Innowacyjna aparatura pomiarowa wykorzystywana jest ​w koksowniach i hutach w kilkunastu krajach świata

Jakość koksu określa się na podstawie dwóch składników: reakcyjności i wytrzymałości. Oba mają duże przełożenie na przemysł metalurgiczny, m.in. na wydajność i bezpieczeństwo procesu produkcji stali. Od lat 90. autorską aparaturą pomiarową do badania jakości koksu – jako jeden z niewielu na świecie – dysponuje warszawski Instytut Tele- i Radiotechniczny, należący do Sieci Badawczej Łukasiewicz. Rozwiązanie stworzone przez polskich badaczy funkcjonuje w koksowniach i hutach w kilkunastu krajach świata.

– Przemysł metalurgiczny jest dość złożony, procesy są prowadzone w sposób ciągły. Hutnicy, idąc do domu, nie wyłączają wielkich pieców hutniczych, ten proces musi się odbywać przy ciągłym zasypie surowców. Dlatego bardzo ważne jest, aby był on prowadzony w sposób bezpieczny, aby w czasie jego trwania nie wydarzyły się żadne awarie powodujące przerwy technologiczne. To właśnie zapewnia badanie właściwości koksu wielkopiecowego, które przekłada się też na ekonomię całego procesu – mówi  Łukasz Grotkowski, lider grupy badawczej Elektrotermia w Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytucie Tele- i Radiotechnicznym.

Przemysł metalurgiczny wytwarza stal w wielkich piecach, których temperatura sięga nawet 2000 st. C. Wnętrze takiego pieca jest naprzemiennie zasypywane surowcami, które tworzą warstwy i przesuwają się w dół, przechodząc przez kolejne etapy procesu. Każde wstrzymanie go generuje olbrzymie straty. Najczęściej jest to spowodowane złą jakością surowców, dlatego każdy z nich – przede wszystkim koks – musi się odznaczać wyśrubowanymi właściwościami. Jakość koksu określa się na podstawia dwóch składników: reakcyjności (CRI) oraz wytrzymałości (CSR).

– Koks jest produkowany z węgla. Ze względu na to, że węgiel powstaje w różnych rejonach świata, w różnym okresie i ma różne właściwości, badamy go pod kątem jego parametrów, a następnie sprawdzamy, czy wytworzony z niego koks udało się wyprodukować w taki sposób i z takimi właściwościami, jakie są nam potrzebne – wyjaśnia Łukasz Grotkowski.

Jeszcze do połowy lat 90. aparaturą pomiarową do badania jakości koksu dysponowała zaledwie jedna firma na świecie – japoński koncern Nippon Steel. Współpraca Przemysłowego Instytutu Elektroniki (obecnie Łukasiewicz-ITR) z Uniwersytetem Technicznym w Ostrawie w 1996 roku zaowocowała jednak opracowaniem i wdrożeniem prototypu stanowiska laboratoryjnego do oznaczania jakości koksu. Rok później naukowcy Łukasiewicz-ITR rozwinęli ten projekt i opracowali pierwsze stanowisko badawcze na zlecenie Mittal Steel, ówczesnego potentata na rynku hutniczym. Rozwiązanie zostało na tyle dobrze przyjęte przez rynek, że do 2020 roku zainstalowano 30 stanowisk badawczych koksu, m.in. w Czechach, Rumunii, Serbii, Anglii, Rosji, Turcji oraz na Słowacji, Ukrainie i Węgrzech.

– Nasze stanowiska laboratoryjne pracują przeważnie w zakładach produkujących koks, czyli w koksowniach. Sprzedajemy je jednak również do kopalni węgli koksujących, jak również do ostatecznych użytkowników koksu, czyli do hut. Co roku sprzedajemy około dwóch takich stanowisk, co wynika z faktu, że tych dużych zakładów przemysłowych nie ma aż tak wiele – mówi lider grupy badawczej Elektrotermia.

Próbki surowca są testowane w zestandaryzowanych warunkach, które imitują te panujące w wielkim piecu hutniczym. Uzyskane wyniki pozwalają dobrać ilość koksu optymalną do produkcji stali. Nie tylko pod kątem bezpieczeństwa, ale także wydajności całego procesu.

– Jeżeli mamy koks o lepszych właściwościach, możemy go dozować mniej. Jeżeli jest to gorszy koks, wtedy musimy go zużywać więcej. To nie jest wskazane nie tylko pod kątem ekonomicznym, ale również ze względu na emitowane gazy cieplarniane – mówi Łukasz Grotkowski.

Dzięki współpracy z przemysłem stanowiska badawcze CRI/CSR są ciągle rozwijane i udoskonalane. W ubiegłym roku rozpoczął się projekt Karbonowa, którego celem jest ich modernizacja i zaimplementowanie nowych technologii.

– Nasze stanowisko laboratoryjne powstawało przez wiele lat, dodawaliśmy do niego nowe moduły i możliwości. Dlatego w tej chwili prowadzimy projekt finansowany z projektów celowych Łukasiewicza, który ma na celu ujednolicenie całej konstrukcji oraz wprowadzenie pewnych udogodnień, które pojawiły się na przestrzeni ostatnich lat. Jednocześnie dzięki współpracy z innym instytutem z Sieci Badawczej Łukasiewicz przy tym projekcie mamy możliwość rozszerzenia naszej oferty poprzez dodanie bliźniaczego stanowiska, które będzie badało podobne parametry, ale tym razem nie koksu, tylko rudy żelaza, czyli drugiego materiału, który jest wykorzystywany w procesie wytopu żelaza – wyjaśnia ekspert Łukasiewicz-ITR.