Koksist, mis on peamine süsinikuallikas, kasutatakse metallurgiasüsi, tuntud ka kui koksisüsi kasutatakse terasetootmisel. Kivisüsi on looduslikult esinev settekivim, mis moodustub miljonite aastate jooksul taimede ja muude orgaaniliste materjalide mattumise ja geoloogiliste jõudude mõjul. Kuumus ja rõhk põhjustavad füüsikalisi ja keemilisi muutusi, mille tulemuseks on süsinikurikas söe.
Metallurgiline kivisüsi
Metallurgiasüsi erineb soojusenergiast, mida kasutatakse energia ja kütte jaoks, süsinikusisalduse ja paakumisvõime poolest. Kookimine viitab söe võimele muunduda koksiks, puhtal kujul süsinikuks, mida saab kasutada põhilistes hapnikuahjudes. Bituumensüsi - tavaliselt klassifitseeritud metallurgia klassi - on kõvem ja mustem. See sisaldab rohkem süsinikku ning vähem niiskust ja tuhka kui madalama astme söed.
Söe klass ja selle paakumisvõime määratakse kivisöe auastme järgi - lenduvate ainete ja kraadi määr metamorfismi - samuti mineraalseid lisandeid ja kivisöe võimet sulatada, paisuda ja tahkuda kuumutatakse. Metallurgilise söe kolm peamist kategooriat on:
- Kõvad koksi söed (HCC)
- Poolpehme koksisüsi (SSCC)
- Pulbristatud kivisöe süstimise (PCI) kivisüsi
Kõvadel koksisöedel, nagu antratsiidil, on paremad koksimisomadused kui poolpehmetel koksisöel, mis võimaldab neil saada kõrgemat hinda. Austraalia HCC-d peetakse tööstuse etaloniks.
Kuigi PCI-kivisütt ei klassifitseerita sageli koksisöeks, kasutatakse seda terase valmistamise protsessis ikkagi energiaallikana ja see võib osaliselt koksi asendada mõnes kõrgahjus.
Koksi valmistamine
Koksi valmistamine on kivisöe karboniseerimine kõrgel temperatuuril. Tootmine toimub tavaliselt koksiakus, mis asub integreeritud terasetehase lähedal. Aku sees on koksi ahjud ridade kaupa laotud. Süsi laaditakse ahjudesse ja kuumutatakse hapniku puudumisel temperatuurini umbes 1100 kraadi (2000 kraadi Fahrenheiti).
Ilma hapnikuta kivisüsi ei põle. Selle asemel hakkab see sulama. Kõrged temperatuurid lendavad soovimatuid lisandeid, nagu vesinik, hapnik, lämmastik ja väävel. Neid heitgaase võib kas koguda ja taaskasutada kõrvalproduktidena või põletada soojusallikana.
Pärast jahutamist tahkub koks poorse kristallilise süsiniku tükkidena, mis on piisavalt suur, et seda saaks kasutada kõrgahjudes. Kogu protsess võib kesta 12–36 tundi.
Esialgse sisendi söele omased omadused mõjutavad oluliselt koksi ülimat kvaliteeti. Üksikute söeklasside usaldusväärse tarnimise puudumine tähendab, et koksi tootjad kasutavad tänapäeval terasetootjatele järjepideva toote pakkumiseks sageli kuni 20 erineva söe segu.
Ühe tonni (1000 kilogrammi) koksi tootmiseks on vaja umbes 1,5 tonni metallurgiasütt.
Kokk terasetootmises
Põhihapnikuahjud (BOF), mis moodustavad kogu maailmas 70% terasetoodangust, vajavad seda rauamaak, koks ja voogud söödamaterjalina terasetootmisel.
Pärast kõrgahju nende materjalidega söötmist puhutakse segusse kuuma õhku. Õhk põhjustab koksi põlemise, tõstes temperatuuri 1700 kraadini, mis oksüdeerib lisandeid. Protsess vähendab süsinikusisaldust 90% ja tulemuseks on sulametall, mida nimetatakse kuumaks metalliks.
Seejärel tühjendatakse kuum metall kõrgahjust ja saadetakse BOF-i, kus uue terase saamiseks lisatakse vanaraud ja lubjakivi. Erinevate teraseklasside saamiseks võib lisada muid elemente, näiteks molübdeeni, kroomi või vanaadiumi.
Ühe tonni terase tootmiseks kulub keskmiselt umbes 630 kilogrammi koksi.
Tootmise efektiivsus kõrgahjuprotsessis sõltub suuresti kasutatud tooraine kvaliteedist. Kõrgekvaliteedilise koksiga toidetud kõrgahi nõuab vähem koksi ja voogu. Kvaliteetse toote kasutamine vähendab tegelikult tootmiskulusid ja annab parema kuuma metalli.
2013. aastal kasutas terasetööstus hinnanguliselt 1,2 miljardit tonni kivisütt. Hiina on maailma suurim koksisöe tootja ja tarbija, moodustades 2013. aastal umbes 527 miljonit tonni. Järgnevad Austraalia ja USA, kes toodavad vastavalt 158 miljonit ja 78 miljonit tonni.
Koksisöe rahvusvaheline turg pole üllatav, et see sõltub suuresti terasetööstusest.
Suuremate tootjate hulka kuuluvad BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American ja Rio Tinto.
Üle 90% kogu metallurgilise kivisöe merekaubandusest moodustab saadetised Austraaliast, Kanadast ja USA-st.
Allikad
Valia, Hardarshan S. Koksi tootmine kõrgahjude raua valmistamiseks. Terasetööstus.
URL: www.steel.org
Maailma Söe Instituut. Süsi ja teras (2007).
URL: www.worldcoal.org