تولید، ویژگیها و کاربردهای بریکت کک در صنعت متالورژی
۱. مقدمه
کک متالورژی به عنوان یکی از ارکان اصلی تولید فولاد، سالانه به میلیونها تن در سراسر جهان مصرف میشود. در فرآیند تولید و حملونقل کک، حدود ۱۰-۱۵% از مواد به صورت ذرات ریز (زیر ۳ میلیمتر) تبدیل میشوند که به دلیل مشکلات فنی قابلیت استفاده مستقیم در کورههای بلند را ندارند. در بریکتسازی این ذرات ریز، نه تنها مشکل ضایعات را حل میکند، بلکه ارزش افزوده قابل توجهی ایجاد مینماید.
مثال واقعی: شرکت فولاد مبارکه اصفهان با تولید سالانه حدود ۸۰۰۰۰ تن گرد کک، با چالش جدی در مدیریت این مواد روبرو بود. با راهاندازی خط تولید بریکت کک در سال ۱۴۰۰، توانست این ضایعات را به محصولی با ارزش تبدیل کند.
۲. روشهای تولید پیشرفته
۲-۱. مواد اولیه و فرمولاسیون
• ذرات کک: دانهبندی ۰-۵ میلیمتر با خاکستر کمتر از ۱۲%
• اتصالدهندهها:
o قیر با گرانروی ۸۰-۱۰۰ پیپیام (۸-۱۲% وزنی)
o شیره آهک (۵-۷% وزنی)
o سیلیکات سدیم (۳-۵% وزنی)
• افزودنیهای بهبوددهنده:
o ۱-۲% پودر سیلیس برای افزایش مقاومت حرارتی
o ۵/۰ تا ۱ % گرافیت برای بهبود هدایت الکتریکی
۲-۲. فرآیند تولید صنعتی
۱. آمادهسازی اولیه:
• سرند کردن و جداسازی ذرات
• خشککردن تا رطوبت زیر ۲%
۲. مخلوطکردن:
• استفاده از میکسرهای دوار با دمای ۸۰ تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد
• زمان اختلاط: ۱۵-۲۰ دقیقه
۳. پرسکاری:
• فشار پرس: ۲۵-۳۵ مگاپاسکال
• دمای قالب: ۱۵۰ – ۱۲۰ درجه سانتی گراد
• شکلپذیری: تولید بریکتهای استوانهای با قطر ۵۰-۶۰ mm
۴. عملیات نهایی:
• سردکردن تدریجی به مدت ۲۴ ساعت
• بستهبندی در کیسههای ضد رطوبت
مثال فنی: در کارخانه کک سازی زرند، از سیستم پرس هیدرولیک ۳۰۰ تنی با ظرفیت تولید ۲۰ تن بر ساعت استفاده میشود که قادر به تولید بریکتهایی با چگالی مورد نظر می باشد.
۳. ویژگیهای فنی بریکت کک
مثال آزمایشگاهی: نتایج آنالیز XRD بریکت تولیدی در پژوهشگاه مواد و انرژی نشان میدهد که ساختار کریستالی گرافیتی پس از بریکتسازی حفظ شده و حتی یکنواختی بهتری یافته است.
۴. کاربردهای صنعتی با ذکر مثال
۴-۱. در کوره بلند
• مکانیزم عملکرد: جایگزینی ۱۵-۲۰% کک متعارف
• مزایا:
o بهبود توزیع گاز در بدنه کوره
o کاهش مصرف کک به میزان ۸-۱۲%
مثال عملی: در کوره بلند شماره ۳ ذوبآهن اصفهان، استفاده از بریکت کک موجب کاهش مصرف انرژی به ازای هر تن چدن مذاب شد.
۴-۲. در تولید فروآلیاژها
• فرمولاسیون ویژه: ترکیب ۷۰% کک، ۲۰% سنگ منگنز، ۱۰% اتصالدهنده
• نتیجه: افزایش بازده احیاء تا ۹۲%
۴-۳. در صنایع غیرفلزی
• تولید الکترودهای گرافیتی
• ماده اولیه در تولید کاربید سیلیسیم
۵. مزایای اقتصادی و زیستمحیطی
الف) صرفهجویی اقتصادی:
• کاهش ۳۰% هزینه حملونقل
• افزایش ارزش افزوده ضایعات از ۵۰ به ۴۰۰ دلار به ازای هر تن
ب) مزایای زیستمحیطی:
• کاهش ۴۵% انتشار ذرات معلق
• جلوگیری از هدر رفت سالانه ۲۰۰۰۰ تن ماده کربنی
مثال آماری: در مجتمع فولاد خوزستان، پروژه بریکتسازی موجب کاهش ۱۸۰۰۰ تنی ضایعات کک در سال اول اجرا شد.
۶. چالشها و راهکارها
الف) چالشهای فنی:
• کاهش استحکام در دمای بالا (بالای ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد)
• جدایش اجزاء در هنگام ذوب
ب) راهکارهای پیشنهادی:
• استفاده از نانوذرات اکسید آلومینیوم به عنوان پایدارکننده
• بهینهسازی زمان پرس به ۳۰-۴۵ ثانیه
۷. نتیجهگیری و پیشنهادات
بریکت کک با دارا بودن مزایای فنی، اقتصادی و زیستمحیطی، راهکار مناسبی برای صنایع متالورژی محسوب میشود. پیشنهادات زیر میتواند زمینه توسعه این فناوری را فراهم کند:
۱. سرمایهگذاری در خطوط تولید نیمهصنعتی
۲. توسعه فرمولاسیونهای ویژه برای صنایع مختلف
۳. تدوین استانداردهای ملی برای بریکت کک
پیشبینی آینده: با رشد فناوریهای تولید، سهم بریکت کک در بازار تا سال ۱۴۰۵ به ۲۵% از مصرف کل کک متالورژی خواهد رسید.
منابع و مراجع:
۱. گزارشهای فنی شرکت ملی فولاد ایران (۱۴۰۲)
۲. استانداردهای ASTM سری D مربوط به مواد کربنی
۳. مقالات کنفرانس بینالمللی متالورژی ۲۰۲۳
۴. دادههای عملیاتی کارخانههای ککسازی کشور
