Aplikasi Habuk Arang Batu

Debu arang batu adalah anthracite yang dikisar halus dan mempunyai banyak kegunaan selain hanya dibakar untuk penjanaan kuasa. African Pegmatite adalah pembekal utama habuk arang batu berkualiti tinggi untuk aplikasi prestasi tinggi.

Debu arang batu adalah kepelbagaian serbuk arang batu yang dicipta oleh pulverization atau pengisaran arang batu kepada bijirin halus dan licin. Arang batu mempunyai harta rapuh yang membolehkan ia mengambil serbuk atau bentuk pulverized semasa perlombongan, pengangkutan atau hasil daripada pengendalian mekanikal. Pulverising atau pengisaran arang batu sebelum melaluinya melalui proses pembakaran membolehkan kelajuan dan kecekapan pembakaran yang lebih baik. Biasanya terdiri daripada anthracite tanah dan dikisar, habuk arang batu boleh dianggap sebagai produk nilai tambah, apabila digunakan dalam persekitaran bukan pembakaran.

Berikut adalah beberapa aplikasi yang dikaitkan dengan habuk arang batu:

Pengeluaran besi dan keluli

Habuk arang batu sebagai bahan api

Besi dan keluli telah menjadi bahagian penting dalam kehidupan kita. Dari kapal ke kereta dan banyak barangan rumah, tidak ada keraguan bahawa besi dan keluli adalah penting dalam kehidupan seharian kita. Kira-kira 64% daripada keluli yang dihasilkan secara global berasal daripada besi yang dihasilkan dalam relau letupan yang menggunakan arang batu sebagai bahan api utama mereka. Pada tahun 2003, kuantiti keluli mentah yang dihasilkan pada skala di seluruh dunia telah dimasukkan pada 965,000,000 tan dengan kira-kira 543 MT yang digunakan dalam proses pembuatan.

Bahan mentah yang digunakan dalam pengeluaran besi dari relau letupan termasuk bijih besi, kok (diperbuat daripada arang batu kok) dan sedikit batu kapur. Walau bagaimanapun, sesetengah relau letupan menggunakan kaedah suntikan arang batu pulverised (PCI) supaya kos dapat diselamatkan dan prestasi yang lebih baik diperolehi. Kaedah PCI telah dibangunkan pada mulanya pada abad ke-19, tetapi tidak sampai tahun 1970-an bahawa pengeluar besi dan keluli secara meluas menggunakan teknik ini. Ia adalah peningkatan dalam kos kok, disebabkan oleh peningkatan permintaan global selain persaingan yang meningkat untuk sumber ini, yang menyebabkan pengeluar mengalihkan perhatian mereka ke arah kaedah ini.

Relau yang boleh menggunakan habuk arang batu

produk logam yang dibuat menggunakan habuk arang batu

Idea di sebalik kaedah PCI agak mudah. Ia melibatkan udara utama, juga merujuk kepada "menyampaikan gas", membawa debu arang batu (arang batu pulverized) yang diperkenalkan melalui Lance ke dalam tuyere (pertengahan-bawah masuk Relau letupan). Selepas itu, sumpitan dalam tuyere menghantar udara panas sekunder (juga digelar letupan) dan kemudian bercampur dengan udara utama yang disebutkan sebelum ini, menyampaikan dan debu arang batu. Campuran ini disalurkan kepada Relau, mewujudkan rongga seperti belon, sebaliknya dikenali sebagai Raceway. Ini "Raceway" membiak pembakaran Coke dan arang batu, liquefying bijih besi pepejal dan melepaskan besi lebur dalam proses.

Lapisan relau

Jauh daripada digunakan hanya sebagai bahan api, anthracite tanah mempunyai beberapa sifat refraktori, dan sebagai lapisan refraktori untuk pengeluaran besi dan keluli, dalam relau letupan, monolit yang disembuhkan yang terdiri daripada 80% anthracite telah digunakan (1). Pengeluaran yang berterusan dan boleh dipercayai dipastikan dengan pemilihan bahan lapisan refraktori yang sesuai.

Haus lapisan terutamanya tertumpu di bahagian bawah ruang, perapian, di mana kadar aliran logam cecair tinggi. Pergolakan ini boleh menyebabkan tahap haus yang tidak sekata di seluruh lapisan. Antrakit monolitik digunakan dalam senario ini untuk kestabilan isipadu pukalnya (2). Lapisan refraktori jenis karbon biasanya tebal 700 hingga 750 mm, kira-kira 2 m panjang (3). Refraktori anthracite terkenal dengan kestabilan dan daya tahan jangka panjang mereka melalui pelbagai kitaran pemanasan melebihi 1,000 °C, menunjukkan kecemerlangan dalam ujian kejutan haba, rintangan yang baik terhadap serangan kimia dan pengoksidaan.

Penjanaan Kuasa Terma

Pada hari ini, ramai orang tidak dapat membayangkan kehidupan tanpa bekalan elektrik, terutamanya mereka yang tinggal di negara maju. Malangnya, kira-kira 27 daripada penduduk dunia tidak mempunyai akses kepada elektrik. Adalah penting untuk mengetahui bahawa akses yang lebih baik kepada elektrik adalah penting dalam mengurangkan kemiskinan. Kebanyakan stesen janakuasa arang batu menggunakan debu arang batu kerana kawasan permukaan meningkat dan dengan itu, pembakaran berlaku lebih cepat. Walau bagaimanapun, diperhatikan bahawa banyak negara maju bergerak dari penjanaan arang batu sebagai sebahagian daripada campuran tenaga mereka.

Pemutus Dan Acuan

Pemutus berprestasi tinggi adalah salah satu daripada banyak aplikasi utama untuk habuk arang batu. Oleh kerana habuk arang batu dihasilkan sebahagian besarnya daripada anthracite, sumber karbon berkualiti tinggi yang disebutkan di atas, ia membakar lebih bersih apabila dibakar. Ini penting dalam pengeluaran moden, kerana arang batu bitumen (bekas arang batu untuk pemutus) akan melepaskan benzena, xilena, toluena dan lain-lain apabila pembakaran. Pelepasan bahan pencemar yang kurang berbahaya bermakna bahawa menggunakan anthracite mempunyai profil yang kurang merosakkan alam sekitar.

Proses Pengacuan Pasir Hijau

Greensand menghuraikan Pasir membentuk yang tidak dibakar atau dikeringkan tetapi memiliki moistness yang wujud. Pasir mentah dalam bentuk Ore diproses bahawa saiz bijirin diagihkan secara sama rata. Perbuatan organik sebagai pengikat untuk bijirin ini semasa proses pemprosesan ke Pasir beracuan.

Penambahan habuk arang batu boleh membantu untuk memastikan bahawa kualiti pemutus adalah sangat baik kerana Pasir mengembang apabila logam lebur panas dikosongkan ke dalam acuan. Penggunaan bahan tambahan lain termasuk padang, selulit, dan silika juga dibenarkan. Pasir, bersama-sama dengan bahan tambahan dan air dicampur dalam mullor, sebaliknya dirujuk sebagai pengadun. Pasir adalah dianggap bersedia untuk membuat acuan apabila ia telah bercampur dengan bahan lain dalam mullor.

Mencurahkan besi lebur ke dalam acuan pasir hijau yang mengandungi habuk arang batu akan menyebabkan pelepasan gas berkurangan dan sebatian organik yang tidak menentu berikutan penggunaan haba dan seterusnya menghalang pembentukan oksida besi semasa fasa pertengahan pengeluaran burn-on. Burn-on didepositkan besi oksida, dan dicegah oleh pirolisis habuk arang batu.

debu arang batu digunakan dalam proses membentuk

Dalam fasa terakhir proses membentuk, coking debu arang batu bermula pada permukaan acuan, menyebabkan kelembapan dan pembesaran. Pengembangan Pasir kuarza kritikal di dalam pasir silika asas berlaku di samping kelembapan dan coking debu arang batu. Oleh itu, bijirin Pasir adalah pengubahsuaian dan kejadian kecacatan jenis pengembangan dikawal selia.

Debu arang batu yang digunakan dalam bentuk untuk pemutus besi yang memerlukan debu arang batu yang rendah yang mesti mempunyai kandungan sulfur dan klorida yang minimum, kelembapan yang wujud kira-kira 2-4, dan kandungan yang tidak menentu 30 atau thereabout. Menolak, habuk arang batu, mengurangkan kecacatan yang dikaitkan dengan pengembangan dan PIN hidrogen-holing. Peningkatan dalam kestabilan dimensi acuan juga disebabkan oleh kemasukan bahan ini dalam pasir hijau.

Penggunaan dalam pemutus pasir hijau abu terbang - yang secara kimia dan fizikal serupa dengan habuk arang batu - telah terbukti berkesan terutamanya untuk pemutus logam bukan ferus(4). Selain menawarkan prestasi yang sama dengan pasir hijau sahaja, penulis mencatatkan bahawa terdapat manfaat ekonomi untuk menggunakan pasir yang kurang dan lebih banyak abu, kerana ia lebih murah; sifat fizikal dan mekanikal juga serupa. Tambahan pula, prestasi alam sekitar meningkat. Pelajaran sedemikian boleh digunakan untuk habuk arang batu.

Secara keseluruhan, boleh dikatakan bahawa penggunaan habuk arang batu mengurangkan kecacatan terbakar, meningkatkan kemasan permukaan dan menghalang penembusan logam.

Sebagai pengganti atau tambahan dalam pemutus acuan silika

Walaupun greensand adalah pilihan yang popular, dan kemasukan habuk arang batu dan sebatian yang serupa adalah langkah penting dalam mengurangkan kos dan memodulasi kecacatan dan membakar, pasir hijau jauh dari kaedah pemutus yang paling biasa. Pemutus silika pada asasnya sama, tetapi hanya menggunakan pasir silika ketulenan tinggi sebagai bahan binaan acuan.

Pertimbangan penting apabila menggantikan pasir silika dengan bahan lain, contohnya habuk arang batu, adalah kelembapan. Kelembapan sisa yang terdapat dalam acuan akan membawa kepada kecacatan gas dan kesilapan dalam proses pemutus (5). Dengan ini dan apa-apa pengubahsuaian lain pada protokol pemutus biasa, pemodelan boleh membawa kepada hasil yang lebih baik(6).

Mencegah Basah Dalam Pemutus

Pencegahan kecacatan permukaan adalah cabaran utama dalam ruang acuan, di mana bahan yang terdedah kepada pembasahan sering digunakan. Pembasahan secara langsung menyebabkan kecacatan permukaan, dan penggunaan jumlah habuk arang batu yang mencukupi di dalam pasir dapat mengurangkan fenomena ini.

Di bawah keadaan suhu tinggi, habuk arang batu / anthracite serbuk akan pyrolyse dan menyimpan filem nipis karbon pepejal di antara muka pasir logam cecair. Lapisan yang didepositkan ini akan menghalang penembusan logam ke dalam pasir, dan sebaliknya. Walau bagaimanapun, ia adalah dua lapisan. Satu pada setiap pasir dan logam yang memastikan tingkah laku tidak membasahi dan pencegahan pembentukan burr yang kemudiannya perlu dimesin dari produk yang dibuang. Debu arang batu yang kebanyakannya anthracite, mempunyai kapasiti coking yang baik, tidak mempunyai lebih daripada 30% tidak menentu mengikut berat, dengan lebih rendah daripada 0.8% mengikut berat sulfur dan mempunyai kandungan abu yang rendah lebih disukai (7).

Sememangnya, peningkatan tekanan dijangka disebabkan oleh evolusi gas dari pirolisis habuk arang batu, menyebabkan peningkatan tekanan sederhana, selain penyejatan air dari pasir. Peningkatan tekanan sedemikian adalah baik dalam toleransi mana-mana acuan pemutus pasir. Satu-satunya isu ringan yang berpotensi ialah hidrogen boleh menembusi logam, pada suhu yang cukup tinggi, jika cukup ia hadir, kerana jejari atom kecilnya (8).

Menariknya, pembasahan adalah pertimbangan penting dalam kajian yang melihat penyimpanan habuk arang batu. Oleh kerana habuk arang batu sangat mudah terbakar, penyimpanannya perlu diambil serius. Semburan berdasarkan natrium dodecyl sulfat telah dibangunkan yang menghalang kemerosotan dan kebakaran dalam habuk arang batu yang disimpan (9).

Aplikasi Refraktori

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, anthracite mempunyai tahap refractoriness, terutamanya apabila ia telah dikalsinasi.

Batu bata tahan api

Bata refraktori
mampu bertahan suhu yang tinggi dan dicirikan oleh kekonduksian terma yang rendah yang membolehkan kecekapan yang lebih besar. Aplikasi yang memerlukan haba yang tinggi, kimia atau tekanan mekanikal panggilan untuk penggunaan bata refraktori padat. Walau bagaimanapun, Relau bata-yang lebih berliang refraktori bata-adalah lebih sesuai untuk keadaan yang kurang teruk. Bata kiln lebih lemah daripada yang padat, tetapi mereka berfaedah dalam erti kata bahawa mereka adalah penebat yang ringan dan lebih baik. Debu arang batu sebagai bahan tambahan dalam pengeluaran bata refraktori telah digunakan selama hampir seratus tahun (10).

Salah satu bahan utama yang terlibat dalam pengeluaran bata refraktori yang sebaliknya dirujuk sebagai firebrick adalah debu arang batu. Buka Hearth, Relau Arka elektrik, Relau, Metalurgi, Relau, simen Rotary dan gelas kaca dibina dengan batu bata yang diperbuat daripada debu yang refraktori. Sebagai bahan tambahan, adalah perlu bahawa debu arang batu bercampur dengan tanah liat dan air. Selepas itu, campuran turun naik proses menembak yang melibatkan pengeringan udara selama 120 minit pada suhu 30^oc dan lulus melalui suhu 110^oc. Dalam fasa terakhir menembak, sampel campuran makan ke dalam Relau dan dipanaskan ke suhu 1050^oC dalam 6 jam.

Untuk batu bata tahan api yang mengandungi habuk arang batu, didapati bahawa dengan pengisaran yang lebih halus (iaitu zarah yang lebih kecil), kekuatan mampatan dan tahap keliangan meningkat, sementara kekonduksian terma berkurangan. Secara semulajadi, imbangan kekonduksian terma dan kekuatan mampatan adalah kunci kepada batu bata yang berjaya. Para penyelidik telah membuat kesimpulan bahawa kekonduksian terma menurun manakala kekuatan mampatan dan tahap keliangan meningkat dengan peningkatan keseluruhan peratusan habuk arang batu yang digunakan (11).

Secara khusus, debu arang batu menyediakan penebat haba yang diperlukan oleh batu bata refraktori untuk melaksanakan apabila diperlukan. Habuk arang batu refraktori mempunyai kesan berikut ke atas firebrick:

Mengurangkan kekonduksian terma
Meningkatkan kekuatan menghancurkan dan porositi daripada bata refraktori
Meningkatkan keupayaan firebrick untuk menahan faktor haba dan menghakis
Menggalakkan keupayaan untuk menahan kejutan haba.

Komposisi peratusan dalam batu bata refraktori habuk arang batu standard yang disebabkan oleh habuk arang batu berkisar antara 38 hingga 68%, dengan saiz pengisaran antara 20 hingga 500 μm. Telah dinyatakan bahawa dengan peningkatan kandungan arang batu, kekuatan mekanikal meningkat dan kekonduksian terma berkurangan (12).

Seperti semua refraktori, konsep keliangan adalah penting. Tahap keliangan yang tinggi menyokong dengan tahap penebat haba yang lebih tinggi kerana kapasiti udara yang lebih besar, kerana udara adalah konduktor suhu yang lemah (13), tetapi harus diperhatikan bahawa terlalu banyak keliangan boleh menjadi perkara yang buruk. Keliangan berlebihan sering dikaitkan dengan pengurangan kekuatan mekanikal.

Kebolehtelapan adalah salah satu faktor penentu utama dalam umur panjang bahan refraktori (14), dan sangat dipengaruhi oleh keliangan. Liang dicipta selepas bahan mudah terbakar dalam campuran refraktori keseluruhan terbakar semasa menembak. Bentuk liang berkaitan dengan bahan (15) dan proses keseluruhan dikenali sebagai 'burnout'. Apabila habuk arang batu terbakar, ia biasanya meninggalkan lubang sfera (16). Sebagai peraturan umum, saiz zarah yang lebih besar daripada bahan tambahan, saiz liang yang lebih besar akan direalisasikan.

Debu arang batu juga digunakan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan bata yang sangat stabil dari kandungan besi tinggi lumpur tanah liat merah di negara-negara membangun (17). Batu bata ini dihargai kerana pengekalan air yang rendah dan panjang umurnya.

Lapisan refraktori

Seperti yang dinyatakan sebelum ini berkenaan dengan lapisan relau letupan, habuk arang batu sebagai anthracite boleh digunakan dalam lapisan refraktori, sering kali sebagai sebahagian daripada struktur monolitik. Peleburan aluminium menggunakan lapisan karbonaceous secara meluas, menggunakan anthracite bersama kok dan bahan berasaskan karbon yang lain. Lapisan monolitik yang diperolehi anthracite sangat dihargai kerana kandungan abu yang rendah dan kestabilan jangka panjang. Katod yang digunakan dalam peringkat elektrolisis peleburan aluminium boleh mengandungi sehingga 45% antrakit kalsin; Walaupun mengekalkan kestabilan pada suhu tinggi dan tiada kehilangan kekonduksian elektrik, ini adalah tambahan kepada lebih banyak senario lapisan periuk atau jenis tundish di mana penambahan habuk arang batu membantu memastikan logam lebur dipegang pada suhu malar (18).

Kegunaan Refraktori Lain

Untuk menyertai refraktori lain dalam lapisan peleburan, pes refraktori yang sangat berkesan yang terdiri daripada anthracite kalsined dan padang resin boleh digunakan (19). Apabila resin ini kaya dengan anthracite, prestasi mereka dianggap lebih unggul dari segi kekuatan mampatan pada julat suhu yang lebih tinggi, jika dibandingkan dengan resin jenis asfalt (20). Debu arang batu telah digunakan dalam simen refraktori dan konkrit seawal tahun 1910. Walaupun penambahan habuk arang batu tidak menyumbang kepada aktiviti pozzolanic (pengawetan) konkrit, kemasukan itu meningkatkan prestasi haba keseluruhan, menjadikannya pilihan yang baik untuk persekitaran suhu tinggi.

Kegunaan Dalam Bahan

Pembuatan batu bata untuk aplikasi perumahan dan perindustrian adalah proses intensif tenaga dan sumber, sementara proses perindustrian lain menghasilkan sejumlah besar sisa dan / atau produk sampingan. Debu arang batu telah dipostulatkan untuk berguna dalam pembinaan batu bata biasa sebanyak ia berguna dalam pengeluaran batu bata tahan api. Sebagai kaedah penjimatan tenaga, penyelidik telah menunjukkan bahawa batu bata dengan kekuatan mampatan dan mekanikal yang setara dengan yang tersedia secara komersial, boleh merangkumi sekitar 5% habuk arang batu mengikut berat (21). Penulis mencatatkan bahawa walaupun secara amnya bata berprestasi baik boleh dihasilkan dengan habuk arang batu, keseragaman pemanasan dalam tanur harus dipantau dengan teliti. Debu arang batu telah digunakan dalam pengeluaran pelbagai batu bata pada ketumpatan yang berbeza-beza, termasuk untuk bata akustik untuk peredam bunyi, tetapi kerana ia adalah 'bahan tambahan ringan' ia lebih disukai untuk digunakan dalam bata berat yang lebih ringan (22).

Bahan selanjutnya di mana penjimatan tenaga boleh dibuat dan prestasi alam sekitar dipertingkatkan adalah asfalt. Debu arang batu telah ditunjukkan sebagai bahan tambahan pengisi yang berkesan di kawasan ini dan - pada kepekatan ideal 6% mengikut berat - mampu menghasilkan asfalt yang memenuhi semua piawaian yang dijangkakan (23). Ujian untuk kriteria Marshall (aliran, lompang yang dipenuhi dengan bitumen, kelikatan dan lain-lain) mendapati prestasi yang sangat baik. Seperti yang diramalkan, ketumpatan meningkat dengan habuk arang batu tambahan. Penyelidik mengesahkan bahawa simen bitumen yang dihasilkan dengan habuk arang batu sebagai bahan tambahan sangat stabil dan melebihi keperluan seperti yang ditetapkan dalam piawaian ASTM D1559 (1989).

Ringkasan

Debu arang batu adalah bentuk anthracite yang dikisar halus, sesuai untuk aplikasi prestasi tinggi, dan bukan terutamanya untuk penjanaan kuasa haba
Sebagai sumber karbon, ia digunakan dalam pengeluaran besi dan keluli
Refractorinessnya bermakna ia digunakan dalam lapisan relau, sebagai tambahan kepada acuan pasir hijau di mana ia menghalang pembasahan. Dalam sesetengah kes, ia boleh menggantikan kuantiti pasir silika dalam acuan
Selain itu, habuk arang batu digunakan sebagai komponen dalam batu bata tahan api dan lapisan refraktori
Debu arang batu mempunyai kegunaan lain dalam bata konvensional dan sebagai bahan tambahan asfalt

Debu arang batu adalah salah satu daripada banyak produk berprestasi tinggi yang boleh didapati melalui African Pegmatite, pembekal dan pemproses utama mineral dan bahan refraktori.

Rujukan

1 F. Vernilli et al., Pembuatan besi dan Steelmaking, 2005, 32, 459

2 S. GE et Al., Metallurg. Mater. Trans. B, 1968, 20. 67

3 S. V. Olebov, Refraktori, 1964, 5, 189

4 J. Sadarang dan R. K. Nayak, J. Manuf. Proses., 2021, 68, 1553
5 J. Sadarang et al., Adv. Mater. Manuf. Mengira. Eng., 2021, 1

6 R. M. Said et al., IOP Conf. Ser.: Mater. Eng., 2020, 864, 012074

7. Kolorz et Al. Am. Dan SoC. Int. J. Metalcasting, 1976, 1, 42

8 A. Campbell, Buku Panduan Pemutus Lengkap (2nd ed.), Butterworth Heinemann, London, 2015

9 J. Cheng et al., Env. Keselamatan Proses Env. Protec., 2021, 147, 92
10 H. B. Simpson, J. am. Ceram. SoC., 1932, 15, 520

11 M. H. Rahman et al., Procedia Eng., 2015, 105, 121

12 M. D. Rahman et al., Kesan peratusan (jisim %) arang batu pada tingkah laku mekanikal dan haba bata api penebat yang dihasilkan oleh proces burnouts dalam Forum Antarabangsa ke-9 mengenai Teknologi Strategik, Cox's Bazar, Bangladesh, 2014

13 K. Kasoya et al., J. Phys. Chem. REF. Data 1985, 14, 947

14 G. R Eusner dan J. T. Shapland, Permeability dari Blast-Furnace Refractories dalam Mesyuarat Keenam Belas Persatuan Seramik Amerika, Pittsburgh, 1958

15 M. Sutan et al., Ceram. Int., 2012, 38, 1033

16 P. Guite et al., Ceram. Int., 1984, 2, 59

17 G. Bathan et al., Int. J. Emerg. Mini. Eng., 2014, 2, 7

18 G. Wilde dan G. Lange, J. Logam, 1968, 20. 67

19 M. M. F. Goncalves et Al., bahan api Energ. Abstr., 1998, 1, 55

20 Y. Li et al., Eksperimen Prestasi Mekanikal Relau Letupan Hearth Bahan Ramming dan Mortar Refraktori Bata Karbon dalam Persidangan Antarabangsa ke-2 mengenai Kejuruteraan Bahan dan Aplikasi , Shanghai, 2015

21 V. Krenzel et al., IOP Conf. Ser.: Mater. Eng., 2021, 1203, 032132
22 M. V. Vasić et al., Env. Tech. Innov., 2021, 21, 101350

23 R. K. Akter et al., Sust. Eng. Innov., 2022, 4, 82