کک متالورژی (Metallurgical Coke) به عنوان افزودنی، از کربن شدهکردن (کربنیزه شدن) زغال سنگ معدنی تولید میشود. این فرآیند در کورههای کککننده یا کورههای ککسازی (Coke Oven) انجام میشود. در این کورهها، زغال سنگ به دماهای بالا (حدود 1000-1100 درجه سانتیگراد) با نداشتن هوای کافی که کاملاً به CO2 تبدیل نشود، تحت فرآیند کربنیزه شدن قرار میگیرد تا به کک متالورژی تبدیل شود.
فرآیند متالورژی در کوره بلند (Blast Furnace) یکی از مهمترین روشها برای تولید آهن و فولاد از خامهای آهنی است.
در این فرآیند، مواد اولیه شامل سنگهای آهنی (مانند سنگهای مگنتیت و هماتیت)، کک (کربن شده) و مواد افزودنی معدنی (مانند سنگهای آهنی غنیسازی شده و آهنابهها) در کوره بلند به طور همزمان تزریق میشوند.
هدف اصلی این فرآیند به دست آوردن فلز آهن با خلوص بالا است که میتواند به محصولات فولادی مختلف تبدیل شود.
کک متالورژی در کوره بلند نقش های مختلف تأمین انرژی، احیاء کانه های آهن، ایجاد تخلخل برای عبور گازهای احیاء کننده و کربوره کردن چدن را دارا می باشد.
در کوره کوپل نیز کک بعنوان سوخت و عامل احیاء کننده مصرف می شود.
لازم به ذکر است که کک در صنایع ریخته گری نیز کاربرد دارد.
همچنین کک متالورژی (Nut Coke) نوعی کک است که به شکل دانههای کوچک و متراکم تولید میشود و به عنوان یکی از اجزای مهم در فرآیند کوره بلند متالورژی به کار میرود. این نوع کک از دانههای بزرگتر کک معمولی (Metallurgical Coke) که به عنوان کوکهای فلهای شناخته میشوند، متمایز است.
کک متالورژی به دلیل داشتن ساختار دانهبندی بهتر نسبت به کک فلهای، از مزایای زیر برخوردار است:
باربری بهتر:
به دلیل دانهبندی کک متالورژی، به راحتی میتوان آن را برای تزریق و ورود به کوره بلند استفاده کرد. این خاصیت باعث کاهش احتمال خاموش شدن کوره و افتهای حرارتی ناگهانی میشود.
کنترل بهتر دما:
با استفاده از کک متالورژی، توزیع یکنواخت دما در کوره بلند بهبود مییابد و این امر به تولید آهن با خلوص بالاتر کمک میکند.
کاهش هدررفت کربن:
در کوره بلند، کک تحت تأثیر گرما و فشار موجود در فرآیند گازیسازی قرار میگیرد و کربن موجود در کک به گاز CO تبدیل میشود.
کک متالورژی به دلیل داشتن حجم کوچکتر و ساختار دانهبندی بهتر، منجر به کاهش هدررفت کربن میشود و عملکرد انرژیای فرآیند بهبود مییابد.
کاهش آلودگی محیطی:
استفاده از کک متالورژی به میزان کمتری از گرما و انرژی نسبت به کوره بلند نیاز دارد که باعث کاهش آلودگی محیطی و انتشار گازهای آلاینده میشود.
کارایی بیشتر:
به دلیل مزایای ذکر شده، کک متالورژی به طور کلی باعث افزایش کارایی و بهرهوری فرآیند کوره بلند میشود.
در کل، کک متالورژی با ساختار دانهبندی بهتر و ویژگیهای منحصر به فرد خود، در فرآیند کوره بلند متالورژی به عنوان یکی از اجزای اساسی استفاده میشود که به بهبود عملکرد و کارایی این فرآیند کمک میکند.
مراحل اصلی کک متالورژی در کوره بلند عبارتند از:
تزریق مواد اولیه:
سنگهای آهنی، کک (کربن شده) و مواد افزودنی معدنی به صورت لایههای متناوب به کوره بلند تزریق میشوند.
در این مرحله، برخی از مواد افزودنی نقش ذوبکننده و جداکننده ایفا میکنند.
تولید گازها:
به دلیل بالا رفتن دما در کوره، کک آهسته به CO2 تبدیل میشود و موجب تولید گازهای برهمکنشی مانند CO و H2 میشود.
کاهش مواد:
گازهای تولید شده باعث کاهش اکسیدهای آهنی موجود در سنگهای آهنی میشوند و به فلز آهن تبدیل میشوند.
این واکنشها در دمای بسیار بالا (حدود 1500-2000 درجه سانتیگراد) اتفاق میافتد.
تشکیل شلیک:
به دلیل انجماد فلز آهن تولید شده، یک جریان ذوبشده به نام شلیک در کوره شکل میگیرد که حاوی ذرات فلزی، خاکستر و کک است.
جداسازی:
در این مرحله، شلیک از قسمتهای جامد (مانند خاکستر و نمکها) جدا میشود تا فلز آهن با خلوص مطلوب به دست آید.
تخلیه محصول:
فلز آهن به عنوان محصول نهایی از کوره بلند خارج میشود و به محیط خنککننده انتقال مییابد.
بازیافت کک:
بخشی از کک بازیافت میشود و به مجدداً به کوره بلند برای استفاده دوباره برگردانده میشود.
این فرآیند نیاز به نیروی حرارتی بالا و مواد اولیه است که باعث میشود این کورهها معمولاً به صورت پیوسته کار کنند و در اندازههای بزرگ ساخته میشوند.
همچنین، استفاده از این نوع کورهها نیازمند سیستمهای تهویه مناسب برای تزریق هوا و حذف گازهای زائد است.
کک متالورژی در کوره بلند یک فرآیند پیچیده است که تخصص و تجربه مهندسان و کارشناسان متالورژیک مورد نیاز دارد.
مزایای استفاده از کک متالورژی
استفاده از کک متالورژی (Metallurgical Coke) در فرآیندهای متالورژی و صنایع مختلف، به علت ویژگیها و مزایای منحصر به فرد آن، بسیار مهم است.
برخی از مزایای استفاده از کک متالورژی عبارتند از:
فرآیندهای متالورژی و صنایع مختلف، به علت ویژگیها و مزایای منحصر به فرد آن، بسیار مهم است. برخی از مزایای استفاده از کک متالورژی عبارتند از:
مادهی ذخیرهسازی انرژی: کک متالورژی حاوی کربن با فلزی که نقطه ذوب بالایی دارد است. این ویژگی باعث میشود که کک بتواند انرژی را در خود ذخیره کند و در فرآیندهای متالورژی، به عنوان منبع حرارتی استفاده شود.
تأمین کربن مورد نیاز: کربن، از اجزای اساسی برخی از فرآیندهای متالورژیکی مانند کوره بلند استفاده میشود. کک متالورژی به دلیل حاوی کربن با خلوص بالا، منبع مناسبی برای تأمین کربن در این فرآیندهاست.
کنترل حرارت: کک متالورژی با دارا بودن دانهبندی مناسب و توزیع یکنواخت حرارت، به کنترل دمای فرآیندها کمک میکند. این امر میتواند به بهبود کیفیت محصولات نهایی منجر شود.
کاهش مصرف زغال سنگ: با استفاده از کک متالورژی به عنوان منبع کربن، مصرف زغال سنگ در فرآیندهای متالورژی کاهش مییابد. این موضوع به محیط زیست نیز کمک میکند و میزان آلودگی هوا را کاهش میدهد.
افزایش بهرهوری فرآیند: کک متالورژی به عنوان یک منبع حرارتی با کیفیت، میتواند به بهرهوری فرآیندها کمک کند و زمان و انرژی مورد نیاز برای تولید محصولات را کاهش دهد.
کاهش هزینهها: با استفاده از کک متالورژی به عنوان جایگزین زغال سنگ در برخی از فرآیندها، هزینههای تولید محصولات کاهش مییابد و سبب افزایش سودآوری میشود.
-
ذخیره سازی انرژی
-
تامین کربن مورد نیاز
-
کنترل حرارت
-
کاهش مصرف زغال سنگ
-
افزایش بهررهوری فرآیند
-
کاهش هزینه ها