Największym w Europie producentem węgla metalurgicznego jest Jastrzębska Spółka Węglowa S.A. ( JSW). Węgiel metalurgiczny jest używany do produkcji koksu, niezbędnego jako wsad w produkcji stali. Dobra perspektywa dla kopalń JSW – pisze Teresa Wójcik, redaktor BiznesAlert.pl
W kopalniach JWS wydobywany jest węgiel 35 (hard), zwany też ortokoksowym, przeznaczony do produkcji wysokiej jakości koksu niezbędnego w metalurgii. 70 proc. węgla z JSW to właśnie ten węgiel, często zwany koksowym, pozostałe 30 proc. to węgiel energetyczny.
Węgiel koksowy na rynku krajowym dostarczany jest do koksowni grupy hutniczej ArcelorMittal Poland, oraz do Koksowni Częstochowa Nowa i Carbo-Koks. Na rynku zagranicznym odbiorcami tego węgla z JSW są głównie huty stali z Austrii, Czech i Słowacji.
Węgiel z JSW, jego zbyt i ceny nie są zależne od rynku energii, lecz od koniunktury w światowym przemyśle stalowym. Zapotrzebowanie na stal z kolei zależy od stanu gospodarki przede wszystkim największych państw świata. Ale na świecie, żeby wyprodukować stal – konieczny jest koks. Nie tylko jako źródło energii do producji, przede wszystkim jako wsad. Żeby mieć koks – potrzebny jest węgiel metalurgiczny.
Węgiel metalurgiczny i koks
Węgiel metalurgiczny różni się od węgla energetycznego wysoką zawartością pierwiastka węgla i zdolnością krakingu. Czyli zdolnością do przekształcania w koks, czystą postać węgla, do stosowania w przemyśle stalowym, w zasadowych piecach tlenowych ( Basic Oxygen Furnace – BOF). Trzy główne kategorie tego węgla to ciężkie węgle koksownicze (HCC), pół-miękki koks węglowy (SSCC), węgiel wtryskowy (PCI). Ciężkie węgle koksownicze, antracyt i hard, mają lepsze właściwości koksowania niż pół-miękkie węgle koksowe, co pozwala im na uzyskiwanie wyższej ceny. Australijski HCC jest uważany za wzorzec branżowy. Węgiel PCI często nie klasyfikowany jako węgiel koksowy, jest często stosowany jako źródło energii w produkcji stali.
A ile świat potrzebuje węgla koksowego? według danych Międzynarodowej Agencji Energii w 2013 r. światowy przemysł stalowy wykorzystał około 1,2 mld ton węgla. Największym na świecie producentem (i odbiorcą) węgla koksującego są Chiny, w 2013 r. zużyły 527 mln ton tego surowca. Następne na liście w 2013 r. były Australia i USA, produkując odpowiednio 158 i 78 mln ton.
Produkcja koksu polega na karbonizacji węgla metalurgicznego w wysokich temperaturach zwykle w bateriach koksowniczych. Węgiel jest podgrzewany beztlenowo do temperatury około 1100 St. C. Bez tlenu nie pali się, natomiast się topi. Wysoka temperatura powoduje eliminację niepożądanych zanieczyszczeń obecnych w surowcu (wodór, tlen, azot i siarka). Te zanieczyszczenia mogą być odzyskiwane jako produkty uboczne lub spalane jako źródło ciepła. Po ochłodzeniu koks zestala się w postaci brył porowatego, krystalicznego węgla, przeznaczonego do produkcji stali. Proces koksowania trwa od 12 do 36 godzin. Na ostateczną jakość koksu w dużym stopniu ma wpływ właściwości dostarczonego węgla koksowego.
Żelazo + koks = stal
Stal jest stopem żelaza z węglem (w proporcjach 0,002 proc. – 2,11 proc. zgodnie z graniczną rozpuszczalnością węgla w czystym żelazie ), a także z innymi dodatkami, jak nikiel, chrom, mangan, molibden, tytan, wanad, wolfram, w zależności od potrzebnych właściwości fizycznych. Dla stali stopowych zawartość węgla może być wyższa. Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego (płytkowe skupienia ferrytu i cementytu). Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla, cementyt ( węglik żelaza Fe3C, kruchy, odporny chemicznie i bardzo twardy składnik stali i żeliw białych, do temperatury 210 St.C wykazujący właściwości ferromagnetyczne, powyżej – paramagnetyczne) występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu. Im większa zawartość węgla, a w konsekwencji udział twardego i kruchego cementytu, tym większa twardość stali. W stalach stopowych wpływ węgla na twardość jest również spowodowany tendencją niektórych metali, głównie chromu, do tworzenia związków z węglem – głównie węglików o bardzo wysokiej twardości.
Zasadowe piece tlenowe, które produkują około 70 proc. stali na świecie, wymagają rudy żelaza, koksu i topników jako surowca do produkcji stali. Do wyprodukowania jednej tony koksu potrzeba ok. półtorej tony węgla metalurgicznego. Z kolei do wyprodukowania jednej tony stali potrzeba około 630 kg koksu.
Na świecie produkuje się rocznie około 1,6 mld ton stali, połowa z tego w Chinach, inni najwięksi producenci to w kolejności Japonia, Indie, USA, Korea Południowa i Rosja. Przemysł stalowy należy do najbardziej energochłonnych, choć w ciągu ostatnich 50 lat dzięki postępowi technologicznemu zapotrzebowanie na energię w tej branży metalurgii zmniejszyło się o 60 proc.
Potentaci rynku światowego
Do końca lipca br. w Chinach wyprodukowano o 10 proc. stali więcej niż przed rokiem. W skali siedmiu miesięcy wzrost wyniósł 5,1 proc., a produkcja 491,553 mln ton. Indie zwiększyły produkcję stali o 5,4 proc., do 58,012 mln ton od początku roku. W Stanach Zjednoczonych produkcja w ciągu siedmiu miesięcy tego roku do doszła do 47,748 mln ton, co oznacza wzrost o 5,6 proc. W Korei Południowej produkcja od stycznia do końca lipca osiągnęła 40,868 mln ton, a wzrost 3,5 proc. Nieco niższa była stopa wzrostu w Unii Europejskiej – w ciągu siedmiu miesięcy produkcja wyniosła 99,589 mln ton, zwiększając się rok do roku o 3,9 proc. W tym samym okresie Niemcy zwiększyły produkcję stali o 1,9 proc., osiągając 25,734 mln ton. Polski przemysł stalowy w ciągu siedmiu miesięcy wypracował wzrost o 23, 2 proc. dochodząc do 13,655 mln ton.
Ta dynamika wzrostu produkcji stali stymuluje podwyżki cen na węgiel metalurgiczny i na koks. W końcówce ubiegłego roku cena tego węgla skoczyła do 200 dol. za tonę, a w pierwszym kwartale 2017 r. do 285 dol. Podobnie było z koksem, choć w tym przypadku dynamika wzrostu nie była tak wysoka. .
Czy można produkować stal bez węgla?
Obecnie produkcja jednej tony stali to emisja 2,1 tony dwutlenku węgla. Nie licząc emisji przy wytwarzaniu energii elektrycznej z gazu lub węgla koniecznej do owej produkcji. Międzynarodowa Agencja Energii (MAE) szacuje, że światowy przemysł żelaza i stali emituje 6,7 proc. światowego CO 2. Ta emisja musi być jak najszybciej zredukowana w ramach realizacji Porozumienia Paryskiego. Co jednak będzie trudniejsze niż redukcja emisji w energetyce czy transporcie. Poza wytwarzaniem stali ze złomu – i na bardzo małą skalę w Nowej Zelandii – nie udało się wdrożyć produkcji tego stopu bez użycia lub chociaż radykalnego zmniejszenia zastosowania koksu/węgla. Dotychczasowe badania i doświadczenia przypominają poszukiwania Świętego Graala – są tak samo bez efektu – zauważają eksperci MAE.
Bardzo interesujący sposób wydzielenia żelaza z rudy metodą elektrolizy został opisany w Scientific American z maja 2013 r. Niestety zapowiadana wówczas demonstracja zastosowania tej metody na skalę komercyjną jeszcze się nie pojawiła. Tak więc nie widać realnej alternatywy dla wykorzystywania węgla w produkcji stali na wielką skalę.
Źródła: World Steel Association; Harmonogramowanie pracy urządzeń ciągu technologicznego w hucie stali – Bolesław Karwat, Katowice, 2009 r.; mech.pg.edu.pl; BOT w produkcji żelaza i stali; Bloomberg; Międzynarodowa Agencja Energii: Medium-Term Coal Market Report 2016.
.
