Mitä koksi on?
Koksia käytetään polttoaineena ja pelkistimenä rautamalmin sulatuksessa. Sitä valmistetaan paahtamalla hiiltä, kunnes se muuttuu hiileksi polttamalla pois epäpuhtauksia polttamatta itse hiiltä. Kun koksi kulutetaan, se tuottaa voimakasta lämpöä mutta vähän savua, mikä tekee siitä ihanteellisen raudan ja teräksen sulatukseen. Ennen 1880-lukua terästä valmistettiin puuhiilellä. Vuoteen 1920 mennessä lähes 90 prosenttia Yhdysvaltojen teräksestä tuotettiin koksin avulla.
Koksin valmistusprosessit
Koksia valmistetaan joko sivutuotekoksilla tai muilla kuin talteenottomenetelmillä.
Sivutuotekoksissa epäpuhtaudet poltetaan pois 1800-3600 celsiusasteen lämpötilassa, jolloin jäljelle jää lähes puhdas hiili. Käytetyissä uuneissa ei saa olla happea, jotta vältetään reaktio muiden alkuaineiden kanssa, jotka voisivat jättää epäpuhtauksia. Kun hiili ”koksautuu”, se pehmenee nestemäiseksi, mutta jähmettyy huokoiseksi materiaaliksi jäähtyessään. Koksiprosessissa syntyvät kaasut johdetaan sivutuotetehtaaseen, jossa ne voidaan kerätä muihin käyttötarkoituksiin.
Lämmön talteenotossa (tai lämmön talteenotossa) uunit on pinottu mehiläispesän muotoon, ja niitä lämmitetään ylhäältä päin, kun ilmaa johdetaan alhaalta läpi palamista varten. Kuumat savukaasut johdetaan kattilaan höyryn tuottamiseksi (lämmön talteenotto) tai niitä ei käytetä lainkaan (ei talteenotto).
Huippu-uunin ruiskutus
1960-luvulla alettiin ruiskuttaa jauhettua kivihiiltä sulatettaessa terästä tai rautaa masuunissa. Näin saatiin lisäenergiaa kaasujen polttamiseksi ja rautaoksidin (ruosteen) estämiseksi sekä koksin kulutuksen vähentämiseksi. 1990-luvulle tultaessa kivihiilen käytöstä tuli normi.
Tyypillisesti kivihiilen valmistukseen kuuluu kivihiilen kuivaaminen ja jauhaminen pieniksi, alle 1 mm:n hiukkasiksi injektointia varten. Hiilihiukkaset erotetaan vapautuvista kaasuista syklonissa. Jäännöskaasua ja joskus maakaasua voidaan käyttää lisähiilen kuivaamiseen, jonka kosteuspitoisuus pidetään yleensä alle 6 prosentissa. Inerttejä kaasuja käytetään minimoimaan hiilihiukkasten palo- tai syttymisriski.
Hiilen laatu
Joko koksin tai koksaamattoman hiilen osalta hiilen laatu vaikuttaa teräksen laatuun. Metallurginen koksi valmistetaan bitumisista kivihiilistä tislausprosessilla. Kivihiilen sisältämä tuhka on pidettävä mahdollisimman pienenä, mieluiten alle 10 % alkuperäisestä massasta. Tuhka voi alentaa uunin lämpötilaa ja jättää palamattomia materiaaleja. Kivihiiltä valitaan myös siksi, että se sisältää enemmän haihtuvaa rikkiä tai emäksiä, mikä auttaa sitä palamaan täydellisemmin. Käytännössä käytetty hiili riippuu kuitenkin usein saatavuudesta ja hinnasta.
Vaikka hiiliteollisuus on saanut vuosien varrella huonoa julkisuutta, hiili on välttämätöntä teräksen tuotannolle, ja sivilisaatiomme on vahvasti riippuvainen teräksestä. Ilman sitä meillä ei olisi ajoneuvojamme, korkeita rakennuksia, kodinkoneita tai monia työkaluja ja käyttöesineitä, joita pidämme itsestäänselvyyksinä joka päivä.