雖然鋼鐵工業已發展出許多高爐操作的新技術,如噴入燃料油及煤焦油以代替焦煤為燃料,甚至利用核子能來代替燃料,但是對于還原劑的取代仍然沒有良好的發展;所以在末來的數十年內,焦炭仍是鋼鐵的主要原料之一。因此,煤對鋼鐵工業來說是一項非常重要而不可缺少的礦物原料。目前,世界上可用于煉制冶金焦的原料煤來源日漸減少,取得不易。對于有興趣研究鋼鐵原料的人來說,如何加強煤礦的開發,及如何改進煉焦的技術而使低等位的煤亦可用于煉焦是兩項非常重要的課題。
焦炭并不是在自然界中存在的天然物質,而是由煤在高溫的情況下碳化(carbonize)而生成的,也可以說,真正用于高爐冶煉生鐵的原料是煤。不過因為煤是一種自然物質含有大量不純物,不能直接使用,所以先經過煉焦(coking)處理,變成焦炭再使用。
(1)煤的成因及貯藏:煤是上古時代的植物,由于地殼的變動被埋藏在地下,長年受地殼壓力和地心熱力的影響逐漸碳化而成的。由于碳化程度的不同而產生不同等級的煤。根據地質學家估計,世界上煤的貯藏量約有1650萬億噸左右,但是在這些貯藏的煤中能用于制造煉鋼用焦炭的煤并不很多。世界上主要產煤的國家有美國、俄羅斯、加拿大、中國、澳大利亞、德國、英國、南非等。
(2)煤的等級:煤可按其碳化程度的不同而劃分不同的品位。碳化程度高的煤含碳量高,含有灰分及水分的量少。依照碳化程度的增高可將煤分成泥煤(peat)、褐煤(lignite)、亞煙煤(subbituminous)、煙煤(bituminous)、無煙煤(anthracite)。煤的成分變化非常大,因此在商業上的價格也就有很大的不同。
為了商業上易于評定媒的價值,我們將煤按照其成分來劃分成許多等級(rank),這種等級是根據固定碳量(fixedcarbon)、揮發物量(volatilematter)及發熱量(calorificvalue)三項數值來評定的。
通常我們用實用分析(Proximateanalysis)和元素分析(Ultimateanalysis)來測定煤的化學成分。實用分析測定煤的揮發物量、固定碳量及灰分三項。元素分析就是測定其中碳(Carbon)、氫(Hydrogen)、氮(Nitrogen)、氧(Oxygen)及硫(Sulphur)五種元素的含量。根據上述兩種分析的結果及標準的等級分類。
(3)能用于制造煉鋼用焦炭的煤,不但希望它固定碳含量高,灰分含量少及硫含量少之外,而且還有兩個重要條件那就是希望它的黏結力(cakingability)及焦結力(cokingability)要高。
基于上述這些的條件,能用于制造冶金焦(metallurgicalcoke)──煉鋼用焦炭──的煤僅煙煤最適合,主要的原因是因為煙煤才有足夠的黏結力。
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