Металлургиялық кокс қалай өндіріледі

Кіріспе

Болатқа қарқынды жылу мен күшті көміртекті отын қажет. Металлургиялық кокс мұны заманауи темір өндірісінде мүмкін етеді. Көптеген салалар күн сайын металлургиялық коксқа сүйенеді. Оның қалай өндірілетінін әлі аз адамдар түсінеді. Бұл мақалада біз металлургиялық кокс кокстелетін көмірден қалай пайда болатынын зерттейміз. Сіз өндіріс процесін, сапа факторларын және болат өндірісі үшін неліктен маңызды екенін білесіз.

 

Металлургиялық кокс дегеніміз не және ол болат өндірісінде неге маңызды

Металлургиялық кокс дегеніміз не және оның басқа кокс түрлерінен айырмашылығы

Металлургиялық кокс - таңдалған кокстелетін көмірді кокс пешінде өте жоғары температурада қыздыру арқылы алынатын жоғары көміртекті отын. Процесс ұшпа қосылыстарды жояды және күшті, кеуекті көміртекті құрылымды қалдырады. Болат зауыттары бұл материалға сүйенеді, себебі ол ыстық күйіп кетеді және домна пештерінің ішінде химиялық реакцияға түседі. Оның құрылымы сонымен қатар газдардың пеш жүктемесі арқылы өтуіне мүмкіндік береді. Бұл газ ағыны темір жасау реакцияларын тұрақты және тиімді сақтайды.

Металлургиялық коксты анықтайтын негізгі сипаттамалар мыналарды қамтиды:

● Жоғары бекітілген көміртегі мөлшері

Оның құрамында көміртегінің жоғары пайызы бар, ол жану кезінде күшті жылу шығарады. Көміртегінің жоғары концентрациясы пеште тотықсыздану реакцияларын жүргізуге де көмектеседі.

● Төмен қоспалар

Күл, күкірт және ылғал төмен болуы керек. Артық қоспалар шлак көлемін арттырады және пештің тиімділігін төмендетеді.

● Кеуекті құрылым және жоғары беріктік

Оның ішкі кеуекті құрылымы газдардың пеш жүктемесі арқылы айналуына мүмкіндік береді. Күшті механикалық қасиеттер кокстың пештің ауыр жүктемелері кезінде ұсақталуға қарсы тұруына көмектеседі.

Төмендегі кесте металлургиялық кокстың өнеркәсіпте қолданылатын басқа көміртекті отындардан қалай ерекшеленетінін көрсетеді.

Материал түрі	Негізгі дереккөз	Әдеттегі пайдалану	Негізгі сипаттамалар
Металлургиялық кокс	Кокстелетін көмір	Болат домна пештері	Жоғары көміртекті, күшті құрылымды, кеуекті
Термалды көмір	Көмір кен орындары	Электр энергиясын өндіру	Жоғары ұшпа мазмұны, төмен беріктік
Мұнай коксы	Мұнай өңдеудің жанама өнімі	Алюминий, цемент	Көміртекті жоғары, бірақ физикалық құрылымы әртүрлі

Металлургиялық кокстың домна пешіндегі шойын жасаудағы рөлі

Домна пешінің ішінде металлургиялық кокс бір уақытта бірнеше маңызды тапсырмаларды орындайды. Бұл тек отын ғана емес. Ол сондай-ақ химиялық агент және физикалық тірек материал ретінде әрекет етеді. Бұл комбинация оны дәстүрлі үтіктеу технологиясында таптырмас етеді.

Біріншіден, ол негізгі жылу көзі ретінде жұмыс істейді. Домна пешіне ыстық ауа түскенде кокс оттегімен тез әрекеттеседі. Бұл реакция өте жоғары температураны тудырады, көбінесе 2000 ° C-тан асады. Бұл температуралар темір рудасын ерітіп, болат өндіруге қажетті балқытылған металды жасайды.

Екіншіден, металлургиялық кокс тотықсыздандырғыш ретінде қызмет етеді. Жану кезінде кокс көміртегі тотығы газын шығарады. Бұл газ кеннің ішіндегі темір оксидімен әрекеттеседі. Реакция оттегін алып тастап, кенді металдық темірге айналдырады. Бұл химиялық қадамсыз темірді тиімді өндіру мүмкін емес.

Үшіншіден, пештің ауыртпалығын механикалық қолдауды қамтамасыз етеді. Пеш ішіндегі темір рудасының, флюстің және кокс қабатының қабаттары. Кокс бөлшектері осы материалдар арасындағы қашықтықты сақтайды. Бұл аралық газдар мен балқыған сұйықтықтардың пеш арқылы кедергісіз өтуіне мүмкіндік береді.

 

Металлургиялық кокс өндіру үшін қолданылатын шикізат

Металлургиялық көмір (кокстелетін көмір) туралы түсінік

Металлургиялық кокс көбінесе кокстелетін көмір деп аталатын металлургиялық көмір деп аталатын көмірдің ерекше түрінен басталады. Ол миллиондаған жылдар бойы терең жер астында көмілген ежелгі өсімдік заттарынан пайда болады. Жылу мен қысым бірте-бірте бұл органикалық материалды көміртегіге бай көмір қабаттарына айналдырады. Бұл көмірді кокс пештерінің ішінде оттегісіз қыздырғанда ұшпа қосылыстар құрылымды тастап, күшті көміртек қаңқасы қалады. Бұл қатты өнім металлургиялық коксқа айналады, домна пешінде темір өндіруде қолданылатын отын.

Өндіріс процесінде кокстелетін көмірдің бірнеше түрі қолданылады. Олар көміртегінің құрамында, қыздыру кезінде пластикалық әрекетте және ұшпа заттардың деңгейінде ерекшеленеді. Болат өндірушілер көбінесе көмірдің әртүрлі сорттарын біріктіреді, себебі олардың әрқайсысы соңғы кокс құрылымына әртүрлі қасиет береді.

● Қатты кокстелетін көмір

Ол күшті пісіру қасиеттеріне ие. Қыздыру кезінде ол жұмсарады, ісінеді, содан кейін қатты кокс құрылымына айналады. Бұл түрі металлургиялық кокс өндірісінің негізін құрайды және домна пештерінің механикалық беріктігін қамтамасыз етеді.

● Жартылай қатты кокстелетін көмір

Ол орташа беріктігі бар кокс шығарады. Өндірушілер шығындар мен өнімділікті теңестіру үшін оны жиі күшті көмірмен араластырады. Ол шикізат шығындарын бақылау кезінде пештің тұрақтылығын сақтауға көмектеседі.

● Жартылай жұмсақ кокстелетін көмір

Оның құрамында жоғары ұшқыш заттар және әлсіз кокстеу қасиеттері бар. Дегенмен, ол газ өткізгіштігін жақсарта алады және дұрыс араласқан кезде кокс құрылымын реттеуге көмектеседі.

Металлургиялық көмірдің маңызды қасиеті карбонизация кезінде пластикалық болып табылады. Көмір шамамен 350 °C және 500 °C аралығында қызған кезде ол жұмсақ және пластикке айналады. Жеке көмір бөлшектері біріктіріліп, үздіксіз масса жасайды. Температура одан әрі көтерілген кезде газдар сыртқа шығып, құрылым кеуекті коксқа айналады. Бұл пластикалық сатысыз күшті металлургиялық кокс қалыптаса алмайды.

Кокстелетін көмірдің түрі	Типтік сипаттамалар	Металлургиялық кокс өндірісіндегі рөлі
Қатты кокстелетін көмір	Жоғары көміртекті, күшті пісіру қабілеті	Кокстың беріктігі мен құрылымын қамтамасыз етеді
Жартылай қатты кокстелетін көмір	Орташа көміртегі және күші	Шығындар мен кокс тұрақтылығын теңестіреді
Жартылай жұмсақ кокстелетін көмір	Жоғары ұшпа мазмұн	Текстура мен газ өткізгіштігін реттейді

Металлургиялық кокс өндіру үшін көмірді дайындау және араластыру

Көмір кокс пешіне түспес бұрын, ол мұқият дайындықтан өтуі керек. Шахталардан алынатын шикі көмірдің мөлшері, ылғал деңгейі немесе тікелей көміртектеуге арналған құрамы сирек болады. Сондықтан өндірушілер кокстеу кезінде тұрақты өнімділікті қамтамасыз ету үшін көмірді өңдейді және араластырады.

Көмірді дайындау әдетте бірнеше кезеңнен тұрады:

● Ұсақтау және мөлшерлеу

Шикі көмір үлкен кесектермен келеді. Ұсақтау оны әдетте бірнеше миллиметрден аспайтын кішірек бөлшектерге азайтады. Біркелкі бөлшектер кокс пештерінің ішінде біркелкі қызады. Біркелкі емес өлшемдер металлургиялық кокстың соңғы құрылымында әлсіз аймақтарды тудыруы мүмкін.

● Ылғалдылықты реттеу

Ылғалдылық көлемдік тығыздыққа және жылу алмасуға қатты әсер етеді. Тым көп су пештің тиімділігін төмендетеді және карбонизацияны кешіктіреді. Ылғалдың тым аз болуы көмірдің біркелкі емес оралуына және кокстың тұрақсыз түзілуіне әкелуі мүмкін.

● Көмірді араластыру

Көмірдің әртүрлі сорттары мұқият әзірленген формулаларға сәйкес араласады. Араластыру көміртегінің мазмұнын, ұшпа заттарды, пластикалық әрекетті және минералды құрамды теңестіреді. Мақсат - әр цикл сайын күшті және тұрақты металлургиялық кокс өндіретін көмір шихтасы.

Қазіргі заманғы кокс зауыттарында дайындау жүйелері жиі автоматты түрде жұмыс істейді. Олар ұсақтау жабдықтарын, конвейерлерді, сақтау силостарын және араластыруды басқаруды біріктіреді. Біріктірілген өндірістік желілер жүйелілікті жақсартады және операциялық өзгермелілікті азайтады.

Дайындық кезеңі	Мақсат	Кокс сапасына әсері
Ұсақтау және сүзгілеу	Біртекті көмір бөлшектерін шығарыңыз	Пештерде жылудың таралуын жақсартады
Ылғалдылықты бақылау	Оңтайлы тығыздық үшін су мазмұнын реттеңіз	Карбонизация тиімділігін арттырады
Көмірді араластыру	Көмірдің әртүрлі сорттарын біріктіріңіз	Кокстың күші мен құрылымын тұрақтандырады

Металлургиялық кокс өндірісіндегі шикізат сапасына әсер ететін факторлар

Карбонизация басталмай тұрып-ақ, шикі көмірдің сапасы домна пешінде металлургиялық кокстың қалай жұмыс істейтінін анықтайды. Кокстың соңғы құрылымына және оның механикалық беріктігіне бірнеше физикалық және химиялық факторлар әсер етеді.

Ең маңызды параметрлердің бірі - көміртегінің мөлшері және ұшпа заттар. Жоғары көміртегі деңгейлері күшті отын құндылығын және тұрақты пеш реакцияларын қамтамасыз етеді. Метан және сутегі қосылыстары сияқты ұшпа компоненттер қыздыру кезінде сыртқа шығады. Егер ұшпа мөлшері тым жоғары болса, кокс рұқсат етілген шектен тыс нәзік және кеуекті болуы мүмкін.

Тағы бір маңызды фактор - күл мен минералды қоспалар. Күл кремнезем немесе алюминий тотығы сияқты көмірдегі минералды материалдан пайда болады. Құрамында күлдің жоғары деңгейі бар кокс домна пешіне түскенде қож түзілуін арттырады. Бұл қосымша қож энергияны жұмсайды және пеш өнімділігін төмендетеді.

Шикізаттың маңызды сипаттамаларына мыналар жатады:

● Көміртек концентрациясы

Бекітілген көміртегінің жоғарылауы отынның тиімділігін және үтік өндірудегі реакцияларды азайтуды жақсартады.

● Күл мен күкірт деңгейі

Төменгі қоспа деңгейлері таза балқытылған темір шығарады және шлактардың түзілуін азайтады.

● Бөлшек өлшемдерінің таралуы

Біркелкі көмір бөлшектері дәйекті кокс құрылымы мен беріктігін жасайды.

● Ылғалдылық

Бақыланатын ылғалдылық кокс пештерінде көмірдің тұрақты орау тығыздығын қамтамасыз етеді.

 

Металлургиялық кокс өндірудің қадамдық процесі

Кокс пештеріне көмірді зарядтау

Металлургиялық кокс өндірісі дайындалған кокстелетін көмір кокс пешінің камерасына түскен кезде басталады. Бұл пештер оттегі жетіспейтін ортада көмір қызатын ұзын, жабық камералар. Оттегі болмаса, көмір жанбайды. Оның орнына ол баяу домна пешінде темір өндіруде қолданылатын күшті көміртекті материалға айналады.

Қазіргі металлургиялық кокс зауыттарында екі зарядтау әдісі қолданылады:

● Жоғарғы зарядтау

Көмір пешке үстіңгі тесіктерден кіреді. Ол камераның еденіне таралып, біркелкі көмір қабатын құрайды. Операторлар көмірді теңестіреді, осылайша жылу көміртендіру кезінде материал арқылы біркелкі қозғалады.

● Штамп зарядтау

Көмір пешке кірер алдында тығыз блоктарға айналады. Механикалық штамптау көлемді тығыздықты арттырады. Тығыз көмір зарядтары әдетте күшті металлургиялық кокс шығарады және пештің тиімділігін арттырады.

Карбонизация және жоғары температурадағы кокстеу процесі

Көмір кокс пешіне түскеннен кейін карбонизация кезеңі басталады. Пеш қабырғаларының жылуы көмір массасының температурасын бірте-бірте көтереді. Температура 1000–1100°C жақындаған сайын көмір химиялық өзгеріске ұшырайды.

Осы кезеңде пештің ішінде бірнеше реакциялар жүреді:

● Көмірді жұмсарту және пластикалық фаза

Аралық температурада көмір жұмсақ және пластикалық болады. Бөлшектер біріктіріліп, үздіксіз масса құрайды. Бұл кезең кокс құрылымының беріктігін дамытуға мүмкіндік береді.

● Ұшқыш газдардың бөлінуі

Көмірден метан, сутегі, шайыр булары сияқты қосылыстар шығады. Бұл газдар кетіп бара жатқанда, олар құрылымда тесіктер жасайды.

● Қатты көміртекті қаңқаның қалыптасуы

Үздіксіз жылыту көміртекті желіні нығайтады. Нәтижесінде металлургиялық кокс деп аталатын кеуекті, бірақ күшті құрылым.

Карбонизация циклі әдетте 18-22 сағатқа созылады. Реакция аяқталғаннан кейін кокс әлі өте ыстық күйінде пештен итеріледі.

Коксты сөндіру және салқындату әдістері

Жаңа металлургиялық кокс пештен 1000°C жоғары температурада шығады, сондықтан оны тасымалдау және сақтау алдында салқындату керек. Бұл салқындату процесі сөндіру деп аталады.

Кокс зауыттарында екі негізгі салқындату әдісі қолданылады:

● Ылғалды сөндіру

Су тікелей ыстық коксқа шашылады. Жылдам салқындату пайда болады және көп мөлшерде бу пайда болады. Бұл әдіс қарапайым және кеңінен қолданылады, бірақ процесс кезінде жылу энергиясының біраз бөлігі жоғалады.

● Құрғақ сөндіру

Ыстық кокс айналымдағы инертті газбен толтырылған тығыздалған салқындату камерасына түседі. Газ жылуды сіңіреді және оны энергияны қалпына келтіру жүйелеріне береді. Құрғақ сөндіру энергия тиімділігін арттырады және кокстың беріктігін сақтауға көмектеседі.

Салқындату жылдамдығы кокс сапасына әсер етеді. Біртіндеп салқындату көбінесе ішкі құрылымды қорғайды және металлургиялық кокс бөлшектеріндегі крекингті азайтады.

Металлургиялық кокстың ұсақтау, елеу және өлшемдік классификациясы

Салқындағаннан кейін Металлургиялық кокс ұсақтау және сүзгілеу жабдығы арқылы өтеді. Бұл қадам коксты болат зауыттары талап ететін стандартталған өлшемді фракцияларға бөледі.

Бөлшектердің біркелкі мөлшері домна пештерінде жақсы газ ағынын сақтауға көмектеседі. Егер ұсақ бөлшектер тым көп болса, ауа ағыны шектеледі және пештің тиімділігі төмендейді. Осы себепті кокс зауыттары скрининг процесін мұқият бақылайды.

Кокс түрі	Әдеттегі өлшем ауқымы	Жалпы пайдалану
Домна пешінің коксы	25–80 мм	Домна пешінің темір өңдеуіне арналған негізгі отын
Жаңғақ коксы	10–25 мм	Реакцияларды жақсарту үшін пешке араластырылады
Coke Breeze	<10 мм	Агломерациялық қондырғыларда немесе өнеркәсіптік отындарда қолданылады

 

Металлургиялық кокстың сапасын бақылау және өнімділік көрсеткіштері

Металлургиялық кокс сапасын анықтайтын химиялық қасиеттер

Металлургиялық кокстың химиялық құрамы домна пешінің жұмысына қатты әсер етеді. Болат өндірушілер бірінші кезекте көміртегі концентрациясы мен қоспа деңгейіне назар аударады. Жоғары бекітілген көміртегі күшті отын құндылығын және тұрақты қалпына келтіру реакцияларын білдіреді. Пеш ішінде кокс жанған кезде көміртегі оттегімен әрекеттеседі және көміртек оксидін түзеді. Бұл газ темір рудасынан оттегін шығарып, балқытылған темірді шығарады.

Металлургиялық кокс сапасын бағалауға бірнеше химиялық көрсеткіштер көмектеседі:

● Тұрақты көміртегі мазмұны

Ол кокстың негізгі жанғыш бөлігін білдіреді. Жоғары бекітілген көміртегі жылу тиімділігін арттырады және күшті қалпына келтіру реакцияларын қолдайды. Төмен көміртегі деңгейі қыздыру мәнін төмендетеді және пеш ішіндегі отын шығынын арттыруы мүмкін.

● Күл мазмұны

Күл бастапқы көмірдегі минералды материалдардан келеді. Күлдің жоғары деңгейі үтіктеу кезінде шлак түзілуін арттырады. Қождың көп болуы энергияға сұраныстың жоғарылауын және пештің өнімділігін төмендетеді.

● Күкірт және ылғал

Күкірт балқытылған темірге ауысып, болат сапасына әсер етуі мүмкін. Ылғалдылық коксты қыздыру тиімділігін төмендетеді және домна пешінің жұмысы кезінде энергияны пайдалануды арттырады.

Төмендегі кесте металлургиялық кокс сапасын бағалау үшін қолданылатын типтік химиялық көрсеткіштерді көрсетеді.

Химиялық көрсеткіш	Ол нені өлшейді	Болат өндірісіне әсері
Тұрақты көміртек	Кокстағы көміртегі пайызы	Отынның беріктігі мен жылу құнын анықтайды
Күл мазмұны	Жанудан кейінгі минералды қалдықтар	Қож көлеміне және пештің тиімділігіне әсер етеді
Күкірт	Кокстағы күкірт қоспалары	Болаттың тазалығына және металлургиялық реакцияларға әсер етеді
Ылғалдылық	Кокстағы су мөлшері	Жылыту тиімділігін және энергия шығынын азайтады

Кокстың механикалық беріктігі және құрылымдық тұтастығы

Тек химиялық құрамы металлургиялық кокс өнімділігін анықтамайды. Дене күші де маңызды рөл атқарады. Домна пешінің ішінде кокс темір рудасының және флюс материалдарының ауыр қабаттарын ұстап тұруы керек. Бұл кезде газдар жүктеме арқылы жоғары қарай жылжып, балқыған металл төмен қарай ағуы керек. Әлсіз кокс бөлшектері ұсақ бөлшектерге бөлініп, бұл жолдарды жауып тастауы мүмкін.

Кокстың төзімділігін бірнеше физикалық сипаттамалар анықтайды:

● Механикалық беріктік

Күшті кокс пештің жоғары қысымында ұсақталуға төзімді. Күшті бөлшектер пеш жүктемесінің құрылымдық қаңқасын сақтайды. Бұл тұрақтылық газ ағынын біркелкі ұстайды және тиімді реакцияларды қолдайды.

● Кеуектілік және тығыздық

Металлургиялық кокс құрамында карбонизация кезінде пайда болатын кеуектер желісі бар. Бұл кеуектер редукциялық газдардың пеш арқылы айналуына мүмкіндік береді. Теңдестірілген тығыздық пен кеуектілік беріктік пен өткізгіштікті қамтамасыз етеді.

● Бөлшек өлшемдерінің таралуы

Біркелкі кокс мөлшері пеш колоннасы арқылы ауа ағынын жақсартады. Үлкен вариациялар тұрақты емес бос кеңістіктер жасайды және пештің газ ағынының үлгілерін бұзады.

Жоғары сапалы металлургиялық кокстың типтік құрылымдық сипаттамаларына мыналар жатады:

● Кеуекті ішкі көміртек құрылымы

● Төмен ұшпа заттардың мазмұны

● Өңдеу және тасымалдау кезінде тозуға төзімділігі жоғары

● Домна пешіне зарядтағаннан кейін тұрақты бөлшектер мөлшері

Құрылымдық тұтастықты сақтау домна пешінің тиімді жұмысын қамтамасыз етеді. Кокс бөліктері пештен түскен кезде жоғары температураға, механикалық кернеуге және химиялық реакцияларға төтеп беруі керек.

Металлургиялық коксты өнеркәсіптік сынау стандарттары

Нағыз пеш жағдайында кокс өнімділігін бағалау үшін өндірушілер стандартталған зертханалық сынақтарды пайдаланады. Бұл сынақтар жоғары температуралық реакциялар мен механикалық кернеулерді имитациялайды. Инженерлер металлургиялық кокстың темір өңдеу кезінде қалай әрекет ететінін анықтау үшін нәтижелерді талдайды.

Кеңінен қолданылатын екі көрсеткіш: CRI және CSR:

● Кокс реактивтілік индексі (CRI)

Бұл сынақ жоғары температурада кокстың көмірқышқыл газымен қаншалықты оңай әрекеттесетінін өлшейді. Кокс үлгілері бақыланатын ортада 950°C шамасында қызады. Салмақ жоғалту пешті пайдалану кезінде кокстың қаншалықты реактивті болатынын көрсетеді.

● Реакциядан кейінгі кокстың күші (CSR)

CRI сынағынан кейін қалған кокс механикалық күйзеліске ұшырайды. Үлкен кесектерде қалған кокстың пайызы оның химиялық реакциядан кейінгі беріктігін көрсетеді. Жоғары CSR мәндері әдетте домна пеші жағдайында күшті коксты білдіреді.

Қосымша механикалық бағалаулар да қолданылады:

● Барабан сынағы

Кокс сынақ барабанының ішінде айналады және қабырғаларға қайта-қайта әсер етеді. Инженерлер айналудан кейін үлкен бөліктерде қалған кокс мөлшерін өлшейді.

● Тозуға төзімділік сынақтары

Бұл сынақтар тасымалдау және пешті зарядтау кезінде кокстың қаншалықты оңай бұзылатынын зерттейді.

 

Қорытынды

Металлургиялық кокс көмірді көміртендіру және сапаны мұқият бақылау арқылы түзіледі. Ол домна пешінің тиімділігін және тұрақты болат өндірісін қолдайды. Qinxin сенімді жеткізеді металлургиялық кокс .Күшті шикізат ресурстарын, тұрақты сапаны және сенімді өндірістік қызметті біріктіретін

 

Жиі қойылатын сұрақтар

Сұрақ: Металлургиялық кокс дегеніміз не?

A: Металлургиялық кокс – домна пешінде темір өндіру үшін кокстелетін көмірден жасалған көміртекті отын.

С: Металлургиялық кокс қалай өндіріледі?

A: Металлургиялық кокс кокстелетін көмір оттегісіз кокс пештерінде 1000°C жоғары қызған кезде пайда болады.

С: Неліктен металлургиялық кокс болат өңдеуде маңызды?

A: Металлургиялық кокс жылу береді, темір кенін азайтады және пеш құрылымын қолдайды.

С: Металлургиялық кокстың сапасына не әсер етеді?

A: Тұрақты көміртек, күл, күкірт, ылғал және беріктік металлургиялық кокс өнімділігін анықтайды.

С: Металлургиялық кокс қалай сыналады?

A: Өндірушілер CRI, CSR және барабанның беріктігін бағалау арқылы металлургиялық коксты сынайды.