Avaliação experimental em forno piloto da influência de um carvão colombiano de alta heterogeneidade e de carvões de alto e baixo volátil na qualidade do coque

Abstract

O crescente aumento dos preços de carvões de alta qualidade para a coqueificação e sua escassez em todo o mundo tem levado produtores de coque a buscar novas alternativas para a composição de suas misturas. No entanto, mudanças na matriz das misturas de carvões devem ser acompanhadas pela manutenção da qualidade do coque. O presente estudo teve como objetivo geral avaliar a influência do uso de um carvão colombiano médio volátil com alta heterogeneidade, bem como carvões de baixo e alto volátil americanos na qualidade do coque. Para isso esses três carvões e mais dois carvões médio volátil, tipicamente utilizados na produção de coque, foram caracterizados e submetidos a carbonização. Assim foram produzidos em forno piloto (250 kg) coques a partir dos carvões individuais e de três séries de misturas. A caracterização dos coques produzidos foi realizada através de sua análise química, (análises imediata e enxofre), textura óptica, porosidade, resistência mecânica a frio (DI e tambor “I”) e reatividade (CRI e termobalança). Os resultados obtidos apontam que nas condições avaliadas o uso de carvão colombiano em detrimento de carvões de médio volátil teve pouca influência sobre a qualidade do coque até percentuais de 30%, enquanto aumentos maiores afetaram de forma negativa a qualidade do coque. Os limites máximos encontrados para a substituição dos carvões de médio volátil pelos carvões de alto e baixo volátil foram de 30 e 10%, respectivamente. Além disso, foram encontradas e discutidas as relações entre a textura óptica dos coques e sua reatividade, onde a reatividade dos coques aumentou com a diminuição do tamanho da textura óptica dos coques. Verificou-se também que o teste de reatividade em termobalança é uma boa alternativa para a caracterização da reatividade de coques, podendo ser correlacionado a testes padronizados (CRI). O modelo aditivo para a estimativa da textura óptica do coque,com base nos parâmetros dos coques individuais, mostrou uma boa correlação entre os dados experimentais e calcula dos e pode ser usado como uma ferramenta para ajudar na otimização de misturas de carvões.

The increasing price of prime coking coals and their scarcity worldwide have leaded the coke producers to look for alternative ways to compose their coal blends. However, any changes in coal blends should be done follow by the maintenance of the coke quality. The main objective of the present study was to assess the influence of a medium volatile Colombian coal of high heterogeneity, as well as low and high volatile American coals on coke quality. For this propose one Colombian coal of high heterogeneity and four coals typically used as components of coking blends were characterized and submitted to carbonization. Thus, cokes from single coals and three different series of coal blends were produced in a pilot scale coke oven (250kg). Coke characterization was performed by chemical analysis (proximate and sulfur analysis) ,determination of coke optical texture , porosity, mechanical strength tests (DI and I-Type Coke Tumbler) and reactivity tests (thermobalance and CRI)conditions evaluated using. The results showed that the substitution of medium volatile coals by Colombian coal had slight influence on coke quality for percentages equal to or below 30%, whilst further additions had a negative effect on coke quality. The maximum limits found for the replacement of medium volatile for low and high volatile coals were 10 and 30%, respectively. Moreover, the relationship between coke optical texture and reactivity was found and discussed, where coke reactivity increased with decreasing size of the optical texture components. It was also found that the reactivity test carried out in thermobalance is a good alternative for the characterization of coke reactivity and it can be correlated with standardized tests (CRI). The additive model to estimate coke texture, based in individual cokes, showed a good agreement between experimental and calculated data and can be used as a tool to help in the blend composition process.