Каменноугольный кокс, угольный кокс
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.
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.
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%.
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),
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),
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:
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.
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:
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:
Любая разновидность кокса обладает следующими свойствами:
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.
Кокс в металлургии и для чего нужен литейный кокс
Что такое кокс? Процесс переработки жидкого или твердого топлива путем его нагрева до высоких температур называют коксованием. Результатом становится твердый осадок, впоследствии используемый, как топливный материал – это и есть кокс.
Если говорить проще, то кокс – это твердый (каменный) уголь, запеченный при высоких температурах в специальных печах, температура запекания составляет 950-1200 °C.
Остывание запеченного кокса – одна из конечных стадий производства кокса
Для чего нужен кокс в металлургии? Основная область применения – плавка чугуна для получения железа. До начала 18 века этот процесс происходил с участием древесного угля.
Немного истории
В 1735 году были впервые применены коксовые печи. Они имели камеры сгорания закрытого типа. Тогда же впервые для плавки чугуна не использовали древесный уголь.
Но справедливости ради необходимо отметить, что первое упоминание о коксование угля пришли еще из Китая, в первом веке до н.э. В провинции Юньнань использовали процесс нагревания угля идентичный тому, что все еще используется сегодняшними металлургами. Сырье поддавалось термической обработке в камерах без доступа воздуха.
Производство кокса в дореволюционной России сильно тормозилось. 1913 год промышленность выдала только 4,5 млн. т кокса. Это лишь на 20% покрывало внутренние потребности страны. Более того, не совершенство технологий того времени не позволяло эффективно использовать газовый кокс, он просто выбрасывался в атмосферу. Поэтому у многих до сих пор, есть устойчивые ассоциации о коксовой промышленности: вечно висящие черные тучи, специфический запах по утрам.
Вплоть до 1929 года производство кокса в России, что называется буксовало на одном месте. Уровень выработки неукоснительно сокращался и только с установлением мирных процессов в обществе, КП начала новый виток развития. Причиной тому стало открытие сразу нескольких новых месторождений, дающих сырье, чтобы производить кокс – уголь, подходящий для переработки коксованием. Это на весь мир известные: Кузнецкий, Карагандинский, Печорский угольные бассейны. Тогда же по всей стране началось строительство коксохимических заводов.
Стакер на угольном разрезе
Основные производители на территории страны
Сегодня на территории России создан крупный промышленный холдинг (ПМХ) в состав, которого входят предприятия, производящие кокс.
Также известен далеко за пределами России Московский коксогазовый завод, сокращенно «Москокс». Одной из отраслей предприятия является производство кокса для нужд промышленности. “Московский коксогазовый завод” входит в группу “Мечел”.
Часть территории “Московского газового завода” – на фото коксовые батареи, где запекается уголь
Еще одно крупное предприятие, которое невозможно не упомянуть – “Череповецкий металлургический комбинат” – это второй по величине сталелитейный комбинат в России, входит в состав группы компаний “Северсталь”. Имеет в своем составе коксохимическое производство.
Коксовый цех Череповецкого металлургического комбината
Некоторые энциклопедические данные
Как уже было отмечено, к основным направления применения кокса относятся такие:
По способу изготовления или используемого сырья для производства кокса различают следующие виды продукта:
Применительно к промышленности, в том числе металлургии, под коксом подразумевают топливо, полученной искусственным способом. Температура нагревание сырья достигает следующих значений: 950-1050 °С, с ограничением доступа воздуха или продуктов переработки природного топлива (древесины, например).
Основные отличия сырья для металлургической отрасли
Однако эта величина может меняться в зависимости от условий получения, сырья (шихты), других технологических тонкостей. Так, при высоком содержании газовых углей прочность конечного продукта уменьшается. Но при этом наблюдается более легкая воспламеняемость материала.
Если понимать, как делают кокс из угля, то совсем нетрудно увеличить прочность, иногда заменяемую понятием истирание. Это достигается созданием условий для более длительного процесса коксования, что выполняется в основном за счет снижения температуры. Если в первом случае коксование идет при Т 1050 градусов, то во втором – около 950.
Видео: Как делается кокс на ОАО «Кокс» (Кемеровский коксохимический завод)
Уже было отмечено, где используется кокс, но есть потребность немного повторится:
Все виды представляют кокс металлургический, но между первым и четвертым пунктами огромная пропасть по типу сырьевой базы. Суть отличий понятна в большей степени специалистам.
Для выплавки чугуна используют кокс доменный. К которому предъявляется ряд специфических требований. Часть из них регламентируется ГОСТ 5.1261-72 (с внесенными изменениями в 1974 году).
Туда входят такие параметры:
В свою очередь кокс литейный считается более пригодным продуктом для металлургии. Размер фракций варьируется в диапазоне 60-80 мм. Желающий кокс литейный купить могут согласовывать потребности предприятия с ГОСТ 3340-88, по которому регламентируется изготовление этого вида сырья. В нем описываются все те же параметры, что и для доменной разновидности. При этом есть только один показатель прочности М40, который на самом деле имеет промежуточное значение между М10 и М25.
Кокс литейный и цена на него интересует предприятия, занимающиеся производством:
Если сравнивать показатели перечисленных параметров, нетрудно убедиться в том, что литейный кокс в металлургии ценится за следующее:
Но следует отметить, что для производства ферросплавов используют мелкие фракции, размером от 10 до 25 мм. Это не подходит под описание чисто литейного продукта, однако качественное содержимое – да. Поэтому в этой отрасли используют так называемые отходы (побочный продукт).
Схема загрузки кокса и шихты в доменную печь при производстве чугуна
Важная характеристика, влияющая на свойства – пористость
Угольный кокс, как и другие, имеет слабые места трех видов, это следующие:
Наличие этих дефектов сильно влияет на твердость выходного материала. Производство кокса, технология получения качественного продукта уже могут учитывать некоторые факторы, которые позволяют регулировать получение данных дефектов.
Наличие последних, как и размер пор металлургического кокса сильно влияют на его горючесть, реакционную способность. Это как раз важные характеристики, за которые один вид сырья предпочитают другому (как, например, в случае с производством ферросплавов).
Температура горения кокса в технологическом процессе крайне важна, как и ее постоянство. Если доменная печь будет «разогреваться» не стабильным пламенем, которое могут вызывать наличествующие дефекты, качество литейного продукта значительно ухудшится и будет непредсказуемым.
Таблица: Требования к литейному коксу по ГОСТ 3340-88
Норма для марки и класса
В том числе кусков менее 40 мм, % не более
При этом наличие самих пор не всегда становится проблемой для фактической твердости материала. Гораздо важнее, как много из отверстий ослаблены трещинами, именно этот дефект считается наиболее опасным для металлургического кокса.
Образование пор, как и твердость материала регламентируют следующим:
Для литейного кокса подбираются параметры, позволяющие получать материал с мельчайшими порами, чем для доменного аналога.
Производство кокса и нефтепродуктов
Эта отрасль промышленности сравнительно недавно стала осваиваться российскими предприятиями. Сырьевая база для не прокаленного или прокаленного нефтяного кокса – это в основном остатки термической переработки основного продукта:
Кокс из нефти отличают по процентной доле содержания серы в общей массе:
Если для первой группы содержание серы не превышает одного процента, то в последней этого элемента может быть более 2.
Так выглядит нефтяной кокс
Кокс металлургический и ГОСТы, которым следует его производство мало, чем отличается для тех классификационных параметров, что должны быть присущи и нефтяному переработанному сырью. Поэтому здесь правомерно говорить о разной зольности, размерности, кажущейся и действительной плотности. Химический состав нефтяного кокса (цена за тонну зависит именно от состава) принципиального не отличается от каменноугольного и в целом металлургического. В него входят такие элементы: углерод в районе 90-95%, сера до 3%, водород не более 1%, соединение азота и кислорода около 1.5%. Остаток занимают металлы.
Отличительной чертой нефтяного кокса можно считать наличие классической маркировки, от которой зависит область применения этих материалов. Названия отличные от предлагаемых расшифровок чаще являются простонародными или используемыми частными лицами (учеными) для описания продукта.
Так, например, кокс нефтяной анодный имеет маркировку КЗА. Производится при медленном коксовании, на выходе получают фракции размером 8-250 мм. Используют для получения анодной массы, необходимой при производстве алюминия. Откуда и получил свое неформальное название.
Марка КНПС-КМ применяется для изготовления коррозионноустойчивой аппаратуры, с первоначальным получением конструкционных материалов. Как и марку КНПС-СМ его получают коксованием смолы.
Нефтяной кокс и применение не ограничивается перечисленным. Это прекрасный материал для получения карбидов кремния и кальция, на сегодня высоко востребованные материалы в машиностроении, образующих защитных пленках, строительстве.
А вот производство игольчатого кокса в России пока только получает импульсы к развитию. Так, например, в сентябре 2017 года на Омский завод прибыло оборудование, которое позволит в ближайшие несколько лет начать самостоятельный выпуск именно нефтяного игольчатого кокса. До этого момента предприятие закупало сырьевую базу за рубежом.
Структура игольчатого кокса
Игольчатый кокс востребован в атомной, космической, химической и металлургической промышленностях. Его иногда называют кокс нефтяной электродный, поскольку используют для изготовления соответствующих изделий, обладающих низким электрическим сопротивлением и таким же по значимости, коэффициентом термического расширения.
Нефтяной кокс и цена за тонну на экспорт, вопрос еще обсуждаемый. Так как его производство не имеет таких масштабов, в которых заинтересован даже российский потребитель. А производство игольчатого нефтяного кокса и вовсе только налаживается (это направление отрасли едва ли отпраздновало десятилетие).
Еще одно видео про производство кокса: