در زیر یک نمونه آنالیز کک و پارامترهای خواص مکانیکی و شیمیایی ان بیان شده است

خواص فیزیکی کک
هر چقدر که درصد کربن باقیمانده در کک بیشتر باشد، کک متالورژی نیز کیفیت بالاتری خواهد داشت

دانه بندی کک:
دانه بندی بهینه کک در کوره بلند بر حسب شرایط کاری کوره، نوع و دانه بندی بار آن متغیر است.
امروزه در کوره بلند از بار ورودی با اندازه کنترل شده مانند گندله یا کلوخه استفاده می شود در نتیجه اندازه ذرات کک اهمیت زیادتری پیدا کرده است و از این رو اندازه قابل قبول دانه های کک نیز کاهش می یابد.
معمولا دانه بندی بین ۲۰ تا ۱۰۰ میلی متر را مناسب می دانند و بایستی ۷۰ درصد ذرات اندازه های بزرگتر از ۷۰ میلیمتر را داشته باشند و در صد دانه های کمتر از ۲۰ میلیمتر نباید بیشتر از ۵ درصد باشد .
از کک با سایز ۱۰ – ۲۵ میلیمتر برای صنایع آگلومراسیون، کوره های ریخته گری، صنایع فروآلیاژها و صنایع قند و شکر استفاده می شود.
دانه بندی ۱۰ – ۰ میلیمتر نیز به کارگاه بریکت سازی منتقل می شود که مورد مصرف صنایع ریخته گری و فروآلیاژها می باشد.
کک متالورژی عموما در بخش خصوصی با دانه بندی های ۳-۰ , ۵-۰ , ۱۰-۰ , ۱۵-۰ , ۱۵-۵  , ۳۰-۵,  ۲۵-15و بیشتر از 30mm عرضه می گردد

 

خواص شیمیایی کک

 

خاکستر کک
خاکستر کک حاوی اکسیدهای مختلفی از جمله اکسید سیلیسیم، آلومینا، اکسید آهن، اکسید منیزیم و اکسید کلسیم است.  خاکستر کک ناشی از مواد معدنی درونی زغال سنگ است و عامل چسباننده می باشد و وجود آن پایداری کک را افزایش می دهد، احتراق کک، بازدهی ذوب و عملیات کوره را بهبود می بخشد. اما ذکر این نکته ضروری است که خاکستر بخش غیر قابل احتراق کک نیز می باشد و افزایش آن ارزش حرارتی کک را کاهش می دهد. از طرف دیگر چون مواد موجود در خاکستر کک در کوره بلند احیاء نشده و دمای ذوب بالایی دارند وارد سرباره می شوند در نتیجه برای ذوب آنها به مواد روان ساز و کمک ذوب نیاز است از این رو افزایش مقدار خاکستر کک، حجم سرباره کوره بلند را افزایش می دهد.
بنابراین کاهش خاکستر کک باعث افزایش تولید و کاهش مصرف کک می شود. معمولا خاکستر کمتر از ۱۲ درصد را قابل قبول می دانند. برای اندازه گیری میزان خاکستر وزن معینی از کک را در کوره در دمای ۹۵۰ درجه سانتیگراد حرارت می دهند تا کاملا بسوزد وزن باقی مانده میزان خاکستر را نشان می دهد.

 

رطوبت کک:
رطوبت کک به نحوه تولید، حمل و نقل و شیوه انبار کردن بستگی دارد. مقدار رطوبت کک بین ۲ تا ۶ درصد متغیر است اما حداکثر رطوبت مجاز آن ۲ تا ۳ درصد است .البته رطوبت موجود در کک بلافاصله با گرم شدن در کوره از بین می رود اما مقداری از ارزش حرارتی در اثر این عمل تلف می شود بنابراین با زیاد شدن رطوبت کک، ارزشی حرارتی آن کاهش می یابد همچنین بر روی وزن کک هم اثر دارد. مقدار رطوبت کک را از روی اختلاف وزن نمونه در ابتدا و پس از خشک کردن تعیین می گردد.
این در صورتی است که وجود رطوبت و گوگرد تاثیر نامطلوب بر عملکرد آن در کوره خواهد داشت. همچنین وجود گوگرد باعث اختلال در فرایند خالص سازی آهن در کوره های بلند می ‌شود.
 مواد فرار:
مواد فرار درون کک شامل نیتروژن، هیدروژن و هیدروکربن ها می باشند که بایستی ۲/۱ درصد باشد. مقدار و ترکیب شیمیایی مواد فرار کک تابع دمای کک سازی است . با افزایش دمای کک سازی از ۵۰۰ به ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد مقدار دی اکسید کرین کک حدود سه برابر کاسته اما نیتروژن آن پنج برابر افزایش می یابد. برای اندازه گیری مواد فرار، مقدار معینی از کک را در یک کوره موفلی در دمای حدود ۹۵۰ درجه سانتیگراد حرارت داده و حجم گاز های آزاد شده را تعیین می کنند .

 

گوگرد و فسفر:
این دو ماده و ترکیبات آنها از مهمترین ناخالصی های مضر کک می باشند مصرف کک در کوره بلند حدود ۵۰۰ کیلوگرم به ازای یک تن چدن است لذا حتی مقدار کمی از ناخالصی های مضر موجود در کک باعث آلودگی چدن تولیدی خواهد شد و علاوه بر این باعث کاهش ارزش حرارتی کک می شوند.
مقدار جذب این مواد در چدن تابع مقدار آنها در کک و دمای کوره بلند است، بایستی توجه کرد که حدود ۸۰ تا ۹۵ درصد کل گوگرد و عمده فسفر کوره بلند از طریق کک وارد می شود.
مقدار گوگرد و فسفر بایستی کمتر از ۱ درصد باشد و مقدار فسفر کک از طریق تجزیه خاکستر و مقدار گوگرد به روش کالری متری اندازه گیری می شود.

کربن ثابت :
تنها قسمت مفید کک برای سوختن، کربن آن است که اهداف اصلی کک کوره بلند را تأمین می کند. مقدار کربن باقی مانده در کک معیار ارزش حرارتی آن است. برای تعیین آن مجموع درصدهای خاکستر، مواد فرار، رطوبت و گوگرد کک را از ۱۰۰ کم کرده تا کربن ثابت بدست آید. . یک کک متالورژی با کیفیت می بایست حداقل ۸۰ الی ۹۰ درصد کربن داشته باشد. مابقی آن یعنی ۱۰ الی ۲۰ درصد نیز متعلق به خاکستر و رطوبت است.

خصوصیات فیزیکی کک
رنگ:
این ماده سیاه رنگ است و هرچقدر که میزان کربن در ان بیشتر باشد رنگ آن سیاه تر و کیفیت سوخت آن نیز بهتر است. در برخی از اوقات رنگ آن شبیه به یک شیشه سیاه کریستالی و براق نیز به نظر می رسد. رنگ سیاه کک به دلیل وجود کربن است و وجود ناخالصی ها باعث کدورت رنگ آن و یا خاکستری نشان دادن آن می شود.

 

درجه تخلخل:
اگر ذرات کک متراکم باشند، سطح تمام آنها با اکسیژن کم شده و در نتیجه عمل احتراق به کندی صورت می گیرد از این رو مقدار تخلخل کک اهمیت زیادی دارد .نسبت فضاهای خالی به حجم کک را درجه تخلخل می گویند. درجه تخلخل تنها درصد فضا را مشخص می کند و اندازه فضا را نشان نمی دهد، تخلخل های ریز با تعداد زیاد و دیگری تخلخل های بزرگ با تعدادکم درجه تخلخل یکسان دارند اما روند احتراق انها متفاوت است ( یک کک متالورژی خوب، چگالی حقیقی ۲ – ۸۵/۱ ، چگالی ظاهری ۹۵/۰ – ۸۵/۰ و ۶۵- ۵۰ درصد تخلخل دارد) درصورت ثابت بودن استحکام مکانیکی، کک با تخلخل بیشتر، ترجیح داده می شود، زیرا قابلیت احتراق بیشتری دارد.

 

چگالی بارگیری
چگالی یک مترمکعب کک که روی هم ریخته شده باشد را چگالی بارگیری می گویند. مقدار مناسب آن درحدود ۴۶۰ کیلوگرم درمترمکعب است. این خاصیت علاوه بر تخلخل به نحوه توزیع ذرات کک نیز بستگی دارد درصورتی که ذرات ریزفضای بین ذرات درشت را پرکند، چگالی بارگیری بالاتر خواهد بود

 

خصوصیات مکانیکی کک:
شاخص واکنش پذیری کک (CRI: Coke Reactivity Index)
شاخص استحکام کک پس از انجام واکنش (CSR: Coke Strength after Reaction)

شاخص استحکام کک:
مهمترین خاصیت فیزیکی کک متالورژیکی استحکام آن در مقابل شکسته شدن و سایش است، کک از زمانی که از کوره کک سازی خارج می شود تا هنگامی که به کوره بلند شارژ می شود تحت نیروهای مختلف مکانیکی (ضربه و فشار) قرار دارد، در داخل کوره بلند نیز کک تحت نیروی فشاری زیادی است که به ارتفاع و ظرفیت کوره بستگی دارد. منظور از پایداری کک، استحکام و مقاومت آن در برابر سایش و نیروهای مکانیکی وارده است.
استحکام کک تابع نوع زغال سازنده آن نیز می باشد. در آمریکا از آزمایش های استاندارد ASTM برای ارزیابی پایداری و استحکام کک استفاده می شود که منجر به تعیین شاخص پایداری برای مقاومت در مقابل شکستن و شاخص سختی شده است. روش های تعیین استحکام کک مشابه روش هایی است که برای تعیین استحکام گندله وکلوخه بکار می رود. در این حالت هم از آزمایش های مشابهی برای نشان دادن استحکام استفاده می شود، استحکام فشاری کک را توسط پرس کردن چند قطعه کک و تعیین فشار تا تخریب هر قطعه و سپس تعیین میانگین فشار بدست می آورند. مقاومت فشاری کک حدود ۱۸۰-۹۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است و مقدار قابل قبول آن برای کوره بلند حدود ۱۷۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است.
بررسی استحکام توسط آزمایش باربان و با ریختن ۵۰ کیلوگرم کک درون استوانه و چرخاندن ان با سرعت ۲۵ دور بر دقیقه به مدت ۴ دقیقه انجام می گیرد سپس کک ها را از داخل استوانه خارج و از الک هایی با شماره ۱۰، ۲۰، ۴۰ عبور می دهند های مشخص انجام می گردد و به عنوان شاخص استحکام تعیین می شود
مثلا :
شاخص M40: درصد ذراتی است که روی الک ۴۰ میلیمتر باقیمانده است (نشان دهنده استحکام سرد)
شاخص M20: درصد ذراتی است که روی الک ۲۰ میلیمتر باقیمانده است
شاخص M10: درصد ذراتی است که روی الک ۱۰ میلیمتر باقیمانده است (نشان دهنده مقاومت به سایش)
از روی این سه شاخص ضریب میکوم به شرح زیر مشخص می شود، هرچقدر این ضریب بزرگ تر باشد استحکام کک در مقابل نیروهای وارده در هنگام حمل و نقل و نزول در کوره بلند بیشتر است. اصولا این ضریب بایستی بیشتر از ۱۶۰ باشد

Cm=M40+M20+M10

 

مقدار M40 نباید کمتر از ۸۰-۷۵ درصد و مقدار M10 نباید از ۱۲-۱۰ درصد بیشتر باشد

 

تعیین خواص گرم کک (CSR/CRI)
استحکام کک در دمای بالا توسط پارامتر CSR(Coke Strength after Reaction) و راکتویته ان CRI(Coke Reactivity Index) بعنوان عمق نفوذ گاز در سطح کک اندازه گیری می شود. این آزمایش مطابق استاندارد ASTM(D-۵۳۴۱) انجام می شود. جهت تعیین CSR و CRI باید ۲۰۰ گرم کک خشک به اندازه ۲۱*۱۹ میلیمتر در معرض گاز دی اکسید کربن با سرعتlit/min ۵ بمدت ۲ ساعت در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد قرار می گیرد. کاهش وزن نمونه بعد از آزمایش بعنوان CRI می باشد. پس از سرد شدن، نمونه ها را در یک استوانه با سرعت ۲۰ دور در دقیقه طی ۶۰۰ دور آسیاکاری شده و به عنوان CSR گزارش می شود. آزمایشات مختلف نشان می دهد که کک هایی که شاخص راکتیویته بالاتری دارند، استحکام آنها کمتر می باشد.
با توجه به اینکه استحکام سرد نشان دهنده خواص کک در مناطق بالایی و استحکام گرم در مناطق پایینی کوره می باشد برخی از محققین بین خواص مختلف کک رابطه برقرار کرده اند تا بتوان از مجموع استحکام سرد و گرم به بهترین نتیجه گیری رسید

 

Ig.c=0.5 ((2M40 – 6.16M10 – 39.8) + (CSR – 2.6CRI + 100)) %

 

که در ان Igc (Integral quality index) اندیس کیفیت کک ، نشان دهنده برایند استحکام گرم و استحکام سرد کک در یک پارامتر جهت بررسی تاثیر آن بر میزان تولید و مصرف کک می باشد. با افزایش Ig.c (افزایش کیفیت کک) میزان تولید کوره افزایش یافته و مصرف کک کاهش می یابد.

 

دیدگاهشما