X-ray examination of the structure of blast-furnace cokes

• Autorzy: Nitkiewicz Z. , Pająk L. , Konstanciak A. , Bałaga Z.

Warianty tytułu

PL

Rentgenowskie badania struktury koksów wielkopiecowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of performed X-ray examinations was to understand the changes in the structures of coke during the blast-furnace process. Prolonged (many-hour) heating of coke (at a temperature of about 2000 C) in a reducing atmosphere and under high pressures prevailing in the blast furnace may cause slightly different changes in the structure that typical graphitization. Experimental tests were carried out on three groups of coke samples: the so called burden coke (delivered from the coking plant, and designated by KN), the coke taken from the tuyere level of the blast furnace (DWP), and cokes subjected to laboratory tests reproducing, to a certain extent, the conditions prevailing in the blast furnace (TS) and (KB). The X-ray measurements made by the X-ray diffraction (XRD) method and the small-angle X-ray scattering (SAXS) method have enabled the description of the following parameters characterizing the structure: the intcrplanar distance. d002: the crystallite size. Le: the crystallinity factor, Wk; and the pore fractal dimension. Dp, and the boundaris of the fractality range. The coke samples were characterized by some volumetric in homogeneity, therefore particle cross-sections and powder specimens were prepared. In the analysis of examination results, the average values of the measured parameters were presented for particular groups of cokes, which confirmed the presumption that an intensive development of the coke crystalline structure and transformations of the type of porosity occurred during the blast-furnace process. These changes arc probably the more extensive the greater is the degree of crystallinity ofburden coke loaded to the blast furnace. Thus, there is a possibility of controlling the changes in the structure of coke, and thereby its properties, which can be utilized for reducing the coke consumption in the blast-furnace process.

PL

Celem przeprowadzonych badań rentgenowskich było poznanie zmian struktury koksu w trakcie procesu wielkopiecowego. Długotrwale (wielogodzinne) wygrzewanie koksu (w temp. do około 2000 C) w atmosferze redukującej i dużych ciśnieniach panujących w wielkim piecu może powodować nieco inne zmiany struktury niż typowa grafityzacja. Badania eksperymentalne zostały przeprowadzone na trzech grupach próbek koksów: koksie tzw. namiarowym (dostarczanym z koksowni) oznaczanym (KN), koksie pobranym z wielkiego pieca z poziomu dysz (DWP), oraz koksach poddanych testom laboratoryjnym odtwarzającym, w pewnym zakresie, warunki panujące w wielkim piecu (TS) i (KB). Pomiary rentgenowskie przy wykorzystaniu metody dyfraktometrycznej (XRD( i metody małokątowego rozpraszania (SAXS) umożliwiły opisanie następujących parametrów charakteryzujących strukturę: odległość międzypłaszczyznowa d002, wielkość krystalitów współczynnik krystaliczności Wk oraz wymiar fraktalu porowego Dp i granice zakresu fraktalności. Próbki koksów charakteryzowały się pewną niejednorodnością objętościową w związku z tym zostały przygotowane przekroje cząstek i próbki proszkowe. W analizie wyników badań, przedstawione zostały średnic wartości zmierzonych parametrów dla poszczególnych grup koksów, co potwierdziło przypuszczenie, że w trakcie procesu wielkopiecowego zachodzi intensywny rozwój struktury krystalicznej koksu oraz przemiany typu porowatości. Zmiany te są prawdopodobnie tym większe im jest większy stopień krystaliczności koksu namiarowego załadowanego do wielkiego pieca. Istnieje więc możliwość sterowania zmianami struktury koksu a więc i jego własnościami, co można wykorzystać do obniżenia jego zużycia w procesie wielkopiecowym.

Słowa kluczowe

EN

blast-furnace coke

PL

koks wielkopiecowy

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Archives of Metallurgy
• Rocznik: 2000
• Tom: Vol. 45, iss. 4
• Strony: 343--354
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nitkiewicz Z.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Częstochowska, 42-201 Częstochowa, ul. Armii Krajowej 19

autor

Pająk L.

• Instytut Fizyki i Chemii Metali, Uniwersytet Śląski, 40-007 Katowice, ul. Bankowa 12

autor

Konstanciak A.

• Katedra Ekstrakcji i Recyrkulacji Metali, Politechnika Częstochowska, 42-201 Częstochowa, ul. Armii Krajowej 19

autor

Bałaga Z.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Częstochowska, 42-201 Częstochowa, ul. Armii Krajowej 19

Bibliografia

• [1] A. Konstanciak, R. Benesch, Z. Nitkiewicz, W. Sabela, J. Mróz, Koks wielkopiecowy w wysokich temperaturach. Hutnik, Wiadomości Hutnicze 3, 108-111 (2000).
• [2] P. Negro, J. M. Steiler i wsp., Assessment of coke degradation in the blast furnance from tuyere probing investigations. Proceedings 3rd European Ironmaking Congress, 20-27. Gent, 16-18.09.1996.
• [3] K. Skoczkowski, Technologia produkcji wyrobów węglowo-grafitowych. Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice (1995).
• [4] S. Jasieńko, J. Pielaszek, Metody rentgenowskie badania struktury węgli. Wydawnictwo Fundacji im. Wojciecha Swiętosławskiego, Warszawa, Gliwice (1993).
• [5] A. Konstanciak, R. Benesch, Z. Nitkiewicz, W. Sabela, The blast furnaace's coke at high temperatures. Acta Metallurgica Slovaca, R. 5. 1, 44-49 (1999).
• [6] P. J. Tromp, Coal pyrolisis. Universytet Amsterdam, Amsterdam (1987).
• [7] S. Jasieńko, H. Kidawa, U. Świetlik, Physicochemical studies of the changes in properties and structure of medium rank coals during carbonization. Inter. Conf. on Structure and Properties of coals. 66-68, Wrocław (1991).
• [8] S. Jasieńko, B. Bujanowska, Badania nad strukturą koksów- formowanych i ich zachowaniem się w procesie wielkopiecowym. Koks Smoła Gaz 10, 253-257 (1975).
• [9] A. Konstanciak, W. Sabela, R. Budzik, J. Kućmierz, Wpływ „termościeralności" koksu na jego przydatność w wielkim piecu. Hutnik. Wiadomości Hutnicze 2, 44-47 (1998).
• [10] P. Pfeifer, M. Obert, In The Fractal Approach to Heterogeneous Chemistry, edited by D. Avnir., 11-43, Wiley, Chichester, England (1989).
• [11] D. Avnir, D. Farin, P. Pfeifer, New J. Chem. 16, 439-449 (1992).
• [12] P. W. Schmidt, J. Appl. Cryst. 24, 414-435 (1991).
• [13] B. B. Mandelbrot, The Fractal Geometry of Nature, Freeman, New York (1983).
• [14] H. D. Bale, P. W. Schmidt Phys. Rev. Lett. 53, 596-599 (1984).
• [15] S. K. Sinha, T. Frelloft, J. K. Kjems, In Kinetics of Aggregation and Gelation, edited by F. Family, D. P. Landau, 87-90, Elsevier, Amsterdam (1984).