Металлургический уголь, также известный как коксующийся уголь, используется для производства кокса, основного источника углерода. используется в сталеплавильном производстве. Уголь - это естественная осадочная порода, образовавшаяся за миллионы лет, когда растения и другие органические материалы были погребены и подвергаются геологическим воздействиям. Тепло и давление вызывают физические и химические изменения, в результате которых образуется богатый углеродом уголь.
Металлургический уголь
Металлургический уголь отличается от энергетического угля, используемого для производства энергии и отопления, содержанием углерода и способностью к спеканию. Спекание относится к способности угля превращаться в кокс, чистую форму углерода, которую можно использовать в кислородных печах. Битуминозный уголь, обычно относящийся к металлургическим сортам, тверже и чернее. Он содержит больше углерода и меньше влаги и золы, чем угли низкого ранга.
Сорт угля и его слеживаемость определяется сортом угля - мерой летучих веществ и степенью метаморфизма, а также минеральных примесей и способности угля плавиться, набухать и повторно затвердевать, когда с подогревом. Три основных категории металлургического угля:
- Твердые коксующиеся угли (ТКУ)
- Полумягкий коксующийся уголь (SSCC)
- Пылевидный уголь для вдувания угля (PCI)
Твердые коксующиеся угли, такие как антрацит, обладают лучшими коксующимися свойствами, чем полумягкие коксующиеся угли, что позволяет им получать более высокую цену. Австралийский HCC считается эталоном отрасли.
Хотя уголь PCI не часто классифицируется как коксующийся уголь, он все еще используется в качестве источника энергии в процессе выплавки стали и может частично заменять кокс в некоторых доменных печах.
Производство кокса
Производство кокса - это эффективное карбонизирование угля при высоких температурах. Производство обычно происходит в коксовой батарее, расположенной рядом с металлургическим комбинатом. В батарее коксовые печи ставятся рядами. Уголь загружается в печи и нагревается в отсутствие кислорода до температуры около 1100 градусов по Цельсию (2000 градусов по Фаренгейту).
Без кислорода уголь не горит. Вместо этого он начинает таять. Высокие температуры улетучивают нежелательные примеси, такие как водород, кислород, азот и сера. Эти отходящие газы можно собирать и регенерировать как побочные продукты или сжигать в качестве источника тепла.
После охлаждения кокс затвердевает в виде кусков пористого кристаллического углерода, достаточно больших для использования в доменных печах. Весь процесс может занять от 12 до 36 часов.
Свойства, присущие исходному углю, сильно влияют на конечное качество производимого кокса. Отсутствие надежных поставок углей отдельных марок означает, что сегодня коксохимические предприятия часто используют смеси, состоящие из до 20 различных углей, чтобы предложить производителям стали стабильный продукт.
Для производства одной метрической тонны (1000 кг) кокса требуется примерно 1,5 метрической тонны металлургического угля.
Кокс в сталеплавильном производстве
Основные кислородные печи (BOF), на которые приходится 70% мирового производства стали, требуют Железный, кокс и флюсы в качестве исходного материала при производстве стали.
После подачи этих материалов в доменную печь смесь вдувают горячим воздухом. Воздух вызывает горение кокса, повышая температуру до 1700 градусов по Цельсию, что окисляет примеси. Этот процесс снижает содержание углерода на 90% и приводит к получению расплавленного чугуна, известного как чугун.
Затем чугун сливают из доменной печи и отправляют в конвертер, где добавляют стальной лом и известняк для получения новой стали. Другие элементы, такие как молибден, хром или ванадий, могут быть добавлены для производства различных марок стали.
В среднем для производства одной метрической тонны стали требуется около 630 кг кокса.
Эффективность производства в доменном процессе во многом зависит от качества используемого сырья. Доменная печь, в которую подается высококачественный кокс, потребует меньше кокса и флюса. Использование высококачественного продукта фактически снижает производственные затраты и приводит к получению более качественного чугуна.
По оценкам, в 2013 году сталелитейная промышленность использовала 1,2 миллиарда метрических тонн угля. Китай является крупнейшим в мире производителем и потребителем коксующегося угля, на долю которого в 2013 году пришлось около 527 миллионов метрических тонн. Далее следуют Австралия и США, производящие 158 миллионов и 78 миллионов метрических тонн соответственно.
Неудивительно, что международный рынок коксующегося угля сильно зависит от сталелитейной промышленности.
Основные производители включают BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American и Rio Tinto.
Более 90% общей морской торговли металлургическим углем приходится на поставки из Австралии, Канады и США.
Источники
Валя, Хардаршан С. Производство кокса для доменного чугуна. Металлургический завод.
URL: www.steel.org
Мировой институт угля. Уголь и сталь (2007).
URL: www.worldcoal.org