Các tính chất vật lý quan trọng của than luyện cốc

Than luyện cốc (coking coal) là nguyên liệu không thể thiếu trong quá trình luyện gang thép bằng lò cao. Chất lượng than được đánh giá không chỉ dựa trên thành phần hóa học, mà còn phụ thuộc mạnh mẽ vào các tính chất vật lý khi than bị nung nóng và biến đổi trong điều kiện luyện cốc. Dưới đây là 5 tính chất quan trọng nhất thường được sử dụng để phân loại và dự báo khả năng luyện cốc của than.

Độ giãn nở (Expansion)

Khi được nung trong điều kiện luyện cốc, than có xu hướng trương nở thể tích. Mức độ giãn nở phản ánh lực sinh ra trong quá trình biến đổi từ trạng thái dẻo sang cốc rắn.

• Nếu giãn nở quá mạnh → than có thể gây nứt vỡ tường lò.

• Nếu giãn nở quá yếu → cốc tạo ra sẽ kém bền, khó chịu tải trong lò cao.

Vì vậy, chỉ số giãn nở được dùng để chọn phối trộn than, đảm bảo quá trình luyện cốc diễn ra an toàn và ổn định.

Độ chảy tối đa – Plastometer Gieseler

Thí nghiệm bằng Plastometer Gieseler giúp xác định nhiệt độ bắt đầu chảy dẻo, khoảng dẻo và độ chảy tối đa của than.

• Than có độ chảy quá cao → dễ tạo thành lớp lỏng mỏng, làm suy yếu cấu trúc cốc.

• Than có độ chảy quá thấp → không đủ kết dính, than riêng lẻ không “dính” thành khối cốc rắn.

Đây là một trong những chỉ tiêu cốt lõi để đánh giá khả năng dẻo – dính kết của than luyện cốc.

Chỉ số phồng tự do (Free Swelling Index – FSI/CSN)

FSI hay CSN được xác định bằng cách nung một lượng than nhỏ trong điều kiện tiêu chuẩn và quan sát hình dạng than sau khi phồng nở.

• Thang đo từ 0 (không phồng) đến 9 (phồng mạnh nhất).

• Than có FSI từ 4–7 thường được coi là thích hợp cho phối trộn luyện cốc.

Đây là phép thử đơn giản, nhanh chóng, thường dùng trong kiểm nghiệm nhanh chất lượng than.

Chỉ số luyện cốc Gray-King

Chỉ số Gray-King mô tả hình dạng và tính chất của cốc tạo thành từ mẫu than. Thang chia thành nhiều loại, từ A (cốc rời, xấu) đến G/H (cốc chặt, bền vững).

Chỉ số này phản ánh trực tiếp hình thái cốc nên thường dùng để bổ sung cho các thí nghiệm khác khi đánh giá chất lượng than.

Chỉ số Roga và chỉ số dính kết

• Chỉ số Roga: đo khả năng kết dính của than mịn khi được trộn với than trơ.

• Chỉ số dính kết: phản ánh cường độ liên kết giữa các hạt than khi biến đổi sang trạng thái cốc.

Hai chỉ số này giúp dự báo mức độ “dính kết” và cường độ cơ học của cốc, yếu tố rất quan trọng để đảm bảo cốc không bị vỡ vụn trong lò cao.

Mỗi tính chất trên chỉ phản ánh một khía cạnh của hành vi than trong quá trình luyện cốc. Do đó, trong thực tế, người ta thường kết hợp nhiều chỉ tiêu cùng lúc để:

• Phân loại than (cứng, mềm, kém dính kết, than trơ).

• Thiết kế công thức phối trộn than luyện cốc.

• Dự báo chất lượng cơ học và tính ổn định của cốc trong lò cao.

Nắm vững 5 yếu tố vật lý này chính là chìa khóa giúp các nhà máy luyện cốc tối ưu chi phí than nguyên liệu đồng thời đảm bảo chất lượng cốc – trái tim của quá trình luyện gang thép.

Nếu bạn đang tìm kiếm một tài liệu chuẩn mực, đầy đủ và chuyên sâu về than luyện kim, Sổ tay Than của Schernikau chính là cuốn sách không thể bỏ qua.