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El coque metalúrgico es una materia prima indispensable en la producción de hierro y acero y es vital para el proceso de fabricación de hierro en altos hornos. En un entorno con poco oxígeno, el carbón se calienta a 900-1100 °C y luego se destila en seco para obtenerlo (incluida la brisa de coque). A esta alta temperatura, el carbón libera volátiles y humedad, y la parte sólida restante se transforma en un poroso material de carbono llamado coque. El coque no sólo es la base de la fabricación del hierro, sino también un motor vital de todo el proceso de fabricación del hierro.
En el alto horno, el coque proporciona una fuente de carbono para la reacción de reducción del mineral de hierro y sostiene la estructura de la estufa para mantenerla estable. El coque reacciona con el oxígeno del aire para producir monóxido de carbono, que reacciona con el óxido de hierro del mineral de hierro para reducirlo a hierro metálico y liberar dióxido de carbono.
El coque no sólo actúa como agente reductor, sino que su fuerte estructura también soporta el mineral de hierro y la piedra caliza, garantizando que todo en el horno funcione normalmente. La estructura porosa del coque ayuda a que penetre el flujo de gas y aumenta la eficacia de la reacción. La estructura de grano fino del coque (alrededor de 1,5 micras) optimiza el entorno de reacción dentro del alto horno, haciendo que la reacción de reducción sea más eficaz.
Los hornos de coque especializados suelen llevar a cabo la producción de coque. Los equipos de construcción suelen construir los hornos de coque hasta una altura de 6 metros, una profundidad de 15 metros y una anchura de 0,5 metros, apilando varias unidades para formar un sistema de producción a gran escala. La carga de coque de carbón se calienta a unos 1.000°C en el interior del horno de coque calentando las paredes.
Durante este proceso, las sustancias volátiles del carbón, como gases y alquitranes, se liberan y reciclan para convertirse en coque. Cada horno de coque puede manejar entre 15 y 30 toneladas de carbón, que se va formando gradualmente durante un proceso de carbonización de unas 18 horas.
Los volátiles se recuperan como subproductos y a menudo se utilizan en la producción de fertilizantes o productos químicos, lo que permite que la producción de coque no se limite a satisfacer las necesidades de la fabricación de hierro y fomenta el uso eficiente de los recursos.
Varios parámetros del proceso influyen en la calidad y la productividad del coque. En primer lugar, la resistencia del coque es crítica; debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar la carga de mineral de hierro en el alto horno. En segundo lugar, hay que controlar la reactividad del coque para garantizar que pueda reducir eficazmente los óxidos de hierro. Además, la estructura porosa del coque es igualmente crítica; debe tener una buena permeabilidad al flujo de aire para garantizar que la reacción de reducción se desarrolle sin problemas.
La estructura en mosaico de grano fino del coque es un importante indicador de calidad, que mejora la reactividad del coque y favorece la velocidad de la reacción de reducción. Por lo tanto, los operadores deben controlar estrictamente parámetros como la proporción de coque de carbón, la temperatura de calentamiento del horno de coque y el tiempo de carbonización durante la producción. Estos factores afectan directamente a la calidad final y a la eficiencia de producción del coque. Estos factores afectan directamente a la calidad final y a la eficiencia de la producción de coque.
El coque metalúrgico debe resistir el aplastamiento y la abrasión para funcionar de forma estable en el alto horno. La estructura de sus poros también influye notablemente en el flujo de gases, garantizando que la reacción se desarrolle sin problemas. La conductividad térmica, la densidad, la materia volátil y la humedad del coque también afectan a su rendimiento.
La composición principal del coque metalúrgico es carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre, y la proporción de estos elementos determina directamente su rendimiento. Los métodos de combustión estándar para medir el contenido de carbono e hidrógeno son alta temperatura, carbono en dióxido de carbono, hidrógeno en vapor de agua y gas mediante absorción absorbente. A continuación, calculan el aumento de peso para obtener la proporción. Por lo general, analizan el contenido de nitrógeno convirtiéndolo en amoníaco, mientras que miden el azufre mediante combustión a alta temperatura. El método de la diferencia simple, que resta 100% del contenido de los demás elementos, extrapola el contenido de oxígeno.
El coque metalúrgico es esencial para la fabricación de hierro en altos hornos, ya que proporciona una fuente de carbono para el mineral de hierro. A medida que aumenta la demanda de hierro y acero, también lo hace la necesidad de coque metalúrgico. Proporciona una fuente de carbono como agente reductor y ayuda a que el flujo de gas penetre a través de su estructura porosa, garantizando que la reacción del alto horno pueda desarrollarse con eficacia.
Sin embargo, la producción de coque metalúrgico también tiene problemas medioambientales. Por cada 1.000 toneladas de coque producidas, el proceso genera 1.000 metros cúbicos de aguas residuales altamente peligrosas. Esto se traduce en el consumo de grandes cantidades de recursos hídricos, un reto que la industria siderúrgica debe afrontar ahora.
La producción de coque metalúrgico requiere unas propiedades químicas y físicas específicas. Estas propiedades incluyen la resistencia mecánica, la estructura porosa, la densidad y la conductividad térmica del coque. En lo que respecta a la resistencia mecánica, se prestará especial atención a la resistencia a la compresión, al aplastamiento y a la abrasión del coque. Estas propiedades son esenciales porque la capacidad del coque para soportar cargas y fricción impide que se aplaste a altas presiones.
El coque tiene una buena estructura de poros, como su porosidad y la distribución adecuada de los diámetros de los poros, que tienen un impacto esencial en la permeabilidad del flujo de gas y mejoran la eficacia de la reacción del alto horno. Además, un factor esencial que afecta a la estructura de los poros está relacionado con la densidad del coque.
Los factores críticos que afectan a la estructura de los poros están relacionados con la densidad del coque, ya que la densidad reflejará la estanqueidad de la estructura de los poros del coque. Un conocimiento profundo de la densidad permitirá descubrir que también afecta a la resistencia mecánica del coque, de modo que cuanto mayor sea la densidad del coque metalúrgico, mejor será su resistencia mecánica.
Por último, la conductividad térmica en las propiedades físicas también influye en la distribución uniforme de la temperatura del alto horno, y la conductividad térmica del coque afecta a la conductividad térmica del alto horno.
El requisito de propiedades químicas se centra principalmente en el contenido de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre del coque. Por ejemplo, el proceso reduce sustancialmente el alto contenido de carbono del coque, lo que afecta a su capacidad de reacción de reducción en el proceso de fabricación del hierro. El contenido de azufre también se controla estrictamente porque un alto contenido de azufre afectará al proceso de fabricación de hierro y reducirá la reactividad del coque. Los operarios deben asegurarse de que el alto contenido de estos elementos químicos no afecte al proceso de fabricación del hierro, y deben prestar atención a elementos nocivos en el coque como el fósforo y el vanadio. Controlando sus niveles, los técnicos pueden evitar que se reduzca la reactividad del coque.
El coque metalúrgico y el coque de fundición pertenecen a la categoría del coque, un combustible sólido. Sin embargo, 90% del coque metalúrgico se utiliza principalmente en altos hornos para la fabricación de hierro, lo que se denomina coque de alto horno. El coque de fundición, utilizado explícitamente en los hornos de fundición de hierro, es el principal combustible de este proceso.
La velocidad de reacción, la porosidad, la resistencia mecánica y otras propiedades del coque reflejan sus diferencias. Por ejemplo, el coque metalúrgico utilizado en el alto horno tiene una velocidad de reacción más alta para apoyar el proceso de reducción en el alto horno. Sin embargo, el coque de fundición requiere calor, por lo que su velocidad de reacción es menor. El coque metalúrgico tiene una gran porosidad (35%-50%).
El coque de fundición tiene que ofrecer una mayor eficacia en la transferencia de calor y requiere una porosidad menor para que el coque sea más compacto. Además, el coque metalúrgico necesita un mayor grado de resistencia mecánica. El coque de fundición necesita una mayor pseudodensidad para aumentar el poder calorífico y la resistencia a altas temperaturas.
El coque metalúrgico y el de fundición difieren significativamente en cuanto a requisitos de producción y rendimiento. Aun así, tienen la misma norma en cuanto al control del contenido de cenizas y azufre.
El coque de petróleo es un producto sólido combustible diferente del coque metalúrgico en cuanto a composición, propiedades físicas y ámbitos de aplicación.
En primer lugar, el principal componente del coque metalúrgico es el carbono, que contiene cierta cantidad de materia volátil, cenizas (10%) y azufre. Carbono es el principal componente del coque de petróleo, con un bajo contenido en cenizas (5%), resultado de la eliminación de muchas revistas de las materias primas tras la coquización.
Físicamente, el coque metalúrgico tiene una gran resistencia mecánica y una gran porosidad (35%-50%). El coque de petróleo tiene una estructura granulométrica densa y alveolar, una gran porosidad y una forma ovalada.
El coque metalúrgico se utiliza principalmente en alto horno y convertidores para aplicaciones de campo. También es una materia prima esencial para la industria siderúrgica, cuya función principal es participar en las reacciones metalúrgicas para producir hierro fundido.
El coque de petróleo se utiliza principalmente para fabricar electrodos de grafitoTambién se utiliza ampliamente en la fabricación de hierro en hornos de arco eléctrico, creando materiales de grafito altamente conductores.
El precio global del mercado se ha mantenido estable en los últimos tiempos. En la actualidad, el precio del coque metalúrgico es de US$280/tonelada, y el del coque metalúrgico de baja ceniza, de US$295/tonelada.
Los precios del coque metalúrgico y del carbón de coque siguen presionados a la baja a corto plazo, sobre todo porque la oferta de coque metalúrgico y carbón de coque supera a la demanda, y se prevé que sigan mostrando una tendencia constante a la baja.
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