Metallurgische Kohle, auch Kokskohle genannt, wird zur Herstellung von Koks, der Hauptkohlenstoffquelle, verwendet in der Stahlherstellung verwendet. Kohle ist ein natürlich vorkommendes Sedimentgestein, das sich über Millionen von Jahren gebildet hat, als Pflanzen und andere organische Materialien begraben und geologischen Kräften ausgesetzt wurden. Hitze und Druck verursachen physikalische und chemische Veränderungen, die zu kohlenstoffreicher Kohle führen.
Metallurgische Kohle
Metallurgische Kohle unterscheidet sich von thermischer Kohle, die für Energie und Heizung verwendet wird, durch ihren Kohlenstoffgehalt und ihre Zusammenbackfähigkeit. Das Zusammenbacken bezieht sich auf die Fähigkeit der Kohle, in Koks umgewandelt zu werden, eine reine Form von Kohlenstoff, die in basischen Sauerstofföfen verwendet werden kann. Steinkohle - im Allgemeinen als metallurgisch eingestuft - ist härter und schwärzer. Es enthält mehr Kohlenstoff und weniger Feuchtigkeit und Asche als niedrigrangige Kohlen.
Der Grad der Kohle und ihre Zusammenbackfähigkeit werden durch den Rang der Kohle bestimmt - ein Maß für flüchtige Stoffe und Grad der Metamorphose - sowie mineralische Verunreinigungen und die Fähigkeit der Kohle, zu schmelzen, zu quellen und sich wieder zu verfestigen, wenn erhitzt. Die drei Hauptkategorien der metallurgischen Kohle sind:
- Hartkokskohlen (HCC)
- Halbweiche Kokskohle (SSCC)
- Kohlenstaubinjektionskohle (PCI)
Harte Kokskohlen wie Anthrazit haben bessere Verkokungseigenschaften als halbweiche Kokskohlen, wodurch sie einen höheren Preis erzielen können. Das australische HCC gilt als Branchen-Benchmark.
Während PCI-Kohle nicht oft als Kokskohle eingestuft wird, wird sie dennoch als Energiequelle bei der Stahlherstellung verwendet und kann in einigen Hochöfen Koks teilweise ersetzen.
Koksherstellung
Koksherstellung ist effektiv die Karbonisierung von Kohle bei hohen Temperaturen. Die Produktion erfolgt normalerweise in einer Koksbatterie in der Nähe eines integrierten Stahlwerks. In der Batterie sind Koksöfen in Reihen gestapelt. Kohle wird in die Öfen geladen und in Abwesenheit von Sauerstoff auf Temperaturen um 1.100 Grad Celsius (2.000 Grad Fahrenheit) erhitzt.
Ohne Sauerstoff brennt die Kohle nicht. Stattdessen beginnt es zu schmelzen. Die hohen Temperaturen verflüchtigen unerwünschte Verunreinigungen wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. Diese Abgase können entweder gesammelt und als Nebenprodukte zurückgewonnen oder als Wärmequelle verbrannt werden.
Nach dem Abkühlen verfestigt sich der Koks als Klumpen aus porösem, kristallinem Kohlenstoff, der groß genug ist, um von Hochöfen verwendet zu werden. Der gesamte Vorgang kann zwischen 12 und 36 Stunden dauern.
Die Eigenschaften der anfänglichen Einsatzkohle haben großen Einfluss auf die endgültige Qualität des erzeugten Kokses. Das Fehlen einer zuverlässigen Versorgung mit einzelnen Kohlequalitäten führt dazu, dass Kokshersteller heutzutage häufig Mischungen aus bis zu 20 verschiedenen Kohlen verwenden, um Stahlherstellern ein einheitliches Produkt anzubieten.
Zur Herstellung einer Tonne (1.000 Kilogramm) Koks werden ca. 1,5 Tonnen Hüttenkohle benötigt.
Cola in der Stahlherstellung
Grundlegende Sauerstofföfen (BOF), die 70% der weltweiten Stahlproduktion ausmachen, benötigen Eisenerz, Koks und Flussmittel als Ausgangsmaterial bei der Stahlproduktion.
Nachdem der Hochofen mit diesen Materialien gespeist wurde, wird heiße Luft in die Mischung geblasen. Durch die Luft brennt der Koks und die Temperaturen steigen auf 1.700 Grad Celsius, wodurch Verunreinigungen oxidiert werden. Das Verfahren reduziert den Kohlenstoffgehalt um 90% und führt zu einer Eisenschmelze, die als heißes Metall bekannt ist.
Das heiße Metall wird dann aus dem Hochofen abgelassen und zur BOF geschickt, wo Stahlschrott und Kalkstein hinzugefügt werden, um neuen Stahl herzustellen. Andere Elemente wie Molybdän, Chrom oder Vanadium können hinzugefügt werden, um unterschiedliche Stahlsorten herzustellen.
Durchschnittlich werden etwa 630 Kilogramm Koks benötigt, um eine Tonne Stahl zu produzieren.
Die Produktionseffizienz im Hochofenprozess hängt stark von der Qualität der verwendeten Rohstoffe ab. Ein mit hochwertigem Koks gespeister Hochofen benötigt weniger Koks und Flussmittel. Die Verwendung eines hochwertigen Produkts senkt tatsächlich die Produktionskosten und führt zu einem besseren heißen Metall.
Im Jahr 2013 wurden von der Stahlindustrie schätzungsweise 1,2 Milliarden Tonnen Kohle verbraucht. China ist mit einem Anteil von rund 527 Millionen Tonnen im Jahr 2013 der weltweit größte Produzent und Verbraucher von Kokskohle. Australien und die Vereinigten Staaten folgen und produzieren 158 Millionen bzw. 78 Millionen Tonnen.
Der internationale Markt für Kokskohle ist nicht überraschend stark von der Stahlindustrie abhängig.
Zu den wichtigsten Herstellern zählen BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American und Rio Tinto.
Mehr als 90% des gesamten Seehandels mit metallurgischer Kohle entfallen auf Lieferungen aus Australien, Kanada und den USA.
Quellen
Valia, Hardarshan S. Koksproduktion für die Hochofen-Eisenherstellung. Stahlwerk.
URL: www.steel.org
World Coal Institute. Kohle & Stahl (2007).
URL: www.worldcoal.org