Improvement of coke strength after reaction value (CSR) by spraying boron solutions on metallurgical coke

Year 2024, Volume: 30 Issue: 1, 103 - 108, 29.02.2024

Fatih Esin Onur Acur Berkman İşçi Caner Cantürk Cansu Besun Engin Çevik

Abstract

In the Coke Plant of KARDEMIR, coking coal is charged to the furnaces, the hot coke is obtained after 18-21 hours of coking is discharged to the quenching wagon via the guide car with the help of the pusher machine. The hot coke is quenched by water spraying in the quenching towers and is poured into the coke ramp. The metallurgical coke is sized in the Coke Crushing and Screening Plant and sent to the blast furnaces. In the blast furnace process, the use of metallurgical coke with high CSR values obtained from high quality coking coals is preferred. In the blast furnace process, it is preferred to use metallurgical coke with CSR values in the range of 60-70% obtained from high quality coking coals. However, the reserves of high quality coal beds are decreasing day by day. In this study, it is aimed to increase the CSR value of metallurgical coke by spraying various concentrations of boron solutions in order to obtain the same efficiency from low quality coals. In this way, low quality coals in the coal blend in metallurgical coke production will be used at higher rates and raw material costs will be reduced. Solutions prepared with three different boron products and various concentrations were applied to the hot coke obtained at 1050±50 °C in coke ovens, and its effects on the alteration of coke strength after reaction (CSR) values were investigated. When the coke reactivity test results of the applications were examined, it was observed that there was a 20-48% improvement in the CSR value of the coke samples with boron solution compared to the coke samples quenched by spraying water. A 46.29% increase in CSR value and a 34.92% decrease in CRI value of the hot coke sample, which was quenched with 7 g/Ɩ concentration Disodium Octaborate Tetrahydrate solution giving the optimum value, was determined.

Keywords

Metallurgical coke, Boron, Coke reactivity, Blast furnace, Coke oven plant

Metalürjik koka bor solüsyonları püskürtülerek reaksiyon sonrası kok mukavemeti değerinin (CSR) geliştirilmesi

Abstract

KARDEMİR Kok Fabrikalarında koklaşabilir kömür fırınlara şarj edilmekte, 18-21 sa.’lik koklaşma sonrasında elde edilen kızgın kok itici makina yardımı ile kılavuz arabası üzerinden söndürme vagonetine boşaltılmaktadır. Kızgın kok, söndürme kulelerinde su püskürtülerek söndürülmekte ve kok rampasına dökülmektedir. Metalürjik kok, kok kırma eleme tesisinde boyutlandırılarak yüksek fırınlara sevk edilmektedir. Yüksek fırın prosesinde kaliteli koklaşabilir kömürlerden elde edilen CSR değerleri yüksek metalürjik kok kullanımı tercih edilmektedir. Yüksek fırın prosesinde, kaliteli koklaşabilir kömürlerden elde edilen CSR değerleri %60-70 aralığında olan metalürjik kok kullanımı tercih edilmektedir. Fakat kaliteli kömür yataklarının rezervleri gün geçtikçe azalmaktadır. Bu çalışmada, düşük kalitedeki kömürlerden aynı verimi elde etmek için metalürjik koka çeşitli derişimlerde bor solüsyonları püskürtülerek CSR değerinin artırılması amaçlanmaktadır. Bu sayede metalürjik kok üretiminde kömür harmanı içerisinde düşük kalitedeki kömürler daha yüksek oranlarda kullanılabilecek ve hammadde maliyeti düşürülmüş olacaktır. Kok fırınlarında 1050 ± 50 °C sıcaklıkta elde edilen kızgın kok üzerine üç farklı bor ürünü ile çeşitli derişimlerde hazırlanan çözeltiler uygulanarak reaksiyon sonrası kok mukavemetindeki (CSR) değişiklikler üzerine etkileri incelenmiştir. Gerçekleştirilen uygulamaların kok reaktivite test sonuçları incelendiğinde, bor çözeltisi uygulanmış kok numunelerinin su püskürtülerek söndürülen kok numunelerine göre CSR değerinde %20-48 iyileşme olduğu gözlenmiştir. Optimum değeri veren 7 g/Ɩ derişimli Disodyum Oktaborat Tetrahidrat çözeltisi ile söndürülen kızgın kok numunesinin CSR değerinde %46.29 artış, CRI değerinde %34.92 azalış tespit edilmiştir.

Keywords

Metalürjik kok, Bor, Kok reaktivite, Yüksek fırın, Kok fabrikaları

References

• [1] Bulut B. Yüksek Fırınlarda Verim Artırmak Amacıyla Koklaşabilir Yerli ve İthal Kömürlerin Optimum Harmanlama Özelliklerinin Belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana, Türkiye, 2010.
• [2] Dike ÖS. Pulvarize Kömür Enjeksiyonu Kullanımının Yüksek Fırın Çalışmasına Etkileri. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana, Türkiye, 2008.
• [3] Özduman G, Yaşar M, Demirkol OH. “Metalürjik Kok Kömürünün Yüksek Fırında Yanma Reaksiyonun Yavaşlatılması”. INCOS2018 14. Uluslararası Yanma Sempozyumu, Karabük, Türkiye, 25-27 Nisan 2018.
• [4] Özgen ON. Yüksek Fırında Kok Kalitesi. 1. Baskı. Zonguldak, Türkiye, Erdemir Eğitim Yayınları, 1986.
• [5] Elliott DR. “Blast-Furnace irregularities caused by coke-quality variations”. Conference on Coke in Ironmaking, London, England, 10-11 December 1969.
• [6] Mathieson JG, Truelove JS, Rogers H. “Toward an Understanding of Coal Combustion in Blast Furnace Tuyere Injection”. Fuels, 84(10), 1229-1237, 2005.
• [7] Mert İ, Karakuş C, Gençoğlu A. “Electricity Production By Wet Type Top-Pressure Recovery Turbine in Blast Furnaces”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(4), 700-708, 2020.
• [8] Tamko VA, Zolotarev IV, Saranchuk VI, Shendrik TG, Zbykovskii EI, Shvets II. “Treatment of Metallurgical Coke with an Aqueous Solution of Sodium Tetraborate”. Solid Fuel Chemistry, 44, 12-15, 2010.
• [9] Musiiwa A. An Investigation into The Use of Borates to Improve Coke CSR/CRI When Blending Metallurgical Coal to Make Blast Furnace Coke. MSc Thesis, Faculty of Engineering and the Built Environment, University of the Witwatersrand, Johannesburg, South Africa, 2018.
• [10] Donetsk National Technical University Faculty of Ecology and Chemical Technology. “Study of the Influence of Inorganic Additives on The Quality of Coke”. https://web.archive.org/web/20191223122126/http:/masters.donntu.org/2008/feht/yacenko/diss/index.htm (23.12.2019).
• [11] Russian Federation Federal Service for Intellectual Property, “Method of Obtaining High-Quality Coke”. Moscow, Russia, RU2539186C1, 2013.
• [12] Zolotaryov IV, Tamko, VA, Shendrik, TG, Zbykovskyy EJ, Shvets, II. “Means of improvement of CSR and CRI indexes of blast-furnace coke”. Karbo, 2, 95-99, 2011.
• [13] ASTM International. “Standard Test Method for Measuring Coke Reactivity Index (CRI) and Coke Strength After Reaction (CSR)”. West Conshohocken, United States, ASTM D5341/D5341M-19, 2019.
• [14] Mitra SK. Private Limited. “Metallurgical Coke Testing & Analysis”. https://web.archive.org/web/20210415113015/http://mitrask.com/metallurgical-coke-testing-analysis/ (15.04.2021).
• [15] Ünsal B. Investigation of Factors Affecting Coke Strength After Reaction (CSR) and Developing a Statistical Model for CSR Prediction. MSc Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey, 2018.
• [16] WIPO (PCT). “Method for Treatment of Blast-Furnace Coke”. Donetsk, Ukraine, WO2012/102687 A1, 2012.
• [17] Longbottom RJ, Monaghan BJ, Chowdhury AA, Reid MH, Zhang G, Mahoney MR, Hockings K. “Effect of Mineral Matter on The Reactivity of Coke and Its Replication in A Coke Analogue”. ISIJ International, 56, 1553-1558, 2016.