Kuinka metallurgista koksia valmistetaan

Johdanto

Teräs tarvitsee voimakasta lämpöä ja vahvaa hiilipolttoainetta. Metallurginen koksi tekee tämän mahdolliseksi nykyaikaisessa raudanvalmistuksessa. Monet teollisuudenalat luottavat metallurgiseen koksiin joka päivä. Silti harvat ihmiset ymmärtävät, kuinka se tuotetaan. Tässä artikkelissa tutkimme, kuinka metallurginen koksi muodostuu koksihiilestä. Opit tuotantoprosessin, laatutekijät ja miksi sillä on merkitystä terästuotannon kannalta.

 

Mikä on metallurginen koksi ja miksi sillä on merkitystä terästuotannossa

Mikä on metallurginen koksi ja miten se eroaa muista koksista

Metallurginen koksi on korkeahiilinen polttoaine, joka valmistetaan kuumentamalla valittua koksihiiltä koksiuunissa erittäin korkeissa lämpötiloissa. Prosessi poistaa haihtuvat yhdisteet ja jättää jälkeensä vahvan, huokoisen hiilirakenteen. Terästehtaat luottavat tähän materiaaliin, koska se palaa kuumana ja reagoi kemiallisesti masuunien sisällä. Sen rakenne mahdollistaa myös kaasujen kulkemisen uunin kuorman läpi. Tämä kaasuvirtaus pitää raudanvalmistusreaktiot vakaina ja tehokkaina.

Metallurgisen koksin tärkeimmät ominaisuudet ovat:

● Korkea kiinteä hiilipitoisuus

Se sisältää suuren osuuden hiiltä, ​​joka tuottaa voimakasta lämpöä palaessaan. Korkea hiilipitoisuus auttaa myös ajamaan pelkistysreaktioita uunissa.

● Vähäiset epäpuhtaudet

Tuhkan, rikin ja kosteuden tulee pysyä alhaisena. Ylimääräiset epäpuhtaudet lisäävät kuonan määrää ja vähentävät uunin tehokkuutta.

● Huokoinen rakenne ja korkea lujuus

Sen sisäinen huokosrakenne mahdollistaa kaasujen kiertämisen uunin taakan läpi. Vahvat mekaaniset ominaisuudet auttavat koksia kestämään murskaamista raskaiden uunikuormien alla.

Alla olevasta taulukosta käy ilmi, kuinka metallurginen koksi eroaa muista teollisuudessa käytetyistä hiilipolttoaineista.

Materiaalityyppi	Päälähde	Tyypillinen käyttö	Tärkeimmät ominaisuudet
Metallurginen koksi	Koksihiili	Teräksiset masuunit	Korkeahiilinen, vahva rakenne, huokoinen
Lämpöhiili	Hiiliesiintymät	Sähköntuotanto	Korkeampi haihtuva pitoisuus, pienempi lujuus
Maaöljykoksi	Öljynjalostuksen sivutuote	Alumiini, sementti	Korkeahiilinen mutta erilainen fyysinen rakenne

Metallurgisen koksin rooli masuunin raudan valmistuksessa

Masuunin sisällä Metallurgical Coke suorittaa useita kriittisiä tehtäviä samanaikaisesti. Se ei ole vain polttoaine. Se toimii myös kemiallisena aineena ja fysikaalisena tukimateriaalina. Tämä yhdistelmä tekee siitä korvaamattoman perinteisessä raudanvalmistustekniikassa.

Ensinnäkin se toimii ensisijaisena lämmönlähteenä. Kun kuumaa ilmaa tulee masuuniin, koksi reagoi nopeasti hapen kanssa. Tämä reaktio tuottaa erittäin korkeita lämpötiloja, usein yli 2000 °C. Nämä lämpötilat sulattavat rautamalmia ja muodostavat teräksen valmistukseen tarvittavan sulan metallin.

Toiseksi metallurginen koksi toimii pelkistimenä. Palamisen aikana koksi tuottaa hiilimonoksidikaasua. Tämä kaasu reagoi malmin sisällä olevan rautaoksidin kanssa. Reaktio poistaa hapen ja muuttaa malmin metalliseksi raudaksi. Ilman tätä kemiallista vaihetta rautaa ei voida uuttaa tehokkaasti.

Kolmanneksi se tarjoaa mekaanisen tuen uunin kuormitukselle. Rautamalmin, sulatteen ja koksin kerrokset uunin sisällä. Koksihiukkaset säilyttävät etäisyyden näiden materiaalien välillä. Tämä etäisyys mahdollistaa kaasujen ja sulaneiden nesteiden liikkumisen uunin läpi esteettä.

 

Metallurgisen koksin valmistukseen käytetyt raaka-aineet

Metallurgisen kivihiilen ymmärtäminen (koksihiili)

Metallurginen koksi alkaa erityisestä kivihiilestä, jota kutsutaan metallurgiseksi kivihiileksi, joka tunnetaan usein koksihiilenä. Se muodostuu miljoonien vuosien aikana syvälle maan alle haudatuista muinaisista kasviaineista. Lämpö ja paine muuttavat tämän orgaanisen materiaalin vähitellen hiilirikkaiksi kivihiilikerroksiksi. Kun tätä hiiltä lämmitetään koksaamoissa ilman happea, haihtuvat yhdisteet poistuvat rakenteesta ja jäljelle jää vahva hiilirunko. Tästä kiinteästä tuotteesta tulee metallurginen koksi, masuunin raudan valmistuksessa käytettävä polttoaine.

Tuotantoprosessissa käytetään useita koksihiilen tyyppejä. Ne eroavat toisistaan ​​hiilipitoisuuden, plastisen käyttäytymisen lämmityksen aikana ja haihtuvien aineiden pitoisuuksien suhteen. Teräksentuottajat yhdistävät usein eri kivihiililaatuja, koska kukin antaa erilaisen ominaisuuden lopulliseen koksin rakenteeseen.

● Kova koksihiili

Sillä on vahvat paakkuuntumisominaisuudet. Kuumennettaessa se pehmenee, turpoaa ja jähmettyy sitten vahvaksi koksirakenteeksi. Tämä tyyppi muodostaa metallurgisen koksin tuotannon selkärangan ja tarjoaa mekaanisen lujuuden masuunien sisällä.

● Puolikova koksihiili

Se tuottaa keskivahvaa koksia. Tuottajat usein sekoittavat sitä vahvempiin hiileen tasapainottaakseen kustannuksia ja suorituskykyä. Se auttaa säilyttämään uunin vakauden ja hallitsemaan raaka-ainekustannuksia.

● Puolipehmeä koksihiili

Se sisältää enemmän haihtuvaa ainetta ja heikommat koksausominaisuudet. Se voi kuitenkin parantaa kaasun läpäisevyyttä ja auttaa säätelemään koksin rakennetta kunnolla sekoitettuna.

Metallurgisen hiilen kriittinen ominaisuus on plastisuus hiiltymisen aikana. Kun kivihiili lämpenee noin 350–500 °C, se muuttuu pehmeäksi ja muoviseksi. Yksittäiset hiilihiukkaset sulautuvat yhteen ja muodostavat jatkuvan massan. Lämpötilojen noustessa edelleen kaasut poistuvat ja rakenne jähmettyy huokoiseksi koksiksi. Ilman tätä muovivaihetta vahvaa metallurgista koksia ei voi muodostua.

Koksihiilen tyyppi	Tyypilliset ominaisuudet	Rooli metallurgisessa koksin tuotannossa
Kova koksihiili	Korkea hiilipitoisuus, vahva paakkuuntumiskyky	Tarjoaa koksin lujuutta ja rakennetta
Puolikova koksihiili	Kohtalainen hiiltä ja lujuutta	Tasapainottaa kustannusten ja koksin vakauden
Puolipehmeä koksihiili	Korkeampi haihtuva pitoisuus	Säätää rakennetta ja kaasunläpäisevyyttä

Hiilen valmistus ja sekoitus metallurgiseen koksin tuotantoon

Ennen kuin kivihiili pääsee koksausuuniin, sen on läpäistävä huolellinen valmistelu. Kaivosten raakahiilellä on harvoin oikea koko, kosteustaso tai koostumus suoraa hiiltymistä varten. Siksi tuottajat käsittelevät ja sekoittavat hiiltä varmistaakseen vakaan suorituskyvyn koksauksen aikana.

Hiilen valmistus sisältää yleensä useita vaiheita:

● Murskaus ja mitoitus

Raakahiili saapuu suurissa paloissa. Murskaamalla se pienenee pienemmiksi, tyypillisesti alle muutaman millimetrin kokoisiksi hiukkasiksi. Tasaiset hiukkaset kuumenevat tasaisemmin koksiuunien sisällä. Epätasaiset koot voivat luoda heikkoja vyöhykkeitä lopulliseen metallurgiseen koksin rakenteeseen.

● Kosteuden säätö

Kosteus vaikuttaa voimakkaasti bulkkitiheyteen ja lämmönsiirtoon. Liian paljon vettä heikentää uunin tehoa ja hidastaa hiiltymistä. Liian pieni kosteus voi johtaa epätasaiseen hiilen tiivistymiseen ja epävakaaseen koksin muodostumiseen.

● Hiilen sekoitus

Eri kivihiililajeja sekoitetaan huolellisesti suunniteltujen kaavojen mukaan. Sekoittaminen tasapainottaa hiilipitoisuutta, haihtuvia aineita, plastista käyttäytymistä ja mineraalikoostumusta. Tavoitteena on hiilipanos, joka tuottaa vahvaa ja vakaata metallurgista koksia joka syklissä.

Nykyaikaisissa koksilaitoksissa esikäsittelyjärjestelmät toimivat usein automaattisesti. Niissä yhdistyvät murskauslaitteet, kuljettimet, varastosiilot ja sekoitusohjaimet. Integroidut tuotantolinjat parantavat johdonmukaisuutta ja vähentävät toiminnan vaihtelua.

Valmisteluvaihe	Tarkoitus	Vaikutus koksin laatuun
Murskaus ja seulonta	Tuottaa yhtenäisiä hiilihiukkasia	Parantaa lämmön jakautumista uuneissa
Kosteudenhallinta	Säädä vesipitoisuus optimaalisen tiheyden saavuttamiseksi	Parantaa hiiltymistehokkuutta
Hiilen sekoitus	Yhdistä eri kivihiililaatuja	Stabiloi koksin lujuutta ja rakennetta

Metallurgisen koksin valmistuksen raaka-aineiden laatuun vaikuttavat tekijät

Jo ennen hiiltymisen alkamista raakahiilen laatu määrittää, kuinka metallurginen koksi toimii masuunissa. Useat fysikaaliset ja kemialliset tekijät vaikuttavat lopulliseen koksin rakenteeseen ja sen mekaaniseen lujuuteen.

Yksi tärkeimmistä parametreista on hiilipitoisuus ja haihtuva aine. Korkeat hiilipitoisuudet lisäävät polttoainearvoa ja vakaat uunireaktiot. Haihtuvat komponentit, kuten metaani ja vetyyhdisteet, karkaavat kuumennettaessa. Jos haihtuvien aineiden pitoisuus on liian korkea, koksi voi muuttua hauraaksi ja huokoiseksi yli hyväksyttävien rajojen.

Toinen keskeinen tekijä on tuhka ja mineraaliepäpuhtaudet. Tuhka on peräisin kivihiilen mineraaliaineista, kuten piidioksidista tai alumiinioksidista. Kun suuria tuhkapitoisuuksia sisältävä koksi joutuu masuuniin, se lisää kuonan muodostumista. Tämä ylimääräinen kuona kuluttaa energiaa ja vähentää uunin tuottavuutta.

Tärkeitä raaka-aineen ominaisuuksia ovat mm.

● Hiilipitoisuus

Korkeampi kiinteä hiili parantaa polttoainetehokkuutta ja pelkistysreaktioita raudanvalmistuksessa.

● Tuhka- ja rikkitasot

Pienemmät epäpuhtaudet tuottavat puhtaampaa sulaa rautaa ja vähentävät kuonan muodostumista.

● Partikkelikokojakauma

Tasaiset hiilihiukkaset luovat yhtenäisen koksin koostumuksen ja lujuuden.

● Kosteuspitoisuus

Hallittu kosteus varmistaa vakaan hiilen pakkaustiheyden koksaamoissa.

 

Vaiheittainen metallurgisen koksin tuotantoprosessi

Hiilen lataaminen koksiuuneihin

Metallurgisen koksin tuotanto alkaa, kun valmisteltu koksikivihiili tulee koksiuunin kammioon. Nämä uunit ovat pitkiä, suljettuja kammioita, joissa hiili lämpenee happivajaisessa ympäristössä. Ilman happea kivihiili ei pala. Sen sijaan se muuttuu hitaasti vahvaksi hiilimateriaaliksi, jota käytetään masuunin raudan valmistuksessa.

Nykyaikaisissa metallurgisissa koksilaitoksissa käytetään yleisesti kahta lataustekniikkaa:

● Ylälataus

Hiili tulee uuniin yläaukoista. Se leviää kammion lattialle ja muodostaa yhtenäisen hiilikerroksen. Käyttäjät tasoittavat hiiltä, ​​jotta lämpö voi liikkua tasaisesti materiaalin läpi hiiltymisen aikana.

● Leimalataus

Hiili tiivistyy tiiviiksi paloiksi ennen uuniin menemistä. Mekaaninen leimaus lisää bulkkitiheyttä. Tiheämmät hiilipanokset tuottavat yleensä vahvempaa metallurgista koksia ja parantavat uunin tehokkuutta.

Hiiletys ja korkean lämpötilan koksausprosessi

Hiilen tullessa koksiuuniin alkaa hiiltymisvaihe. Uunin seinien lämpö nostaa vähitellen hiilimassan lämpötilaa. Lämpötilan lähestyessä 1000–1100 astetta kivihiili muuttuu kemiallisesti.

Tässä vaiheessa uunin sisällä tapahtuu useita reaktioita:

● Hiilen pehmennys- ja muovifaasi

Välilämpötiloissa kivihiili muuttuu pehmeäksi ja muoviseksi. Hiukkaset sulautuvat yhteen ja muodostavat jatkuvan massan. Tämä vaihe mahdollistaa koksirakenteen lujuuden kehittymisen.

● Haihtuvien kaasujen vapautuminen

Yhdisteet, kuten metaani, vety ja tervahöyryt, karkaavat hiilestä. Kun nämä kaasut poistuvat, ne muodostavat huokoset rakenteeseen.

● Kiinteän hiilirungon muodostuminen

Jatkuva lämmitys vahvistaa hiiliverkostoa. Tuloksena on huokoinen mutta vahva rakenne, joka tunnetaan nimellä Metallurgical Coke.

Hiiltymissykli kestää tyypillisesti 18-22 tuntia. Kun reaktio on päättynyt, koksi työnnetään uunista vielä erittäin kuumana.

Koksin sammutus- ja jäähdytysmenetelmät

Tuore metallurginen koksi poistuu uunista yli 1000 °C:n lämpötilassa, joten se on jäähdytettävä ennen kuljetusta ja varastointia. Tätä jäähdytysprosessia kutsutaan sammutukseksi.

Koksilaitoksissa käytetään kahta pääjäähdytysmenetelmää:

● Märkäsammutus

Vesi suihkuaa suoraan kuumalle koksille. Jäähtyy nopeasti ja muodostuu suuria määriä höyryä. Tämä menetelmä on yksinkertainen ja laajalti käytetty, vaikka osa lämpöenergiasta menetetään prosessin aikana.

● Kuivajäähdytys

Kuuma koksi tulee suljettuun jäähdytyskammioon, joka on täytetty kiertävällä inertillä kaasulla. Kaasu imee lämpöä ja siirtää sen energian talteenottojärjestelmiin. Kuivakarkautus parantaa energiatehokkuutta ja auttaa säilyttämään koksin lujuuden.

Jäähdytysnopeus vaikuttaa koksin laatuun. Asteittainen jäähdytys suojaa usein sisäistä rakennetta ja vähentää metallurgisen koksin hiukkasten halkeilua.

Metallurgisen koksin murskaus, seulonta ja kokoluokitus

Jäähtymisen jälkeen metallurginen koksi kulkee murskaus- ja seulontalaitteiden läpi. Tässä vaiheessa koksi erotetaan terästehtaiden vaatimiin standardikokoisiin jakeisiin.

Tasainen hiukkaskoko auttaa ylläpitämään hyvää kaasuvirtausta masuuneissa. Jos hienojakoisia hiukkasia on liikaa, ilmavirtaus rajoittuu ja uunin teho laskee. Tästä syystä koksilaitokset valvovat seulontaprosessia huolellisesti.

Coke Type	Tyypillinen kokoalue	Yhteinen käyttö
Masuunikoksi	25-80 mm	Masuunien raudanvalmistuksen pääpolttoaine
Pähkinä Coca	10-25 mm	Sekoitetaan uunin panoksiin reaktioiden parantamiseksi
Coke Breeze	<10 mm	Käytetään sintrauslaitoksissa tai teollisuuspolttoaineissa

 

Metallurgisen koksin laadunvalvonta- ja suorituskykyindikaattorit

Kemialliset ominaisuudet, jotka määrittelevät metallurgisen koksin laadun

Metallurgisen koksin kemiallinen koostumus vaikuttaa voimakkaasti masuunin suorituskykyyn. Teräksentuottajat tarkastelevat ensin hiilipitoisuutta ja epäpuhtauksien määrää. Korkea kiinteä hiili tarkoittaa vahvempaa polttoainearvoa ja vakaata pelkistysreaktiota. Kun koksi palaa uunin sisällä, hiili reagoi hapen kanssa ja muodostaa hiilimonoksidia. Tämä kaasu poistaa happea rautamalmista ja tuottaa sulaa rautaa.

Useat kemialliset indikaattorit auttavat arvioimaan metallurgisen koksin laatua:

● Kiinteä hiilipitoisuus

Se edustaa koksin pääasiallista palavaa osaa. Korkeampi kiinteä hiili parantaa lämpötehokkuutta ja tukee voimakkaita pelkistysreaktioita. Alhaiset hiilipitoisuudet vähentävät lämmitysarvoa ja voivat lisätä polttoaineen kulutusta uunin sisällä.

● Tuhkasisältö

Tuhka tulee alkuperäisen hiilen mineraalimateriaaleista. Korkea tuhkapitoisuus lisää kuonan muodostumista raudanvalmistuksen aikana. Enemmän kuonaa tarkoittaa suurempaa energian tarvetta ja alhaisempaa uunin tuottavuutta.

● Rikki ja kosteus

Rikki voi siirtyä sulaan rautaan ja vaikuttaa teräksen laatuun. Kosteus vähentää koksin lämmitystehoa ja lisää energiankulutusta masuunin käytön aikana.

Alla oleva taulukko näyttää tyypilliset kemialliset indikaattorit, joita käytetään metallurgisen koksin laadun arvioinnissa.

Kemiallinen indikaattori	Mitä se mittaa	Vaikutus terästuotantoon
Kiinteä hiili	Hiiliprosentti koksissa	Määrittää polttoaineen lujuuden ja lämpöarvon
Tuhkasisältö	Mineraalijäämät palamisen jälkeen	Vaikuttaa kuonan tilavuuteen ja uunin tehokkuuteen
Rikki	Rikkiepäpuhtaudet koksissa	Vaikuttaa teräksen puhtauteen ja metallurgisiin reaktioihin
Kosteus	Vesipitoisuus koksissa	Vähentää lämmitystehoa ja energiantuotantoa

Koksin mekaaninen lujuus ja rakenteellinen eheys

Pelkästään kemiallinen koostumus ei määritä metallurgisen koksin suorituskykyä. Myös fyysisellä vahvuudella on tärkeä rooli. Masuunin sisällä koksin tulee tukea raskaita rautamalmi- ja sulatemateriaalikerroksia. Samalla kaasujen tulee liikkua ylöspäin taakan läpi ja sulan metallin tulee virrata alaspäin. Heikot koksihiukkaset voivat hajota hienoiksi aineiksi ja tukkia nämä reitit.

Useat fysikaaliset ominaisuudet määräävät koksin kestävyyden:

● Mekaaninen lujuus

Vahva koksi kestää murskaamista korkeassa uunipaineessa. Vahvat hiukkaset ylläpitävät uunin taakan rakenteellista runkoa. Tämä vakaus pitää kaasun virtauksen tasaisena ja tukee tehokkaita reaktioita.

● Huokoisuus ja tiheys

Metallurginen koksi sisältää hiiltymisen aikana muodostuneen huokosverkoston. Nämä huokoset mahdollistavat pelkistyskaasujen kiertämisen uunin läpi. Tasapainoinen tiheys ja huokoisuus tarjoavat sekä lujuuden että läpäisevyyden.

● Hiukkaskokojakautuma

Tasainen koksin koko parantaa ilmavirtausta uunikolonnin läpi. Suuret vaihtelut luovat epäsäännöllisiä tyhjiä tiloja ja häiritsevät uunin kaasun virtauskuvioita.

Korkealaatuisen metallurgisen koksin tyypillisiä rakenteellisia ominaisuuksia ovat:

● Huokoinen sisäinen hiilirakenne

● Matala haihtuvien aineiden pitoisuus

● Korkea kulutuskestävyys käsittelyn ja kuljetuksen aikana

● Vakaa hiukkaskoko masuuniin lataamisen jälkeen

Rakenteellisen eheyden säilyttäminen varmistaa tehokkaan masuunin toiminnan. Koksipalojen on kestettävä korkeita lämpötiloja, mekaanista rasitusta ja kemiallisia reaktioita, kun ne laskeutuvat uunin läpi.

Metallurgisen koksin teollisuustestausstandardit

Koksin suorituskyvyn arvioimiseksi todellisissa uuniolosuhteissa tuottajat käyttävät standardoituja laboratoriotestejä. Nämä testit simuloivat korkean lämpötilan reaktioita ja mekaanista rasitusta. Insinöörit analysoivat tuloksia määrittääkseen, kuinka metallurginen koksi käyttäytyy raudanvalmistuksen aikana.

Kaksi yleisesti käytettyä indikaattoria ovat CRI ja CSR:

● Koksin reaktiivisuusindeksi (CRI)

Tämä testi mittaa, kuinka helposti koksi reagoi hiilidioksidin kanssa korkeassa lämpötilassa. Koksinäytteet lämmittävät valvotussa ympäristössä noin 950 °C:ssa. Painonpudotus osoittaa, kuinka reaktiiviseksi koksista tulee uunin käytön aikana.

● koksin vahvuus reaktion jälkeen (CSR)

CRI-testin jälkeen jäljelle jäänyt koksi käy läpi mekaanisen kierteen. Suurina paloina jäljellä olevan koksin prosenttiosuus osoittaa sen vahvuuden kemiallisen reaktion jälkeen. Korkeat CSR-arvot tarkoittavat yleensä vahvempaa koksia masuunin olosuhteissa.

Muita mekaanisia arvioita käytetään myös:

● Rumputesti

Koksi pyörii testirummun sisällä ja iskee toistuvasti seiniin. Insinöörit mittaavat pyörityksen jälkeen suurina paloina jäljellä olevan koksin määrän.

● Kulutuskestävyystestit

Näillä testeillä tutkitaan, kuinka helposti koksi hajoaa kuljetuksen ja uunilatauksen aikana.

 

Johtopäätös

Metallurginen koksi muodostuu hiilen hiiltymisen ja huolellisen laadunvalvonnan avulla. Se tukee masuunin tehokkuutta ja vakaata teräksen tuotantoa. Qinxin toimittaa luotettavasti Metallurgical Coke , jossa yhdistyvät vahvat raaka-aineresurssit, tasainen laatu ja luotettava teollinen palvelu.

 

FAQ

K: Mikä on metallurginen koksi?

V: Metallurgical Coke on hiilipolttoaine, joka on valmistettu koksihiilestä masuunin raudan valmistukseen.

K: Miten metallurgista koksia valmistetaan?

V: Metallurginen koksi muodostuu, kun koksihiili lämpenee hapettomissa koksausuuneissa yli 1000°C.

K: Miksi metallurginen koksi on tärkeä teräksen valmistuksessa?

V: Metallurginen koksi tuottaa lämpöä, vähentää rautamalmia ja tukee uunin rakennetta.

K: Mikä vaikuttaa metallurgisen koksin laatuun?

V: Kiinteä hiili, tuhka, rikki, kosteus ja lujuus määräävät metallurgisen koksin suorituskyvyn.

K: Kuinka metallurginen koksi testataan?

V: Tuottajat testaavat metallurgista koksia käyttämällä CRI-, CSR- ja rummun lujuusarviointeja.