| coque de carbón | |
|---|---|
| Método de fabricación | procesión de coca |
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El coque de carbón (del alemán Koks y del inglés coke ) es un producto gris sólido poroso que se obtiene coquizando carbón a temperaturas de 950-1100 °C sin oxígeno durante 14-18 horas.
El coque de carbón es el combustible sólido más común utilizado en los altos hornos de fundición de hierro y otros hornos de cuba [1] .
Desde la Edad del Hierro, el principal tipo de combustible sólido utilizado para la producción de metal en los hornos en bruto , y luego en los altos hornos y hornos altos , fue el carbón vegetal . En los siglos XVI-XVIII, el problema de la deforestación se intensificó en Europa, en relación con lo cual comenzaron a realizarse altos hornos experimentales con carbón . Todos ellos fueron un fracaso. Como resultado de los experimentos de Abraham Darby I sobre la creación de combustible artificial en el siglo XVIII, se descubrió el coque de carbón. El primer alto horno de coque de carbón fue realizado en Gran Bretaña por su hijo Abraham Darby II en 1735 [2] [3] .
A mediados del siglo XX, el coque de carbón se había convertido en el único combustible para la fundición de hierro en grandes altos hornos [4] .
Compuesto:
| Elemento | Contenido, % |
|---|---|
| DE | 96-98 |
| H , S , N , O | Descansar |
Propiedades físicas:
| Parámetro | Sentido | unidad de medida |
|---|---|---|
| Porosidad | 49-53 | % |
| Densidad verdadera | 1,80-1,95 | g / cm³_ _ |
| Densidad evidente | ≈1 | g / cm³_ _ |
| Masa a granel | 400-500 | kg / m³_ _ |
| Contenido de cenizas | 9-12 | % |
| Rendimiento de sustancias volátiles | una | % |
| Humedad al apagar con agua | 2-4 | % |
| Humedad al extinguir con gas inerte | No más de 0,5 | % |
| Resistencia a la compresión | 15-25 | MPa |
| Resistencia al corte (caracteriza la resistencia a la abrasión) | 6-12 | MPa |
| Calor de combustión | 29-30 | MJ / kg |
Existen las siguientes etapas sucesivas de la coquización del carbón:
La coquización del carbón se lleva a cabo en hornos de coque , que son una cámara de 4 a 6 m de alto, 12 a 15 m de largo y no más de 0,5 m de ancho .
Por encima de 900 °C restaura fácilmente el CO 2 ( C + CO 2 = 2CO ); a 1000 °C, la velocidad del proceso (reactividad estándar del coque) por 1 g de coque es de 0,1 a 0,2 ml de CO 2 por 1 s, la energía de activación es de 140 a 200 kJ/mol. La tasa de interacción con O 2 ( C + O 2 \u003d CO 2 ), o la combustibilidad del coque, es mucho mayor que con CO 2 , y a 500 ° C es de aproximadamente 0,1 ml O 2 por 1 s, la energía de activación es 100-140 kJ/mol.
Las propiedades físicas y químicas del coque de carbón están determinadas por su estructura, acercándose a la estructura de capas hexagonales del grafito. La estructura del coque se caracteriza por una ordenación incompleta: fragmentos individuales (capas), conectados por fuerzas de van der Waals , ocupan estadísticamente varias posiciones posibles (por ejemplo, se superponen unos sobre otros). Junto a los átomos de carbono en la red espacial del coque, especialmente en su parte periférica, se pueden localizar heteroátomos (S, N, O).
La estructura y las propiedades del coque de carbón dependen de la composición de la carga de carbón , la temperatura final y la tasa de calentamiento de la masa coquizada. Con un aumento en el contenido de gas y otros carbones en la carga, caracterizado por un bajo grado de metamorfismo , una disminución en la temperatura final de coquización y una disminución en el mantenimiento a esta temperatura, aumenta la reactividad y combustibilidad del coque resultante. Con un aumento en el contenido de carbones gaseosos en la carga, la resistencia y el tamaño promedio de las piezas de coque disminuyen y su porosidad aumenta. Un aumento de la temperatura final de coquización contribuye a un aumento de la resistencia del coque de carbón, especialmente a la abrasión. Con una extensión del período de coquización y una disminución en la tasa de calentamiento de la masa coquizada, el tamaño promedio de las piezas de coque aumenta.
El coque de carbón se utiliza para la fundición de hierro ( coque de alto horno ) como combustible sin humo de alta calidad , agente reductor de mineral de hierro y polvo de hornear para materiales de carga. El coque también se utiliza como combustible de cúpula en la producción de fundición (coque de fundición), para fines domésticos (coque doméstico), en las industrias química y de ferroaleaciones (tipos especiales de coque).
El coque de alto horno debe tener tamaños de grumos de al menos 25–40 mm, con un contenido limitado de piezas de menos de 25 mm (no más del 3%) y más de 80 mm. En la parte inferior del alto horno, el coque es el único material de carga que se encuentra en estado sólido, actuando como una boquilla porosa de coque . El coque de carbón es el combustible sólido más común utilizado en los altos hornos de fundición de hierro y otros hornos de cuba [1] [6] .
El coque de fundición es más grande que el coque de alto horno; el producto más adecuado, en el que hay piezas de menos de 60-80 mm. La principal diferencia entre el coque de fundición y el coque de alto horno es el bajo contenido de azufre, que no debe superar el 1% (hasta el 2% en el coque de alto horno). En la industria de las ferroaleaciones se utiliza coque fino (por ejemplo, una fracción de 10-25 mm), mientras que, a diferencia de las industrias de altos hornos y fundición, prefieren utilizar un producto de alta reactividad. Los requisitos de resistencia del coque doméstico son menos estrictos que los del coque de alto horno y de fundición. En todas las industrias, la mejor materia prima es el coque bajo en cenizas y azufre más duradero que contiene una pequeña cantidad de fracciones finas. La producción mundial moderna de coque de carbón es de aproximadamente 550-650 millones de toneladas/año. Del 60 al 70% de la producción mundial se realiza en China .
A diferencia de otros tipos de carbones duros, los carbones de coque, cuando se calientan sin acceso al aire, se vuelven plásticos y se sinterizan [3] .
Los carbones de coque tienen un contenido de cenizas inferior al 10 % y un contenido de azufre relativamente bajo (menos del 3,5 %), el rendimiento de sustancias volátiles ( Vdaf ) es del 15 al 37 %. De acuerdo con su capacidad para formar coque, los carbones de coque se subdividen en 5 categorías: coque, coque graso, pobre, gas y débilmente apelmazado. En los estándares de la URSS , los carbones de coque incluían carbones de grados G, GZh, Zh, KZh, K, K2, OC y CC [3] .
El carbón de coque se extrae en la CEI (Donetsk, Pechora, Kizelovsky, Kuznetsk, Karaganda, South Yakutsk, Tunguska y otras cuencas), EE . UU . (Appalachian, Western, Uinta, Green River, etc.), Gran Bretaña (Northumberland, South Wales , cuencas de Lancashire y Yorkshire), Alemania (Baja Renania-Westfalia, o Ruhr, Baja Westfalia), Polonia (Alta y Baja Silesia, Lublin ), Bélgica (Lieja), India (Bokaro, Raniganj, Jharia), Canadá (Alberta), Australia (Bowen, Nueva Gales del Sur), China (Shanxi, Datong), Mongolia ( Tavan-Tolgoi ), República Checa (Ostrava-Karvinsky y Trutnovsky) [3] .
Alrededor del 10% de la hulla se coquiza.
La principal diferencia entre el carbón coquizable y el carbón energético es la presencia de vitren en el carbón coquizable (del lat. vitrum - vidrio). Una característica especial del vitren es que a alta temperatura puede fundirse y adquirir la propiedad de sinterizar (pegar) micropartículas de carbón en una masa densa: coque. Cuanto más vitreno haya en el carbón, mayor será su calidad de coquización.
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