کک متالورژی چیست
کک برای اولین بار در سال ۱۸۴۱ در انگلستان توسط آبراهام داربی استفاده گردید. پس از آن کک جای زغال چوب و آنتراسیت راگرفت و بعنوان یک سوخت مهم در صنایع آهن و فولاد قرارگرفت دراین روش داربی با گرم کردن زغال سنگ در اتاقک های کاملا آب بندی شده و بدون حضور هوا به جای سنگ در کوره بلند و جهت تولید چدن مورد استفاده قرار داد. این درحالی بود که آمریکا یکصد سال بعد استفاده از کک را در ذوب آهن متداول ساخت.
کک از واژه لاتین cake به معنای پختن اقتباس گردیده است. کک عبارتست از زغال سنگ پخته شده ،کک در فرهنگ فارسی به قسمی از زغال سنگ که خوب میسوزد وحرارت بسیار تولید می کند گفته می شود.
کک متالورژی ماده ای سیاه و متخلخل است که از کربن تقریباً خالص تشکیل شده است. این ماده از حرارت دادن مواد آلی نظیر زغال سنگ، چوب و نفت در غیاب اکسیژن و هوا و در دمای بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد و تحت زمان و فشار مشخص بدست می آید. با انجام این فرایند مواد فرار موجود در زغال سنگ به صورت گاز خارج شده و ماده جامد سیاه رنگ و متخلخلی به نام کک به دست می اید.
اهمیت تولید کک متالورژی
کک، سوخت بهتری نسبت به زغال سنگ است زیرا کک در هنگام سوختن گرمای بیشتری نسبت به زغال سنگ تولید می کند. همچنین کک ارزش حرارتی بالاتری نسبت به زغال سنگ دارد. هنگامی که توده های مساوی از کک و زغال سنگ می سوزند، کک گرمای بیشتری تولید می کند. به همین دلیل، تولید کک متالورژی نقش حیاتی در صنعت فولاد ایفا میکند. همچنین از انجایی که فرآیند تولید کک متالورژی یکی از فرآیندهای بسیار مهم در صنعت فولاد است. (زیرا کک متالورژی اصلی ترین سوخت کوره های بلند برای خالص سازی سنگ آهن به شمار می آید)؛ کیفیت آن و قیمت آن برای صاحبان این صنایع بسیار حائز اهمیت است. نحوه تولید کک متالوژی تضمین کننده کیفیت نهایی آن است. اگر که تولید این محصول در شرایط کاملا استاندارد انجام پذیرد قطعا درصد خلوص آن تا حد استاندارد بالا خواهد بود، و بهترین گزینه برای خالص سازی آهن در کوره های بلند به شمار می آید. اما در صورتی که درصد خلوص آن پایین باشد، این محصول کیفیت کافی را نخواهد داشت.
تولید کک متالورژی
استخراج زغال متالورژی از معادن زغال سنگ انجام می شود. این زغال پس از استخراج به کوره های مخصوص فرستاده شده و در نهایت کک متالورژی از آن تولید می شود. (تقریبا یک و نیم تن زغال سنگ متالورژی برای تولید یک تن کک مورد نیاز است) اما چگونگی ساخت کک متالورژی از این نوع زغال سنگ پر کربن، یک فرآیند پیچیده است. طی این فرآیند می بایستی زغال سنگ در دمای بسیار بالا تا حدود ۲۵۰۰ درجه فارنهایت حرارت ببیند. البته این فرایند باید کاملا در خلا انجام پذیرد، انجام فرایند در خلا باعث می شود که زغال سنگ نسوخته و شروع به ذوب شدن کند. همچنین درجه حرارت بالا ناخالصی های ناخواسته مانند هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و گوگرد را بی ثبات کرده و از زغال سنگ جدا شده و کربن خالص باقی می ماند. گازهای خروجی را نیز می توان جمع اوری و بازیابی کرد و یا به عنوان منبع گرما مورد استفاده قرار داد..
پس از خنک شدن، در نهایت محصول باقیمانده در کوره، یک ماده سیاه رنگ به نام کک است که مقادیر بسیار ناچیزی رطوبت، خاکستر و حدود ۱ درصد گوگرد نیز دارد. فرآیند تولید این محصول نقش بسیار ارزنده ای در تعیین کیفیت نهایی آن دارد. اما بهتر است بدانید که کیفیت خود زغال امروزه برای تضمین کیفیت کک تولید شده بسیار حائز اهمیت است. در صورتیکه زغال متالورژی حاوی مقادیر بسیار زیاد ناخالصی باشد، قطعا کک به دست آمده نیز درصد کربن کمتر و درصد بیشتر ناخالصی خواهد داشت.
محصولات کک سازی:
محصولات متعددی هنگام کک سازی بدست می آید. به عنوان مثال از یک تن زغال کک شو محصولات بدست امده به شرح زیر است:
• ۸۰۰-۶۰۰ کیلوگرم کک مناسب کوره بلند
• ۱۰۰-۵۰ کیلوگرم خرده کک
• ۳۵۸-۲۹۶ مترمکعب گاز کوره کک سازی
• ۴/۴۵ – ۳/۳۰ لیتر قطران
• ۸/۱۳ – ۱۰ کیلوگرم سولفات آمونیوم
• ۵/۱۳۲ – ۸/۵۶ لیتر آمونیاک
• ۱/۱۵ – ۵/۹ لیتر روغن های سبک
بدیهی است که نسبت و مقدار این مواد تابع نوع زغال کک شو، دما و روش کک سازی و بازیابی است
کاربردهای کک:
فولادسازی:
از جمله کاربردهای گسترده کک متالورژی می توان به استفاده های فراوان از آن در کوره های بلند، در صنایع ذوب فلزات و در صنعت فرو آلیاژها اشاره کرد. در واقع کک متالورژی یکی از اصلی ترین سوخت های کوره بلند به حساب می آید که نه تنها نقش تامین انرژی و گرما را در این کوره ها بر عهده دارد، بلکه باعث خالص سازی آهن و جداسازی اکسیژن از آن نیز می شود. (توضیح: عدم وجود کک باعث کند شدن روند احیای آهن می شود. کربن موجود در کک متالورژی باعث جدا کردن پیوند اکسیژن و آهن می شود و همین مسئله نیز در خالص سازی آهن بسیار تاثیر گذار است. هنگامی که کیفیت آهن نهایی و درصد خلوص آن بالاتر باشد قطعا کیفیت فولاد تولید شده نیز به مراتب بالاتر خواهد بود) بیان شده است که برای تولید هر تن آهن خام به روش کوره بلند به حداقل ۵/۱ تن سنگ آهن و ۴۵۰ کیلوگرم کک متالورژیکی نیاز است.
تولید فروآلیاژها:
در تولید انواع فروآلیاژها از جمله فروکروم، فرومنگنز و فرو مولیبدن که جزو ترکیبات اصلی فولادهای ضد زنگ و مقاوم به سایش و ضربه هستند نیز وابسته به کک متالورژی است. بدین صورت که کوره های تولید این محصولات با استفاده از کک متالورژِی گرم می شوند.
چدن ها:
یکی دیگر از زمینه های استفاده از کک متالورژی در تولید چدن است. قطعات ریخته گری و مختلف که از جنس چدن های کم کربن و پرکربن هستند نیز در کوره های گرم شده با کک متالورژی تولید می شوند.
کارخانههای آلومینیوم:
امروزه در دنیا کک زغال سنگ به عنوان عامل احیاء کننده درذوب فلزاتی مثل روی و آلومینیوم به کار می رود. استفاده از کک متالورژی در فرآیند تولید آلومینیوم، باعث کاهش هزینههای تولید و بهبود کیفیت محصول نهایی میشود.
صنایع شیمیایی:
کک متالورژی به عنوان یکی از مواد پایه در تولید فرآوردههای شیمیایی از جمله مواد حفاری، باطریهای لیتیومی، فیلترهای صنعتی و غیره، به کار میرود. استفاده از کک متالورژی در این صنایع، باعث بهبود کیفیت محصولات و کاهش هزینههای تولید میشود.
سایر صنایع:
کک متالوژی در صنایع مختلفی مانند صنایع سرامیک، صنایع معدنی و غیره به کار میرود. استفاده از کک متالورژی در این صنایع، باعث بهبود کیفیت و کاهش هزینههای تولید میشود.
