Than luyện kim, còn được gọi là than luyện cốc, được sử dụng để sản xuất than cốc, nguồn carbon chính được sử dụng trong sản xuất thép. Than là một loại đá trầm tích tự nhiên được hình thành qua hàng triệu năm khi thực vật và các vật liệu hữu cơ khác bị chôn vùi và chịu các lực địa chất. Nhiệt và áp suất gây ra những thay đổi vật lý và hóa học dẫn đến than giàu carbon.
Than luyện kim
Than luyện kim khác với than nhiệt, được sử dụng làm năng lượng và sưởi ấm, bởi hàm lượng carbon và khả năng đóng bánh của nó. Tính đóng bánh đề cập đến khả năng chuyển đổi than thành than cốc, một dạng carbon tinh khiết có thể được sử dụng trong các lò ô-xi cơ bản. Than mỡ bitum – thường được phân loại là loại luyện kim – cứng hơn và đen hơn. Nó chứa nhiều carbon hơn và ít độ ẩm và ít tro hơn than mỡ cấp thấp và than bùn (than nâu).
Loại than và khả năng đóng bánh của nó được xác định bởi cấp bậc của than – thước đo chất dễ bay hơi và mức độ biến chất – cũng như tạp chất khoáng và khả năng của than như tính nóng chảy, phồng lên và đông đặc lại khi đun nóng. Ba loại than luyện kim chính là:
- Than cốc cứng – than đá (HCC)
- Than luyện cốc bán mềm (SSCC)
- Than ép nghiền (PCI)
Than luyện cốc cứng như than đá antraxit có đặc tính luyện cốc tốt hơn than luyện cốc bán mềm, cho phép chúng thu được giá cao hơn. Than HCC của Úc được coi là loại tiêu chuẩn của ngành.
Mặc dù than PCI thường không được phân loại là than cốc, nhưng nó vẫn được sử dụng làm nguồn năng lượng trong quá trình luyện thép và có thể thay thế một phần than cốc trong một số lò cao.
Sản xuất than cốc
Sản xuất than cốc là quá trình cacbon hóa than hiệu quả ở nhiệt độ cao. Quá trình sản xuất thường diễn ra trong một pin than cốc xây dựng gần một nhà máy thép tích hợp. Trong pin, lò than cốc được xếp thành hàng. Than được nạp vào lò nung và đun nóng trong môi trường không có ô-xi lên đến nhiệt độ khoảng 1.100oC (2.000oF).
Do yếm ô-xi, than không cháy. Thay vào đó, nó bắt đầu tan chảy. Ở nhiệt độ cao làm bay hơi các tạp chất không mong muốn, chẳng hạn như hydro, ô-xi, ni-tơ và lưu huỳnh. Những khí thải này có thể được thu thập và thu hồi dưới dạng sản phẩm phụ hoặc đốt cháy như một nguồn nhiệt.
Sau khi làm mát, than cốc đông đặc thành các cục carbon xốp, tinh thể đủ lớn để được sử dụng bởi các lò đứng. Toàn bộ quá trình có thể mất từ 12 đến 36 giờ.
Các tính chất vốn có trong than đầu vào ban đầu ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuối cùng của than cốc được sản xuất. Việc thiếu nguồn cung cấp đáng tin cậy của các loại than riêng lẻ có nghĩa là các nhà sản xuất than cốc ngày nay thường sử dụng hỗn hợp lên đến 20 loại than khác nhau để cung cấp cho các nhà sản xuất thép một sản phẩm phù hợp.
Cần khoảng 1,5 tấn than luyện kim để sản xuất một tấn (1.000 kg) than cốc.
Than cốc trong luyện thép
Lò ô-xi cơ bản (BOF), chiếm 70% sản lượng thép trên toàn thế giới, cần có quặng sắt, than cốc và thông lượng(1) làm nguyên liệu đầu vào trong sản xuất thép.
Sau khi lò đứng được cấp các loại vật liệu này, không khí nóng được thổi vào hỗn hợp. Không khí khiến than cốc cháy, làm tăng nhiệt độ lên 1.700oC, làm ô-xi hóa tạp chất. Quá trình này làm giảm 90% hàm lượng carbon và dẫn đến một loại sắt nóng chảy được gọi là kim loại nóng.
Kim loại nóng sau đó được đưa ra khỏi lò luyện kim và đưa đến BOF, nơi thép phế liệu và đá vôi được thêm vào để tạo ra thép mới. Các nguyên tố khác, chẳng hạn như molypden, crom hoặc vanadi, có thể được thêm vào để sản xuất các loại thép khác nhau.
Trung bình, cần khoảng 630kg than cốc để sản xuất một tấn (1.000kg) thép.
Hiệu quả sản xuất trong quá trình lò đứng phụ thuộc nhiều vào chất lượng nguyên liệu thô được sử dụng. Một lò đứng sử dụng than cốc chất lượng cao sẽ cần ít than cốc và thông lượng hơn. Việc sử dụng sản phẩm chất lượng cao thực sự làm giảm chi phí sản xuất và cho kết quả kim loại nóng tốt hơn.
Trong năm 2013, ước tính có khoảng 1,2 tỷ tấn than đã được sử dụng bởi ngành thép. Trung Quốc là nhà sản xuất và tiêu thụ than luyện cốc lớn nhất thế giới, chiếm khoảng 527 triệu tấn trong năm 2013. Úc và Hoa Kỳ theo sau, sản xuất lần lượt 158 triệu và 78 triệu tấn.
Không có gì đáng ngạc nhiên, khi thị trường quốc tế của than cốc phụ thuộc nhiều vào ngành thép.
Các nhà sản xuất chính bao gồm BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American và Rio Tinto.
Hơn 90% tổng thương mại than luyện kim bằng đường biển được chiếm bởi các lô hàng từ Úc, Canada và Hoa Kỳ.
Nguồn: thoughtco.com
Biên dịch: Vincent Nguyen
