Uhelný koks

Uhelný koks (z němčiny  Koks a anglicky  coke ) je pevný porézní šedý produkt získaný koksováním uhlí při teplotách 950-1100 °C bez kyslíku po dobu 14-18 hodin.

Uhelný koks je nejběžnějším pevným palivem používaným ve vysokých pecích na tavení železa a jiných šachtových pecích [1] .

Historie

Od doby železné bylo hlavním druhem tuhého paliva používaného pro výrobu kovu v surových pecích a poté ve vysokých a vysokých pecích dřevěné uhlí . V 16. – 18. století v Evropě eskaloval problém odlesňování, v souvislosti s nímž se začaly provozovat experimentální vysoké pece na uhlí . Všichni byli neúspěšní. V důsledku pokusů Abrahama Darbyho I. o vytvoření umělého paliva v 18. století byl objeven uhelný koks. První uhelnou koksovou vysokou pec provedl ve Velké Británii jeho syn Abraham Darby II v roce 1735 [2] [3] .

Do poloviny 20. století se stal uhelný koks jediným palivem pro tavení železa ve velkých vysokých pecích [4] .

Složení a fyzikální vlastnosti

Sloučenina:

Fyzikální vlastnosti:

Proces koksování

Existují následující po sobě jdoucí fáze koksování uhlí:

• Sušení uhlí při teplotách do 100-120 °C.
• Ohřev uhlí na 300-350 °C.
• Měknutí a tavení uhlí při teplotě 350-500 °C.
• Tuhnutí taveniny a tvorba polokoksu při teplotě 500–600 °C
• Kalcinace koksu při teplotě 600-1100 °C po dobu několika hodin. V této fázi se ze směsi odstraní všechny těkavé látky, amorfní uhlík se přemění na krystalický grafit. Při této rekrystalizaci a spékání koksové hmoty se její pevnost a tvrdost zvýší 30-40krát [5] .

Koksování uhlí se provádí v koksovacích pecích , což jsou komory vysoké 4–6 m, dlouhé 12–15 m a široké maximálně 0,5 m . .

Fyzikální a chemické vlastnosti

Nad 900 °C snadno obnovuje CO 2 ( C + CO 2 = 2CO ); při 1000 °C je rychlost procesu (standardní reaktivita koksu) na 1 g koksu 0,1–0,2 ml CO 2 za 1 s, aktivační energie je 140–200 kJ/mol. Rychlost interakce s O 2 ( C + O 2 \u003d CO 2 ), neboli hořlavost koksu, je mnohem vyšší než u CO 2 a při 500 °C je asi 0,1 ml O 2 za 1 s, aktivační energie je 100-140 kJ /mol.

Fyzikální a chemické vlastnosti uhelného koksu jsou dány jeho strukturou, blížící se šestihranné vrstvené struktuře grafitu. Struktura koksu se vyznačuje neúplným uspořádáním: jednotlivé fragmenty (vrstvy), spojené van der Waalsovými silami , zaujímají statisticky několik možných pozic (např. jsou superponovány jedna na druhé). Spolu s atomy uhlíku v prostorové mřížce koksu, zejména v její periferní části, lze lokalizovat heteroatomy (S, N, O).

Struktura a vlastnosti uhelného koksu závisí na složení uhelné vsázky , konečné teplotě a rychlosti ohřevu koksované hmoty. Se zvýšením obsahu plynu a ostatních uhlí ve vsázce, vyznačující se nízkým stupněm metamorfózy , snížením konečné teploty koksování a snížením výdrže na této teplotě, se zvyšuje reaktivita a hořlavost výsledného koksu. S nárůstem obsahu plynového uhlí ve vsázce klesá pevnost a průměrná velikost kousků koksu a zvyšuje se jeho pórovitost . Zvýšení konečné teploty koksování přispívá ke zvýšení pevnosti uhelného koksu, zejména k abrazi. S prodloužením doby koksování a snížením rychlosti ohřevu koksované hmoty se průměrná velikost kusů koksu zvyšuje.

Aplikace

Uhelný koks se používá pro tavení železa ( vysokopecní koks ) jako kvalitní bezdýmné palivo , redukční činidlo železné rudy a prášek do pečiva pro vsázkové materiály. Koks se také používá jako kupolové palivo ve slévárenské výrobě (slévárenský koks), pro domácí účely (koks pro domácnost), v chemickém a feroslitinovém průmyslu (speciální druhy koksu).

Vysokopecní koks musí mít velikost hrudek minimálně 25–40 mm, s omezeným obsahem kusů menší než 25 mm (ne více než 3 %) a větší než 80 mm. Ve spodní části vysoké pece je koks jediným vsázkovým materiálem, který je v pevném stavu a působí jako porézní koksová tryska . Uhelný koks je nejběžnějším pevným palivem používaným ve vysokých pecích na tavení železa a jiných šachtových pecích [1] [6] .

Slévárenský koks je rozměrově větší než vysokopecní koks; nejvhodnější výrobek, ve kterém jsou kusy menší než 60-80 mm. Hlavním rozdílem mezi slévárenským a vysokopecním koksem je nízký obsah síry, který by neměl překročit 1 % (u vysokopecního koksu do 2 %). Ve feroslitinovém průmyslu se používá jemný koks (např. frakce 10-25 mm), přičemž na rozdíl od vysokopecního a slévárenského průmyslu preferuje použití produktu s vysokou reaktivitou. Pevnostní požadavky na domácí koks jsou méně přísné než na vysokopecní a slévárenský koks. Ve všech průmyslových odvětvích je nejlepší surovinou nejtrvanlivější nízkopopelnatý a nízkosirný koks obsahující malé množství jemných frakcí. Moderní světová produkce uhelného koksu je asi 550-650 milionů tun/rok. 60 až 70 % světové produkce se provádí v Číně .

Koksovatelné uhlí

Na rozdíl od jiných druhů černého uhlí koksovatelné uhlí při zahřívání bez přístupu vzduchu plastifikuje a podléhá spékání [3] .

Koksovatelné uhlí má obsah popela pod 10 % a relativně nízký obsah síry (méně než 3,5 %), výtěžnost těkavých látek ( Vdaf ) je 15–37 %. Podle schopnosti tvořit koks se koksovatelné uhlí dělí do 5 kategorií: koks, tučný, chudý koks, plyn a slabě spékavé. V normách SSSR zahrnovalo koksovatelné uhlí uhlí jakosti G, GZh, Zh, KZh, K, K2, OC a CC [3] .

Koksovatelné uhlí se těží v SNS (Doněck, Pečora, Kizelovskij, Kuzněck, Karaganda, Jižní Jakutsk, Tunguska a další pánve), USA (Appalačské, západní, Uinta, Green River atd.), Velké Británii (Northumberland, Jižní Wales , povodí Lancashire a Yorkshire), Německo (Dolní Porýní-Vestfálsko nebo Porúří, Dolní Vestfálsko), Polsko (Horní a Dolní Slezsko, Lublin ), Belgie (Lutych), Indie (Bokaro, Raniganj, Jharia), Kanada (Alberta), Austrálie (Bowen , Nový Jižní Wales), Čína (Shanxi, Datong), Mongolsko ( Tavan-Tolgoi ), Česká republika (Ostrava-Karvinskij a Trutnovskij) [3] .

Asi 10 % černého uhlí podléhá koksování.

Hlavním rozdílem mezi koksovatelným a energetickým uhlím je přítomnost vitrenu v koksovatelném uhlí (z lat.  vitrum  - sklo). Zvláštností vitrenu je, že se při vysoké teplotě dokáže roztavit a získat vlastnost spékání (slepování) uhelných mikročástic do hutné hmoty - koksu. Čím více vitrenu je v uhlí, tím vyšší je jeho koksovatelnost.

Viz také

• Rašelinový koks
• koksová baterie

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 Korotic, 2000 , str. 112.
2. ↑ Wegman a kol., 2004 , s. 63-64.
3. ↑ 1 2 3 4 Eremin I. V. Koksovatelné uhlí // Hornická encyklopedie : [v 5 svazcích] / kap. vyd. E. A. Kozlovský . - M . : " Sovětská encyklopedie ", 1987. - T. 3. Kengan - Ort. - S. 49. - 592 s. - 56 540 výtisků.  — ISBN 5-85270-007-X .
4. ↑ Babarykin, 2009 , str. 19.
5. ↑ Wegman a kol., 2004 , s. 65.
6. ↑ Babarykin, 2009 , str. 28.

Literatura

• Loison R., Foch P., Boyer A. Cox. Překlad z francouzštiny. — M.: 1975.
• Sklyar MG Intenzifikace koksování a kvality koksu. - M.: Hutnictví, 1976. - 256 s.
• Vegman E. F. , Zherebin B. N. , Pokhvisnev A. N. aj.Metalurgie železa: učebnice pro vysoké školy / ed. Yu. S. Yusfin . — 3. vydání, upravené a rozšířené. -M. : ICC "Akademkniga", 2004. - 774 s. -2000 výtisků.  —ISBN 5-94628-120-8.
• Korotich V. I. , Naboichenko S. S. , Sotnikov A. I. , Grachev S. V. , Furman E. L. , Ljaškov V. B. Počátky metalurgie: Učebnice pro vysoké školy / ed. V. I. Korotich. - Jekatěrinburg: USTU, 2000. - 392 s. -ISBN 5-230-06611-3.
• Babarykin N. N. Teorie a technologie vysokopecního procesu: Učebnice. - Magnitogorsk: Vydavatelské centrum GOU VPO " MGTU ", 2009. - 257 s. - 200 výtisků.