کک متالورژی

در این مطلب می‌خوانیم:

• کک متالورژی چیست و چه کاربردهایی دارد؟
• چه نوعی از ذغال سنگ برای تهیه کک مناسب‌تر است؟
• آزمایش استحکام کک دارای چه مراحلی است؟

کک متالورژی: از معدن تا مصرف!

ذغال سنگ را باید به‌درستی مادر انقلاب صنعتی نامید. ماده‌ای غنی، معدنی و فشرده که با گذر از دوره‌های طولانی زمین‌شناسی به ما رسیده است.

این سنگ رسوبی با گذشت میلیون‌ها سال و طی فشار و فرایندهای شیمیایی در دل طبیعت تبدیل به سوختی بی‌نظیر شده است. این ماده‌ پرانرژی با استخراج از کربن در کوره‌های بلند و برای احیای فلزاتی نظیر آهن به‌کار گرفته مي‌شود.

ذغال سنگی که با نام حرارتی شناخته شده و به‌عنوان سوخت برای تولید حرارت از آن استفاده می‌شود، برای عموم ماده آشنایی بوده و در بسیاری از صنایع کوچک و بزرگ کاربری دارد. اما نوع خاصی از این ماده با درصد بالای کربن و ناخالصی به‌مراتب کمتر نیز وجود دارد که در تولید کک متالورژی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این نوغ ذغال‌سنگ که از میزان رطوبت و خاکستر کمتری بهره‌مند است، دارای رنگ سیاه بوده و با نام ذغال سنگ قیر هم شناخته می‌شود.

انواع ذغال سنگ کک سازی

انواع ذغال سنگ مصرفی در تولید کک به ۳ دسته اصلی تقسیم می‌شوند که عبارتند از:

• (PCI) با نام فارسی ذغال سنگ خام: این نوع کمترین موارد استفاده را در تولید کک داشته و تنها گاهی در برخی کوره‌های انفجاری نقش جایگزین را ایفا می‌کند. این نوع ذغال سنگ، اغلب در صنایع فولاد کاربردی است.
• (HCC) با نام فارسی ذغال سنگ کک سخت: نمونه این ماده رسوبی و معدنی به‌عنوان بهترین و باکیفیت‌ترین انواع ذغال سنگ آنتراسیت است که از مشخصات بهتر و البته قیمت بالاتری نیز نسبت به سایر نمونه‌ها برخوردار است.
• (SSCC) با نام فارسی ذغال سنگ کک نیمه نرم نیز گونه دیگری از این ماده صنعتی است.

تولید کک از ذغال سنگ و مصارف آن!

کک که ماده‌ای جامد و سرشار از کربن است، طی فرایندهای تحت فشار و در حرارت بسیار بالا و از تقطیر ذغال سنگ حاصل می‌شود. خلوص بالای کربن در این ماده آن را به سوختی بی‌نظیر تبدیل کرده که می‌تواند کوره‌های ذوب و خلوص فلزاتی نظیر آهن و فولاد را تغذیه نماید.

این کوره‌های بلند به انرژی و دمایی به‌مراتب بالاتر از آنچه از ذغال سنگ به‌دست می‌آید نیاز دارند. از این جهت، با فشرده‌سازی این ماده تاحد تقطیر ماده خالص و پرانرژی کک متالورژی به‌دست می‌آید.

عمده‌ترین و اصلی‌ترین مصارف این ماده متخلخل در ذوب آهن است. در این مسیر کک نقش احیا کننده را ایفا می‌کند. هم‌چنین جنس آن به عبور گازهای احیا کمک کرده و در نهایت خاصیت کربوره کردن چدن را برعهده می‌گیرد.

از دیگر خواص این ماده پرانرژی، استفاده‌هایی است که در مراحل ریخته‌گری دارد. صنایع بزرگ ریخته‌گری که نقش مهمی در تولید قطعات کاربردی و تزئینی دارند موارد زیادی از کاربرد این ماده را در کارنامه خود دارند.

کک متالورژی در کوره‌های کوپل، رایج‌ترین و شناخته‌شده‌ترین ماده جهت عملیات ذوب چدن‌هاست. ماده‌ای غنی که مرغوب‌ترین نمونه‌های تولید شده چدن را پس از تولیدات کوره‌های زمینی به خود اختصاص داده است.

از بررسی استحکام کک متالورژی و آزمایش باربان بیشتر بدانیم!

کک متالورژی تولید شده بسته به خلوص ذغال سنگ مصرفی برای این کار دارای درجه و عیار متفاوتی است و به تبع آن میزان استحکام متفاوتی نیز دارد. برای تعیین این مورد، ماده تولیدی در واحد کک‌سازی را تحت آزمایش انجام می‌دهند. این تست باربان نامیده شده و طی آن، کک با دانه بندی بالاتر از ۶۰mm  را به مقدار ۵۰ کیلوگرم در استوانه مخصوص این کار با همین نام ریخته و با سرعت ۲۵ دور در دقیقه برای مدت ۴ دقیقه چرخش می‌دهند.

پس از این مرحله، تفکیک ذرات نسبت به اندازه قطر ذرات کک انجام می‌شود. این کار با سرندهایی با دو اندازه متفاوت در شماره‌های ۱۰ و ۴۰ میلی متری انجام شده و کک حاصل را با نمادهای M ۴۰ و M۱۰ نامگذاری می‌کنند.

محاسبه استحکام این دو نوع کک متالورژی به‌دست آمده بر این مبنا انجام می‌شود که اگر کک مورد نظر در نمونه  M۱۰ کمتر از ۶/۸ و مورد M ۴۰ بالای ۸۰ باشد، محصول دارای استحکام کافی خواهد بود.

دسته‌بندی دانه‌های کک از نظر اندازه و مصارف هر یک

همانطور که در بخش قبل گفتیم کک متالورژی پس از گذر از سرندهای مختلف به دانه‌هایی با قطر متفاوت تبدیل می‌شود. کاربردهای متفاوت این دانه‌ها بستگی زیادی به این ابعاد دارد. بر این اساس کک به ۳ دسته با کاربری‌های زیر تقسیم می‌شود:

۱- دانه‌های کک با ابعاد زیر ۲۵mm : این دانه‌ها در مراحل آگلومراسیون (فرایند کلوخه سازی و پیش پخت سنگ آهن در کوره‌های بلند) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۲- دانه‌هایی از ۲۵ mm تا ۸۰ mm مستقیما به کوره‌های ذوب آهن فرستاده می‌شوند.

۳- دانه‌های کک با قطر بیش از ۸۰ mm نیز پس از انتقال مجدد به بخش سرند و دانه‌بندی، اغلب در کوره‌های ریخته‌گری موسوم به کوپل استفاده می‌شوند.

عوامل موثر بر کیفیت کک تولیدی کدامند؟

تولید کک شامل مراحل صنعتی دقیقی است که انجام صحیح هر یک در کیفیت ماده تولیدی و خلوص ماده نهایی  موثر است. اما حتی در صورت انجام صحیح تمامی این مراحل نیز، نمی‌توان از کیفیت ماده اولیه و تاثیر آن در خلوص و کیفیت ماده تولیدی چشم‌پوشی نمود.

عواملی مانند میزان رطوبت، هوازدگی و تراکم ذغال سنگ نیز در کیفیت کک تولیدی تاحد زیادی موثرند.

اما در هر حال درصد بالای خلوص کک متالورژی تولید شده بیش از هر موردی به کیفیت ذغال سنگ مصرفی در فرایند تولید وجود دارد. ذغال سنگ مرغوب چه به‌لحاظ اندازه و چه از نظر فشاری که به دیواره‌های کوره وارد می‌کند باید کنترل شود. به این معنا که ذرات آن به اندازه کافی ریز باشد تا بتوان آن را به آسانی از فر مخصوص کک خارج کرد. از طرفی نباید به دیواره‌های کوره فشار زیادی وارد نماید.