Kul koks

Kulkoks (fra tysk  koks og engelsk  koks ) er et fast porøst gråt produkt opnået ved kokskul ved temperaturer på 950-1100 °C uden ilt i 14-18 timer.

Kulkoks er det mest almindelige faste brændsel, der bruges i højovne til jernsmeltning og andre skaktovne [1] .

Historie

Siden jernalderen var den vigtigste type fast brændsel, der blev brugt til fremstilling af metal i råovne , og derefter i højovne og højovne , trækul . I det 16.-18. århundrede eskalerede problemet med skovrydning i Europa, i forbindelse med at man begyndte at udføre eksperimentelle højovne med kul . Alle var mislykkede. Som et resultat af Abraham Darby I 's eksperimenter med skabelsen af ​​kunstigt brændstof i det 18. århundrede blev kulkoks opdaget. Den første kulkoks højovn blev udført i Storbritannien af ​​hans søn Abraham Darby II i 1735 [2] [3] .

I midten af ​​det 20. århundrede var kulkoks blevet det eneste brændsel til jernsmeltning i store højovne [4] .

Sammensætning og fysiske egenskaber

Sammensætning:

Fysiske egenskaber:

Kokningsproces

Der er følgende på hinanden følgende stadier af kulkoksning:

• Tørring af kul ved temperaturer op til 100-120 °C.
• Opvarmning af kul op til 300-350 °C.
• Blødgøring og smeltning af kul ved en temperatur på 350-500 °C.
• Størkning af smelten og dannelse af halvkoks ved en temperatur på 500-600 °C
• Kalcinering af koks ved en temperatur på 600-1100 °C i flere timer. På dette stadium fjernes alle flygtige stoffer fra blandingen, amorft kulstof omdannes til krystallinsk grafit. Under denne omkrystallisation og sintring af koksstoffet øges dets styrke og hårdhed med en faktor 30-40 [5] .

Kulkoksning udføres i koksovne , som er et kammer 4-6 m højt, 12-15 m langt og ikke mere end 0,5 m bredt . .

Fysiske og kemiske egenskaber

Over 900 °C genopretter nemt CO 2 ( C + CO 2 = 2CO ); ved 1000 °C er processens hastighed (standard reaktivitet af koks) pr. 1 g koks 0,1-0,2 ml CO 2 pr. 1 s, aktiveringsenergien er 140-200 kJ/mol. Hastigheden af ​​interaktion med O 2 ( C + O 2 \u003d CO 2 ), eller brændbarheden af ​​koks, er meget højere end med CO 2 , og ved 500 ° C er ca. 0,1 ml O 2 pr. 1 s, aktiveringsenergien er 100-140 kJ/mol.

Fysiske og kemiske egenskaber af kulkoks bestemmes af dets struktur, der nærmer sig den sekskantede lagstruktur af grafit. Strukturen af ​​koks er karakteriseret ved ufuldstændig bestilling: individuelle fragmenter (lag), forbundet med van der Waals-kræfter , indtager statistisk flere mulige positioner (for eksempel er de overlejret oven på hinanden). Sammen med carbonatomer i det rumlige gitter af koks, især i dets perifere del, kan heteroatomer (S, N, O) lokaliseres.

Strukturen og egenskaberne af kulkoks afhænger af sammensætningen af ​​kulladningen , sluttemperaturen og opvarmningshastigheden af ​​den koksede masse. Med en stigning i indholdet af gas og andre kul i ladningen, kendetegnet ved en lav grad af metamorfose , et fald i den endelige temperatur af koksdannelse og et fald i fastholdelse ved denne temperatur, øges reaktiviteten og brændbarheden af ​​den resulterende koks. Med en stigning i indholdet af gaskul i ladningen falder styrken og den gennemsnitlige størrelse af koksstykker, og dens porøsitet øges. En stigning i sluttemperaturen af ​​koksdannelse bidrager til en stigning i styrken af ​​kulkoks, især til slid. Med en forlængelse af koksperioden og et fald i opvarmningshastigheden af ​​den koksede masse, øges den gennemsnitlige størrelse af koksstykkerne.

Ansøgning

Kulkoks bruges til jernsmeltning ( højovnskoks ) som røgfrit brændstof af høj kvalitet , jernmalmreduktionsmiddel og bagepulver til ladningsmaterialer. Koks bruges også som kupolbrændstof i støberiproduktion (støberikoks), til husholdningsformål (husholdningskoks), i den kemiske industri og ferrolegeringsindustrien (særlige typer koks).

Højovnskoks skal have klumpstørrelser på mindst 25–40 mm, med et begrænset indhold af stykker mindre end 25 mm (højst 3 %) og mere end 80 mm. I den nederste del af højovnen er koks det eneste ladningsmateriale, der er i fast tilstand, og fungerer som en porøs koksdyse . Kulkoks er det mest almindelige faste brændsel, der anvendes i højovne til jernsmeltning og andre skaktovne [1] [6] .

Støberikoks er større i størrelse end højovnskoks; det bedst egnede produkt, hvori der er stykker mindre end 60-80 mm. Den største forskel mellem støberikoks og højovnskoks er det lave svovlindhold, som ikke bør overstige 1 % (op til 2 % i højovnskoks). I ferrolegeringsindustrien anvendes finkoks (f.eks. en brøkdel på 10-25 mm), mens man i modsætning til højovns- og støberiindustrien foretrækker at bruge et produkt med høj reaktivitet. Kravene til styrke for husholdningskoks er mindre strenge end for højovns- og støberikoks. I alle industrier er det bedste råmateriale den mest holdbare lavaske- og lavsvovlkoks indeholdende en lille mængde fine fraktioner. Den moderne verdensproduktion af kulkoks er omkring 550-650 millioner tons/år. Fra 60 til 70% af verdensproduktionen foregår i Kina .

Kokskul

I modsætning til andre typer stenkul bliver kokskul, når de opvarmes uden adgang til luft, plastiske og undergår sintring [3] .

Kokskul har et askeindhold på mindre end 10% og et relativt lavt svovlindhold (mindre end 3,5%), udbyttet af flygtige stoffer ( Vdaf ) er 15-37%. I henhold til deres evne til at danne koks er kokskul underopdelt i 5 kategorier: koks, fedtholdigt, magert koks, gas og svag kager. I USSR 's standarder omfattede kokskul kul af kvaliteterne G, GZh, Zh, KZh, K, K2, OC og CC [3] .

Kokskul udvindes i CIS (Donetsk, Pechora, Kizelovsky, Kuznetsk, Karaganda, South Yakutsk, Tunguska og andre bassiner), USA (Appalachian, Western, Uinta, Green River osv.), Storbritannien (Northumberland, South Wales) , Lancashire- og Yorkshire-bassiner), Tyskland (Nedre Rhin-Westfalen eller Ruhr, Nedre Westfalen), Polen (Øvre og Nedre Schlesien, Lublin ), Belgien (Liège), Indien (Bokaro, Raniganj, Jharia), Canada (Alberta), Australien (Bowen, New South Wales), Kina (Shanxi, Datong), Mongoliet ( Tavan-Tolgoi ), Tjekkiet (Ostrava-Karvinsky og Trutnovsky) [3] .

Omkring 10 % af stenkulet gennemgår koksdannelse.

Den største forskel mellem kokskul og energikul er tilstedeværelsen af ​​vitren i kokskul (fra lat.  vitrum  - glas). Et særligt træk ved vitren er, at den ved høj temperatur er i stand til at smelte og erhverve egenskaben ved at sintre (lime) kulmikropartikler til en tæt masse - koks. Jo mere vitrin i kullet, jo højere er dets kokskvalitet.

Se også

• Tørvekoks
• koks batteri

Noter

1. ↑ 1 2 3 Korotich, 2000 , s. 112.
2. ↑ Wegman et al., 2004 , s. 63-64.
3. ↑ 1 2 3 4 Eremin I.V. Kokskul // Mine Encyclopedia : [i 5 bind] / kap. udg. E. A. Kozlovsky . - M . : " Soviet Encyclopedia ", 1987. - T. 3. Kengan - Ort. - S. 49. - 592 s. - 56 540 eksemplarer.  — ISBN 5-85270-007-X .
4. ↑ Babarykin, 2009 , s. 19.
5. ↑ Wegman et al., 2004 , s. 65.
6. ↑ Babarykin, 2009 , s. 28.

Litteratur

• Loison R., Foch P., Boyer A. Cox. Oversættelse fra fransk. - M.: 1975.
• Sklyar MG Intensivering af koksdannelse og kvalitet af koks. - M.: Metallurgi, 1976. - 256 s.
• Vegman E. F. , Zherebin B. N. , Pokhvisnev A. N. et al.: Lærebog for universiteter / red. Yu. S. Yusfin . — 3. Oplag, revideret og forstørret. -M . : ICC "Akademkniga", 2004. - 774 s. -2000 eksemplarer.  —ISBN 5-94628-120-8.
• Korotich V. I. , Naboichenko S. S. , Sotnikov A. I. , Grachev S. V. , Furman E. L. , Lyashkov V. B. Metallurgiens begyndelse: Lærebog for universiteter / red. V. I. Korotich. - Jekaterinburg: USTU, 2000. - 392 s. -ISBN 5-230-06611-3.
• Babarykin N.N. _ Teori og teknologi for højovnsprocessen: Lærebog. - Magnitogorsk: Publishing Center for GOU VPO " MGTU ", 2009. - 257 s. - 200 eksemplarer.