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Il coke metallurgico è una materia prima indispensabile nella produzione di ferro e acciaio ed è fondamentale per il processo di produzione del ferro in altoforno. In un ambiente a basso contenuto di ossigeno, il carbone viene riscaldato a 900-1100 °C e poi distillato a secco per crearlo (compresa la brezza del coke). A questa temperatura elevata, il carbone rilascia volatili e umidità e la parte solida rimanente si trasforma in un materiale poroso. materiale in carbonio chiamato coke. Il coke non è solo la base della produzione di ferro, ma anche un motore vitale dell'intero processo di produzione del ferro.
Nell'altoforno, il coke fornisce una fonte di carbonio per la reazione di riduzione del minerale di ferro e sostiene la struttura del forno per mantenerlo stabile. Il coke reagisce con l'ossigeno dell'aria per produrre monossido di carbonio, che reagisce con l'ossido di ferro del minerale per ridurlo in ferro metallico e rilasciare anidride carbonica.
Il coke non agisce solo come agente riducente, ma la sua struttura robusta sostiene anche il minerale di ferro e il calcare, garantendo il normale funzionamento di tutto il forno. La struttura porosa del coke favorisce la penetrazione del flusso di gas e aumenta l'efficienza della reazione. La struttura a grana fine del coke (circa 1,5 micron) ottimizza l'ambiente di reazione all'interno dell'altoforno, rendendo più efficiente la reazione di riduzione.
Le cokerie specializzate svolgono generalmente la produzione di coke. Le squadre di costruzione in genere costruiscono i forni a coke con un'altezza di 6 metri, una profondità di 15 metri e una larghezza di 0,5 metri, impilando più unità per formare un sistema di produzione su larga scala. La carica di coke di carbone viene riscaldata a circa 1000°C all'interno della cokeria riscaldando le pareti.
Durante questo processo, le sostanze volatili presenti nel carbone, come gas e catrami, vengono rilasciate e riciclate per essere convertite in coke. Ogni cokeria può trattare da 15 a 30 tonnellate di carbone, che si forma gradualmente durante un processo di carbonizzazione di circa 18 ore.
I volatili vengono recuperati come sottoprodotti e spesso utilizzati nella produzione di fertilizzanti o prodotti chimici, consentendo alla produzione di coke di andare oltre il fabbisogno di ferro e promuovendo un uso efficiente delle risorse.
Diversi parametri di processo hanno un impatto sulla qualità e sulla produttività del coke. In primo luogo, la resistenza del coke è fondamentale: deve essere abbastanza forte da sostenere il carico di minerale di ferro nell'altoforno. In secondo luogo, è necessario controllare la reattività del coke per garantire che possa ridurre in modo efficiente gli ossidi di ferro.
La struttura a mosaico a grana fine del coke è un importante indicatore di qualità, che migliora la reattività del coke e promuove la velocità della reazione di riduzione. Pertanto, gli operatori devono controllare rigorosamente parametri quali il rapporto carbone-coke, la temperatura di riscaldamento della cokeria e il tempo di carbonizzazione durante la produzione. Questi fattori influenzano direttamente la qualità finale e l'efficienza produttiva del coke. Questi fattori influenzano direttamente la qualità finale e l'efficienza produttiva del coke.
Il coke metallurgico deve resistere alla frantumazione e all'abrasione per funzionare in modo stabile nell'altoforno. La sua struttura dei pori influenza anche in modo significativo il flusso di gas, assicurando che la reazione possa procedere senza intoppi. Anche la conducibilità termica, la densità, la materia volatile e l'umidità del coke influiscono sulle sue prestazioni.
La composizione principale del coke metallurgico è costituita da carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo e il rapporto tra questi elementi determina direttamente le sue prestazioni. I metodi di combustione standard per misurare il contenuto di carbonio e idrogeno sono l'alta temperatura, la trasformazione del carbonio in anidride carbonica, l'idrogeno in vapore acqueo e il gas attraverso l'assorbimento di assorbenti. Poi si calcola l'aumento di peso per ottenere il rapporto. In genere analizzano il contenuto di azoto convertendolo in ammoniaca, mentre misurano lo zolfo mediante combustione ad alta temperatura. Il metodo della differenza semplice, che sottrae 100% dal contenuto degli altri elementi, estrapola il contenuto di ossigeno.
Il coke metallurgico è essenziale per la produzione di ferro in altoforno e fornisce una fonte di carbonio per il minerale di ferro. Con l'aumento della domanda di ferro e acciaio, aumenta anche il fabbisogno di coke metallurgico. Fornisce una fonte di carbonio come agente riducente e aiuta il flusso di gas a penetrare attraverso la sua struttura di pori, assicurando che la reazione dell'altoforno possa procedere in modo efficiente.
Tuttavia, la produzione di coke metallurgico presenta anche problemi ambientali. Per ogni 1.000 tonnellate di coke prodotto, il processo genera 1.000 metri cubi di acque reflue altamente pericolose. Ciò comporta il consumo di grandi quantità di risorse idriche, una sfida che l'industria siderurgica deve ora affrontare.
La produzione di coke metallurgico richiede specifiche proprietà chimiche e fisiche. Queste proprietà comprendono la resistenza meccanica, la struttura dei pori, la densità e la conduttività termica del coke. Per quanto riguarda la resistenza meccanica, l'attenzione si concentrerà sulla resistenza alla compressione, alla frantumazione e all'abrasione del coke. Queste proprietà sono essenziali perché la capacità del coke di resistere ai carichi e all'attrito ne impedisce la frantumazione ad alte pressioni.
Il coke ha una buona struttura dei pori, come la porosità e la corretta distribuzione dei diametri dei pori, che hanno un impatto essenziale sulla permeabilità del flusso di gas e migliorano l'efficienza della reazione dell'altoforno. Inoltre, un fattore essenziale che influenza la struttura dei pori è legato alla densità del coke.
I fattori critici che influenzano la struttura dei pori sono associati alla densità del coke, perché la densità riflette la tenuta della struttura dei pori del coke. Una comprensione approfondita della densità rivela che essa influisce anche sulla resistenza meccanica del coke, per cui maggiore è la densità del coke metallurgico, migliore è la sua resistenza meccanica.
Infine, anche la conducibilità termica delle proprietà fisiche influisce sulla distribuzione uniforme della temperatura dell'altoforno e la conducibilità termica del coke influisce sulla conducibilità termica dell'altoforno.
I requisiti delle proprietà chimiche si concentrano principalmente sul contenuto di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo del coke. Ad esempio, il processo riduce sostanzialmente l'elevato contenuto di carbonio del coke, influenzando la sua capacità di reazione di riduzione nel processo di produzione del ferro. Anche il contenuto di zolfo è strettamente controllato, perché un elevato contenuto di zolfo influisce sul processo di produzione del ferro e riduce la reattività del coke. Gli operatori devono assicurarsi che l'elevato contenuto di questi elementi chimici non influisca sul processo di produzione del ferro e devono prestare attenzione agli elementi nocivi presenti nel coke, come il fosforo e il vanadio. Controllando i loro livelli, i tecnici possono prevenire una riduzione della reattività del coke.
Il coke metallurgico e il coke da fonderia appartengono alla categoria del coke, un combustibile solido. Tuttavia, il 90% del coke metallurgico è utilizzato principalmente negli altiforni per la produzione di ferro, ed è chiamato coke d'altoforno. Il coke da fonderia, utilizzato esplicitamente nei forni per la fusione della ghisa, è il combustibile principale per questo processo.
Il tasso di reazione, la porosità, la resistenza meccanica e altre proprietà del coke riflettono le loro differenze. Ad esempio, il coke metallurgico utilizzato nell'altoforno ha un tasso di reazione più elevato per sostenere il processo di riduzione nell'altoforno. Tuttavia, il coke da fonderia richiede calore, quindi il tasso di reazione del coke è inferiore. Il coke metallurgico ha una grande porosità (35%-50%).
Il coke da fonderia deve garantire una migliore efficienza di trasferimento del calore e richiede una porosità minore per rendere il coke più compatto. Inoltre, il met coke ha bisogno di un maggior grado di resistenza meccanica. Il coke da fonderia ha bisogno di una pseudo-densità più elevata per aumentare il potere calorifico e la resistenza alle alte temperature.
Il coke metallurgico e il coke da colata differiscono in modo significativo per quanto riguarda i requisiti di produzione e di prestazione. Tuttavia, hanno gli stessi standard per quanto riguarda il controllo delle ceneri e del contenuto di zolfo.
Il coke di petrolio è un prodotto solido combustibile che si differenzia dal coke metallurgico per composizione, proprietà fisiche e campi di applicazione.
In primo luogo, il componente principale del coke metallurgico è il carbonio, che contiene una certa quantità di sostanze volatili, ceneri (10%) e zolfo. Carbonio è il componente principale del coke di petrolio, con un basso contenuto di ceneri (5%), derivante dalla rimozione di molti caricatori dalle materie prime dopo la cokizzazione.
Dal punto di vista fisico, il coke metallurgico ha un'elevata resistenza meccanica e una grande porosità (35%-50%). Il coke da petrolio ha una struttura particellare densa e a nido d'ape, una grande porosità e una forma ovale.
Il coke metallurgico è utilizzato principalmente altoforno e processi di trasformazione per applicazioni sul campo. È anche una materia prima essenziale per l'industria siderurgica, il cui ruolo principale è quello di partecipare alle reazioni metallurgiche per produrre ferro fuso.
L'uso principale del coke di petrolio è quello di produrre elettrodi di grafiteÈ inoltre ampiamente utilizzata nella produzione di ferro con forno elettrico ad arco, per creare materiali di grafite altamente conduttivi.
Il prezzo complessivo del mercato è rimasto stabile negli ultimi tempi. Attualmente, il prezzo del coke metallurgico è pari a US$280/ton e il prezzo del coke metallurgico a basso contenuto di ceneri è US$295/ton.
I prezzi del coke metallurgico e del carbone da coke sono ancora sotto pressione al ribasso nel breve termine, in quanto l'offerta di coke metallurgico e di carbone da coke supera la domanda e si prevede che continuerà a mostrare una costante tendenza al ribasso.
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