

● Stabiilne osakeste suurus pärast kõrgahju laadimist

Konstruktsiooni terviklikkuse säilitamine tagab kõrgahju tõhusa töö. Koksitükid peavad läbi ahju laskudes taluma kõrgeid temperatuure, mehaanilist pinget ja keemilisi reaktsioone.

Metallurgilise koksi tööstusliku testimise standardid

Koksi jõudluse hindamiseks reaalsetes ahjutingimustes kasutavad tootjad standardseid laborikatseid. Need testid simuleerivad kõrgel temperatuuril toimuvaid reaktsioone ja mehaanilist pinget. Insenerid analüüsivad tulemusi, et teha kindlaks, kuidas metallurgiline koks raua valmistamisel käitub.

Kaks laialdaselt kasutatavat indikaatorit on CRI ja CSR:

● koksi reaktsioonivõime indeks (CRI)

See test mõõdab, kui kergesti koks reageerib kõrgel temperatuuril süsinikdioksiidiga. Koksiproovid kuumutatakse kontrollitud keskkonnas umbes 950 °C juures. Kaalukaotus näitab, kui reaktiivseks muutub koks ahju töötamise ajal.

● koksi tugevus pärast reaktsiooni (CSR)

Pärast CRI testi läbib järelejäänud koksi mehaanilise trummeldamise. Suurte tükkidena järelejäänud koksi protsent näitab selle tugevust pärast keemilist reaktsiooni. Kõrged CSR väärtused tähendavad tavaliselt tugevamat koksi kõrgahju tingimustes.

Kasutatakse ka täiendavaid mehaanilisi hinnanguid:

● Trummi test

Koks pöörleb katsetrumlis ja lööb korduvalt seinu. Insenerid mõõdavad pärast pöörlemist suurte tükkidena järelejäänud koksi kogust.

● Kulumiskindluse testid

Need testid uurivad, kui kergesti koks transpordi ja ahju laadimise ajal puruneb.

 

Järeldus

Metallurgiline koks moodustub söe karboniseerimise ja hoolika kvaliteedikontrolli kaudu. See toetab kõrgahjude tõhusust ja stabiilset terase tootmist. Qinxini tarned on usaldusväärsed Metallurgiline koks , mis ühendab endas tugevad tooraineressursid, ühtlase kvaliteedi ja töökindla tööstusteenuse.

 

KKK

K: Mis on metallurgiline koks?

V: Metallurgiline koks on koksisöest valmistatud süsinikkütus kõrgahjude raua valmistamiseks.

K: Kuidas metallurgilist koksi toodetakse?

V: Metallurgiline koks tekib siis, kui koksisöe kuumeneb hapnikuvabades koksiahjudes temperatuuril üle 1000 °C.

K: Miks on metallurgiline koks terasetööstuses oluline?

V: Metallurgiline koks annab soojust, vähendab rauamaaki ja toetab ahju struktuuri.

K: Mis mõjutab metallurgilise koksi kvaliteeti?

V: Metallurgilise koksi jõudluse määravad fikseeritud süsinik, tuhk, väävel, niiskus ja tugevus.

K: Kuidas metallurgilist koksi testitakse?

V: Tootjad testivad metallurgilist koksi, kasutades CRI, CSR ja trumli tugevuse hinnanguid.