Koksi on kiinteä hiilipitoinen jäännös, joka muodostuu hiilipitoisten materiaalien, kuten hiilen, puun ja öljyn, tuhoisasta tislauksesta. Se on tärkeä ainesosa teräksenvalmistusprosessissa, ja se toimii sekä polttoaineena että pelkistimenä. Koksia on erilaisia, ja jokaisella on ainutlaatuiset ominaisuudet ja sovellukset. Tässä artikkelissa tutkimme puolikoksin ja metallurgisen koksin eroja keskittyen niiden tuotantomenetelmiin, kemiallisiin ominaisuuksiin ja sovelluksiin terästeollisuudessa.
Puolikoksi
Puolikoksi on eräänlainen koksi, jota tuotetaan pyrolyysillä matala-arvoisia hiiltä, kuten ruskohiiltä ja subbitumihiiltä. Pyrolyysiprosessi tapahtuu matalan lämpötilan karbonointireaktorissa (LTC), jossa kivihiili kuumennetaan 500-700 °C:n lämpötiloihin ilman ilman läsnäoloa. Tämä prosessi ajaa pois haihtuvat aineet ja muuntaa hiilen kiinteäksi hiilipitoiseksi materiaaliksi, joka tunnetaan nimellä puolikoksi.
Puolikoksin kemiallinen koostumus vaihtelee käytetyn hiilen tyypin ja hiiltymisolosuhteiden mukaan. Yleensä puolikoksi sisältää 60-80 % kiinteää hiiltä, 10-30 % haihtuvaa ainetta ja 5-15 % tuhkaa. Kiinteä hiilipitoisuus on korkeampi kuin alkuperäisen hiilen, mutta pienempi kuin metallurgisen koksin. Puolikoksilla on alhaisempi lämpöarvo kuin metallurgisella koksilla sen korkeamman haihtuvien aineiden pitoisuuden vuoksi.
Puolikoksia käytetään ensisijaisesti polttoaineena ja pelkistimenä ferroseosten, kuten ferropiin, ferromangaanin ja ferrotitaanin, valmistuksessa. Näitä ferroseoksia valmistetaan uppokaariuuneissa (SAF), joissa puolikoksi toimii sekä hiilen lähteenä että keinona pelkistää metallioksideja vastaaviksi metalleiksi. Puolikoksin korkea haihtuvien aineiden pitoisuus tekee siitä sopivan käytettäväksi SAF:issa, koska se tarjoaa pelkistyskaasujen lähteen, jotka auttavat pelkistämään metallioksideja.
Metallurginen koksi
Metallurginen koksi on eräänlainen koksi, jota valmistetaan hiilettämällä korkealuokkaisia hiiltä, kuten bitumi- ja antrasiittihiiltä, koksiuunissa. Hiiltymisprosessi tapahtuu korkeissa lämpötiloissa, tyypillisesti välillä 1000 °C - 1300 °C, happivajaisessa ilmakehässä. Tämä prosessi ajaa pois huomattavan määrän haihtuvaa ainetta ja muuntaa hiilen kiinteäksi, huokoiseksi ja hiilipitoiseksi materiaaliksi, joka tunnetaan metallurgisena koksina.
Metallurgisen koksin kemiallinen koostumus on tasaisempi ja yhtenäisempi kuin puolikoksin. Se sisältää tyypillisesti 80-90 % kiinteää hiiltä, 1-3 % haihtuvaa ainetta ja 5-15 % tuhkaa. Kiinteä hiilipitoisuus on huomattavasti korkeampi kuin puolikoksin, mikä johtaa korkeampaan lämpöarvoon ja alhaisempaan reaktiivisuuteen. Metallurgisen koksin haihtuvien aineiden pitoisuus on pienempi kuin puolikoksin, joten se soveltuu paremmin käytettäväksi korkean lämpötilan prosesseissa, kuten raudan ja teräksen valmistuksessa.
Metallurgista koksia käytetään ensisijaisesti polttoaineena ja pelkistimenä raudan valmistuksessa masuuneissa. Tässä sovelluksessa koksi toimii sekä lämmönlähteenä että pelkistimenä rautamalmin (Fe2O3) pelkistämiseksi sulaksi raudaksi (Fe). Metallurgisen koksin korkea kiinteä hiilipitoisuus tarjoaa tarvittavan lämmön pelkistysprosessin edellyttämien korkeiden lämpötilojen ylläpitämiseksi. Metallurgisen koksin alhainen haihtuvien aineiden pitoisuus varmistaa, että koksi pysyy vakaana eikä hajoa masuunin korkeissa lämpötiloissa.
Sovellukset teräksen valmistuksessa
Ensisijainen ero puolikoksin ja metallurginen koksi on niiden sovelluksia teräksenvalmistusteollisuudessa. Puolikoksia käytetään pääasiassa ferroseosten valmistukseen upokaariuuneissa, kun taas metallurgista koksia käytetään masuuneissa sulan raudan valmistukseen.
Valinta puolikoksin ja metallurgisen koksin välillä riippuu useista tekijöistä, kuten valmistettavan teräksen tyypistä, halutusta kemiallisesta koostumuksesta ja teräksenvalmistusprosessin erityisvaatimuksista. Yleisesti ottaen metallurginen koksi on edullinen korkean lämpötilan prosesseissa, kuten raudanvalmistuksessa, sen korkeamman kiinteän hiilipitoisuuden ja alhaisemman reaktiivisuuden vuoksi. Puolikoksi sen sijaan soveltuu paremmin alhaisemman lämpötilan prosesseihin, kuten ferroseoksen tuotantoon, jossa sen korkeampi haihtuvien aineiden pitoisuus voi toimia pelkistyskaasujen lähteenä.
Johtopäätös
Yhteenvetona voidaan todeta, että puolikoksi ja metallurginen koksi ovat kaksi erilaista koksityyppiä, joilla on erilaiset tuotantomenetelmät, kemialliset ominaisuudet ja sovellukset terästeollisuudessa. Puolikoksia valmistetaan matala-arvoisista hiileistä matalalämpötilaisissa karbonointireaktoreissa, ja sitä käytetään pääasiassa ferroseoksen tuotannossa. Metallurgista koksia valmistetaan korkealuokkaisista kivihiilestä koksiuuneissa ja sitä käytetään raudanvalmistusmasuuneissa. Näiden kahden koksin välisten erojen ymmärtäminen on välttämätöntä niiden käytön optimoimiseksi teräksen valmistuksessa ja lopullisten terästuotteiden halutun kemiallisen koostumuksen ja ominaisuuksien saavuttamiseksi.
