Кокс: «серое золото» металлургии

Как производится этот материал, зачем он нужен и какую роль в этом играет Восточный научно-исследовательский углехимический институт
Металлургия без кокса как машина без топлива — не работает! Кокс является незаменимым топливом в металлургической отрасли и литейном производстве, обеспечивая плавку руды и получение металлов и сплавов. Его качество напрямую влияет на эффективность процесса.

Контроль за качеством кокса в России осуществляет Восточный научно-исследовательский углехимический институт (ВУХИН). В его специализированной «черной» лаборатории исследуют угли различных марок и месторождений, комбинируют их в шихте и получают кокс с оптимальными характеристиками.

Разбираемся, зачем нужен кокс, как его получить и есть ли для него альтернативы.

Что такое кокс?
Кокс — это твердый пористый материал, который получают путем нагревания каменного угля без доступа воздуха. Этот процесс называется коксованием и происходит при температурах около 1000–1100 °C. В результате из угля удаляются летучие вещества, а остаток превращается в кокс — богатый углеродом продукт, который обладает высокой теплотворной способностью и механической прочностью. Также кокс практически не содержит серы и других вредных веществ, что важно для качества конечного продукта.

В металлургии кокс выполняет две основные функции. Во-первых, при сжигании в доменных печах он выделяет большое количество тепла, что необходимо для плавления металлов. Во-вторых, кокс взаимодействует с рудой, восстанавливая железо из оксидов и превращая его в чистый металл. Это происходит благодаря тому, что углерод в составе кокса связывает Кислород, выделяя углекислый газ. Дополнительно кокс создает пористый слой в доменной печи, который обеспечивает равномерное распределение газов и поддерживает стабильность процесса плавки.

Кокс был открыт практически случайно в начале XVIII века в Англии. Горняки заметили, что если нагревать каменный уголь без доступа воздуха, он теряет газы и превращается в более твердое и чистое топливо. Первые промышленные способы получения кокса разработал промышленник Абрахам Дарби, использовав его для выплавки чугуна. Это открытие сыграло ключевую роль в развитии металлургии и промышленной революции — сегодня кокс применяется во всех доменных печах мира.

Как рождается кокс
Все начинается с каменного угля. Но не всякий уголь подойдет для коксования. Нужен специальный коксующийся уголь, который обладает определенными свойствами: он должен быть плотным, содержать мало примесей и хорошо спекаться. Уголь разных марок измельчают до крупности менее 3 мм, а затем он, перемещаясь по технологической цепочке, перемешивается до однородного состава.

Подготовленный уголь загружают в огромные коксовые печи. Набор из печей составляет коксовую батарею — это настоящий гигант, который может быть высотой с пятиэтажный дом! Печи представляют собой узкие камеры, выложенные огнеупорным кирпичом, которые выдерживают экстремально высокие температуры. Уголь загружают в печь, а затем герметично закрывают, чтобы внутрь не поступал воздух. Это важно, потому что процесс коксования происходит без доступа кислорода.

Дальше начинается самое интересное. Печь разогревают до температуры 1250–1400 °C. Под воздействием температуры из угля начинают выделяться летучие вещества: газы, смолы и пары. Постепенно, за 15–20 часов, уголь теряет все летучие компоненты и превращается в кокс. Он приобретает серебристо-серый цвет и становится очень прочным.

После завершения коксования готовый кокс выдают из печи с помощью специальных машин — коксовыталкивателей. Это зрелище впечатляет: раскаленный кокс выталкивается из печи и попадает в коксотушильный вагон, где его охлаждают водой или везут на установку сухого тушения кокса, где охлаждение кокса происходит инертным газом. После этого кокс готов для отправки металлургам.

Интересно, что газы и смолы, которые выделились в процессе коксования, тоже не пропадают зря. Эти вещества улавливаются и отправляются на дальнейшую переработку. Из них получают ценное сырье: каменноугольную смолу, Бензол, аммиак и другие продукты, которые используются в химической промышленности для производства пластмасс, красителей, лекарств и даже парфюмерии.

ВУХИН: 90 лет угольной экспертизы
Без малого столетие одним из ключевых российских предприятий, обеспечивающих металлургическую отрасль высококачественным коксом, является Восточный научно-исследовательский углехимический институт (ВУХИН, входит в холдинг в отрасли химической промышленности Госкорпорации Ростех, головная организация — ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина). Институт специализируется на разработке и внедрении инновационных технологий в области коксования и переработки угля.

В частности, ВУХИН занимается исследованием свойств угля и оптимизацией процессов коксования; разработкой экологически чистых технологий, снижающих вредные выбросы; созданием новых видов кокса с улучшенными характеристиками для современных металлургических производств.

Благодаря работе ВУХИНа металлургическая отрасль получает не только высококачественное топливо, но и решения, которые позволяют снизить затраты и минимизировать воздействие на окружающую среду. Это делает предприятие важным игроком в поддержании конкурентоспособности российской металлургии на мировом рынке.

Будущее кокса: есть ли альтернатива?
Несмотря на свою незаменимость, возможно, в будущем кокс уступит место новым технологиям. Металлурги экспериментируют с прямым восстановлением железа водородом, плазменными и другими технологиями, которые потенциально могут снизить зависимость отрасли от угля. Однако пока кокс остается главным топливом для черной металлургии, и его качество напрямую влияет на успех производства.