Nazwa produktu: laboratoryjne stanowisko do oznaczania parametrów CRI/CSR koksu wielkopiecowego

Grupa badawcza: zrównoważona gospodarka i energia

Branża: metalurgiczna

Łukasiewicz – Instytut Tele- i Radiotechniczny opracował i wdrożył w wielu firmach stanowiska do oznaczania parametrów koksu CRI i CSR

Rzuć nam wyzwanie

Laboratoryjne stanowiska badawcze analizujące jakość koksu zapewniają ciągłość produkcji w przemyśle metalurgicznym

Stal produkowana jest w wielkich piecach o wysokości sięgającej nawet kilkunastopiętrowego budynku, w których temperatura dochodzi do 2000°C. Technologia polega na naprzemiennym zasypie wnętrza pieca surowcami tworzącymi warstwy, które przesuwając się w dół, przechodzą przez kolejne etapy procesu. Tego typu instalacje działają w trybie ciągłym, dlatego każda awaria powodująca przestój pociąga za sobą olbrzymie straty materialne. Najczęściej problemy spowodowane są nieodpowiednim doborem materiałów wsadowych.

Każdy ze stosowanych surowców powinien odznaczać się specyficznymi właściwościami, np. koks ma charakteryzować się przede wszystkim wysoką wytrzymałością mechaniczną w atmosferze roboczej. Do połowy lat 90. jedynie firma Nippon Steel Corporation (NSC) opracowała autorską aparaturę pomiarową do badania jakości koksu.

Japońskie remedium na światowy problem

Specjaliści z japońskiego koncernu NSC, chcąc poznać jakość paliwa, zanim trafi ono do pieca, opracowali specjalną procedurę badawczą. Pozwala ona określić dwa wskaźniki jakościowe koksu: reakcyjność CRI (coke reactivity index) oraz wytrzymałość CSR (coke strength after reaction). Zgodnie z procedurą NSC dwustugramowe próbki paliwa testowane są w zestandaryzowanych warunkach, które w dużym uproszczeniu symulują atmosferę wielkiego pieca. Uzyskane wyniki pozwalają dobrać optymalną pod względem technologii oraz opłacalności ilość koksu. Dzięki temu zużycie surowców oraz ilość odpadów jest minimalizowane na każdym etapie procesu. Technologia się upowszechniła i wkrótce pozostali gracze rynkowi zaczęli wprowadzać analogiczne rozwiązania testujące CRI i CSR.

Łukasiewicz – Instytut Tele- i Radiotechniczny wkracza do gry

Już w 1996 r. współpraca Przemysłowego Instytutu Elektroniki (dziś część Łukasiewicz – Instytut Tele- i Radiotechniczny) z Uniwersytetem Technicznym z Ostrawy zaowocowała opracowaniem i wdrożeniem w Ostrawsko-Karwińskiej Koksowni (OKK) – prototypu stanowiska laboratoryjnego do oznaczania reakcyjności koksu CRI i wytrzymałości mechanicznej po reakcji CSR.

Rok później światowy potentat na rynku hutniczym MittalSteel ogłosił konkurs na opracowanie i wykonanie pieca, który spełniałby założenia procesu technologicznego testu NSC. Udział w nim wzięli naukowcy dzisiejszego Łukasiewicz – ITR. Bazując na doświadczeniu z projektu dla OKK, zaprojektowali pierwsze stanowisko badawcze do oznaczania wskaźników CRI i CSR, które uruchomiono w koksowni w Ostrawie.

Rozwiązanie spotkało się z bardzo pozytywnym przyjęciem czeskich laborantów i inżynierów, stając się standardem działania w koncernie MittalSteel. Zostało wdrożone w Polsce, Algierii, Kazachstanie, Bośni i Hercegowinie oraz na Ukrainie. Kiedy w 2006 r. doszło do fuzji Arcelor i MittalSteel, w wyniku której powstała największa firma na rynku hutniczym – ArcelorMittal, stanowiska laboratoryjne zaimplementowano w kolejnych zakładach. Równocześnie tą technologią zaczęli się interesować również inni gracze na rynku metalurgicznym.

Zwiększony popyt sprawił, że do 2020 r. zainstalowano 30 stanowisk badawczych koksu wyprodukowanych i wdrożonych przez Łukasiewicz – ITR m.in. w: Czechach, Rumunii, Bośni i Hercegowinie, Serbii, Anglii, Rosji, Turcji oraz na Słowacji, Ukrainie i Węgrzech.

Klientom zależy na utrzymaniu ciągłości i bezpieczeństwie produkcji, którą zapewniają nasze stanowiska laboratoryjne. W wielu firmach stały się one standardowym wyposażeniem. Cały czas pracujemy nad ich dalszym rozwojem i dopracowaniem do potrzeb rynku, automatyzując, upraszczając i doskonaląc ich obsługę – powiedział Łukasz Grotkowski, kierownik zakładu Elektrotermii i Inżynierii Przemysłowej, Łukasiewicz – ITR.



		

Metoda małych kroków

Wieloletnia współpraca Instytutu z jednostkami przemysłowymi przyczyniała się do dalszego rozwoju laboratoryjnego stanowiska badawczego koksu. Skupiono się przede wszystkim na poprawie funkcjonalności i wygodzie obsługi. Rozwiązano na przykład problem studzenia próbek. Retorta, w której w trakcie testu znajduje się próbka koksu, to metalowy blok o długości metra i masie 12 kg rozgrzany do temperatury 1100°C. Jej swobodne stygnięcie po teście trwa długo, przez co czas między próbami się wydłuża. Klienci próbowali sobie z tym poradzić poprzez wyciąganie retorty z pieca, co miało skrócić ten proces. Znajdująca się poza piecem retorta powodowała jednak nagrzewanie całego pomieszczenia oraz stanowiła realne zagrożenie dla obsługi.

W związku z tym Łukasiewicz – ITR opracował automatyczny boks chłodzący, który stał się nowym elementem stanowiska badawczego. Zautomatyzowano także proces załadunku i wyładunku retort. A już w drugim egzemplarzu stanowiska Łukasiewicz – ITR zapewniono możliwość podłączenia komputera z oprogramowaniem analizującym wyniki i archiwizującym dane z badań. Na ich podstawie zautomatyzowano cały proces, minimalizując czas obsługi stanowiska przez laboranta.



		

Karbonova, czyli dalszy rozwój stanowiska badań koksu

Prace nad rozwojem stanowiska są kontynuowane. W październiku 2020 r. ruszył projekt Łukasiewicza pod nazwą Karbonova. Jego celem jest modernizacja i redesign stanowisk CRI/CSR. Implementacja nowych technologii zapewni m.in. zdalny dostęp do funkcji diagnostycznych i serwisowych w oparciu na rozwiązaniach chmurowych i GSM.



		

Rekomendacje
Przeczytaj rekomendacje ArcelorMittal Poland S.A. i Centralnego Laboratorium Pomiarowo-Badawczego Sp. z o.o.

Dane techniczne
Elementy stanowiska badawczego CRI i CSR:

  • trójstrefowy rezystancyjny piec z dozownikiem gazów typu PR-140/1300VM,
  • urządzenie do chłodzenia retort CB-1/1(2),
  • transporter TZR-1M,
  • urządzenie bębnujące CSR-1/1,
  • komputer z dedykowanym oprogramowaniem,
  • waga elektroniczna,
  • oprzyrządowanie niezbędne do realizacji badania.

Dane dodatkowe
PAT.220539 – sposób oznaczania chwilowych wartości reakcyjności karbonizatu wobec gazu utleniającego w reakcji endotermicznej w warunkach izotermicznych.
Pat.216414 – stół montażowy do retort, stosowanych w aparaturze do wykonywania testów CRI/CSR.
Pat.212044 – urządzenie do oznaczania reakcyjności koksu wobec ditlenku węgla.
Pat.209951 – sposób regulacji temperatury w urządzeniu do oznaczania współczynnika reakcyjności koksu oraz urządzenie i stanowisko do oznaczania współczynnika reakcyjności koksu.
Pomiary ze stanowisk Łukasiewicz – ITR są zgodne z normą ISO 18894.
Jeśli jesteś zainteresowany stanowiskiem laboratoryjnym do badania koksu, skontaktuj się z Łukasiewicz – ITR.