SIDERURGIA - Rosalva Villarreal

Ing. Pedro Govea

FORMACIÓN DEL COQUE

BREVE DESARROLLO HISTÓRICO

Abraham Darby (1678-1717) quien fue el primero en utilizar exitosamente el coque para fundir fierro en Coalbrookdale de Shropshire, Inglaterra.

En 1796 los hornos que consumían carbón vegetal en Inglaterra eran solo unos cuantos y muy dispersos.

Incremento en la demanda de coque, el proceso se fue modificando y mejorando mediante la introducción de cámaras refractarias. Fue el inicio de los hornos de coque tipo "colmena“.

Ante el creciente auge industria, en 1681 aparecieron las primeras patentes de aprovechamiento de subproductos del carbón tal como se conoce en la actualidad no apareció sino hasta finales del siglo XIX.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL

En la actual industria siderúrgica existen un gran número de diseños de hornos de coquización (Koppers, Wilputte, Koppers Becker, Still, Otto, Somet-Solvay, Simón Carves, Coppee Didier, etc...) pero generalmente formada de 10 a 100 hornos que tienen cámaras de calentamiento, cámaras de coquización y cámaras regenerativas.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL El ciclo de coquización se inicia con la introducción de la carga de

carbón al horno operación que se lleva a cabo con la ayuda de un "carro carga" que opera sobre rieles a lo largo de la batería.

Durante la operación de carga, se limita el escape de los gases del horno mediante aspiradores de vapor y se recolectan para su procedimiento en la planta de subproductos.

Las instalaciones donde se transforma el carbón coque se denominan baterías de coque, y están constituidas por una serie de hornos o cámaras de destilación.

En ellos, y fuera del contacto del aire, se destila el carbón sometiéndolo a unas temperaturas superiores a los 1050 ºC.

A este proceso es al que llamamos COQUIZACIÓN.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL

Los hornos son cargados de carbón por el techo a través del carro de carga.

Están construidos con ladrillos refractarios de sílice, y se alternan con cámaras de combustión.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL

La temperatura del carbón se va elevando por el calor que transmiten las paredes del horno hasta llegar a los 1000 – 1100 ºC.

Termina en ese momento la coquización. La duración normal de este periodo de destilación es de 14 a 15

horas aproximadamente.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL

Una vez terminada la coquización, se retiran las puertas del horno, y el coque es empujado afuera por la deshornadora.

El vagón lo lleva a la torre de apagado, donde será enfriado rápidamente hasta la temperatura ambiente y así evitar que se consuma por combustión espontánea al entrar en contacto con el aire.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL

El producto obtenido se denomina coque metalúrgico y es un combustible de extraordinaria importancia en la fabricación del acero.

Tiene como misiones fundamentales proporcionar calor para las reacciones de reducción, posibilitar la formación de CO (gas reductor) y soportar las cargas en el Horno Alto.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL

Los volátiles (gases) que se escapan de las cámaras de coquización contienen un gran número de componentes (complejos).

Tras un proceso químico de SEPARACIÓN y DEPURACIÓN, se obtienen productos de importantes aplicaciones industriales.

Este gas (gas rico) es reutilizable en la propia batería o en otras instalaciones.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL

El proceso de coquización involucra una serie de reacciones que pueden dividirse en tres etapas básicas como son: › Primero existe una descomposición del carbón a temperaturas

abajo de 700°C a productos primarios consistentes de; agua, monóxido de carbón, Dióxido de carbón, sulfuro de hidrógeno, olefinas, parafinas, hidroaromáticos y compuestos fenólicos y nitrogenados.

› Segundo, las reacciones térmicas de los productos primarios ocurren a medida que atraviesan el coque caliente y paredes espacios de temperatura superior a 700°C, resultando la formación de hidrocarburos aromáticos y metano, así como evolución de grandes cantidades de hidrógeno, cianuro de hidrógeno, bases de piridina, amoniaco, nitrógeno y la descomposición de los compuestos nitrogenados.

› Tercero, la producción de coque compacto mediante la remoción progresiva del hidrógeno.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL

Entre las propiedades del coque para uso en el alto horno que mayor repercusión tienen en la eficiencia del proceso destacan las siguientes:

Características Químicas

› Carbón fijo:

Deberá ser lo más elevado y constante posible, ya que así durante su combustión frente a las toberas se tendrá la mayor capacidad y la mínima variación térmica por unidad en peso.

› Contenido de cenizas:

Deberá ser lo más bajo posible. Forma escoria mediante su neutralización con fundentes y cualquier aumento y variación en su contenido repercutirá directamente en los volúmenes de escoria producida, así como en el índice de basicidad de la misma, puesto que las cenizas están constituidas principalmente por compuestos de carácter ácido como son: SiO2 y Al2O3.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONVENCIONAL

› Características Químicas

› Azufre:

Un 80% mínimo del azufre que entra al alto horno proviene del coque; de ahí la importancia que este elemento alcance una baja concentración en el combustible pues su presencia afecta directamente la calidad del arrabio.

› Reactividad:

Afinidad que presenta el coque para combinarse con el oxígeno y Dióxido de carbono. En el caso del alto horno es común hablar de un buen coque, cuando su reactividad es relativamente baja, o sea que la reactividad deberá ser suficiente para que el coque se combustiona bien al contacto con el oxígeno del aire frente a las toberas, pero que no sea tan alta como para que entre fácilmente en reacción con el oxígeno de los óxidos ferrosos, antes de que alcance el nivel de toberas, lo que finalmente se traduce en un aumento del consumo de combustible.

› Características Físicas

› Granulometría:

El tamaño del coque estará en parte influenciado por el tamaño del resto de los componentes de la carga; sin embargo, se considera como aceptable el comprendido entre el rango de 16 a 19 mm como mínimo y 64 a 75 mm como máximo.

› Índice de Estabilidad:

Constituye un ensayo físico que determina la resistencia del coque a la degradación o la pérdida de tamaño del mismo, por el efecto combinado de la abrasión (desgaste por roce) y la caída.

La prueba de estabilidad se rige por las normas A.S.T.M. y una breve descripción de la misma sería la siguiente. Se seleccionan 10 Kg de muestra de coque entre +2" y -4", la cual se introduce a un tambor de 36" diam. por 18"ancho con dos placas de 2" en su interior a 180°; se hace girar 400 vueltas a 23 rpm. Después de las vueltas se extraen las fracciones resultantes y se criban a las siguientes mallas +1 1/2" +1" +1/2", +1/4" y -1/4".

Características Físicas

› Índice de Dureza:

Por medio de este ensayo se mide la resistencia del material al impacto, pero no es tan representativo como el índice de estabilidad y debe tomarse justamente asociado a este último para tener una evaluación más exacta de las cualidades mecánicas del coque.

› Humedad del Coque:

Su determinación es importante y debe efectuarse con la regularidad necesaria, ya que el peso del coque efectivamente cargado al horno deberá ajustarse en base seca (eliminando la humedad) para descontar las variaciones en el peso debidas a la humedad involucrada, mismas que se reflejarían en el balance térmico dentro del horno.

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE COQUIZACIÓN

PARQUE DE ALMACENAMIENT

O

MOLIENDA

MEZCLADO

BATERÍA DE HORNOS DE

COQUE

TORRE DE APAGADO

PRE-CRIBADO, CORTE Y CLASIFICACIÓN

GRACIAS POR SU ATENCIÓN….

Y DUDAS CON EL MAESTRO GOVEA