コークスと石炭は鉄鋼製造にどのように関わっているか?

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コークスとは?
コークスは燃料として、また鉄鉱石を溶かす際の還元剤として使用されます。 石炭を炭素になるまで焼き、石炭そのものを燃やすことなく不純物を燃焼させて製造します。 コークスを消費すると強い熱が出るが煙が少ないので、鉄鋼の製錬に適している。 1880年代以前は、鉄鋼は木炭を使って生産されていた。

コークスの製造方法
コークスは副産物法か非回収法で作られる。

副産物コークスでは、不純物を華氏1800~3600度の間で焼き切り、ほぼ純粋な炭素を残す。 不純物を残す他の元素との反応を避けるため、使用する炉は酸素を含まないものでなければならない。 コークス化された石炭は軟化して液体になるが、冷却されると固化して多孔質な物質となる。

非回収(または熱回収)では、炉は蜂の巣状に積み上げられ、燃焼のために下部から空気が供給されると同時に上部から加熱される。

高炉投入
1960年代、高炉で鉄や鋼を溶かす際に微粉炭を投入するようになった。 これはガスを燃焼させ、酸化鉄(錆)を防ぐための追加エネルギーとなり、またコークスの消費量も減らすことができた。

一般に石炭調製では、石炭を乾燥させ、1mm以下の微粒子に粉砕して注入する。 石炭粒子はサイクロンで放出ガスと分離される。 廃棄ガス、場合によっては天然ガスは、一般に含水率6%以下に保たれる追加の石炭を乾燥させるために使用することができる。

石炭の品質
コークスでも非コークスでも、石炭の品質は鋼鉄の品質に影響を与える。 冶金用コークスは瀝青炭から蒸留法で作られる。 石炭に付着する灰は最小限に抑えなければならず、元の質量の10%以下が望ましい。 灰は炉の温度を下げたり、不燃物を残したりする可能性がある。 また、石炭は揮発性の硫黄やアルカリの含有量が多く、より完全燃焼しやすいものが選ばれる。 しかし実際には、使用する石炭は入手しやすさと価格に左右されることが多い。

石炭産業は長年にわたって悪い評判が立っているが、石炭は鉄鋼生産に不可欠であり、我々の文明は鉄鋼に大きく依存している。 石炭がなければ、自動車や高層ビル、家電製品、あるいは毎日当たり前のように使っている多くの道具や用具を手に入れることはできなかったでしょう」

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