Metallurgista kivihiiltä, joka tunnetaan myös koksikivihiilenä, käytetään koksin, ensisijaisen hiilen lähteen, tuottamiseen käytetään teräksen valmistuksessa. Hiili on luonnossa esiintyvä sedimenttikivi, joka muodostuu miljoonien vuosien ajan kasvien ja muiden orgaanisten materiaalien haudatessa ja geologisten voimien alaisena. Lämpö ja paine aiheuttavat fysikaalisia ja kemiallisia muutoksia, jotka johtavat hiilipitoiseen hiileen.
Metallurginen hiili
Metallurginen hiili eroaa energiaksi ja lämmitykseen käytetystä lämpöhiilestä hiilipitoisuudellaan ja paistokyvyllä. Kakku tarkoittaa hiilen kykyä muuntua koksiksi, puhtaaksi hiilimuodoksi, jota voidaan käyttää emäksisissä happiuuneissa. Bitumihiili - yleensä luokiteltu metallurgiseen laatuun - on kovempaa ja mustempaa. Se sisältää enemmän hiiltä ja vähemmän kosteutta ja tuhkaa kuin matalahiiliset hiilet.
Kivihiilen laatu ja sen paistokyky määräytyy hiilen arvon perusteella - haihtuvien aineiden ja asteen mittari metamorfismin - samoin kuin mineraalien epäpuhtaudet ja kivihiilen kyky sulaa, turvota ja kiinteytyä lämmitetty. Metallurgisen hiilen kolme pääluokkaa ovat:
- Kovat koksihiilet (HCC)
- Puolipehmeä koksihiili (SSCC)
- Jauhemaisen hiilen ruiskutushiili (PCI)
Kovilla koksikivihiileillä, kuten antrasiitilla, on paremmat koksausominaisuudet kuin puolipehmeillä koksihiilillä, jolloin ne saavat korkeamman hinnan. Australian HCC: tä pidetään alan vertailuarvona.
Vaikka PCI-hiiltä ei usein luokitella koksihiileksi, sitä käytetään silti energianlähteenä teräksenvalmistusprosessissa ja se voi osittain korvata koksin joissakin masuunissa.
Koksin valmistus
Koksinvalmistus on tehokkaasti hiilen hiiltymistä korkeissa lämpötiloissa. Tuotanto tapahtuu yleensä koksiakussa, joka sijaitsee lähellä integroitua terästehdasta. Akussa koksiuunit on pinottu riveihin. Kivihiili ladataan uuneihin ja kuumennetaan hapen puuttuessa noin 1100 celsiusasteeseen (2 000 astetta Fahrenheit).
Ilman happea hiili ei pala. Sen sijaan se alkaa sulaa. Korkeat lämpötilat haihduttavat ei-toivotut epäpuhtaudet, kuten vety, happi, typpi ja rikki. Nämä poistokaasut voidaan joko kerätä ja ottaa talteen sivutuotteina tai polttaa pois lämmönlähteenä.
Jäähdyttämisen jälkeen koksi jähmettyy huokoisen, kiteisen hiilen kokkareiksi, jotka ovat riittävän suuria masuunien käyttämiseen. Koko prosessi voi kestää 12-36 tuntia.
Alkuperäisen hiilen alkuperäiset ominaisuudet vaikuttavat voimakkaasti tuotetun koksin lopulliseen laatuun. Luotettavien yksittäisten kivihiililaatujen puute tarkoittaa sitä, että koksinvalmistajat käyttävät nykyään usein jopa 20 eri hiilen seoksia tarjotakseen teräksenvalmistajille yhtenäisen tuotteen.
Yhden tonnin koksin tuottamiseen tarvitaan noin 1,5 tonnia metallurgista kivihiiltä.
Koksi teräksenvalmistuksessa
Perushappiuunit (BOF), joiden osuus maailman terästuotannosta on 70%, vaativat rautamalmi, koksi ja sulatteet rehuaineena terästuotannossa.
Sen jälkeen kun masuuniin on syötetty näitä materiaaleja, seokseen puhalletaan kuumaa ilmaa. Ilma aiheuttaa koksin palamisen ja nostaa lämpötilat 1700 celsiusasteeseen, mikä hapettaa epäpuhtaudet. Prosessi vähentää hiilipitoisuutta 90% ja johtaa sulaan rautaan, joka tunnetaan kuumana metallina.
Kuuma metalli valutetaan sitten masuunista ja lähetetään BOF: ään, jossa lisätään romuterästä ja kalkkikiveä uuden teräksen valmistamiseksi. Muita alkuaineita, kuten molybdeeniä, kromia tai vanadiumia, voidaan lisätä erilaisten teräslajien tuottamiseksi.
Yhden metrisen terästonnin tuottamiseen tarvitaan keskimäärin noin 630 kiloa koksia.
Tuotannon tehokkuus masuuniprosessissa riippuu suuresti käytettyjen raaka-aineiden laadusta. Korkealaatuisella koksilla syötetty masuuni vaatii vähemmän koksia ja virtausta. Laadukkaiden tuotteiden käyttö alentaa tuotantokustannuksia ja johtaa parempaan kuumaan metalliin.
Vuonna 2013 terästeollisuus käytti arviolta 1,2 miljardia tonnia hiiltä. Kiina on maailman suurin koksikivihiilen tuottaja ja kuluttaja, jonka osuus vuonna 2013 oli noin 527 miljoonaa tonnia. Australia seuraa Yhdysvaltoja ja tuottaa 158 miljoonaa tonnia ja Yhdysvallat 78 miljoonaa tonnia.
Koksihiilen kansainväliset markkinat eivät ole yllättävää, että ne ovat hyvin riippuvaisia terästeollisuudesta.
Suurimpia tuottajia ovat BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American ja Rio Tinto.
Yli 90% merihenkisestä metallurgisen kivihiilen kokonaiskaupasta on lähetyksiä Australiasta, Kanadasta ja Yhdysvalloista.
Lähteet
Valia, Hardarshan S. Koksi tuotanto masuunirautateollisuudessa. Terästehtaat.
URL: www.steel.org
Maailman hiili-instituutti. Hiili ja teräs (2007).
URL: www.worldcoal.org