El coque, producto o residuo obtenido
de la destilación de algunos carbones, es un sólido poroso y poco denso, que
arde sin llama y tiene gran poder calorífico, se emplea principalmente como
reductor en la industria siderúrgica para la fabricación de acero.
La calidad del coque es un concepto
que no puede definirse en términos precisos. Esta difiere de un estado a otro e
incluso dentro de un país. Sin embargo, el coque antes de ser utilizado debe
someterse a una serie de pruebas que confirman sus propiedades químicas,
físicas y mecánicas
.
.
Características del Coque Metalúrgico
Propiedades Químicas
El
análisis inmediato (humedad, cenizas, materias volátiles, carbono fijo) y el
análisis elemental (S, C, O2, H2, N2),
determinan las propiedades químicas del coque. Estos análisis se realizan de la
misma forma que para los carbones teniendo en cuenta las normas establecidas
para dicho proceso.
Humedad: La humedad del coque deriva del apagado
después de la extracción de las cámaras de coquización y eventualmente de la
acción de agentes atmosféricos a que el coque pueda haber sido expuesto durante
el almacenamiento. El agua reduce el porcentaje de carbono en el coque y
consecuentemente su poder calorífico, proporcionalmente a su cantidad. Por lo
anterior bajo el punto de vista económico, el valor del coque disminuye al
aumentar el porcentaje de humedad. Bajo el punto de vista metalúrgico,
ocurriendo la evaporización del agua en la parte alta del horno antes de llegar
a la zona de reacción, el contenido de humedad es de importancia limitada.
La
determinación de la humedad del coque se reporta en la prueba normalizada por
la ISO 579: donde 1 Kg de coque se pone en una bandeja de aluminio o acero
inoxidable, cuyo fondo tenga una extensión de aproximadamente 0.1 m2,
luego la muestra se seca a 200 ºC en una estufa, hasta que el alcance un peso
constante.
Cenizas: Las
cenizas del coque están constituidas por las sustancias minerales preexistentes
en el carbón de origen. Las cenizas representan un incombustible inerte, y
entonces disminuyen el contenido porcentual de carbono y el poder calorífico
del coque. Las cenizas son de naturaleza ácida (contienen aproximadamente 50%
de SiO2) y requieren el empleo de un fundente para ser extraídas.
Mayores contenidos de cenizas hacen el uso de mayor cantidad de coque para fundir la escoria, el empleo
de una mayor cantidad de fundente y la reducción del rendimiento del cubilote.
Azufre: El azufre del coque tiene un efecto muy
deletéreo sobre la marcha del horno, pues disminuye los poderes caloríficos y
de reducción del coque. Un aumento del contenido de azufre implica un aumento
del consumo de coque.
Propiedades termofísicas y
termoquímicas
Las
propiedades termofísicas y termoquímicas se determinan con los ensayos de poder
calorífico, temperatura de fusión de las cenizas y la reactividad del coque.
Poder calorífico: El poder calorífico del coque expresa
su valor como combustible y este parámetro depende directamente del porcentaje
de carbono fijo presente, el coque a altas temperaturas contiene prácticamente
solo carbono fijo y cenizas.
Reactividad: Es la aptitud para reaccionar con el
CO2 según la reacción de Boudoir
C + CO2
= 2CO
La reactividad
del coque puede ser controlada actuando sobre los parámetros que la
influencian; estos factores pueden ser de naturaleza química, física o factores
relativos a la condición de coquización. Entre los anteriores factores sobresalen
los siguientes: la reactividad del coque aumenta al disminuir la granulometría,
pues aumenta la superficie del coque expuesta al CO2 y la
reactividad también aumenta cuando la porosidad aumenta pues se incrementa la
superficie útil al ataque de los gases oxidantes.
Existen
varios métodos para determinar la reactividad:
a)
Guerin-Bastier: Consiste en colocar
una muestra del coque sobre una termobalanza en una atmosfera de CO2 y
registrar la pérdida de peso.
b)
Comunidad económica europea: Se
coloca una muestra en un tubo de cuarzo; se hace pasar una corriente de CO2
puro. El tubo se coloca en un horno vertical a una temperatura fija.
Luego se efectúa un análisis de los gases de reacción.
Propiedades físicas
Se
deben tener en cuenta los siguientes parámetros:
Aspecto: Consiste en observar la forma y los
colores que dan una indicación aproximada de su calidad. Coque en forma de
agujas indica fragilidad; el color debe ser negro, la fractura puede ser
brillante o mate y los poros indican el grado de cocción.
Estructura: Si el tamaño y la distribución de los
poros es uniforme, la mezcla de carbones es adecuada y su cocción la apropiada.
Las grietas presentan la facilidad de fragmentación del coque.
Densidad real: Es la relación entre el peso y el
volumen de una unidad de coque sin tener en cuenta los poros. Se determina
sobre coque molido. La densidad real es un parámetro que se determina para
calcular la porosidad. Hay que tener en cuenta que la densidad absoluta aumenta
con el contenido de ceniza.
Densidad aparente: Es la densidad media de los trozos de
coque incluyendo los poros en el cómputo de volumen. Se llama también
estructural porque da una idea de la compactación del coque. Siendo más alta
para coques menos porosos.
Porosidad: Influye en el trabajo del horno. Un
coque de buena calidad le corresponde una porosidad moderada. Para calcular la
porosidad se compara la densidad real y la aparente del coque. Es muy
importante, ya que de ella depende la facilidad con que reacciona con el oxígeno,
anhídrido carbónico y el vapor de agua.
Densidad volumétrica: Es la densidad del coque medida en el
sitio en que se encuentra, formando montones o dentro de una tolva. Para el
cálculo se consideran los espacios vacíos entre trozos. Este parámetro afecta
la permeabilidad de la carga en el cubilote.
Resistencia mecánica: La calidad del coque está definida en
gran medida por su resistencia mecánica, la cual, se cuantifica generalmente
por su dureza Micum. La resistencia mecánica se puede definir como la capacidad
del coque para no degradarse cuando se le somete a pruebas de impacto y
abrasión a temperatura ambiente o bajo la influencia de elevadas temperaturas.
La resistencia mecánica del coque y su influencia en la carburación se explica
porque a mayor resistencia del coque, mejor conserva su calibre. Al conservar
su calibre, la combustión del coque es menos variable y el aire permanece
constante. Además, como la reactividad del coque depende principalmente de su
calibre; cuando este aumenta, la reactividad disminuye, lo cual habla de la
importancia de trabajar con coques clasificados según el diámetro del cubilote.
Fin del coque para fundición
a)
Agente combustible y transmisor de calor
b)
Agente de carbono
c)
Permeabilizante de la carga
d)
Apoyo de la carga.
Normas de calidad del coque para cubilote
Las
normas de calidad del coque para cubilote son más severas que las del coque
utilizado en alto horno, sea desde el punto de vista de pureza química que del
de la resistencia mecánica.
El
hierro procedente del alto horno es un material crudo, destinado a ulteriores
tratamientos de depuración y afino; el hierro del cubilote, en arrabio, se
transforma en piezas coladas que deben tener una composición química bien
definida y un contenido de impurezas compreso en límites muy estrictos. Por eso
es indispensable que el coque para cubilote tenga una composición mejor de la
aceptable para el alto horno.
Las
propiedades físicas también tienen que ser mejores. Las condiciones operativas
del alto horno permiten el empleo de coque de tamaño relativamente pequeño (20-70 mm), mientras que para el cubilote se exige coque grueso. Con respecto al
tamaño, este depende del diámetro del cubilote y se pueden aconsejar las
siguientes granulometrías:
a)
Coque medio entre 80 y 140 mm, para cubilotes de viento frío, hasta 0,8-0,9 m
de diámetro y de viento caliente hasta 1-1,1 m de diámetro.
b)
Coque grueso entre 140 y 250 mm para cubilote de grandes dimensiones y
aplicaciones particulares.
c)
Coque corriente, de tamaño mayor que 80-90 mm, para cubilotes de viento frío
de diámetro superior a 0,9 m y de viento caliente de grandes dimensiones.
d) Como
combustible del coque, este es mayor si posee un menor contenido de cenizas.
Conclusiones
Una
buena calidad del coque, un alto contenido de carbono y un bajo contenido de
cenizas, son factores que influencian la carburación. Asimismo, hablando del
valor como combustible del coque, este es mayor si posee un menor contenido de
cenizas.
La
calidad del coque, puede ser establecida a partir de muchas características
químicas, fisicoquímicas y físicas; sin embargo, son la resistencia mecánica y
el calibre del coque, los factores principales que la determinan.
La
humedad del coque es un aspecto de mayor relevancia para el comportamiento
térmico del horno, que para su comportamiento metalúrgico.
Se
consume más coque, si este presenta un contenido de azufre alto.
La
porosidad del coque es preferible que sea moderada, ya que hay que tener en
cuenta tanto el aspecto de reactividad, como su resistencia mecánica.
Bibliografía
ALONSO, ARNALDO. Diseño, operación y control del cubilote. Ediciones UIS. Bucaramanga, 2000.
No hay comentarios.:
Publicar un comentario
Cualquier duda, comentario, inquietud o sugerencia, no dudes en contactarme.