Каменноугольный кокс
Кокс каменноу́гольный (от нем. Koks и англ. coke) — твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путём коксования каменного угля при температурах 950—1100 °С без доступа кислорода в течение 14—18 часов.
| Каменноугольный кокс | |
|---|---|
 | |
| Метод изготовления | коксование |
 Медиафайлы на Викискладе | |
Каменноугольный кокс является наиболее распространённым твёрдым топливом, использующимся в доменных печах для выплавки чугуна и других шахтных печах.
История
Начиная с железного века, основным видом твёрдого топлива, использовавшимся для производства металла в сыродутных горнах, а затем в домницах и доменных печах был древесный уголь. В XVI—XVIII веках в Европе обострилась проблема истощения лесов, в связи с чем начали проводиться опытные доменные плавки с использованием каменного угля. Все они были безуспешными. В результате экспериментов Абрахама Дарби I по созданию искусственного топлива в XVIII веке был открыт каменноугольный кокс. Первая доменная плавка на каменноугольном коксе была осуществлена в Великобритании его сыном Абрахамом Дарби II в 1735 году.
К середине XX века каменноугольный кокс стал единственным видом топлива для выплавки чугуна в больших доменных печах.
Состав и физические свойства
Состав:
| Элемент | Содержание, % |
|---|---|
| С | 96—98 |
| Н, S, N, O | Остальное |
Физические свойства:
| Параметр | Значение | Единица измерения |
|---|---|---|
| Пористость | 49—53 | % |
| Истинная плотность | 1,80—1,95 | г/см³ |
| Кажущаяся плотность | ≈1 | г/см³ |
| Насыпная масса | 400—500 | кг/м³ |
| Зольность | 9—12 | % |
| Выход летучих веществ | 1 | % |
| Влажность при тушении водой | 2—4 | % |
| Влажность при тушении инертным газом | Не более 0,5 | % |
| Предел прочности при сжатии | 15—25 | МПа |
| Предел прочности при срезе (характеризует устойчивость к истиранию) | 6—12 | МПа |
| Теплота сгорания | 29—30 | МДж/кг |
Процесс коксования
Различают следующие последовательные стадии коксования каменного угля:
- Сушка угля при температуре до 100—120 °С.
- Нагрев угля до 300—350 °С.
- Размягчение и плавление угля при температуре 350—500 °С.
- Затвердевание расплава и образование полукокса при температуре 500—600 °С
- Прокаливание кокса при температуре 600—1100 °С в течение нескольких часов. На этом этапе из шихты удаляются все летучие вещества, аморфный углерод превращается в кристаллический графит. В ходе этой перекристаллизации и спекания вещества кокса его прочность и твёрдость увеличиваются в 30—40 раз.
Коксование угля производят в , представляющих собой камеру высотой 4—6 м, длиной 12—15 м и шириной не более 0,5 м. Для сокращения потерь тепла печи, как правило, объединяют по 40—70 в коксовые батареи.
Физико-химические свойства
Выше 900 °C легко восстанавливает СО2 (С + СО2 = 2СО); при 1000 °C скорость процесса (стандартная реакционная способность кокса) в расчете на 1 г кокса 0,1—0,2 мл СО2 за 1 с, энергия активации 140—200 кДж/моль. Скорость взаимодействия с О2 (С +О2 = СО2), или горючесть кокса, значительно выше, чем с СО2, и составляет при 500 °C около 0,1 мл О2 за 1 с, энергия активации 100—140 кДж/моль.
Физико-химические свойства кокса каменноугольного определяются его структурой, приближающейся к гексагональной слоистой структуре графита. Структура кокса характеризуется неполной упорядоченностью: отдельные фрагменты (слои), связанные Ван-дер-Ваальсовыми силами, статистически занимают несколько возможных положений (например, накладываются один на другой). Наряду с атомами углерода в пространственной решетке кокса, особенно в её периферийной части, могут располагаться гетероатомы (S, N, O).
Строение и свойства кокса каменноугольного зависят от состава угольной шихты, конечной температуры и скорости нагрева коксуемой массы. С увеличением содержания в шихте газовых и др. углей, характеризующихся малой степенью метаморфизма, понижением конечной температуры коксования и уменьшением выдержки при этой температуре, реакционная способность и горючесть получаемого кокса возрастает. При увеличении содержания газовых углей в шихте прочность и средняя крупность кусков кокса уменьшаются, а пористость его возрастает. Повышение конечной температуры коксования способствует увеличению прочности кокса каменноугольного, особенно к истиранию. При удлинении периода коксования и снижении скорости нагрева коксуемой массы средняя крупность кусков кокса увеличивается.
Применение
Каменноугольный кокс применяют для выплавки чугуна (доменный кокс) как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов. Кокс используют также 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. В нижней части доменной печи кокс является единственным шихтовым материалом, находящимся в твёрдом состоянии, выполняя роль пористой коксовой насадки. Каменноугольный кокс является наиболее распространённым твёрдым топливом, использующимся в доменных печах для выплавки чугуна и других шахтных печах.
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.
Коксующийся уголь
В отличие от других типов каменных углей, коксующиеся угли при нагревании без доступа воздуха становятся пластичными и подвергаются спеканию.
Коксующиеся угли имеют зольность менее 10 % и относительно низкое содержание серы (менее 3,5 %), выход летучих веществ (Vdaf) составляет 15—37 %. По способности к коксообразованию коксующиеся угли подразделяются на 5 категорий — коксовые, жирные, отощённые коксовые, газовые и слабоспекающиеся. В стандартах СССР к коксующимся углям относили угли марок Г, ГЖ, Ж, КЖ, К, К2, OC и CC.
Коксующиеся угли добываются в СНГ (Донецкий, Печорский, Кизеловский, Кузнецкий, Карагандинский, Южно-Якутский, Тунгусский и другие бассейны), США (Аппалачский, Западный, Юинта, Грин-Ривер и др.), Великобритании (Нортамберлендский, Южно-Уэльский, Ланкаширский и Йоркширский бассейны), Германии (Нижнерейнско-Вестфальский, или Рурский, Нижневестфальский), Польше (Верхне- и Нижнесилезский, Люблинский), Бельгии (Льежский), Индии (Бокаро, Ранигандж, Джхария), Канаде (Альберта), Австралии (Боуэн, Новый Южный Уэльс), Китае (Шаньси, Датун), Монголии (Таван-Толгой), Чехии (Остравско-Карвинский и Трутновский).
Около 10 % каменного угля подвергается коксованию.
Основное отличие коксового угля от энергетического — наличие в коксующемся угле витрена (от лат. vitrum — стекло). Особенностью витрена является то, что при высокой температуре он способен плавиться и обретает свойство спекания (склеивания) микрочастиц угля в плотную массу — кокс. Чем больше в угле витрена, тем выше его качество коксования.
См. также
- Торфяной кокс
- Коксовая батарея
Примечания
- Коротич, 2000, с. 112.
- Вегман и др., 2004, с. 63—64.
- Еремин И. В. Коксующиеся угли // Горная энциклопедия : в 5 т. / гл. ред. Е. А. Козловский. — М. : «Советская энциклопедия», 1987. — Т. 3. Кенган — Орт. — С. 49. — 592 с. — 56 540 экз. — ISBN 5-85270-007-X.
- Бабарыкин, 2009, с. 19.
- Вегман и др., 2004, с. 65.
- Бабарыкин, 2009, с. 28.
Литература
- Луазон Р., Фош П., Буайе А. Кокс. Перевод с франц. — М.: 1975.
- Скляр М. Г. Интенсификация коксования и качество кокса. — М.: Металлургия, 1976. — 256 с.
- Вегман Е. Ф., Жеребин Б. Н., Похвиснев А. Н. и др. Металлургия чугуна : Учебник для вузов / под ред. Ю. С. Юсфина. — 3-е издание, переработанное и дополненное. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2004. — 774 с. — 2000 экз. — ISBN 5-94628-120-8.
- Коротич В. И., Набойченко С. С., Сотников А. И., Грачев С. В., Фурман Е. Л., Ляшков В. Б. Начала металлургии: Учебник для вузов / под ред. В. И. Коротича. — Екатеринбург: УГТУ, 2000. — 392 с. — ISBN 5-230-06611-3.
- Бабарыкин Н. Н. Теория и технология доменного процесса : Учебное пособие. — Магнитогорск : Издательский центр ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. — 257 с. — 200 экз.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Каменноугольный кокс, Что такое Каменноугольный кокс? Что означает Каменноугольный кокс?
U etogo termina sushestvuyut i drugie znacheniya sm Koks Koks kamennou golnyj ot nem Koks i angl coke tvyordyj poristyj produkt serogo cveta poluchaemyj putyom koksovaniya kamennogo uglya pri temperaturah 950 1100 S bez dostupa kisloroda v techenie 14 18 chasov Kamennougolnyj koksMetod izgotovleniyakoksovanie Mediafajly na Vikisklade Kamennougolnyj koks yavlyaetsya naibolee rasprostranyonnym tvyordym toplivom ispolzuyushimsya v domennyh pechah dlya vyplavki chuguna i drugih shahtnyh pechah IstoriyaNachinaya s zheleznogo veka osnovnym vidom tvyordogo topliva ispolzovavshimsya dlya proizvodstva metalla v syrodutnyh gornah a zatem v domnicah i domennyh pechah byl drevesnyj ugol V XVI XVIII vekah v Evrope obostrilas problema istosheniya lesov v svyazi s chem nachali provoditsya opytnye domennye plavki s ispolzovaniem kamennogo uglya Vse oni byli bezuspeshnymi V rezultate eksperimentov Abrahama Darbi I po sozdaniyu iskusstvennogo topliva v XVIII veke byl otkryt kamennougolnyj koks Pervaya domennaya plavka na kamennougolnom kokse byla osushestvlena v Velikobritanii ego synom Abrahamom Darbi II v 1735 godu K seredine XX veka kamennougolnyj koks stal edinstvennym vidom topliva dlya vyplavki chuguna v bolshih domennyh pechah Sostav i fizicheskie svojstvaSostav Element Soderzhanie S 96 98N S N O Ostalnoe Fizicheskie svojstva Parametr Znachenie Edinica izmereniyaPoristost 49 53 Istinnaya plotnost 1 80 1 95 g sm Kazhushayasya plotnost 1 g sm Nasypnaya massa 400 500 kg m Zolnost 9 12 Vyhod letuchih veshestv 1 Vlazhnost pri tushenii vodoj 2 4 Vlazhnost pri tushenii inertnym gazom Ne bolee 0 5 Predel prochnosti pri szhatii 15 25 MPaPredel prochnosti pri sreze harakterizuet ustojchivost k istiraniyu 6 12 MPaTeplota sgoraniya 29 30 MDzh kgProcess koksovaniyaRazlichayut sleduyushie posledovatelnye stadii koksovaniya kamennogo uglya Sushka uglya pri temperature do 100 120 S Nagrev uglya do 300 350 S Razmyagchenie i plavlenie uglya pri temperature 350 500 S Zatverdevanie rasplava i obrazovanie polukoksa pri temperature 500 600 S Prokalivanie koksa pri temperature 600 1100 S v techenie neskolkih chasov Na etom etape iz shihty udalyayutsya vse letuchie veshestva amorfnyj uglerod prevrashaetsya v kristallicheskij grafit V hode etoj perekristallizacii i spekaniya veshestva koksa ego prochnost i tvyordost uvelichivayutsya v 30 40 raz Koksovanie uglya proizvodyat v predstavlyayushih soboj kameru vysotoj 4 6 m dlinoj 12 15 m i shirinoj ne bolee 0 5 m Dlya sokrasheniya poter tepla pechi kak pravilo obedinyayut po 40 70 v koksovye batarei Fiziko himicheskie svojstvaVyshe 900 C legko vosstanavlivaet SO2 S SO2 2SO pri 1000 C skorost processa standartnaya reakcionnaya sposobnost koksa v raschete na 1 g koksa 0 1 0 2 ml SO2 za 1 s energiya aktivacii 140 200 kDzh mol Skorost vzaimodejstviya s O2 S O2 SO2 ili goryuchest koksa znachitelno vyshe chem s SO2 i sostavlyaet pri 500 C okolo 0 1 ml O2 za 1 s energiya aktivacii 100 140 kDzh mol Fiziko himicheskie svojstva koksa kamennougolnogo opredelyayutsya ego strukturoj priblizhayushejsya k geksagonalnoj sloistoj strukture grafita Struktura koksa harakterizuetsya nepolnoj uporyadochennostyu otdelnye fragmenty sloi svyazannye Van der Vaalsovymi silami statisticheski zanimayut neskolko vozmozhnyh polozhenij naprimer nakladyvayutsya odin na drugoj Naryadu s atomami ugleroda v prostranstvennoj reshetke koksa osobenno v eyo periferijnoj chasti mogut raspolagatsya geteroatomy S N O Stroenie i svojstva koksa kamennougolnogo zavisyat ot sostava ugolnoj shihty konechnoj temperatury i skorosti nagreva koksuemoj massy S uvelicheniem soderzhaniya v shihte gazovyh i dr uglej harakterizuyushihsya maloj stepenyu metamorfizma ponizheniem konechnoj temperatury koksovaniya i umensheniem vyderzhki pri etoj temperature reakcionnaya sposobnost i goryuchest poluchaemogo koksa vozrastaet Pri uvelichenii soderzhaniya gazovyh uglej v shihte prochnost i srednyaya krupnost kuskov koksa umenshayutsya a poristost ego vozrastaet Povyshenie konechnoj temperatury koksovaniya sposobstvuet uvelicheniyu prochnosti koksa kamennougolnogo osobenno k istiraniyu Pri udlinenii perioda koksovaniya i snizhenii skorosti nagreva koksuemoj massy srednyaya krupnost kuskov koksa uvelichivaetsya PrimenenieKamennougolnyj koks primenyayut dlya vyplavki chuguna domennyj koks kak vysokokachestvennoe bezdymnoe toplivo vosstanovitel zheleznoj rudy razryhlitel shihtovyh materialov Koks ispolzuyut takzhe kak vagranochnoe toplivo v litejnom proizvodstve litejnyj koks dlya bytovyh celej bytovoj koks v himicheskoj i ferrosplavnoj otraslyah promyshlennosti specialnye vidy koksa Domennyj koks dolzhen imet razmery kuskov ne menee 25 40 mm pri ogranichennom soderzhanii kuskov menee 25 mm ne bolee 3 i bolee 80 mm V nizhnej chasti domennoj pechi koks yavlyaetsya edinstvennym shihtovym materialom nahodyashimsya v tvyordom sostoyanii vypolnyaya rol poristoj koksovoj nasadki Kamennougolnyj koks yavlyaetsya naibolee rasprostranyonnym tvyordym toplivom ispolzuyushimsya v domennyh pechah dlya vyplavki chuguna i drugih shahtnyh pechah Litejnyj koks po razmeram kuskov krupnee domennogo naibolee prigoden produkt v kotorom prisutstvuyut kuski menee 60 80 mm Glavnoe otlichie litejnogo koksa ot domennogo maloe soderzhanie sery kotoroe ne dolzhno prevyshat 1 v domennom kokse do 2 V promyshlennosti ferrosplavov ispolzuyut melkij koks naprimer frakciyu 10 25 mm pri etom v otlichie ot domennogo i litejnogo proizvodstv predpochitayut primenyat produkt s bolshoj reakcionnoj sposobnostyu Trebovaniya po prochnosti k bytovomu koksu menee zhestkie chem k domennomu i litejnomu Vo vseh proizvodstvah luchshee syre naibolee prochnyj malozolnyj i malosernistyj koks soderzhashij nebolshoe kolichestvo melkih frakcij Sovremennoe mirovoe proizvodstvo koksa kamennougolnogo sostavlyaet okolo 550 650 mln t god Ot 60 do 70 mirovogo proizvodstva osushestvlyaetsya v KNR Koksuyushijsya ugolKamennougolnyj koks posle izvlecheniya iz pechi V otlichie ot drugih tipov kamennyh uglej koksuyushiesya ugli pri nagrevanii bez dostupa vozduha stanovyatsya plastichnymi i podvergayutsya spekaniyu Koksuyushiesya ugli imeyut zolnost menee 10 i otnositelno nizkoe soderzhanie sery menee 3 5 vyhod letuchih veshestv Vdaf sostavlyaet 15 37 Po sposobnosti k koksoobrazovaniyu koksuyushiesya ugli podrazdelyayutsya na 5 kategorij koksovye zhirnye otoshyonnye koksovye gazovye i slabospekayushiesya V standartah SSSR k koksuyushimsya uglyam otnosili ugli marok G GZh Zh KZh K K2 OC i CC Koksuyushiesya ugli dobyvayutsya v SNG Doneckij Pechorskij Kizelovskij Kuzneckij Karagandinskij Yuzhno Yakutskij Tungusskij i drugie bassejny SShA Appalachskij Zapadnyj Yuinta Grin River i dr Velikobritanii Nortamberlendskij Yuzhno Uelskij Lankashirskij i Jorkshirskij bassejny Germanii Nizhnerejnsko Vestfalskij ili Rurskij Nizhnevestfalskij Polshe Verhne i Nizhnesilezskij Lyublinskij Belgii Lezhskij Indii Bokaro Ranigandzh Dzhhariya Kanade Alberta Avstralii Bouen Novyj Yuzhnyj Uels Kitae Shansi Datun Mongolii Tavan Tolgoj Chehii Ostravsko Karvinskij i Trutnovskij Okolo 10 kamennogo uglya podvergaetsya koksovaniyu Osnovnoe otlichie koksovogo uglya ot energeticheskogo nalichie v koksuyushemsya ugle vitrena ot lat vitrum steklo Osobennostyu vitrena yavlyaetsya to chto pri vysokoj temperature on sposoben plavitsya i obretaet svojstvo spekaniya skleivaniya mikrochastic uglya v plotnuyu massu koks Chem bolshe v ugle vitrena tem vyshe ego kachestvo koksovaniya Sm takzheTorfyanoj koks Koksovaya batareyaPrimechaniyaKorotich 2000 s 112 Vegman i dr 2004 s 63 64 Eremin I V Koksuyushiesya ugli Gornaya enciklopediya v 5 t gl red E A Kozlovskij M Sovetskaya enciklopediya 1987 T 3 Kengan Ort S 49 592 s 56 540 ekz ISBN 5 85270 007 X Babarykin 2009 s 19 Vegman i dr 2004 s 65 Babarykin 2009 s 28 LiteraturaLuazon R Fosh P Buaje A Koks Perevod s franc M 1975 Sklyar M G Intensifikaciya koksovaniya i kachestvo koksa M Metallurgiya 1976 256 s Vegman E F Zherebin B N Pohvisnev A N i dr Metallurgiya chuguna Uchebnik dlya vuzov pod red Yu S Yusfina 3 e izdanie pererabotannoe i dopolnennoe M IKC Akademkniga 2004 774 s 2000 ekz ISBN 5 94628 120 8 Korotich V I Nabojchenko S S Sotnikov A I Grachev S V Furman E L Lyashkov V B Nachala metallurgii Uchebnik dlya vuzov pod red V I Koroticha Ekaterinburg UGTU 2000 392 s ISBN 5 230 06611 3 Babarykin N N Teoriya i tehnologiya domennogo processa Uchebnoe posobie Magnitogorsk Izdatelskij centr GOU VPO MGTU 2009 257 s 200 ekz
