هنرنمایی کک در صنعت فولاد / نقش کک در تولید فولاد

فولاد یکی از مواد مهم در ایجاد پایه‌های جامعه صنعتی است. فولاد یک ماده آهنی است که از مقادیر کمی کربن و عناصر آلیاژی تشکیل می‌شود و می‌تواند به صورت هزاران ترکیب با خواص دقیق برای برآورد نیازهای مختلف ایجاد شود. فولاد در اکثر کشورهای جهان تولید می‌شود، بیش از 96 درصد فولاد جهان در 36 کشور در دست تولید است. چین بزرگ‌ترین تولیدکننده فولاد است که مقدار 567 میلیون تن فولاد را تولید می‌کند. مهم‌ترین بازارها برای تولید فولاد شامل مراکز تعمیرگاهی، ساختمان‌سازی، صنایع خودروسازی و صنایع حمل و نقل می‌شود. بیشترین درصد یعنی 26 درصد فولاد تولیدی را مراکز کارگاهی تعمیرگاهی مصرف می‌کنند.

زغال سنگ برای تولید فولاد بسیار ضروری بوده و تمدن ما به شدت به فولاد متکی است. بدون فولاد، وسایل نقلیه، ساختما‌ن‌های بلند، لوازم خانگی یا بسیاری از ابزارها و ظروفی که روزانه به آن‌ها نیاز داریم، در دسترس نخواهند بود. کک دارای کاربردهای زیادی است؛ اما مهم‌ترین نقش را در ساخت آهن و فولاد ایفا می‌کند. فقط در کشور چین سال 2015 تولید فولاد به بیش از 803 میلیون تن رسید. مسئله بسیار مهم این است که تولید فولاد بدون استفاده از زغال سنگ و کک امکان پذیر نیست.

از کک به عنوان سوخت و عامل کاهنده در ذوب سنگ آهن استفاده می‌شود. با پختن زغال‌سنگ تولید کک ممکن است تا زمانی که با سوزاندن ناخالصی‌ها بدون سوختن خود زغال، به کربن تبدیل شود. هنگامی که کک مصرف می شود، گرمای شدید و دود کمی ایجاد می‌کند و آن را برای ذوب آهن و فولاد ایده‌آل می‌سازد. تا سال 1920، تقریبا 90٪ فولاد ایالات متحده با استفاده از کک تولید می‌شد.

زغال سنگ در فولادسازی

از زغال سنگ متالورژی که به آن زغال کک نیز گفته می‌شود، برای تولید کک، منبع اصلی کربن مورد استفاده در ساخت فولاد استفاده می‌شود. به طور متوسط حدود 630 کیلوگرم کک برای تولید 1 تن فولاد مورد نیاز است. در طی فرایند ساخت آهن، کوره بلند با سنگ آهن، کک و مقادیر کمی شار (مواد معدنی مانند سنگ آهک که برای جمع‌آوری ناخالصی‌ها استفاده می‌شود) تغذیه می‌شود.

هوایی که تا حدود 1200 درجه سانتیگراد گرم شده است از طریق نازل‌های قسمت پایین به کوره دمیده می‌شود. هوا باعث سوختن کک می‌شود و تولید مونوکسیدکربن می‌کند که با سنگ آهن واکنش نشان می‌دهد و همچنین گرما باعث ذوب آهن می‌شود.

فولاد توسط دو روش اصلی تولید می‌شود: روش کوره بلند اکسیژن قلیایی (BF-BOF) و روش کوره قوس الکتریکی (EAF).

از روش BF-BOF برای 71٪ از فولاد تولید شده استفاده می‌شود، در حالی که از روش EAF برای 29٪ از فولاد تولید شده استفاده می‌شود. تفاوت اصلی بین این مسیرها ماده‌ای است که برای تولید فولاد و پیکربندی کارخانه به کار می‌رود.

روش اول که شیوه سنتی تولید است از احیای غیر مستقیم آهن استفاده شده، سنگ آهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک وارد کوره بلند می‌شود، آهن خام یا چدن مذاب به دست می‌آید. در مرحله بعد آهن خام در یک مبدل به فولاد مذاب تبدیل شده، کربن و ناخالصی‌های دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام تولید می‌شود.

روش دوم تولید فولاد، استفاده از کوره‌های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد است. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده قیمت آن در طول سال‌های گذشته، در این روش می‌توان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده کرد.

نقش کک در تولید آهن و فولاد

کک متالورژی ماده‌ای متخلخل است که در کوره بلند به کار می‌رود و یکی از مصارف عمده کک در صنایع متالورژیکی است. کک در کوره بلند نقش‌های مختلف تأمین انرژی، احیاء کانه‌های آهن، ایجاد تخلخل برای عبور گازهای احیاء کننده و کربوره کردن چدن را دارد. كك مهم‌ترين ماده اوليه خوراكي شناخته شده در كوره بلند از نظر تاثير بر عملكرد كوره بلند و كيفيت فلز داغ است. کک با کیفیت بالا باید بتواند از پایین آمدن بار کوره بلند با کمترین تخریب ممکن پشتیبانی کند در حالی که کم‌ترین میزان ناخالصی، بالاترین میزان انرژی حرارتی، بیشترین کاهش فلز و نفوذپذیری مطلوب برای جریان محصولات گازی و مذاب را فراهم می‌کند.

از کک برای اهدافی مختلفی در کوره‌های بلند استفاده می‌شود، مهم‌ترین نقش آن به‌ عنوان یک سطح پشتیبان نفوذپذیر است. کک در واقع به‌ عنوان پشتیبانی برای آهن بوده درحالی که اجازه می‌دهد سرباره و فلز به داخل کوره تخلیه شده و گازها به سمت بالا حرکت کنند.

تغییر شرایط تولید برای مواجهه بیشتر و متنوع‌تر آهن، نیازهای فیزیکی، شیمیایی و حرارتی بیشتری را به کک وارد می‌کند در نتیجه نیاز به یک محصول کک با کیفیت بالاتری احساس می‌شود. ناخالصی‌های مختلف بر کیفیت کک و در نتیجه عملکرد آن در کوره بلند تاثیر می‌گذارد. این ناخالصی‌ها شامل، رطوبت، مواد فرار، خاکستر، گوگرد، فسفر و محتوای قلیایی است. در میان این ناخالصی‌ها، رطوبت نقشی اساسی در کیفیت کک دارد. کک با رطوبت بالا از استحکام کمی برخودار است و کیفیت آن را به‌ عنوان کک کوره بلند کاهش می‌دهد. کک دارای رطوبت وزنی 5/2 درصد، قابل قبول است.

«برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترود گرافیتی »