Кокс в металлургии для чего

Кокс в металлургии для чего

— разновидность каменноугольного кокса, предназначенная для использования в качестве топлива и восстановителя железной руды при выплавке чугуна в доменных печах. Размеры кусков доменного кокса должны быть в основном от 25 до 80 мм при ограниченном содержании кусков размерами менее 25 мм (не более 3%) и более 80 мм. Содержание серы в доменном коксе составляет от 0,4 до 1,9%. Зольность должна быть менее 9%. Ограничивается содержание фосфора (например, для бессемеровского чугуна не должно превышать 0,015%).

♦ Кокс до́менный
♦ Кокс металлурги́ческий

Кокс каменноугольный

— кокс, получаемый в результате коксования каменного угля. Выход его при коксовании каменных углей составляет от 75 до 78%. Содержит от 96 до 98% углерода C, а также водород H, кислород O, серу S, азот N и в незначительных количествах некоторые другие примеси. Истинная плотность каменноугольного кокса имеет значения от 1800 до 1950 кг/м³, кажущаяся плотность — около 1000 кг/м³, пористость — от 49 до 53%, насыпная плотность — от 400 до 500 кг/м³, зольность — от 9 до 12%, выход летучих веществ — от 0,8 до 1%. Содержание влаги в каменноугольном коксе зависит от способа тушения при коксовании — при сухом тушении не превышает 1%, а при мокром составляет от 2 до 4%. Низшая теплота сгорания от 29 до 30 МДж/кг. В зависимости от назначения, свойств и размеров кусков каменноугольного кокса различают следующие его разновидности — доменный кокс, литейный кокс, газогенераторный кокс, кокс для цветной металлургии, энергетический кокс и коксовый орешек. Остающаяся после сортировки мелочь с размерами кусков до 10 мм называется коксовой мелочью или коксиком и используется как топливо и восстановитель при агломерации железных руд и ферросплавов, а также в качестве энергетического топлива.

Кокс литейный

— разновидность каменноугольного кокса, предназначенная для использования в литейном производстве в качестве топлива для плавки чугуна в вагранках. Главным отличием литейного кокса от доменного является малое содержание серы S, которое не превышает 1% (в доменном коксе до 1,9%). Зольность должна быть менее 9%. Размеры большинства кусков литейного кокса превышают 60 мм.

Кокс нефтяной

— кокс, получаемый в результате коксования жидких нефтяных остатков и пеков, образующихся при крекинге и пиролизе продуктов перегонки нефти. Содержит от 90 до 99,5% углерода C, а также от 0,035 до 4% водорода H, от 0,3 до 8% серы S, кислород O, азот N и в незначительных количествах некоторые другие примеси. Истинная плотность нефтяного кокса имеет значения от 2040 до 2130 кг/м³, кажущаяся плотность — от 800 до 1400 кг/м³, пористость — от 16 до 56%, насыпная плотность — от 400 до 500 кг/м³, зольность — от 0,1 до 1%, содержание влаги — до 3%. Перед использованием нефтяной кокс обычно подвергают прокаливанию при температуре от 1200 до 1400°C. При этом удаляются летучие вещества и влага, повышается содержание углерода с 90-93% до 99-99,5% и снижается удельное электрическое сопротивление. Нефтяные коксы по содержанию серы делятся на малосернистые (до 1% серы), сернистые (до 2%) и высокосернистые (от 2 до 8%). По содержанию золы различают малозольные (зольность до 0,5%), среднезольные (от 0,5 до 0,8%) и высокозольные (более 0,8%) коксы. По гранулометрическому составу нефтяной кокс подразделяют на кусковой (с размером частиц более 25 мм), орешек (с размером частиц от 6 до 25 мм) и мелочь (менее 6 мм). Применяется нефтяной кокс главным образом как сырьё для производства электродов. Используется также в качестве сырья в химической промышленности, а некоторых случаях — в качестве топлива.

Кокс-орешек,
коксовый орешек

— разновидность каменноугольного кокса с размерами кусков от 8 до 40 мм. Применяется в качестве топлива и восстановителя в ферросплавном и электродном производствах, в цветной металлургии, энергетике и некоторых других отраслях промышленности.

♦ Кокс-оре́шек
♦ Ко́ксовый оре́шек

Кокс пековый

— кокс, получаемый в результате коксовании каменноугольного пека. Содержит от 96,5 до 97,6% углерода C, а также от 0,4 до 0,5% водорода H, от 0,2 до 0,7% серы S, от 1 до 1,1% кислорода O, азот N и в незначительных количествах некоторые другие примеси. Истинная плотность пекового кокса имеет значения от 1930 до 2030 кг/м³, кажущаяся плотность — от 800 до 1200 кг/м³, пористость — от 40 до 60%, насыпная плотность — от 450 до 550 кг/м³, зольность — от 0,25 до 0,5%, выход летучих веществ — до 0,8%, содержание влаги — до 3%. Применяется главным образом как сырьё для производства электродов и реже в качестве топлива.

Кокс торфяной

— твёрдый углеродистый продукт термической переработки малозольного торфа. Применяется при агломерации железной руды, в производстве ферросплавов, в кузнечном деле, а также в качестве сорбента.

Кокс электродный

— нефтяной или пековый кокс, служащий сырьём для производства электродов.

Что такое кокс?

Чтобы разбираться с понятием «кокс» нужно для начала уяснить, что кокс подразделяется на многие виды как продукт безкислородного термического разложения органических веществ, а именно кокс нефтяной, пековый(также электродный), кокс каменноугольный и торфяной кокс. В данной статье будет рассматриваться именно каменноугольный кокс, как основной компонент доменного производства.

Читать еще: Полимерпесчаная плитка оборудование для производства

Для начала, коснемся морфологии слова, так, — твердый горючий остаток, который образуется при безкислородном термическом нагреве органических веществ, таких как торф и уголь(как каменный, так и бурый). Это слово происходит от английского “coke” и именно оно подразумевает под собой продукт термического разложения.

В то время как каменноугольный кокс, применяемый в металлургии (доменное, литейное производство) представляет собой пористый продукт с высокими прочностными характеристиками. Металлургический кокс является продуктом коксования при определенной температуре (от 950 до 1100°С), обладает серовато-землистым цветом. Название данного продукта также обусловлено техническим процессом его производства(«коксование»), но уже от немецкого слова Koks.

Кокс как продукт характеризуется целым рядом физико-химических и технических показателей, таких как зольность, содержание летучих, также ключевую важность в металлургии играет сернистость и содержание фосфора. При этом их содержание практически не варьируется в процессе перевозки и хранения, т.е. качество кокса полностью зависит от производственного процесса и качества исходного продукта. Также для процессов окислительной регенерации важными являются дисперсность, структурная характеристика и распределение отложений по катализаторной грануле, количество и состав минеральных примесей. Также отметим важность для доменного процесса содержания воды в коксе, поскольку кокс является пористым материалом и хорошо абсорбирует воду при транспортировке и хранении и это является отрицательным фактором.

Кокс содержит 96,3-98,1% чистого углерода из которых от 83 до 88% являются нелетучими, а остальные 17-12% включают в себя серу, азот, фосфор и золу(т.н. сажистый углерод). Химический состав и содержание серы на прямую зависит от количества серы в исходном угле, т.е. десульфурация угля при коксовании не происходит.

Пористость достигает 50%, материал достаточно легко возгорается, а теплота сгорания достигает 31,4 МДж/кг.

Рассмотрим области применения кокса, к которым относят:

Доменное производство(выплавка чугуна) – кокс является бездымным, высококачественным топливом с высоким сопротивлением разрушению, и практически незаменим для доменного производства.

В доменном процессе применяют куски определенной фракции, а именно от 25-40 мм до 80мм(незначительное содержание до 3%). Выбор определенной крупности связан тем, что в доменной печи, как в аппарате шахтного типа, осуществляется противоток газов и мелкофракционные включения могут быть вынесены из печи их восходящим потоком.

Литейное производство – для применения в ваграночных печах как аналог литейного антрацита.

В ваграночных печах применяется кокс более крупной фракции, нежели в доменных, и размеры кусков литейного кокса могут достигать 60-80мм. Однако принципиальным отличием от доменного кокса является более высокое требование к содержанию серы, не более 1%, тогда как в доменном коксе сернистость достигает 2%.

Ферросплавная, а также химическая промышленность, в ней применяют специальные виды кокса с повышенной реакционной способностью.

В химической промышленности к коксу применяют меньшие требования по физической устойчивости на сдавливание и срез, а также не брезгуют мелкими фракциями 10-25мм, однако ей требуется кокс повышенной чистоты и большей реакционной способностью, чем применяется в доменом производстве.

Также не стоит забывать о бытовом применении кокса как бездымного и малозольного топлива, для данных целей сернистоть и прочность практически не играет роли, однако важное значение приобретает цена, которая, увы, «кусается».

Суммарное мировое производство кокса насчитывает порядка 500 млн тонн в год.

Что такое кокс?

Первоначально коснемся определения, что же все-таки такое кокс. Сразу же условимся, что видов кокса много (торфяной, пековый, нефтяной и даже американского басс-гитариста зовут Билли Кокс) и в настоящей статье мы будем рассматривать каменноугольный кокс, который получил наибольшее распространение в металлургической отрасли и в частности в доменном производстве.

• Кокс (англ. Coke) — твердый горючий остаток, образующийся при нагреве органических веществ (главным образом угля) без доступа воздуха. Кокс используется в качестве топлива и восстановителя в доменных печах (металлургический словарь УкАС)
• Кокс каменноугольный (от нем. Koks) — твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путем коксования каменного угля при температурах 950—1100 о С без доступа воздуха.

Химический состав кокса характеризуется массовой долей различных элементов в органическом веществе и содержанием минеральных примесей. Что касается показателей химического состава кокса (содержание летучих веществ, золы, серы, металлов и воды), то при обработке и транспортировании они практически не изменяются. Важнейшими из них при рассмотрении закономерностей окислительной регенерации являются химический состав кокса, его структура и дисперсность, а также распределение отложений по грануле катализатора. Вместе с тем на результаты доменной плавки оказывает влияние химический состав кокса — содержание золы; еще большее значение имеет содержание серы, а в отдельных случаях фосфора.

Обычно кокс имеет следующий химический состав 82 — 88 % твердого (нелетучего) углерода, 10 — 15 % золы, 0,5 — 1,8 % серы. Химический состав кокса зависит от природы каменных углей.

Кокс имеет достаточную пористость (до 50 %) и хорошую горючесть. Теплота сгорания равна 27,2 — 31,4 МДж / кг.

Читать еще: Форвардный и фьючерсный контракт

К основным областям применения кокса можно отнести.

1. Выплавка чугуна (доменный кокс) — как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов.
2. В литейное производство (литейный кокс) — как ваграночное топливо.
3. Химическая и ферросплавная промышленность (специальные виды кокса).
4. Для бытовых целей (бытовой кокс).

Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25—40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3 %) и не более 80 мм. Такие размеры кусков связаны с тем, что доменная печь является печью шахтного типа в которой происходит противоток отходящих газов и шихтовых материало. Если куски кокса будут менее требуемого они будут выносится из печи вместе с отходящими газами.

Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного; наиболее пригоден продукт, в котором присутствуют куски менее 60—80 мм. Главное отличие литейного кокса от доменного — малое содержание S, которое не должно превышать 1 % (в доменном коксе до 2 %).

В промышленности ферросплавов используют мелкий кокс (например, фракцию 10—25 мм), при этом в отличие от доменного и литейного производств предпочитают применять продукт с большой реакционной способностью.

Бытовой кокс применяется для удовлетворения бытовых нужд, в частности отопления. Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному.

Во всех приведенных выше производствах лучшее сырье — наиболее прочный малозольный и малосернистый кокс, который содержит небольшое количество мелких фракций.

В настоящее время мировое производство каменноугольного кокса составляет около 500 млн т/год.

Кокс: виды и применение

С развитием технического прогресса возможности классических видов топлива перестали отвечать требованиям мануфактур. А поиски новых решений привели к тому, что уже в середине 18 века промышленники научились перерабатывать породы угля с высоким содержанием углерода и изготавливать качественно новый продукт повышенной прочности – кокс.

Кокс представляет собой твердый вид топлива, получаемый при нагреве природного горючего до высоких температур. Современное оборудование позволяет производить несколько видов кокса, используя разные исходные материалы и режимы горения.

Виды кокса

Сегодня необходимые для образования кокса температуры без труда нагнетаются в специализированных печах. Это дает возможность изготавливать кокс как из угля, так и из нефтепродуктов. В зависимости от состава и качества базового сырья, а также от техники переработки, можно получить несколько разновидностей продукта:

• Нефтяной. Имеет низкую зольность до 0, 8 %. Нефтяную разновидность получают посредством пиролиза и крекинга жидких отходов нефтеперерабатывающей промышленности.
• Электродный пековый. По техническим характеристикам достаточно близок нефтяному коксу. Зольность данной разновидности не превышает 0,3 %. Электродный пековый кокс — это результат коксования каменноугольного пека в условиях высокого температурного режима.
• Каменноугольный. Одна из самых распространенных разновидностей. В зависимости от качества (химического состава) исходного сырья и принципа коксования каменного угля выделяют доменный, литейный, бытовой и другие узкоспециальные виды кокса.

В целом каменноугольный вид можно охарактеризовать, как твердое, пористое вещество серого цвета, получаемое в процессе сухой перегонки каменного угля. Однако в зависимости от разновидности и назначения, характеристики будут меняться.

По качеству получаемого сырья доменный кокс считается лучшим вариантом из всех разновидностей каменноугольного. Содержание серы в этом продукте составляет 2 %. Доменный или кузнечный кокс правильной консистенции имеет куски размером 25-80 мм. Допускается присутствие примеси из гранул меньшей фракции, но их количественное соотношение не должно превышать 3% от общей массы вещества.

Литейный кокс отличается от доменного преобладанием более крупных кусков: от 60 мм. А также меньшим содержанием серы: до 1 %.

Бытовой кокс наименее прочный из всех разновидностей, что не мешает ему пользоваться постоянным спросом. Больше чем бытовой, востребован мелкий кокс или орешек. В промышленных масштабах используют кокс с фракцией 10-25 мм.

Особенности производства

Производство нефтяного кокса российскими промышленниками стало осваиваться совсем недавно. Но перспективы этой отрасли пророчат большие. Нефтяной кокс изготавливают из вторсырья. Что делает его производство более выгодным с экономической точки зрения и позволяет рационально использовать природные ресурсы.

В зависимости от используемого сырья, этот вид будет различаться по содержанию серы в готовом продукте: малосернистые (содержат до 1% серы), сернистые и высокосернистые (свыше 2%).

Самой популярной разновидностью считается каменноугольный кокс. Ежегодно в мире производится порядка 400 миллионов тонн этого вещества (из общего количества производимого кокса 600 миллионов тонн).

Качество каменноугольного кокса зависит от состава пласта, из которого был добыт уголь. Например, наличие газового угля приведет к получению кусков более мелкого размера, снизит прочность кокса и повысит пористость.

Повысить прочность можно увеличив температуру плавления. А медленный разогрев и длительное время прокаливания коксуемой смеси позволяют получить более крупную фракцию.

Где используется

Главным заказчиком кокса на сегодняшний день остается металлургическая промышленность. На нужды этой отрасли уходит порядка 80 % всего вырабатываемого кокса. Литейная промышленность забирает на себя еще 10 % от общей массы производимого продукта. Около 6 % потребляет химическая отрасль. Оставшиеся проценты распределяются на бытовые, строительные и другие нужды.

Черная металлургия работает с доменным и литейным коксом. Но возможно использование и более мелких фракций. В цветной металлургии преобладает использование видов с более мелкими кусками: мелочь до 10 мм, орешек.

Читать еще: Как трамп стал миллиардером

В строительстве пользуется спросом нефтяной, электродный пековый, мелочь, орешек. А также литейный в качестве бездымного топлива, для сушки помещений.

Используют кокс и для очистки воды. Литейная разновидность мелкой фракции позволяет очистить воду от маслянистых примесей.

В более обобщенном виде распределение кокса по областям выглядит так:

• крупная фракция – черная и цветная металлургия,
• средняя – для ферросплавов,
• мелкая — топливо.

Применение

Нефтяной и электродный пековый применяются при производстве сварочных электродов, изготовлении алюминия, огнеупорных материалов и др. В тяжелой промышленности, и в частности машиностроении применяют литейный кокс, отличающийся малым выделением летучего вещества и отсутствием электропроводимости. С его помощью производят стальные сплавы. Кокс мелкой фракции незаменим для изготовления ферросплавов.

Доменный кокс используют при производстве чугуна, с его помощью восстанавливают железную руду и разрыхляют шихтовые материалы.

Химическая промышленность активно применяет кокс при изготовлении таких элементов, как фосфор, кремний, сернистый натрий и другие. Пищевая промышленность обращается к использованию кокса для выработки сахарного песка.

Кокс востребован во многих отраслях промышленности, каждая из которых специализируется на применении продукта определенного «сорта», обладающего особенными техническими и химическими характеристиками. Однако определенная универсальность при классификации кокса все же присутствует. На любом производстве предпочитают работать с сырьем высокой прочности, малой зольности, минимальным содержанием серы и мелких фракций.

Свойства

Кокс представляет собой твердый материал с пористой структурой. Цвет может варьировать от серого до черного.

Основными показателями качества кокса считаются:

• массовая доля серы;
• зольность;
• влага (не более 3%);
• выделение летучего вещества;
• размер гранул; прочность.

Любая разновидность кокса обладает следующими свойствами:

1. Физические. Газопроницаемость и прочность. Устойчивость к механическим повреждениям проверяется в специальных барабанах.
2. Физико-химические. Главным здесь является показатель скорости окисления (горючесть) и скорости взаимодействия вещества с оксидом углерода (так называемая реакционная способность). Также к этой группе свойств относят электропроводность. У качественного кокса этот показатель практически отсутствует.
3. Химические. Наличие различных химических элементов в составе готового продукта.

Свойства во многом зависят от соблюдения технологии коксования и состава химических элементов в исходном сырье.

В целом, изготовление кокса довольно трудоемкий процесс, требующий специального оборудования, специализированных знаний и занимающий довольно много времени. Но, в итоге, затраченные ресурсы окупает широкий спектр применения, экологическая, экономическая и рациональная составляющая использования это продукта.

Каменноугольный кокс, угольный кокс

Кокс каменноугольный — твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путём коксования каменного угля при температурах 950-1100°С без доступа кислорода.

Кокс каменноугольный применяют для выплавки чугуна (доменный кокс) как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов.

Кокс каменноугольный используют так же, как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса).

Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25-40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3%) и более 80 мм.

Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного; наиболее пригоден продукт, в котором присутствуют куски менее 60-80 мм.

Главное отличие литейного кокса от доменного — малое содержание серы, которое не должно превышать 1% (в доменном коксе до 2%).

В промышленности ферросплавов используют мелкий кокс (например, фракцию 10-25 мм), при этом в отличие от доменного и литейного производств предпочитают применять продукт с большой реакционной способностью.

Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному.

Во всех производствах лучшее сырье — наиболее прочный малозольный и малосернистый кокс, содержащий небольшое количество мелких фракций.

Современное мировое производство кокса каменноугольного составляет около 550-650 млн т/год.

От 60 до 70% мирового производства осуществляется в КНР.

Коксующиеся угли, в отличие от других каменных углей, при нагревании без доступа воздуха переходят в пластическое состояние и спекаются.

Коксующиеся угли характеризуются в необогащённом виде или в концентратах зольностью менее 10% и низким содержанием S (менее 3,5%), выход летучих веществ (Vdaf) 15-37%.

По способности к коксообразованию коксующиеся угли подразделяются на 5 категорий:

• коксовые,
• жирные,
• отощенные коксовые,
• газовые,
• слабоспекающиеся.

В CCCP отнесение углей к группе коксующихся углей прежде всего базируется на их пригодности для производства кондиционного доменного кокса.

В действующих в CCCP классификациях к коксующимся углям относят угли марок Г, ГЖ, Ж, КЖ, К, К2, OC и CC.

Значительными запасами коксующихся углей располагают:

CНГ (Донецкий, Печорский, Кизеловский, Кузнецкий, Карагандинский, Южно-Якутский, Тунгусский и другие бассейны),

США (Аппалачский, Западный, Юинта, Грин-Ривер и др.),

Великобритания (Нортамберлендский, Южно-Уэльский, Ланкаширский и Йоркширский бассейны),

ФРГ (Нижнерейнско-Вестфальский, или Рурский, Нижневестфальский),

Польша (Верхне- и Нижнесилезский, Люблинский),

Индия (Бокаро, Ранигандж, Джхария),

Австралия (Боуэн, Новый Южный Уэльс),

KHP (Шаньси, Датун),

Чехия (Остравско-Карвинский и Трутновский).

Ограниченные по запасам месторождения известны также в следующих странах:

Франции (Саарско-Лотарингский, Hop и Па-де-Кале, Аквитанский бассейны),

Испании (Астурийский и Южно-Кантабрийский бассейны),