Metallurgiskt kol, även känt som kokskol, används för att producera koks, den primära kolkällan används vid ståltillverkning. Kol är ett naturligt förekommande sedimentärt berg som bildats under miljontals år när växter och andra organiska material begravs och utsätts för geologiska krafter. Värme och tryck orsakar fysiska och kemiska förändringar som leder till kolrikt kol.
Metallurgiskt kol
Metallurgiskt kol skiljer sig från termiskt kol, som används för energi och uppvärmning, genom sitt kolinnehåll och dess kapningsförmåga. Caking avser kolens förmåga att omvandlas till koks, en ren form av kol som kan användas i basiska syreugnar. Bituminöst kol - i allmänhet klassificerat som metallurgiskt - är hårdare och svartare. Den innehåller mer kol och mindre fukt och aska än lågkol.
Graden av kol och dess kapningsförmåga bestäms av kolets rang - ett mått på flyktiga ämnen och grad av metamorfism - liksom mineralföroreningar och kolens förmåga att smälta, svälla och upplösas när uppvärmd. De tre huvudkategorierna av metallurgiskt kol är:
- Hårdkokskol (HCC)
- Halvmjukt kokskol (SSCC)
- Pulveriserat kolinjektionskol (PCI)
Hårda kokskol som antracit har bättre kokningsegenskaper än halvmjuka kokskol, vilket gör att de kan få ett högre pris. Australiskt HCC betraktas som branschens riktmärke.
Även om PCI-kol inte ofta klassificeras som kokskol används det fortfarande som en energikälla i ståltillverkningsprocessen och kan delvis ersätta koks i vissa masugnar.
Koksframställning
Koksframställning är effektivt förkolning av kol vid höga temperaturer. Tillverkningen sker normalt i ett koksbatteri beläget nära ett integrerat stålverk. I batteriet staplas koksugnar i rader. Kol laddas i ugnarna och värms i frånvaro av syre upp till temperaturer runt 1100 grader Celsius (2000 grader Fahrenheit).
Utan syre brinner inte kolet. Istället börjar det smälta. De höga temperaturerna förflyktar oönskade föroreningar, såsom väte, syre, kväve och svavel. Dessa avgaser kan antingen samlas upp och återvinnas som biprodukter eller avbrännas som värmekälla.
Efter kylning stelnar koks som klumpar av poröst, kristallint kol som är tillräckligt stort för att användas av masugnar. Hela processen kan ta mellan 12 och 36 timmar.
Egenskaper som är inneboende i det ursprungliga ingående kolet påverkar kraftigt den producerade koksens slutliga kvalitet. Brist på ett tillförlitligt utbud av enskilda koltyper innebär att koksproducenter idag ofta använder blandningar av upp till 20 olika kol för att erbjuda stålproducenter en konsekvent produkt.
Cirka 1,5 ton metallurgiskt kol krävs för att producera ett ton (1000 kg) koks.
Koks i ståltillverkning
Basiska syreugnar (BOF), som står för 70% av stålproduktionen över hela världen, kräver järnmalm, koks och flöden som foderråvara vid stålproduktion.
Efter att masugnen matats med dessa material blåses varm luft in i blandningen. Luften får koks att brinna och höjer temperaturen till 1700 grader Celsius, vilket oxiderar föroreningar. Processen minskar kolhalten med 90% och resulterar i ett smält järn som kallas het metall.
Den heta metallen dräneras sedan från masugnen och skickas till BOF, där skrotstål och kalksten läggs till för att göra nytt stål. Andra element, såsom molybden, krom eller vanadin, kan tillsättas för att producera olika stålkvaliteter.
I genomsnitt krävs cirka 630 kg koks för att producera ett ton stål.
Produktionseffektiviteten i masugnsprocessen är i hög grad beroende av kvaliteten på de använda råvarorna. En masugn matad med högkvalitativ koks kräver mindre koks och flöde. Användningen av högkvalitativa produkter sänker faktiskt produktionskostnaderna och resulterar i en bättre hetmetall.
År 2013 användes uppskattningsvis 1,2 miljarder ton kol av stålindustrin. Kina är världens största producent och konsument av kokskol och står för cirka 527 miljoner ton 2013. Australien och USA följer och producerar 158 miljoner respektive 78 miljoner ton.
Den internationella marknaden för kokskol är inte överraskande mycket beroende av stålindustrin.
Stora producenter inkluderar BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American och Rio Tinto.
Mer än 90% av den totala handeln med metallurgiskt kol till sjöss står för transporter från Australien, Kanada och USA.
Källor
Valia, Hardarshan S. Koksproduktion för järntillverkning av masugnar. Stålverk.
URL: www.steel.org
World Coal Institute. Kol & stål (2007).
URL: www.worldcoal.org