Каменноугольный кокс

Кокс каменноу́гольный(отнем.Koksиангл.coke) — твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путёмкоксованиякаменного угляпри температурах 950—1100 °С без доступакислородав течение 14—18 часов.
Каменноугольный кокс является наиболее распространённым твёрдым топливом, использующимся вдоменных печахдля выплавкичугунаи других шахтных печах.
Начиная сжелезного века, основным видом твёрдого топлива, использовавшимся для производства металла всыродутных горнах, а затем в домницах идоменных печахбылдревесный уголь. В XVI—XVIII веках в Европе обострилась проблема истощения лесов, в связи с чем начали проводиться опытные доменные плавки с использованиемкаменного угля. Все они были безуспешными. В результате экспериментовАбрахама Дарби Iпо созданию искусственного топлива в XVIII веке был открыт каменноугольный кокс. Первая доменная плавка на каменноугольном коксе была осуществлена в Великобритании его сыномАбрахамом Дарби IIв 1735 году.
К середине XX века каменноугольный кокс стал единственным видом топлива для выплавки чугуна в больших доменных печах.
Состав:
Физические свойства:
Различают следующие последовательные стадии коксования каменного угля:
Коксование угля производят вкоксовых печах, 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 вкоксовые батареи.
Выше 900 °C легко восстанавливаетСО2(С + СО2= 2СО); при 1000 °C скорость процесса (стандартная реакционная способность кокса) в расчете на 1 г кокса 0,1—0,2 млСО2за 1 с,энергия активации140—200 кДж/моль. Скорость взаимодействия сО2(С +О2= СО2), или горючесть кокса, значительно выше, чем сСО2, и составляет при 500 °C около 0,1 млО2за 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), связанныеВан-дер-Ваальсовыми силами, статистически занимают несколько возможных положений (например, накладываются один на другой). Наряду с атомамиуглеродав пространственной решетке кокса, особенно в её периферийной части, могут располагатьсягетероатомы(S, N, O).
Строение и свойства кокса каменноугольного зависят от состава угольнойшихты, конечной температуры и скорости нагрева коксуемой массы. С увеличением содержания вшихтегазовых и др. углей, характеризующихся малой степеньюметаморфизма, 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, апористостьего 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.
Каменноугольный кокс применяют для выплавкичугуна(доменныйкокс) как высококачественное бездымноетопливо, восстановитель железнойруды, разрыхлитель шихтовых материалов. Кокс используют также как ваграночное топливо влитейном производстве(литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), вхимическойиферросплавнойотраслях 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 пористойкоксовой насадки. Каменноугольный кокс является наиболее распространённым твёрдым топливом, использующимся вдоменных печахдля выплавкичугунаи 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 вКНР.
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 содержаниесеры(менее 3,5 %), выход летучих веществ (V) составляет 15—37 %. По способности к коксообразованию коксующиеся угли подразделяются на 5 категорий — коксовые, жирные, отощённые коксовые, газовые и слабоспекающиеся. В стандартахСССРк коксующимся углям относили угли марок Г, ГЖ, Ж, КЖ, К, К2, OC и CC.
Коксующиеся угли добываются вСНГ(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 углевитрена(отлат.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.