کک متالورژی چیست؟
کک متالورژی چیست؟
کک متالورژي ماده‌ای جامد پرکربن است که از حرارت دادن زغال سنگ در دما، زمان و فشار مشخص بدست می‌آید. با انجام این فرآیند مواد فرار موجود در زغال سنگ به صورت گاز خارج شده و ماده جامد سیاه رنگ و متخلخلی به نام کک به دست می آید.
محصول کک بدست آمده، دانه بندی شده و در دانه بندی‌های مختلف در صنایع گوناگون مورد مصرف قرار می‌گیرد که از مصارف آن می‌توان به صنایع متالورژی مانند ذوب فلزات، کوره بلند، صنایع فروآلیاژ و … اشاره کرد. کک در کوره بلند نقش تامین انرژی، احیا کانه‌های آهن و ایجاد تخلخل برای عبور گازهای احیا کننده و کربوره کردن چدن را دارد و در سایر کوره‌ها نیز به عنوان سوخت و عامل احیا کننده مصرف می‌شود.
زغال‌های خاصی جهت تولید کک متالورژی به کار می‌روند و خواص زغال سنگ تعیین‌کننده خواص کک تولید است.
مواد غیر آلی زغال سنگ در کک به صورت خاکستر باقی می‌ماند. وجود خاکستر باعث افزایش مصرف کک و سنگ آهک در کوره بلند و کاهش ظرفیت تولید باطری کک سازی می‌شود. کوکرد و فسفر نیز جزء عناصر مضر در کک می‌باشد که مهمترین عامل ورود گوگرد و فسفر به فرآیند تولید فولاد می‌باشد.
کک متالورژی مانند نوشابه به نظر می رسد، اما این را هم باید بدانید که دقیقا به آن شبیه نیست. کک نیز محصول کربن تصفیه شده می باشد که از نوع خاصی از زغال سنگ ساخته شده است. با استفاده از درجه حرارت بسیار بالا، زغال سنگ می تواند در کک تصفیه شود، که در فرآیندهای ساخت آهن و فولاد استفاده می شود. یکی از مهم ترین مراحل در فرآیند تولید کک، انتخاب ذغال مناسب برای استفاده به عنوان ماده اولیه است.
ویژگی های کک متالورژي
کک متالوژی به شکل متخلخل و باز است که دارای مورفولوژی است ، همچنین کک متالوژی به صورت شیشه ای نیز به نظر می رسد .
بخش اصلی آن را زغال سنگ ( خاکستر ) تشکیل داده است .
تراکم عمده کک به طور معمول ۰٫۷۸ است .
کک ها از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مشخص می شوند .
مشخصات کک متالورژي
زغال سنگ که به زغال سنگ کک معروف است و برای تولید کک متالوژیک شده که منبع اصلی آن کربن در فولادسازی می باشد ، مورد استفاده قرار می گیرد .
جنس زغال سنگ از سنگ رسوبی است و به طور طبیعی به وجود می آید .
گرما و فشار باعث ایجاد تغییرات شیمیایی و جسمی روی زغال سنگ می شود .
مهم ترین خاصیت کک متالوژی رطوبت ، کربن ، گو گرد ، خاکستر ، فسفر و قلیاها است .
کک متالوژی با وجود کربن در بخش سوخت قرار دارد و هرچقدر کربن بالاتر باشد ، حرارت کک متالوژی نیز بالاتر می شود .
خاصیت های نامطلوب دیگر کک متالوژی شامل : گوگرد ، فسفر ، خاکستر و قلیاها است .
ساختن کک متالورژي
ساخت کک متالورژی در واقع کربن سازی ذغال سنگ در دما های بالا است. تولید به طور معمول در یک باتری کک متالورژیک شده واقع در نزدیکی یک کارخانه فولادی یک پارچه صورت می گیرد. در باتری ، اجاق های کک متالورژی در ردیف ها انباشته می شوند. ذغال سنگ را درون فر ها بار می گذارند و در صورت عدم وجود اکسیژن تا دمای حدود ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد ( ۲۰۰۰ درجه فارنهایت ) گرم می شوند.
البته این نکته را هم لازم است بدانید که بدون وجود اکسیژن ، زغال سنگ نمی سوزد و شروع به ذوب شدن می کند. درجه حرارت بالا نا خالصی های ناخواسته مانند هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن و گوگرد را بی ثبات می کند. این گازهای خروجی یا می توانند که به عنوان فرآورده های جانبی جمع آوری و بازیابی شوند یا به عنوان منبع گرما سوخته شوند.
پس از خنک شدن، کک به عنوان توده های متخلخل و کریستالی متخلخل به اندازه کافی بزرگ می شود که توسط کوره های انفجار مورد استفاده قرار می گیرد. کل فرآیند می تواند بین ۱۲ تا ۳۶ ساعت به طول بیانجامد.
خواص ذاتی در ذغال سنگ ورودی اولیه نیز به شدت بر روی کیفیت نهایی کک متالورژیک شده تولید شده تأثیر می گذارد. عدم تأمین اعتبار مناسب از واحد های ذغال سنگی جداگانه به این معنی است که کک سازان امروزه اغلب از مخلوط های حداکثر ۲۰ ذغال سنگ مختلف استفاده می کنند تا به فولاد سازان محصولی سازگار را ارائه دهند.
تقریباً یک و نیم تن ذغال سنگ متالورژی برای تولید ۱ تن کک متالورژی ( ۱۰۰۰ كیلوگرم کک متالورژی ) مورد نیاز است.
ساخت کک متالورژي با زغال سنگ
زغال سنگ متالوژی یکی دیگر از انواع زغال ها است . برای ساخت کک متالوژی دونوع زغال سنگ باید وجود داشته باشد که شامل : زغال سنگ کک سخت ، زغال سنگ کک نیمه کاره . این زغال سنگ ها ، برای کک ها ایده آل هستند ، چون هنگامی که در یک کوره بزرگ قرار می گیرند ذوب می شوند ، متورم شده و دوباره جامد می شوند . لازم به ذکر است که این نوع از زغال سنگ ، از ناخالصی های کم برخوردار است .
زغال سنگ در کک متالوژی به سه دسته تقسیم می شود :
- زغال سنگ کک سخت
- زغال سنگ کک نیمه نرم
- زغال سنگ خام
زغال سنگ کک سخت نبست به کک نیمه نرم از ویژگی های بهتر برخوردار است و به آنها امکان می دهد ، قیمت بالاتری را به دست آورند .
کاربرد کک متالورژي
کک متالوژی در ساخت آهن مورد استفاده قرار می گیرد و ماده اصلی فولاد است .
طی یک روش معمول ساخت آهن ،سنگ آهن ، کک و مقدار کمی از مواد معدنی استفاده می شود .
کک متالورژی در فولاد سازی
کوره های اکسیژن که ۷۰ درصد از تولید فولاد را در سراسر جهان را تولید می کنند ، به سنگ آهن ، کک متالوژی و گاه به عنوان مواد خوراکی در تولید فولاد نیاز دارند.
هوا باعث سوزاندن کک متالوژی می شود و دما را تا ۱۷۰۰ درجه سانتی گراد بالا می برد تا ناخالصی ها اکسید شود .
حدود ۶۳۰ کیلو کک متالوژی ، برای تولید ۱ تن فولاد مورد نیاز است . همچنین عناصر دیگر مثل : مولیبدن ، کروم و وانادیوم برای ساخت فولاد لازم است .
مشخصات فیزیکی کک متالورژی
مشخصات فیزیکی کک متالوژی شامل خصوصیات کک به شرح زیر است :
اندازه گیری متوسط کک متالورژی
این اندازه میانگین حسابی کک است که با اندازه گیری اندازه کک بر روی یک صفحه مشخص از صفحه نمایش تعیین می شود و هر چقدر اندازه کک بزرگ تر باشد بهتر است .
شاخص واکنش پذیری کک متالورژی
این کار را با آزمایش در آزمایشگاه انجام می دهند .
استحکام کک متالورژی بعد از واکنش
این نشانگر قدرت کک بعد از قرار گرفتن در معرض کاهش جو کوره انفجار است .
تست درام کک متالورژی
یک نمونه آزمایشی ۱۰ کیلو گرمی از کک سوراخ به اندازه ۵۰ میلی متر مربع در طبل ماساژ مشخص قرار داده شده و برای ۳۰ چرخش ، حذف ، نمایش و جایگزینی در طبل چرخانده شده و در معرض یک تحول بیشتر ۱۵۰ چرخشی قرار می گیرد .
خواص شیمیایی کک متالورژی
مهم ترین خاصیت شیمیایی رطوبت، کربن ثابت، خاکستر، گوگرد، فسفر و قلیا ها است. کربن ثابت بخش سوخت کک متالورژی است. هر چه کربن ثابت بالاتر باشد، ارزش حرارتی کک نیز بیشتر می شود. اجزای دیگر مانند رطوبت ، خاکستر، گوگرد، فسفر و قلیا ها نا مطلوب هستند زیرا تأثیرات نا مطلوبی بر روی نیاز های انرژی، عملکرد کوره انفجار، کیفیت فلز داغ و یا آستر نسوز دارند. درصد خاکستر و گوگرد موجود در کک متالورژیک شده به طور خطی به ذغال سنگ مورد استفاده برای تولید بستگی دارد.
برخی از تامین کنندگان کک متالورژی در سناماین👇
