Современную сталелитейную промышленность сложно представить без угольного кокса. Рассказываем, как испытание огнем и инженерная смекалка привели к открытию и внедрению этого необычного вида топлива.
Угольный кокс (еще его называют металлургическим) получают из каменного угля. Уголь нагревают до 1000–1100 градусов без доступа воздуха в специальных печах — коксовых батареях. Так из природного ископаемого уходят вода, смолы и летучие вещества, а остается прочный углеродный «скелет».
Помимо каменноугольного, есть и другие виды кокса. Например, торфяной или пековый (из остатков перегонки дегтя). Один из самых полезных в промышленности видов кокса — нефтяной. Это твердый остаток после глубокой переработки углеводородов. Он бывает топливный (используют как топливо) или сырьевой (используется при производстве полезных продуктов). Особенно востребованным из этого вида нефтепродуктов считается игольчатый кокс. Его используют для производства сталеплавильных печей, аккумуляторов и углеродных материалов.
Под микроскопом каменноугольный кокс напоминает каменную губку: в его структуре тысячи пор и полостей. Благодаря этой особенности материал выдерживает высокие температуры, не разрушается под большим весом и остается проницаемым для газов.
Эти качества оказались незаменимы в доменных печах, где из железной руды выплавляют чугун. Здесь угольный кокс выполняет сразу несколько задач. Он поддерживает температуру выше 1500 градусов, обеспечивает свободное движение раскаленных газов внутри печи и участвует в химической реакции восстановления железа из руды. Без такого сочетания свойств массовая выплавка чугуна была бы сложнее и дороже.
Первым использовал преимущества угольного кокса для получения металла англичанин Абрахам Дарби. В 1709 году на заводе в Коулбрукдейле он выплавил чугун из железной руды, используя угольный кокс вместо древесного угля. Новое топливо оказалось прочнее, эффективнее и доступнее.
К концу XVIII века Британия практически отказалась от лесного топлива в металлургии, что помогло нарастить производство металла и стало одним из факторов промышленной революции.
В Российской империи металлургия почти до конца XIX века работала на древесном угле. Ситуацию изменило открытие богатых залежей каменного угля в Донбассе. Из-за этого за неполные четверть века производство кокса в России выросло в 15 раз — с 296 тысяч тонн в 1890 году до 4,44 миллиона тонн в 1913-м. Новый материал помог нарастить выпуск металла и создал основу для крупных промышленных строек XX века. В 1930-е годы сталь использовали при возведении заводов, мостов, электростанций и железных дорог, а в годы Великой Отечественной войны — для производства танковой брони и вооружения. Неслучайно предприятия отрасли того времени называли «кузницей Победы».
Сегодня с помощью угольного кокса производят около 75% всей стали в мире. В процессе переработки угля также получают коксовый газ, каменноугольную смолу, бензольные соединения и аммиачную воду — основу для производства удобрений, пластмасс, красителей, лекарств и даже компонентов парфюмерии.
Ученые продолжают искать способы сделать кокс прочнее и эффективнее. Чтобы заглянуть внутрь материала, исследователи используют томографию и компьютерное моделирование. Это помогает точнее подбирать состав угольной смеси и режимы производства, снижать расход кокса и повышать эффективность выплавки металла.
Было интересно? У нас в ТЭКgpt еще больше фактов об этом.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».