Kooks

Kooks is 'n grys, harde en poreuse steenkoolgebaseerde brandstof met 'n hoë koolstofinhoud.

Kooks word vervaardig uit metallurgiese steenkool (kookssteenkool), nie uit enige soort steenkool nie. Dit word gemaak deur die steenkool 900 tot 1100 °C te verhit in die afwesigheid van lug. In die proses word al die vog en vlugtige stowwe afgedryf. Hierdie proses word verkoking genoem.

Dit is sterk, poreus en word hoofsaaklik in die staalbedryf as brandstof, reduksiemiddel en draermateriaal in hoogoonde gebruik.

Vervaardiging

Kooks word vervaardig deur metallurgiese steenkool vir ongeveer 15–24 uur in 'n lugdigte kooksoond tot 900–1100 °C te verhit. Die proses staan as verkoking bekend. Gedurende verkoking word vog en vlugtige stowwe verwyder, terwyl die steenkool deur 'n plastiese fase gaan en uiteindelik stol as 'n sterk, poreuse koolstofmassa. Die vrystellende gasse word opgevang en as brandstof of chemiese grondstowwe benut.

Hoekom kooks?

Kooks het drie belangrike funksies:

1. Brandstof

Dit verskaf die hitte en die koolstof wat nodig is vir die reduksie van ystererts in 'n hoogoond.

2. Reduksiemiddel

Koolstof en koolstofmonoksied uit die kooks verwyder suurstof uit die ysteroksied deur die volgende reaksie:

$Fe_{2}O_{3}+3CO\rightarrow 2Fe+3CO_{2}$

​ 3. Strukturele ondersteuning

Kooks is sterk genoeg om die gewig van die erts en kalksteen in die hoogoond te dra terwyl gasse steeds daardeur kan vloei.

Gewone steenkool sou versag, inmekaar sak en die gasvloei belemmer.

Gradering

Die kwaliteit van kooks vir staalvervaardiging word deur die volgende bepaal:

• Vog (laag)
• As (laag)
• Vlugtige materiaal (laag)
• Vaste koolstof inhoud (laag)
• Swael (laag)
• CRI (Coke Reactivity Index) (laag)
• CSR (Coke Strength after Reaction) (hoog)
• M10 (laag) en M40 (hoog)

Vog

Vog verlaag die hittewaarde van die kooks. Water verlaag die hittewaarde van die brandstof. Water in brandstof gebruik energie om te verdamp en verminder dus die doeltreffendheid. Dit kan ook lei tot lae temperature in die hoogoond.

As

As bestaan uit minerale soos silika, aluminiumoksied, ysteroksied, kalk en kleiminerale. Hierdie materiale brand glad nie. Dit veroorsaak:

• laer kaloriewaarde
• meer afval
• slakvorming
• slytasie van toerusting
• hoër vervoerkoste

Soos met vog, kan hoë asinhoud ook lei tot lae temperature in die hoogoond.

Vlugtige materiaal

Wanneer kookssteenkool tydens verkoking verhit word, word dit eers plasties voordat dit stol as 'n sterk poreuse kooks. Gewone steenkool wat nog vlugtige materiaal bevat, is daarom nie geskik vir gebruik as die hoofdraermateriaal in 'n hoogoond nie.

Vaste koolstof

Vaste koolstof is op die ou einde die materiaal wat die hitte verskaf. Dus, hoe hoër hoe beter.

Swael

Swael is ongewens omdat dit suurreën, korrosie en besoedeling veroorsaak. Met staalvervaardiging penetreer die swael die staal en maak dit bros.

CRI

Die kooks reaktiwiteits indeks (Coke Reactivity Index) bepaal hoe maklik kooks met CO₂ reageer by hoë temperatuur.

• Lae CRI = beter vir hoogoonde.
• Hoë CRI = die kooks reageer te vinnig en word vinniger afgebreek.

CSR

Die kooks sterkte na reaksie (Coke Strength after Reaction) bepaal hoeveel van die kooks se sterkte oorbly nadat dit met CO₂ gereageer het. Hoe hoër hoe beter.

Tipiese waardes:

• Uitstekend: > 65
• Goed: 60–65
• Aanvaarbaar: 55–60
• Swak: < 55

Hierdie is waarskynlik die belangrikste kwaliteitsmaatstaf vir hoogoondkooks.

M10 en M40

• M40 – persentasie groot stukke wat ná 'n trommeltoets oorbly. Hoër is beter.
• M10 – persentasie fyn materiaal (<10 mm) wat tydens die trommeltoets vorm. Laer is beter.

'n Trommeltoets (Engels: tumbler test of drum test) is 'n meganiese toets wat bepaal hoe sterk en slytasiebestand steenkool of kooks is.

Opsomming

In praktyk fokus staalvervaardigers veral op CSR en CRI, omdat hierdie twee eienskappe die beste aandui of die kooks sy sterkte sal behou terwyl dit terselfdertyd as reduksiemiddel in die hoogoond reageer.

Braaikole (houtskool)

Wanneer braaikole vervaardig word, word dieselfde beginsel gebruik. Die proses word "verkoling" of "karbonisasie van hout" genoem. "Verkoking" word slegs gebruik vir steenkool. Verkoling vind plaas by ongeveer 400 tot 600 °C.

Verkoling word gebruik vir braaikole vir die volgende redes:

• Hoër energiedigtheid: Warmer kole, langer brandtyd
• Minder rook: Die meeste van die stowwe wat rook veroorsaak (vlugstowwe), is reeds tydens die verkolingsproses verwyder.
• Hoër temperatuur: Weens die verwydering van vog
• Meer beheer: Omdat houtskool hoofsaaklik uit koolstof bestaan brand dit stadiger en gee dit meer egalige hitte.

Die volgende tabel vergelyk verkoling van hout en verkoking van steenkool.

	Hout → Houtskool	Steenkool → Kooks
Proses	Verkoling	Verkoking
Temperatuur	±400 tot 600 °C	±900 tot 1 100 °C
Doelwitte	Minder rook	Minder vlugtige stowwe
	Hoër koolstof	Hoër koolstof
	Warmer en langer brand	Sterker en geskik vir hoogoonde

Kyk ook

• Steenkool
• Steenkoolanalise

Ander bronne

• Fruehan, R.J. The Making, Shaping and Treating of Steel. Association for Iron & Steel Technology.