Как сообщает онлайн-журнал об энергетике «Энергия+», современная металлургия во многом зависит от материала, который получают из обычного каменного угля. Речь идет о коксе — твердом пористом сырье, без которого доменная выплавка металла была бы значительно сложнее.
Что происходит с углем в печи
Кокс получают при температуре около 1000–1100 °C. Каменный уголь помещают в специальные установки, где он нагревается без поступления воздуха. В ходе процесса из сырья удаляются влага, смолистые вещества и другие летучие компоненты. После этого остается углеродистый материал с развитой системой пор.
Именно такая структура определяет его поведение в доменной печи. Кокс выдерживает огромную нагрузку от расположенных выше материалов, сохраняет форму при экстремальном нагреве и одновременно пропускает через себя горячие газы.
Кроме того, он является участником самого металлургического процесса. При температурах свыше 1500 °C кокс обеспечивает необходимое тепло и способствует химическому восстановлению железа из руды. Поэтому заменить его обычным топливом без изменения всей технологии невозможно.
Почему металлурги отказались от древесного угля
История промышленного кокса началась более трех веков назад. Англичанин Абрахам Дарби в 1709 году применил его при выплавке чугуна вместо древесного угля. Технология оказалась перспективной: новый материал можно было получать в больших объемах, не связывая развитие металлургии с запасами древесины.
Постепенно кокс стал стандартом британской металлургии и способствовал росту производства металла в период промышленной революции.
В России этот переход занял больше времени. Перелом произошел после активной разработки угольных месторождений Донбасса. В результате с 1890 по 1913 год объем производства кокса увеличился примерно в 15 раз — с 296 тыс. до 4,44 млн тонн.
У кокса есть и другие применения
Сегодня на кокс приходится важная роль в производстве примерно 75% мировой стали. Однако металлургия использует не единственный продукт коксования. В процессе переработки угля образуются газ, каменноугольная смола, бензольные соединения и аммиачная вода. Из них получают химическое сырье для производства удобрений, полимеров, красителей и фармацевтической продукции.
Сырьем для разных видов кокса могут служить не только каменные угли. Существуют нефтяной, торфяной и пековый варианты. Из них выделяется игольчатый кокс — материал, необходимый для изготовления электродов и ряда углеродных изделий.
Производство кокса также становится объектом технологических исследований. Специалисты изучают его структуру с помощью томографии и цифрового моделирования, чтобы точнее подбирать сырьевую смесь и параметры коксования. Такая работа позволяет получать материал с заданными характеристиками, уменьшать его расход и повышать эффективность выплавки металла.