Koksin laatuun vaikuttaneet tekijät Ruukki Metalsin koksaamolla vuosina 2006-2011

1. Koksin laatuun vaikuttaneet tekijät Ruukki Metalsin koksaamolla vuosina 2006-2011 Piia Kämäräinen, Ruukki Metals Oy Koksiseminaari, Oulun yliopisto, 23.5.2012 1 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

2. Johdanto • Diplomityö: Koksin laatuun, tuotantoon ja työntötehoihin vaikuttaneet tekijät Ruukki Metalsin Raahen koksaamolla vuosina 2006-2011 • Työssä on tutkittu tilastollisin menetelmin kivihiiliseoksen ominaisuuksien ja prosessimuuttujien vaikutuksia • Koksin laatuun • Tuotantoon • Pattereiden työntötehoihin • Tulokset perustuvat vuosien 2006-2011 väliseltä ajalta kerätyn prosessidatan ja analyysituloksien pohjalta laskettuihin viikkokeskiarvoihin 2 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

3. Esityksen sisältö • Koksin laatuun vaikuttavat kivihiiliseoksen ominaisuudet ja koksausparametrit • Kivihiiliseoksen ominaisuuksien ja koksausparametrien keskinäiset vuorovaikutus suhteet • Koksin laatuun vaikuttaneet tekijät • Kylmälujuuteen (I40) ja hiertymisherkkyyteen (I10) vaikuttaneet tekijät • Reaktiivisuuteen (CRI) ja jälkilujuuteen (CSR) vaikuttaneet tekijät • Keskimääräiseen kappalekokoon ja kappalekokojakaumaan vaikuttaneet tekijät • Yhteenveto 3 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

4. Koksin laatuun vaikuttavat kivihiiliseoksen ominaisuudet ja koksausparametrit 4 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

5. Koksin laatuun vaikuttavat tekijät Tuhkapitoisuus CRI & CSR, Irsid, Kpl-koko Haihtuvapitoisuus Irsid, CSR Kivihiiliseoksen ominaisuudet Plastiset ominaisuudet Irsid, CRI & CSR Irtotilavuuspaino I40, CSR&CRI Kosteuspitoisuus Epäsuorasti kaikkeen Lämpötila CSR & CRI Koksaus-parametrit Panostus Irsid, kpl-koko Koksausaika I40, kpl-koko, kpl-kokojakauma 5 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

6. Koksin Irsid-arvot Koksin I40-arvoihin vaikuttaneet tekijät 6 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

7. Koksin I40-arvoihin vaikuttaneet tekijät vuosina 2006-2011 • Koksin I40-arvot seuraavat pääasiassa kivihiiliseoksen haihtuvapitoisuuden muutoksia • I40-kasvaa haihtuvapitoisuuden kasvaessa • Muita vaikuttavia tekijöitä • Tuhkapitoisuus • Fluiditeetti • Dilataatio • Panostus • Koksausaika 7 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

8. Kivihiiliseoksen vaikutuksen koksin I40-arvoihin: Tuhkapitoisuus • Tuhkapitoisuuden kasvaessa koksin I40 laskee • Tuhkapitoisuuden vaikutus näkyy, kun seoksessa ei ole käytetty petroolikoksia 8 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

9. Koksin I40-arvoihin vaikuttaneet tekijät: Fluiditeetti • Koksin I40 kasvaa seoksen fluiditeetin kasvaessa • Fluiditeetin vaikutus näkyy, kun seoksessa on käytetty petroolikoksia • Petroolikoksia lisättäessä seoksen plastisuuden merkitys korostuu 9 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

10. Koksin I40-arvoihin vaikuttaneet tekijät: Dilataatio ja panostus 1/2 • I40-arvot kasvavat dilataation kasvaessa • Koksin I40-arvojen ja seoksen dilataation suhde näkyy parhaiten vuosina 2010-2011 • Tällöin dilataatio vaikuttaa voimakkaimmin I40-muutoksiin • Panoksen kuivapaino vaikuttaa koksin I40-arvojen ja dilataation suhteeseen 10 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

11. Koksin I40-arvoihin vaikuttaneet tekijät: Dilataatio ja panostus 2/2 • 2010-2011 panoksen kuivapaino laskee • I40-arvot seuraavat muutoksia dilataatiossa • Kun dilataatio alhainen suhteessa panoksen kuivapainoon, I40-arvot laskevat 11 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

12. Koksin I40-arvoihin vaikuttaneet tekijät: Koksausaika • Kun koksausaika ylittää 16,5 tuntia, siitä tulee merkittävin koksin I40-arvoihin vaikuttava tekijä • Pitkillä koksausajoilla koksin kappalekoko kasvaa 12 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

13. Koksin Irsid-arvot Koksin I10-arvoihin vaikuttaneet tekijät 13 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

14. Koksin I10-arvoihin vaikuttaneet tekijät • Koksin I10-arvot seuraavat seoksen haihtuvapitoisuuden muutoksia vuoden 2006 alusta vuoden 2009 alkupuolelle • Tämän jälkeen I10-arvot noudattavat dilataation muutoksia • Muita vaikuttavia tekijöitä • Tuhkapitoisuus • Petroolikoksi • Panostus 14 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

15. Koksin I10-arvoihin vaikuttaneet tekijät: Tuhka- ja haihtuvapitoisuus • Vuoden 2006 alusta vuoden 2009 viikolle 11 saakka koksin I10-arvoihin eniten vaikuttaa seoksen tuhka- ja haihtuvapitoisuus • Kun haihtuvapitoisuus nousee koksin I10-arvot laskevat • Kun tuhkapitoisuus nousee I10-arvot kasvavat • Tuhka- haihtuva-suhde määräävä tekijä • Petroolikoksin lisääminen seokseen • kasvattaa I10-arvoja • aiheuttaa hajontaa I10-arvojen riippuvuuteen seoksen tuhka- ja haihtuvapitoisuudesta 15 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

16. Koksin I10-arvoihin vaikuttaneet tekijät: Dilataatio ja panostus • Vuoden 2009 viikolta 11 vuoden 2011 loppuun I10-arvot seuraavat dilataation muutoksia • I10-arvot laskevat kun dilataatio kasvaa • Kun panoksen kuivapaino laskee, koksin I10-arvot kasvavat • Vaikutus näkyy vain alhaisimmilla kuivapainon arvoilla 16 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

17. Koksin reaktiivisuus ja jälkilujuus CRI-arvoihin vaikuttaneet tekijät 17 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

18. Koksin CRI-arvoihin vaikuttaneet tekijät • Koksin CRI-muutokset pääasiassa riippuvaisia seoksen tuhkapitoisuudesta • Suhteessa paljon hajontaa • Muita vaikuttavia tekijöitä • Tuhkan koostumus • Fluiditeetti • Koksikakun lämpötila 18 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

19. Koksin CRI-arvoihin vaikuttaneet tekijät: Tuhkan koostumus • CRI kasvaa, kun tuhkan CaO-, MgO- ja Fe2O3-pitoisuudet kasvavat • SiO2-pitoisuuden kasvaessa CRI laskee • CaO-, MgO- ja Fe2O3-pitoisuudet laskevat tuhkassa, kun seoksen tuhkapitoisuus kasvaa 19 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

20. Koksin CRI-arvoihin vaikuttaneet tekijät: Fluiditeetti • Fluiditeetin vaikutus näkyy, kun tuhkapitoisuus on korkea ja seoksen haihtuvapitoisuus sekä fluiditeetti matalia • Tällöin fluiditeetin kasvaessa CRI laskee • Petroolikoksin lisääminen vaikuttaa CRI-arvojen ja fluiditeetin suhteeseen • CRI-arvot korkeampia petroolikoksia lisättäessä 20 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

21. Koksin CRI-arvoihin vaikuttaneet tekijät: Koksikakun lämpötila • CRI laskee, kun koksikakun lämpötila kasvaa • Lämpötilan vaikutus on pieni verrattuna seosominaisuuksien vaikutuksiin • Selittää poikkeamia seoksen asettamasta CRI tasosta 21 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

22. Koksin reaktiivisuus ja jälkilujuus Koksin CSR-arvoihin vaikuttaneet tekijät 22 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

23. Koksin jälkilujuuden ja reaktiivisuuden suhde • Koksin CSR-arvojen ja CRI-arvojen välillä selkeä suhde • Koksin jälkilujuuteen vaikuttavat pääasiassa samat tekijät kuin reaktiivisuuteen 23 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

24. Koksin CSR-arvoihin vaikuttaneet tekijät • Sekä seoksen haihtuva- että tuhkapitoisuus vaikuttavat koksin CSR-arvoihin • CSR kasvaa kun tuhkapitoisuus nousee • CSR laskee kun haihtuvapitoisuus kasvaa • Koksin CSR-arvot noudattavat parhaiten muutoksia seoksen tuhka-haihtuva-suhteessa • Muita vaikuttavia tekijöitä • Fluiditeetti ja dilataatio • Irtotilavuuspaino • Koksikakun lämpötila 24 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

25. Koksin CSR-arvoihin vaikuttaneet tekijät:Dilataatio ja fluiditeetti • Dilataation ja fluiditeetin vaikutus koksin CSR-arvoihin on havaittavissa kun tuhkapitoisuus on korkea ja haihtuvapitoisuus alhainen • CSR kasvaa kun dilataatio ja fluiditeetti kasvavat • Fluiditeetin vaikutus näkyy alhaisilla fluiditeetin arvoilla 25 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

26. Koksin CSR-arvoihin vaikuttaneet tekijät:Irtotilavuuspaino ja koksikakun lämpötila • Kun irtotilavuuspaino nousee, koksin CSR laskee • Irtotilavuuspainon noustessa koksikakun lämpötila laskee • Kun koksikakun lämpötila nousee, CSR kasvaa • Koksikakun lämpötilan ja seoksen irtotilavuuspainon suhde kuvaa CSR muutoksia paremmin kuin kumpikaan yksinään 26 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

27. Koksin keskimääräinen kappalekoko ja kappalekokojakauma 27 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

28. Koksin kappalekokojakaumaan vaikuttaneet tekijät Työssä on tarkasteltu koksin +20 mm fraktion osuuteen, keskimääräiseen kpl–kokoon ja koksin +20mm kpl–kokojakauman muutoksiin vaikuttaneita tekijöitä Vaikuttavia tekijöitä Koksausaika koksikakun yläosan ja maksimilämpötilan suhde Seoksen tuhkapitoisuus ja irtotilavuuspaino 28 28 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

29. Koksin kappalekokojakaumaan vaikuttaneet tekijät: +20 mm koksifraktio Kivihiiliseoksen irtotilavuuspaino ja tuhkapitoisuus vaikuttavat koksin +20 mm fraktion osuuteen Kun tuhkapitoisuus nousee, +20 mm fraktion osuus laskee Kun irtotilavuuspaino nousee, +20 mm fraktion osuus kasvaa 29 29 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | INTERNAL www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

30. Koksin kappalekokojakaumaan vaikuttaneet tekijät: Keskimääräinen kpl–koko Keskimääräinen kpl–koko pienenee, kun koksikakun yläosan lämpötila nousee suhteessa kakun maksimilämpötilaan Keskimääräinen kpl–koko kasvaa, kun koksausaikaa pidennetään Koksin +20 mm fraktion osuus pienenee koksausajan pidetessä 30 30 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | INTERNAL www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

31. Koksin kappalekokojakaumaan vaikuttaneet tekijät: Koksausaika ja koksin kpl–kokojakauma Koksausajan pidetessä +80 mm fraktion osuus kasvaa Kun koksausaika yli 16,5 h 40–63 mm fraktion osuus laskee Kun koksausaika yli 16, 5 h 20–40 mm fraktion osuus laskee Kun koksausaika alle 18 h 31 31 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | INTERNAL www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

32. Yhteenveto 32 32 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | INTERNAL www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

33. Yhteenveto Haihtuvapitoisuus kasvattaa koksin I40–arvoja ja laskee I10–arvoja laskee koksin CSR –arvoja Tuhkapitoisuus parantaa koksin CSR–arvoja ja laskee reaktiivisuutta Heikentää I40–arvoja Kasvattaa I10–arvoja Pienentää +20 mm koksin osuutta Panostuksen oltava riittävä seoksen kosteuteen nähden, muuten I40 laskee I10 kasvaa kpl–koko pienenee 33 33 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

34. Kiitos 34 34 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

35. Kivihiiliseoksen ominaisuuksien ja koksauparametrien keskinäiset vuorovaikutussuhteet 35 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

36. Haihtuvapitoisuuden ja seoksen plastisuuden suhde • Dilataatio kuvaa kivihiilipartikkeleiden paisumista koksauksen plastisessa vaiheessa • Dilataatio kasvaa haihtuvapitoisuuden kasvaessa • Fluiditeetti kuvaa seoksen juoksevuutta koksauksen plastisessa vaiheessa • Fluiditeetti kasvaa haihtuvapitoisuuden kasvaessa 36 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

37. Seoksen tuhka- ja haihtuvapitoisuus • Kivihiiliseoksen tuhkapitoisuuden kasvaessa haihtuvapitoisuus laskee • Petroolikoksin käyttö seoksessa laskee sen haihtuvapitoisuutta 37 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

38. Kivihiiliseoksen irtotilavuuspainoon vaikuttavat tekijät • Seoksen irtotilavuuspaino (märkä) kasvaa, kun • Seoksen raekoko kasvaa • Seoksen kosteuspitoisuus kasvaa • Tuhkapitoisuus laskee 38 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

39. Seoksen irtotilavuuspainon ja koksikakun lämpötilan suhde • Koksikakun keskimääräinen lämpötila ja maksimilämpötila ovat laskeneet, kun seoksen irtotilavuuspaino on noussut 39 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu

40. Koksikakun lämpötilajakaumaan vaikuttavat tekijät • Koksikakun yläosan lämpötila nousee suhteessa maksimilämpötilaan, kun • Seoksen raekoko pienenee • Uunien panostus laskee • Koksausaikaa lyhennetään 40 www.ruukki.com | Piia Kämäräinen | Koksiseminaari, Oulu