Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article donne un aperçu général sur les procédés de fabrication du coke métallurgique pour le haut-fourneau. Après une rapide description des propriétés fondamentales des charbons et des mécanismes de transformation du charbon en coke, les éléments de technologie et d’exploitation des fours à coke classiques sont présentés en détail. Les facteurs de production du coke et leur influence sur la qualité du coke sont ensuite passés en revue. Des exemples types de bilans matières et de bilans thermiques des fours à coke sont proposés. Pour terminer, des aspects complémentaires sont abordés sur les procédés de fabrication du coke non conventionnels faisant appel à des technologies différentes des cokeries classiques.
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This article gives a general overview of blast furnace coke manufacturing and main technological issues of coke making. After un short description of fundamental properties of coking coals and mechanisms of coal to coke transformation, general constructional features and operating parameters of conventional coke ovens are presented. Main coke production parameters and their influence on coke quality are described. Typical examples of mass and thermal balances of coke ovens are presented. The last section of the article gives brief information on other coke making processes than conventional coke oven batteries.
Auteur(s)
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Daniel ISLER : Directeur adjoint du Centre de Pyrolyse de Marienau - Responsable des Recherches - Centre de Pyrolyse de Marienau, Parc d’activités Forbach Ouest, 57600 Forbach, France
INTRODUCTION
Le coke est fabriqué par cuisson jusqu’à 1 000 °C de charbons, à l’abri de l’air dans des fours à coke. Les propriétés du coke dépendent beaucoup de la nature des charbons utilisés pour fabriquer le coke et des conditions de cuisson.
Les charbons utilisés sont des charbons bitumineux dits « charbons à coke » aux propriétés thermofusibles pendant leur chauffage, qui permettent l’agglutination des grains et la production de coke poreux et résistants mécaniquement. Les charbons à coke sont généralement mélangés avec des charbons peu « cokéfiants » pour des raisons économiques et techniques développées dans l’article. Des règles d’association des charbons par familles ont été établies pour aider à la formulation des mélanges. Des modèles de prévision de la qualité du coke existent également pour déterminer rapidement la valeur d’usage des charbons. L’optimisation des mélanges passe généralement par des essais en fours pilotes semi-industriels de 400 à 500 kg de capacité.
Une cokerie comprend de nombreux fours à coke, groupés en batteries, selon la production de coke à assurer. La cokerie est dans la grande majorité des cas intégrée à une usine sidérurgique pour produire la quantité de coke nécessaire aux hauts-fourneaux. Une cokerie sidérurgique classique produit 1,5 à 2 Mt de coke par an. La production mondiale de coke est de l’ordre de 700 Mt par an.
Cet article a pour objectif de donner dans une première partie les grandes règles de préparation des mélanges de charbons et de montrer l’importance d’une bonne maîtrise des paramètres de cuisson pour fabriquer un coke de bonne qualité métallurgique. Des éléments de technologie des fours à coke complètent ces aspects et mettent en évidence la complexité d’une cokerie, qui représente un investissement très lourd et dont la durée de vie est aujourd’hui de plus de 50 ans grâce à une bonne maîtrise des conditions de marche et de maintenance et réparation.
Un article spécifique [M 7 341] décrit les propriétés des cokes métallurgiques et leurs influences sur le fonctionnement du haut-fourneau.
Un glossaire des éléments utilisés et un tableau de sigles et de symboles sont présentés en fin d'article.
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KEYWORDS
coke owens | coke making | carbonisation of coals | production of blast furnace coke
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1991 par Jean-Marie DUCHÊNE, Daniel ISLER, Émile YAX
- Version archivée 2 de mars 2008 par Daniel ISLER
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Fabrication du coke métallurgique1. Carbonisation des charbons
Le combustible nécessaire pour les grands hauts-fourneaux modernes ne peut être ni le bois, dont la température de combustion est trop faible, ni la houille dont la fusion entre 350 et 500 °C est un obstacle à la perméabilité indispensable au fonctionnement des fours à cuve. Les premiers hauts-fourneaux étaient alimentés au charbon de bois, riche en carbone et non fusible.
Pour des raisons de disponibilité en bois, les métallurgistes anglais pensèrent à utiliser du charbon dont le sous-sol de leur pays était riche, en le carbonisant en meules ou en ruches d'une manière analogue à la fabrication du charbon de bois. Cette innovation, qui date de la fin du XVIe siècle, est signalée en Angleterre et en Allemagne.
Les premiers essais d'emploi du coke en haut-fourneau furent infructueux et c'est Abraham Darby qui le premier fabriqua de la fonte au coke en 1709.
Aujourd'hui, les hauts-fourneaux fonctionnent pratiquement tous au coke avec injection croissante de charbon aux tuyères en substitution d’une partie du coke. Le coke est aujourd’hui fabriqué dans des batteries de fours mécanisés, voire automatisés. Les fours à ruche n'ont cependant pas encore disparu totalement. Il en existe encore en Chine et en Australie. Des technologies modernes basées sur le principe des anciens fours à ruche se développent, en particulier aux États-Unis (Non-Recovery Coke Oven ou Heat-Recovery Coke Oven).
Jusqu'en l'an 2000, la production mondiale du coke est restée à peu près constante alors qu'elle a baissé très nettement en Europe. Depuis 2000, elle est en nette croissance par suite du développement industriel de la Chine. La production mondiale de coke en 2013 s’est élevée à environ 685 Mt dont environ 475 Mt pour la Chine et 39 Mt pour l’Union européenne.
La réduction directe, qui progresse lentement, n'entraînera vraisemblablement pas de décroissance de la production mondiale de métal liquide. De même, l'élaboration d'acier en four électrique à partir de ferrailles ne provoquera a priori pas de baisse de la production de fonte. Le haut-fourneau et la filière fonte sont et resteront prépondérants pour la fabrication de l'acier, et particulièrement en Chine, pays en plein développement industriel dans lequel les perspectives de croissance de la production de fonte et d'acier sont énormes.
Le coke, matériau non fusible, riche en carbone, très résistant mécaniquement et perméable, est le réducteur...
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Carbonisation des charbons
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - DAVIDSON (R.M.) - Molecular structure of coal. - IEA Coal Research, Report number ICTIS/TRO, 8 (janv. 1980).
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(4) - ALPERN (B.) - Les Combustibles Fossiles. - Les sciences Alpha, Géologie II, fasc., 106 (1976).
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(5) - STACH (E.), MACKOWSKI (M.Th.), TEICHMULLER (M.), TAYLOR (G.H.), CHANDRA - TEICHMULLER (R.) - Stach's Textbook of Coal Petrography. - 3rd ed. Gebrüder Borntraeger, Berlin (1982).
-
(6) - United Nations Economic Commission for Europe - Système international de Codification de charbon de rang moyen et de rang supérieur. - UN...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Combustibles minéraux solides. Détermination de l'indice de matières volatiles du charbon et du coke. - NF M03-004 - (février 2003)
-
Combustibles minéraux solides. Dosage de l'azote. - NF M03-018 - (janvier 2003)
-
Coke. Détermination de la densité relative vraie, de la densité relative apparente et de la porosité. - NF ISO 1014 - (mai 2004)
-
Combustibles minéraux solides. Détermination de la fusibilité des cendres. - NF M03-048 - (juin 2000)
-
Combustibles minéraux solides. Calcul de la teneur en oxygène par différence. - NF M03-051 - (décembre 2002)
-
Essai au dilatomètre Audibert-Arnu. - NF ISO 349 - (mai 2004)
-
Charbon. Détermination de la teneur en différentes formes de soufre. - NF ISO 157 - (mai 1996)
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...
Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Iron and Steel Production. Industrial Emissions Directive 2010/75/EU (Integrated Pollution Prevention and Control), 2013. Report EUR 25521 EN.
Règlement (CE) n° 166/2006 du parlement Européen et du Conseil du 18 janvier 2006 concernant la création d’un registre européen des rejets et transferts de polluants, et modifiant les directives 91/689/CEE et 96/61/CE du Conseil.
HAUT DE PAGE2 Données statistiques et économiques
Après être restée à peu près stable autour de 350 Mt par an jusqu’en 2000, la production annuelle de coke dans le monde est en croissance importante depuis le début du XXIe siècle. Elle était de l'ordre de 455 en 2005, 595 en 2010 et 685 Mt en 2013.
Cette croissance est à attribuer entièrement à la Chine dont la production de coke est passée de 120 en 2000 à 243 en 2005, 390 en 2010 et 476 Mt en 2013. On s'attend à ce que la croissance sidérurgique de la Chine se poursuive dans les années à venir. Cette croissance entraîne une augmentation forte de la demande mondiale en charbons à coke. En 2013, la production de charbon pour les cokeries des dix plus importants producteurs était de l'ordre de 975 Mt, soit moins de 15 % de la production charbonnière totale (7 823 Mt en 2013), hors lignites (tableau 1).
La production de coke de l'Union européenne (14 pays) représente moins du dixième de la production mondiale (tableau ...
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