Металургичните въглища, известни също като коксови въглища, се използват за производство на кокс, основният източник на въглерод използва се в производството на стомана. Въглищата са естествено срещащи се седиментни скали, образувани в продължение на милиони години, когато растенията и други органични материали са погребани и подложени на геоложки сили. Топлината и налягането причиняват физически и химични промени, които водят до богати на въглерод въглища.
Металургични въглища
Металургичните въглища се различават от термалните въглища, използвани за енергия и отопление, по съдържанието на въглерод и способността си за слепване. Слепването се отнася до способността на въглищата да се превръщат в кокс, чиста форма на въглерод, която може да се използва в основни кислородни пещи. Битумните въглища, които обикновено се класифицират като металургични, са по-твърди и по-черни. Съдържа повече въглерод и по-малко влага и пепел от въглищата с нисък ранг.
Класът на въглищата и способността му за слепване се определят от ранга на въглищата - мярка за летливи вещества и степен на метаморфизма - както и минерални примеси и способността на въглищата да се топят, набъбват и втвърдяват, когато отопляем. Трите основни категории металургични въглища са:
- Твърди коксуващи се въглища (HCC)
- Полумеки коксуващи се въглища (SSCC)
- Въглища за инжектиране на прахообразни въглища (PCI)
Твърдите коксуващи се въглища като антрацит имат по-добри свойства на коксуване от полумеките коксуващи се въглища, което им позволява да спечелят по-висока цена. Австралийският HCC се разглежда като еталон за индустрията.
Въпреки че PCI въглищата не се класифицират често като коксуващи се въглища, те все още се използват като източник на енергия в процеса на производство на стомана и могат частично да заменят кокса в някои доменни пещи.
Коксопроизводство
Производството на кокс е ефективно карбонизиране на въглища при високи температури. Производството обикновено се извършва в коксова батерия, разположена близо до интегрирана стоманена фабрика. В батерията коксовите фурни са подредени на редове. Въглищата се зареждат във фурните и се нагряват в отсъствие на кислород до температури около 1100 градуса по Целзий (2000 градуса по Фаренхайт).
Без кислород въглищата не изгарят. Вместо това започва да се топи. Високите температури изпаряват нежеланите примеси като водород, кислород, азот и сяра. Тези отпадъчни газове могат или да се събират и възстановяват като странични продукти, или да се изгарят като източник на топлина.
След охлаждане коксът се втвърдява като бучки от порест, кристален въглерод, достатъчно голям, за да бъде използван от доменните пещи. Целият процес може да отнеме между 12 и 36 часа.
Свойствата, присъщи на първоначално въведените въглища, оказват силно влияние върху крайното качество на произвеждания кокс. Липсата на надеждно снабдяване с отделни класове въглища означава, че днес коксопроизводителите често използват смеси от до 20 различни въглища, за да предложат на производителите на стомана постоянен продукт.
За производството на един метричен тон (1000 килограма) кокс са необходими приблизително 1,5 метрични тона металургични въглища.
Кокс в производството на стомана
Основните кислородни пещи (BOF), които представляват 70% от производството на стомана в световен мащаб, изискват желязна руда, кокс и потоци като фураж в производството на стомана.
След като доменната пещ се захранва с тези материали, горещият въздух се вдухва в сместа. Въздухът кара кокса да изгори, повишавайки температурите до 1700 градуса по Целзий, което окислява примесите. Процесът намалява съдържанието на въглерод с 90% и води до стопено желязо, известно като горещ метал.
След това горещият метал се източва от доменната пещ и се изпраща в BOF, където се добавят скрап стомана и варовик, за да се получи нова стомана. Други елементи, като молибден, хром или ванадий, могат да бъдат добавени за получаване на различни марки стомана.
Средно за производството на един метричен тон стомана са необходими около 630 килограма кокс.
Ефективността на производството в доменната пещ силно зависи от качеството на използваните суровини. Доменна пещ, захранвана с висококачествен кокс, ще изисква по-малко кокс и поток. Използването на висококачествен продукт всъщност намалява производствените разходи и води до по-добър горещ метал.
През 2013 г. приблизително 1,2 милиарда метрични тона въглища са били използвани от стоманодобивната промишленост. Китай е най-големият производител и потребител на коксуващи се въглища в света, което представлява около 527 милиона метрични тона през 2013 г. Следват Австралия и САЩ, произвеждайки съответно 158 милиона и 78 милиона метрични тона.
Не е изненадващо, че международният пазар на коксуващи се въглища е силно зависим от стоманодобивната индустрия.
Сред основните производители са BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American и Rio Tinto.
Повече от 90% от общата морска търговия с металургични въглища се дължи на пратки от Австралия, Канада и САЩ
Източници
Валия, Хардаршан С. Производство на кокс за производство на доменни пещи. Стоманолеярни.
URL: www.steel.org
Световният институт за въглища. Въглища и стомана (2007).
URL: www.worldcoal.org