OBTENCIÓN DEL COQUE POR EL MÉTODO CONVENCIONAL

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

E.A.P. INGENIERÍA METALÚRGICA

OBTENCIÓN DE COQUE POR EL MÉTODO CONVENCIONAL

SIDERURGIA - Ing. Elard León Delgado

Sánchez Quispe, Luis Alberto

INTRODUCCIÓNCoque

metalúrgico Hornos de

Coquización

Alto Horno

Material carbonáceo resistente y poroso

Destilación destructiva de carbones en

cámaras refractarias.

Mayor fuente de calor

Principal generador de gas como agente

reductor.

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.

DESCRIPCION 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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


CARACTERÍSTICAS DEL COQUE PARA EL ALTO HORNO

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.

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 ALMACENAMIEN

TO

MOLIENDA

MEZCLADO

BATERÍA DE HORNOS DE

COQUE

TORRE DE APAGADO

PRE-CRIBADO, CORTE Y CLASIFICACIÓN

CÁLCULOS EN PLANTA DE COQUE CLÁSICOS

FLUJO DESCRIPCIÓN RENDIMIENTO

%A Mezcla Seca de Carbones 100.0 ---B + C Coque Bruto Seco Total 78.3 100.0C Coque Metalúrgico Seco 72.7 92.8

para Altos Hornos(con finos)C - D Usado en Altos Hornos (neto) 67.3 86.0E Finos de Coque 11.0 14.0B Finos de la Planta de Coque 5.6 7.2D Finos de la Planta de Hierro 5.4 6.8F Alquitrán 3.6 2.8G Gas de Coquería (*) 1,815 1,420

(*) Termias / Tn de Mezcla de Carbones

1 Termia = 1000 Kcal

PLANTA DE

COQUE

ALTOS HORNOS

A

F G

C

B D E

BALANCES

Si disponemos de 1000 TM de carbón ;cuanto de coque neto será empleado en el alto horno.C-D coque neto empleado en el A-H Rendimiento: 67.3 --- 86.0 Del CuadroA=1000TM

1000 x 0.673 = 673 TM de carbónCoque?673 x 0.86 = 578 TM coque

C - D = 578 TM coque

COQUE BRUTO SECO TOTAL (B + C)

RENDIMIENTO : 78.3 ---100.0 Del Cuadro

1000TM X 0.783 = 783 TM DE CARBON

783 X 1 = 783 TM DE COQUE

B+C=783TM

COQUE METALURGICO SECO TOTAL (C)

RENDIMIENTO :72.7 --- 92.8 Del Cuadro

1000TM X 0.727 = 727 TM DE CARBON

727TM X 0.928 = 674.7 TM DE COQUE

C = 674 TM

TOTAL DE FINOS DE COQUE (E)

RENDIMIENTO 11.0 --- 14.0 Del Cuadro

1000TM X 0.11 = 110 TM DE CARBON

110TM X 0.14 = 15.4 TM DE COQUE

E = 15.4 TM DE COQUE

FINOS DE LA PLANTA DE COQUE (B)

RENDIMIENTO : 5.6 --- 7.2 Del Cuadro

1000TM X 0.056 = 56 TM DE CARBON

56TM X 0.072 = 4TM COQUE

B = 4TM COQUE

FINOS DEL TRANSPORTE HASTA EL ALTO HORNO (D)

RENDIMIENTO: 5.4 --- 6.8 Del cuadro

1000TM X 0.054 = 54 TM DE CARBÓN

54TM x 0.068 = 3.67 TM DE COQUE

D = 3.67 TM DE COQUE

FINOS DEL TRANSPORTE HASTA EL ALTO HORNO (D)

RENDIMIENTO: 5.4 --- 6.8 Del cuadro

1000TM X 0.054 = 54 TM DE CARBÓN

54TM x 0.068 = 3.67 TM DE COQUE

D = 3.67 TM DE COQUE

TIEMPO DE COQUIZACIÓN

OBSERVACIÓN

La destilación solo ocurre hasta el punto medio.

Dato: Velocidad Media = 2 cm./hr.Espesor Medio = E total / 2 = 50 cm.

T = E / V

T = (50 cm.) / (2 cm./hr.) = 25 hr.

T = 25 HORAS

CAPACIDAD DE LOS HORNOS

PRODUCCIÓN DE COQUE

P = (nº Días)x(nº hrs/día)x(nº Hornos)x(Capac. / Horno) ---------------------------------------------------------------- Tiempo de Coquización (hrs.)

P = (330 Días)x(24 hrs/día)x(22 Hornos)x(30 TM / Horno) ---------------------------------------------------------------- (20 hrs.)

T = 261360 TM COQUE TOTAL / Año

T = 261360 TM / 0.783 = 330793 TM CARBÓN / Año

CONCLUSIONES

El sector siderúrgico es el principal consumidor del carbón metalúrgico; la mayor

parte de este carbón va a la producción de coque metalúrgico, el cual suministra

más del 80% de los requerimientos totales de energía y calor.

El coque del Alto Horno más deseado, es el que se obtiene de la destilación del

carbón bituminoso medio volátil (Carbón Coquizable).

Es necesario realizar investigación para mejorar la calidad del carbón coque,

sobre todo el porcentaje de azufre, para mejorar la contaminación ambiental y

encontrar nuevos usos en el mercado.

El coque metalúrgico actualmente se produce casi exclusivamente en hornos de

"Retorta" con recuperación de los subproductos y los nuevos procesos no

necesariamente restringidos al uso de carbones coquizables para poder obtener

un producto que pueda ser ampliamente utilizado en el alto horno; se cree que

podrán ser completamente desarrollados en un lapso de 20 años.

CONCLUSIONES

El principal factor que amenaza con el cierre de las plantas de coque es su

inaceptable impacto ambiental. Debido a la fuerte inversión requerida para las

nuevas plantas de coque, es de esperar un aumento significativo de la vida útil

ambiental de las plantas de coque. Para ello se debe combinar modernas

técnicas de reparación, buenas prácticas operativas por operadores bien

entrenados y el uso de control automatizado de procesos para lograr una

fabricación de coque óptima y consistente.

Técnicas que Actualmente practica la empresa Multinacional Italiana Danieli &

C. Officine Meccaniche SpA con sede en Butterwick (UD) que actualmente es un

líder mundial en la producción de plantas de acero.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

“Producción Siderúrgica”-A. T. PETERS. 1987.

RII-FIGMMG “La importancia del carbón mineral en el desarrollo”-Elard F. León Delgado. 2006.

“Guía de Siderurgia : Proceso de Producción”- Elard León Delgado. – LA TOBA

http://www.danieli-corus.com/es/coke-raw.php

http://geocities.ws/ahmsatech/Coquizadora.html

http://www.todomonografias.com/industria-y-materiales/acero-materiales-metalicos-parte-1/

http://carbodesarrollos.com/contenido/img/tempheadline.jpg

Líder Latinoamericano en Extracción de carbón, fundición y exportación de

coque siderúrgico

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCIÓN

"TODOS QUIEREN POSEER

CONOCIMIENTO; PERO POCOS

ESTÁN DISPUESTOS A

PAGAR SU PRECIO".

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