פחם מטלורגני, המכונה גם פחם קוקה, משמש לייצור קוקה, המקור העיקרי לפחמן משמש בייצור פלדה. פחם הוא סלע משקע באופן טבעי שנוצר במשך מיליוני שנים כאשר צמחים וחומרים אורגניים אחרים נקברים ונתונים לכוחות גיאולוגיים. חום ולחץ גורמים לשינויים פיזיקלים וכימיים המביאים לפחם עשיר בפחמן.
פחם מטלורגי
פחם מטלורגי שונה מפחם תרמי, המשמש לאנרגיה וחימום, על ידי תכולת הפחמן שלו ויכולת ההטמעה שלו. Caking מתייחס ליכולתו של הפחם להפוך לקולה, צורה טהורה של פחמן שניתן להשתמש בה בתנורי חמצן בסיסיים. פחם ביטומני - המסווג בדרך כלל כדרגה מטלורגית - קשה ושחור יותר. הוא מכיל יותר פחמן ופחות לחות ואפר מאשר גחלים בדרגה נמוכה.
דרגת הפחם ויכולת הקפיצה שלה נקבעים על פי דרגת הפחם - מדד לחומר נדיף ומידתו של מטמורפיזם - כמו גם זיהומים מינרליים ויכולת הפחם להתמוסס, להתנפח ולהתייצב כאשר מְחוּמָם. שלוש הקטגוריות העיקריות של פחם מתכות הן:
- גחלים לקוקאון קשה (HCC)
- פחם קוקה חצי רך (SSCC)
- הזרקת פחם מרותך (PCI)
לפחמי קוקה קשה כמו אנתרציט יש תכונות קוקאציה טובות יותר מאשר פחמי קוקה רכים למחצה, ומאפשרים להם לצבור מחיר גבוה יותר. HCC האוסטרלית נחשבת כמדד הענף.
בעוד שפחם PCI אינו מסווג לעיתים קרובות כפחם קוקה, הוא עדיין משמש כמקור אנרגיה בתהליך ייצור הפלדה ויכול להחליף חלקית קולה בכמה תנורי פיצוץ.
ייצור קולה
ייצור קולה הוא למעשה פחמן של פחם בטמפרטורות גבוהות. הייצור מתרחש בדרך כלל בסוללת קולה הממוקמת בסמוך לבית חרושת פלדה משולב. בסוללה, תנורי קולה נערמים בשורות. פחם מועמס לתנורים ומחומם בהיעדר חמצן עד לטמפרטורות סביב 1,100 מעלות צלזיוס (2000 מעלות פרנהייט).
ללא חמצן הפחם לא נשרף. במקום זאת, זה מתחיל להתמוסס. הטמפרטורות הגבוהות מנדפות זיהומים לא רצויים, כגון מימן, חמצן, חנקן וגופרית. ניתן לאסוף את הגזים האלה ולהחזיר אותם כתוצרי לוואי או לשרוף אותם כמקור חום.
לאחר הקירור, הקולה מתמצקת כגושי פחמן גבישי נקבובי וגדולים בכדי לשמש תנורי פיצוץ. התהליך כולו יכול להימשך בין 12 ל -36 שעות.
מאפיינים הטמונים בפחם הראשוני המשפיעים מאוד על האיכות הסופית של הקולה המיוצרת. היעדר אספקה מהימנה של דרגות פחם בודדות פירושו כי יצרני קולה משתמשים כיום לעתים קרובות בתערובות של עד 20 גחלים שונות כדי להציע ליצרני פלדה מוצר עקבי.
כ -1.5 טון פחם מתכות נדרשות לייצור טון מטרי (1,000 קילוגרם) של קוקה.
קוקה בקולה
תנורי חמצן בסיסיים (BOF), המהווים 70% מייצור הפלדה ברחבי העולם, דורשים עפרת ברזל, קולה ושטף כחומר הזנה בייצור פלדה.
לאחר האכלת תנור הפיצוץ בחומרים אלה, נושף אוויר חם לתערובת. האוויר גורם לקולה לשרוף, מעלה את הטמפרטורות ל -1,700 מעלות צלזיוס, מה שמחמצן זיהומים. התהליך מפחית את אחוז הפחמן ב -90% ומביא לברזל מותך המכונה מתכת חמה.
לאחר מכן מנקזים את המתכת החמה מתנור הפיצוץ ונשלחים אל ה- BOF, שם מוסיפים פלדת גרוטאות ואבן גיר ליצירת פלדה חדשה. ניתן להוסיף אלמנטים אחרים, כגון מוליבדן, כרום או ונדיום כדי לייצר דרגות פלדה שונות.
בממוצע נדרשים כ -630 קילוגרמים של קוקה לייצור טון מטריד אחד של פלדה.
יעילות הייצור בתנור הפיצוץ תלויה מאוד באיכות חומרי הגלם המשמשים. תנור פיצוץ המוזן בקולה איכותית ידרוש פחות קוקה ושטף. השימוש במוצר איכותי למעשה מוריד את עלויות הייצור ומביא למתכת חמה טובה יותר.
בשנת 2013, כ -1.2 מיליארד טון פחם שימשו את תעשיית הפלדה. סין היא היצרנית והצרכן הגדולה בעולם של פחם קוקה, והיא מהווה כ -527 מיליון טון בשנת 2013. אוסטרליה וארצות הברית עוקבות אחר כך, מייצרות בהתאמה 158 מיליון ו -78 מיליון טון.
השוק הבינלאומי של פחם קוקה, באופן לא מפתיע, תלוי מאוד בתעשיית הפלדה.
המפיקים העיקריים כוללים את BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American ו- Rio Tinto.
משלוחים מאוסטרליה, קנדה וארה"ב מהווים יותר מ -90% מכלל הסחר הימי של פחם מתכות.
מקורות
ווליה, הרדרשן ס. ייצור קולה לייצור ברזל בתנור. עבודות פלדה.
כתובת אתר: www.steel.org
מכון פחם עולמי. פחם ופלדה (2007).
כתובת אתר: www.worldcoal.org