Výroba oceli a železa je opravdový heavy metal. Při vysokých teplotách se denně vyrábí stovky tun surového železa, které se tekuté převáží do blízkých oceláren (jakým teplotám lidé čelí, se podívejte zde). K tomu jsou zapotřebí obří stroje a zařízení. Koks se využívá jako palivo a také jako redukční činidlo, kdy mění oxidy železa na železo.
Koks Koks se vyrábí z nízko-popelnatých a nízkosirných koksovatelných druhů černých uhlí, ze kterých jsou v koksovacích komorách při procesu vysokoteplotní karbonizace bez přístupu vzduchu a teplotách nad 1 000 °C odstraněny prchavé složky. Koks z uhlí je šedý, tvrdý a pórovitý. Podle typu má výhřevnost 25 až 30 MJ/kg. Koks se zejména používá jako palivo a jako redukční činidlo ve vysoké peci při výrobě surového železa. |
Málokdo ví, že ocelářství a s ním spojené technologie jsou na počátku vysokoteplotní chemií, nikoliv strojařinou.
Výroba koksu je pyrolýza uhlí, kdy se jemně namleté kvalitní černé uhlí zahřívá v neoxidační atmosféře (bez přístupu kyslíku) za tvorby plynů, kapalin a pevných zbytků. Odborně se jev nazývá karbonizace.
Při tomto procesu se zahřívá tzv. uhelná vsázka na teploty nad 1 000 °C. Podle požadovaného objemu výroby pak trvá tento proces obvykle 18 až 24 hodin. Tímto pochodem vzniká vysokopecní a slévárenský koks, který je nenahraditelný jinými palivy.
Požadovaný objem výroby určuje délku koksování. Při větší produkci se používá vyšší teplota, která potřebnou dobu zkrátí.
U technologie se sypným provozem se v koksovně v Ostravě-Kunčicích uhelná vsázka sype do jednotlivých komor shora přes sypné otvory. Ve výrobě pro železárny ArcelorMittal se využívá baterie komor VKB 11 s 60 komorami a objemem vsázky 32 tun na komoru. Z této technologie jsme pro vás pořídili fotografie.
Na videu sledujete pěchovaný provoz. Zde se uhlí pěchuje do uhelného hranolu a ten se obsazuje do komor z boku. Jedná se baterie KB 1 a KB 2, každá po 72 komorách.
Na začátku je mlýn, většina zrn je meších než 3 mm
K výrobě kvalitního koksu se musí použít uhlí se správným slinováním (slinování - spojení zrnek uhlí působením tlaku a tepla).
Kvalitnější koks se vyrobí z více druhů koksárenského uhlí průměrné kvality než z jednoho špičkových parametrů. Je to dáno tím, že požadovaných parametrů je celá řada a každá dodávka uhlí má pouze část požadovaných vlastností. Smícháním více druhů se dosahuje potřebné kvality.
Koks letěl k MěsíciDíky své pórovitosti je koks mimořádně dobrým tepelným izolantem. Používá se proto jako jedna ze složek brzdícího štítu kosmických lodí v americkém kosmickém programu. V programu Apollo se koks dostal i na oběžnou dráhu Měsíce v tepelném štítu velitelské sekce lunární lodi. |
Pro výrobu koksu nejde použít uhlí tak, jak ho vytěží horníci. Proto uhelné společnosti pouze dodají surovinu požadovaných parametrů, které uhelné službě doručí koksovny. Ta koksárenské uhlí vyloží a z pohledu laika uloží na oddělené hromady. Následně laboratoř určí poměry smíchání jednotlivých druhů s přesností na procenta.
Vybraná surovina se mele v mlýnech na malá zrnka. Přes osmdesát procent uhlí se pomele na zrna menší než tři milimetry. Následuje homogenizace, aby byla zaručena stálá kvalita koksu. Nakonec se směs dopraví na uhelné věže, kde je připravena pro koksování.
Z uhelného prášku pěchovací stroj udusá velké uhelné hranoly, které se pomocí sázecí desky zasunou do komory koksárenské baterie. Uhelný hranol není žádný drobeček, na šířku má 0,45 metru, na délku 12 metrů a na výšku 3 metry. Jeho hmotnost je cca 17 tun. Poslední číselná informace - jedna koksárenská baterie v pěchovaném povozu v ArcelorMittal Ostrava obsahuje 72 komor.
Po zasunutí uhelného bloku do baterie následuje nepřímé zahřívání bez přístupu vzduchu (odborně se nazývá termická pyrolýza) prostřednictvím topných stěn koksovacích komor, které jsou mezi jednotlivými komorami.
Velikost teploty pro koksování je pro většinu z vás nepředstavitelná, je to 1 150 °C. Jak jsme už zmínili, mezi bateriemi jsou topné stěny, ve kterých se spaluje koksárenský nebo vysokopecní plyn. Využívá se také směsný plyn, který vznikne smícháním koksárenského a vysokopecního plynu.
Uhelný hranol se postupně celý karbonizuje a mění na koks v průběhu koksovacího cyklu, který trvá 18 až 24 hodin. Během karbonizace probíhají složité reakce.
Na samotném začátku koksování uhelný blok postupně zahřívají topné stěny a díky tomu se uhlí nejprve vysuší. Při teplotě 250 až 300 stupňů Celsia začíná rozklad uhelné hmoty.
Do plastického stavu přechází uhlí při teplotě 350 až 400 stupňů, kdy je tekuté a intenzivně se odplyní. Následuje tuhnutí, kdy vzniká polokoks (450–500 °C). Při teplotě nad 500 stupňů dochází ke konečnému odplynění, smrštění uhelné hmoty a k vytvoření koksu.
Koksárenská baterie
Koksárenské baterie
Celý proces je dokončen v okamžiku, kdy se plastická pásma o šířce 10 až 30 milimetrů setkají ve středu komory (postupují od stěn). Teplota ve středu komory dosáhne zhruba 950 °C, u stěn až 1 200 °C.
Při výrobě koksu vzniká celá řada vedlejších produktů, které jsou vesměs žádanou surovinou pro chemický průmysl. Z koksárenského plynu jsou při čistění oddělovány jednotlivé chemické složky, zejména čpavek, surový dehet, surový benzol a síra.
Další operací je vytlačování žhavého koksu prostřednictvím výtlačného stroje přes koš vodícího vozu na korbu hasicího vozu. Hasicí vůz vede lokomotiva, která ho přiveze pod nedalekou hasicí věž, kde je koks schlazen vodou. Opět se netroškaří, podle množství koksu z jedné komory se k hašení použije mezi 40 až 70 krychlovými metry vody. Pětina se hašením odpaří.
Koks v hasícím vozíku
Koks v hasícím vozíku
Hašení koksu
Vysypání ochlazeného koksu na odkládací rampu.
Vzniklá pára odchází do atmosféry. Přestože byl koks doslova propláchnut vodou, je po vysypání z hasícího vozu na koksovou rampu téměř suchý. Zde pobude asi 20 minut, kdy se vypaří zbytek vody a koks chladne na vzduchu.
Z rampy dále koks dopravními pásy putuje na hrubé a jemné třídění. Hlavním produktem je vysokopecní koks o zrnitosti nad 30 milimetrů.
