Metalurški ugljen, poznat i kao koksni ugljen, koristi se za proizvodnju koksa, primarnog izvora ugljika koristi se u proizvodnji čelika. Ugljen je prirodna sedimentna stijena koja nastaje milijunima godina dok se biljke i drugi organski materijali zakopavaju i podvrgavaju geološkim silama. Toplina i pritisak uzrokuju fizikalne i kemijske promjene koje rezultiraju ugljenom bogatim ugljikom.
Metalurški ugljen
Metalurški ugljen razlikuje se od termalnog ugljena koji se koristi za energiju i grijanje po sadržaju ugljika i sposobnosti stvrdnjavanja. Kolačenje se odnosi na sposobnost ugljena da se pretvori u koks, čisti oblik ugljika koji se može koristiti u osnovnim kisikovim pećima. Bitumenski ugljen - koji se općenito klasificira kao metalurški razred - tvrđi je i crnji. Sadrži više ugljika i manje vlage i pepela od ugljena niskog ranga.
Stupanj ugljena i njegova sposobnost stvrdnjavanja određuju se prema stupnju ugljena - mjerilu hlapljive tvari i stupnju metamorfizma - kao i mineralne nečistoće i sposobnost ugljena da se topi, bubri i ponovno ukruti kad grijani. Tri glavne kategorije metalurškog ugljena su:
- Tvrdi koksni ugljen (HCC)
- Polumeki koksni ugljen (SSCC)
- Ugljen za ubrizgavanje ugljena u prahu (PCI)
Tvrdi koksni ugljen poput antracita ima bolja svojstva koksiranja od polumekog koksnog ugljena, što im omogućuje veću cijenu. Australski HCC smatra se referentnom vrijednošću u industriji.
Iako se PCI ugljen često ne klasificira kao koksni ugljen, on se i dalje koristi kao izvor energije u procesu proizvodnje čelika i može djelomično zamijeniti koks u nekim visokim pećima.
Izrada koksa
Izrada koksa učinkovito je karboniziranje ugljena pri visokim temperaturama. Proizvodnja se obično odvija u koks bateriji smještenoj u blizini integrirane čeličane. U bateriji su koks pećnice složene u redove. Ugljen se puni u pećnice i zagrijava u odsutnosti kisika do temperatura oko 1100 Celzijevih stupnjeva (2000 stupnjeva Fahrenheita).
Bez kisika ugljen ne gori. Umjesto toga, počinje se topiti. Visoke temperature hlape neželjene nečistoće, poput vodika, kisika, dušika i sumpora. Ti se otpadni plinovi mogu sakupljati i ponovno dobivati kao nusproizvodi ili izgarati kao izvor topline.
Nakon hlađenja, koks se skrutne kao nakupine poroznog, kristalnog ugljika dovoljno velikog da ga mogu koristiti visoke peći. Cijeli postupak može trajati između 12 i 36 sati.
Svojstva svojstvena početnom unosu ugljena uvelike utječu na konačnu kvalitetu proizvedenog koksa. Nedostatak pouzdane opskrbe pojedinačnim vrstama ugljena znači da proizvođači koksa danas često koriste mješavine do 20 različitih ugljena kako bi proizvođačima čelika ponudili konzistentan proizvod.
Za proizvodnju jedne metričke tone (1.000 kilograma) koksa potrebno je približno 1,5 metričkih tona metalurškog ugljena.
Koksa u proizvodnji čelika
Potrebne su osnovne peći za kisik (BOF), koje čine 70% svjetske proizvodnje čelika željezne rude, koks i tokovi kao sirovina u proizvodnji čelika.
Nakon što se visoka peć napaja tim materijalima, u smjesu se upuhuje vrući zrak. Zrak uzrokuje izgaranje koksa, podižući temperaturu na 1.700 Celzijevih stupnjeva, što oksidira nečistoće. Proces smanjuje sadržaj ugljika za 90% i rezultira rastaljenim željezom poznatim kao vrući metal.
Zatim se vrući metal ispušta iz visoke peći i šalje u BOF, gdje se dodaju otpadni čelik i vapnenac kako bi se dobio novi čelik. Ostali elementi, poput molibdena, kroma ili vanadija, mogu se dodati za proizvodnju različitih vrsta čelika.
U prosjeku je potrebno oko 630 kilograma koksa za proizvodnju jedne metričke tone čelika.
Učinkovitost proizvodnje u procesu visoke peći uvelike ovisi o kvaliteti korištenih sirovina. Za visoku peć hranjenu visokokvalitetnom koksom bit će potrebno manje koksa i fluksa. Korištenje visokokvalitetnih proizvoda zapravo smanjuje troškove proizvodnje i rezultira boljim vrućim metalom.
Procjenjuje se da je 2013. godine industrija čelika upotrijebila 1,2 milijarde metričkih tona ugljena. Kina je najveći svjetski proizvođač i potrošač koksnog ugljena, s oko 527 milijuna metričkih tona u 2013. godini. Slijede Australija i Sjedinjene Države, koje proizvode 158 milijuna, odnosno 78 milijuna metričkih tona.
Ne iznenađuje što međunarodno tržište koksnog ugljena jako ovisi o industriji čelika.
Glavni proizvođači uključuju BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American i Rio Tinto.
Više od 90% ukupne pomorske trgovine metalurškim ugljenom otpada na pošiljke iz Australije, Kanade i SAD-a
Izvori
Valia, Hardarshan S. Proizvodnja koksa za proizvodnju visokog peći. Željezara.
URL: www.steel.org
Svjetski institut za ugljen. Ugljen i čelik (2007).
URL: www.worldcoal.org