Кокс, виды кокса, применение.
Кокс – серый, твердый пористый углеродистый остаток-продукт (топливо) с высоким содержанием углерода и небольшим количеством примесей, получаемый при нагревании (коксовании) твёрдых горючих ископаемых (угля, торфа, горючих сланцев), тяжёлых остатков переработки нефти, каменноугольного пека или других органических веществ без доступа воздуха.
Свойства и требования к качеству кокса
Кокс, виды кокса: каменноугольный, литейный, доменный, пековый, нефтяной, торфяной и пр. виды кокса:
Кокс – серый, твердый пористый углеродистый остаток-продукт (топливо) с высоким содержанием углерода и небольшим количеством примесей, получаемый при нагревании (коксовании) твёрдых горючих ископаемых (угля, торфа, горючих сланцев), тяжёлых остатков переработки нефти, каменноугольного пека или других органических веществ без доступа воздуха.
Соответственно в зависимости от вида перерабатываемого исходного сырья и температуры различают каменноугольный, пековый (электродный), торфяной и нефтяной кокс, а также полукокс.
Каменноугольный кокс (от нем. «Koks» и англ. «coke») – твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путём коксования каменного угля при температурах 950-1100 °С без доступа кислорода в течение 14-18 часов.
Теплота сгорания каменноугольного кокса составляет около 29-30 Мдж/кг, пористость – 49-53 %, истинная плотность – 1,80-1,95 г/см³, кажущаяся плотность – около 1 г/см³, насыпная масса – 40-500 кг/м³.
В свою очередь каменноугольный кокс в зависимости от назначения использования подразделяется на:
– доменный кокс,
– литейный кокс,
– бытовой кокс
– и специальные виды кокса.
Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного. Как правило, используются куски литейного кокса размером 60-80 мм. Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25 мм и не более 80 мм. Как правило, используются куски доменного кокса размером 25-60 мм. Данные виды кокса также различаются по содержанию серы, зольности, прочности и количеству мелких фракций.
В любом случае лучшим для производства является наиболее прочный малозольный и малосернистый кокс, содержащий небольшое количество мелких фракций.
Нефтяной кокс (углерод нефтяного происхождения) – твёрдый остаток серого цвета, получаемый при вторичной переработки нефти или нефтепродуктов. Нефтяной кокс получают в результате крекинга – химического технологического процесса, основанного на термической обработке, который расщепляет длинноцепочечные углеводороды нефти на более короткие цепочки.
Пековый кокс (электродный кокс) – твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый при коксовании каменноугольного пека.
Торфяной кокс – твёрдый углеродистый остаток серого цвета, получаемый при термическом разложении малозольного торфа верхового типа.
Полукокс – переработанное твёрдое топливо (каменный, бурый уголь и антрацит, сланец, торф), нагретое без доступа кислорода при температуре вдвое ниже, чем температура коксования.
Широкое распространение получил каменноугольный кокс. На него приходится основное производство кокса.
По своему химическому составу кокс состоит из углерода С (96-99,5 % в зависимости от исходного сырья), а также водорода Н, серы S, азота N и кислорода O. Также содержатся примеси различных металлов и неметаллов (алюминия, бора, ванадия, железа, калия, кальция, кобальта, кремния, магния, марганца, молибдена, натрия, никеля, титана, хрома, )
Для различных видов кокса применяются различные технологии коксования.
Свойства и требования к качеству кокса:
ГОСТами установлены требования к качеству кокса различных видов.
Требования к качеству каменноугольного литейного кокса установлены ГОСТом 3340-88 «Кокс литейный каменноугольный. Технические условия».
В зависимости от массовой доли серы литейный кокс делят на марки КЛ-1, КЛ-2, КЛ-3, в зависимости от размера кусков – на классы 60 мм и более и 40 мм и более. Литейный кокс класса 40 мм и более допускается вырабатывать до 01.01.91 г.
По показателям качества каменноугольный литейный кокс должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в Таблице 1.
Таблица 1.
| Наименование показателя
|
Норма для марки и класса | |||||
| КЛ-1 | КЛ-2 | КЛ-3 | ||||
| 60 мм и более | 40 мм и более | 60 мм и более | 40 мм и более | 60 мм и более | 40 мм и более | |
| 1. Массовая доля общей серы Sdt, %, не более | 0,6 | 1,0 | 1,4 | |||
| 2. Зольность Ad, %, не более | 12,0 | 11,0 | 11,5 | |||
| 3. Массовая доля общей влаги в рабочем состоянии топлива Wrt, %, не более | 5,0 | 5,0 | 5,0 | |||
| 4. Показатель прочности М40, %, не менее | 76 | 73 | 78 | 77 | 78 | 77 |
| 5. Массовая доля кусков размером менее нижнего предела, %, не более | 14 (20) | 6 | 14 (20) | 6 | 14 (20) | 6 |
| в том числе кусков менее 40 мм, %, не более | 5 | – | 5 | – | 5 | – |
| Примечания:
1. Для кокса марки КЛ-1 Череповецкого металлургического комбината массовая доля общей серы должна быть не более 0,8% и до 01.01.91 г. массовая доля кусков размером менее нижнего предела в коксе сухого тушения класса 40 мм и более – не более 7,0%. 2. Кокс с нормами, указанными в скобках, допускается до 01.01.91 г. 3. Массовая доля общей влаги для кокса марки КЛ-1 Калининградского КГЗ должна быть не более 6,0%. 4. Для кокса сухого тушения массовая доля общей влаги не нормируется и не определяется. |
||||||
Требования к качеству каменноугольного доменного кокса установлены ГОСТом 5.1261-72 «Кокс доменный из углей Донецкого и Кузнецкого бассейнов и шихты Череповецкого металлургического завода. Требования к качеству аттестованной продукции (с Изменением N 1)».
По показателям качества каменноугольный доменный кокс должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в Таблице 2.
Таблица 2.
| Наименования показателей | Нормы |
| 2. Зольность (Ac), %: | |
| средняя | 10,6 |
| предельная | 11,0 |
| 3. Содержание серы (Sсоб), %: | |
| среднее | 0,62 |
| предельное | 0,70 |
| 4. Выход летучих веществ (V), %, не более | 1,0 |
| 5. Показатель прочности М25, %: | |
| средний | 86 |
| предельный | 84 |
| 6. Показатель прочности M10, %: | |
| средний | 7,5 |
| предельный | 9,5 |
| 7. Содержание мелочи (куски размером менее 25 мм), %: | |
| среднее | 2,0 |
| предельное | 4,0 |
Требования к качеству малосернистого нефтяного кокса установлены ГОСТом 22898-78 «Коксы нефтяные малосернистые. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3, 4, 5, 6)».
ГОСТом 22898-78 определены марки малосернистого нефтяного кокса (Таблица 3).
Таблица 3.
| Марка малосернистого нефтяного кокса | Технология изготовления | Область применения |
| КНПС-СМ | Коксование в кубах смолы пиролиза | Производство углеродных конструкционных материалов специального назначения |
| КНПС-КМ | То же | Производство углеродных конструкционных материалов |
| КНГ | Коксование в кубах прямогонных, крекинговых и пиролизных остатков | Производство графитированной продукции |
| КЗГ | Замедленное коксование (кокс с размером кусков свыше 8 до 250 мм) | То же |
| КЗА | То же | Алюминиевая промышленность |
| КНА | Коксование в кубах прямогонных и крекинговых остатков | То же |
| КЗО | Замедленное коксование (коксовая мелочь с размером кусков до 8 мм) | Производство абразивов и другой продукции |
По показателям качества малосернистый нефтяной кокс должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в Таблице 4.
Таблица 4.
| Наименование показателя
|
Норма для марки | |||||||
| КНПС-СМ высший сорт ОКП 02 5821 0111 |
КНПС-КМ первый сорт ОКП 02 5821 0112 |
КНГ ОКП 02 5821 0115 | КЗГ ОКП 02 5821 0132 | КЗА высший сорт ОКП 02 5821 0141 | КЗА первый сорт ОКП 02 5821 0142 | КНА ОКП 02 5821 0121 | КЗО ОКП 02 5821 0171 |
|
| Специальный | Электродный | Коксовая мелочь | ||||||
| 1. Массовая доля общей влаги, %, не более | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 |
| 2. Массовая доля летучих веществ, %, не более | 6,0 | 6,0 | 8,0 | 9,0 | 7,0 | 9,0 | 8,0 | 11,5 |
| 3. Зольность, %, не более | 0,15 | 0,30 | 0,50 | 0,60 | 0,40 | 0,60 | 0,50 | 0,80 |
| 4. Массовая доля серы, %, не более | 0,20 | 0,40 | 1,00 | 1,00 | 1,20 | 1,50 | 1,00 | 1,50 |
| 5. Массовая доля мелочи, %, не более: | ||||||||
| куски размером меньше 25 мм | 4,0 | 4,0 | – | – | – | – | – | – |
| куски размером меньше 8 мм | – | – | 10,0 | 10,0 | 8,0 | 10,0 | 10,0 | – |
| 6. Действительная плотность после прокаливания при 1300 °С в течение 5 ч, г/см3 | 2,04- -2,08 |
2,04- -2,08 |
2,08- -2,13 |
2,08- -2,13 |
2,10- -2,13 |
2,08- -2,13 |
2,08- -2,13 |
– |
| 7. Истираемость, %, не более | 9,0 | 11,0 | – | – | – | – | – | – |
| 8. Массовая доля, %, не более: | ||||||||
| кремния | – | – | – | – | 0,04 | 0,08 | 0,04 | – |
| железа | – | – | – | – | 0,05 | 0,08 | 0,05 | – |
| ванадия | – | – | – | – | 0,01 | 0,015 | 0,012 | – |
| 9. Оценка микроструктуры, балл, не менее | Не норми- руется | Не норми- руется | – | – | – | – | – | – |
Примечания:
|
||||||||
Требования к качеству пекового кокса (электродного кокса) установлены ГОСТом 3213-91 «Кокс пековый электродный. Технические условия».
В зависимости от зольности и массовой доли общей серы пековый электродный кокс делят на марки: КПЭ-1; КПЭ-2 и КПЭ-3.
По показателям качества пековый электродный кокс должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в Таблице 5.
Таблица 5.
| Наименование показателя | Норма для марки | |||
| КПЭ-1 | КПЭ-2 | КПЭ-3 | ||
| Высший сорт | Первый сорт | |||
| ОКП 07 7110 1109 |
ОКП 07 7110 1100 |
ОКП 07 7110 1200 |
ОКП 07 7110 1300 |
|
| 1. Зольность, %, не более | 0,25 | 0,30 | 0,30 | 0,50 |
| 2. Массовая доля общей серы, %, не более | 0,25 | 0,30 | 0,70 | 0,70 |
| 3. Массовая доля общей влаги, %, не более | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 |
| 4. Выход летучих веществ, %, не более | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| 5. Массовая доля кусков размером менее 25 мм, %, не более | 9,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| 6. Удельное электрическое сопротивление, Ом/мм, не более | 550·10-6 | 600·10-6 | 600·10-6 | 600·10-6 |
| 7. Массовая доля оксида натрия, %, не более | 0,06 | 0,06 | 0,06 | 0,06 |
Примечания:
|
||||
Применение кокса:
Каменноугольный кокс используется в доменных печах (доменный кокс) для выплавки чугуна, как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса).
Нефтяной кокс используется для изготовления электродов, графитированной продукции и коррозионностойкой аппаратуры, используется как восстановитель при получении ферросплавов и других целей, для производства углеродных конструкционных материалов, в т.ч. специального назначения, абразивов и другой продукции, в алюминиевой промышленности.
Пековый кокс (электродный кокс) используется для изготовления анодной массы, обожжённых анодов, в цветной металлургии и других целей.
Торфяной кокс используется в качестве сорбента – активированных углей (в ассенизации, сахарном и винокуренном производствах), в кузнечном деле для сварки и поковки металла, при выплавки чугуна в домнах, при получении ферросплавов, для агломерации железных руд и других целей.