Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article décrit les rôles fondamentaux du coke dans le haut-fourneau : support mécanique de la charge, agent de perméabilité, régénérateur du gaz réducteur CO et production d’énergie aux tuyères. La résistance mécanique est l’un des rôles prépondérants. Les mécanismes de dégradation mécanique du coke sont présentés ainsi que leurs conséquences sur la marche du haut fourneau. L’importance de la stabilisation mécanique du coke entre la cokerie et le haut fourneau est également largement décrite. La gazéification partielle du coke par le CO2 (qui consomme 35 à 40 % du coke chargé) fait l’objet d’un essai normalisé (test CSR) décrit dans l’article. L’importance de l’indice CSR du coke sur la marche du haut fourneau est mise en évidence sur des données de marche de hauts fourneaux.
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This article presents the fundamental roles of coke in a blast furnace: mechanical support of the charge, permeability agent, regenerator of reducing gas CO and production of energy at the tuyeres. Mechanical strength is a major issue. Mechanisms of mechanical coke degradation and its consequences for blast furnace operation are described in detail. The importance of mechanical stabilisation of coke between the coking plant and the blast furnace is emphasised. Partial gasification of coke by CO2 (35?40% of charged coke) is characterised by a standardised test (CSR test), which is described in the article. The importance of the coke CSR index for blast furnace operation is highlighted, with examples of blast furnace operational data.
Auteur(s)
-
Daniel ISLER : Directeur adjoint du Centre de Pyrolyse de Marienau, - Responsable des Recherches, - Centre de Pyrolyse de Marienau, Parc d’activités Forbach Ouest, Forbach, France
INTRODUCTION
La valeur d'usage d'un coke métallurgique pour le haut-fourneau résulte à la fois de ses propriétés mécaniques, chimiques et physico-chimiques.
La consommation du coke dans le haut-fourneau peut varier significativement en fonction de sa qualité et la marche du haut-fourneau peut être grandement affectée par un coke de mauvaise qualité. La fabrication de coke métallurgique est onéreuse : les charbons à coke sont plus chers que les charbons d’injection et une cokerie représente un investissement très élevé amorti sur une durée très longue avec un coût de maintenance élevé. Aujourd’hui, l’espérance de vie d’une batterie de fours à coke moderne est de 50 ans, moyennant une maintenance suivie et des travaux de rénovation partielle des cellules de fours.
Un coke mécaniquement résistant à froid et après gazéification partielle par le CO2 à haute température (par la réaction de Boudouard) permettra un taux d’injection élevé de charbon pulvérisé aux tuyères du haut-fourneau (plus de 200 kg/t de fonte) et une faible consommation de coke (moins de 300 kg/t de fonte). Globalement, le taux de réducteur charbon d’injection + coke sera inférieur quand le coke possède une résistance mécanique élevée à froid et à chaud après gazéification partielle.
Après une description succincte des rôles du coke dans le haut-fourneau, l’article insiste sur l’importance primordiale de la stabilité granulométrique du coke soumis à des contraintes mécaniques entre la cokerie et le haut-fourneau. Le coke chargé doit impérativement être mécaniquement stabilisé pour une bonne perméabilité du haut-fourneau.
Les propriétés thermochimiques, en particulier la réaction de Boudouard, sont mesurées par des essais de laboratoire. Un test a été normalisé ISO, il y a une dizaine d’années, à partir d’un essai développé au Japon (test CSR) dans les années 80. Cet essai est présenté dans l’article et l’indice CSR du coke mis en corrélation avec les paramètres de marche des hauts-fourneaux. Aujourd’hui, il est communément admis qu’un fort taux d’injection de charbon pulvérisé aux tuyères ne peut être atteint que si le CSR du coke est élevé. Les corrélations présentées dans l’article le mettront en évidence.
La fabrication du coke fait l'objet d'un article spécifique [M 7 340].
Un glossaire des termes utilisés et un tableau de sigles sont présentés en fin d'article.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
coke owens | blast furnace | blast furnace coke
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Sigles, notations et symboles4. Glossaire
carneaux ; heating flues
Conduits verticaux de maçonnerie dans un piédroit dans lesquels se développe la flamme de combustion entre le gaz de chauffage et l’air comburant.
piédroit ; heating wall
Mur chauffé en briques de silice séparant deux cellules de fours à coke, constitué de 28 à 32 carneaux dans lesquels brûle du gaz (gaz de cokerie ou gaz de haut-fourneau).
batterie ; battery
Ensemble de fours à coke séparés par des piédroits de chauffage formant un bloc exploité par un jeu de machines.
extinction du coke ; coke quenching
Refroidissement du coke après son défournement. Dans la majorité des cas, cette extinction est réalisée par arrosage d’eau. L’extinction peut se faire aussi à sec dans une cuve étanche dans laquelle circule un gaz froid à contre-courant du coke.
stabilisation mécanique du coke ; coke stabilisation
Action d’ouverture des fissures contenues dans les morceaux de coke sortant du four par chutes ou passage dans un « défissureur ». Les morceaux stabilisés ne se fragmentent plus sous l’effet d’une contrainte mécanique, mais ne s’usent que par abrasion. La dimension de stabilisation (fissure free size) est la dimension des morceaux stabilisés qui ne se dégradent que par abrasion.
tambour MICUM ; MICUM drum
Tambour normalisé pour essais mécaniques des cokes (essais MICUM sur 100 tours et IRSID sur 500 tours). L'essai MICUM (Mission Interalliée de Contrôle des Usines Minières) a été mis au point par la sidérurgie qui achetait du coke aux cokeries minières dans le passé.
réactivité du coke ; coke reactivity
Comportement du coke à la gazéification par le CO2 (réaction de Boudouard). Elle est aujourd’hui mesurée par l’essai CSR après 2 h de réaction au CO2 pur à 1 100 °C. La quantité de carbone gazéifié est appelé indice de réactivité (reactivity index) et la résistance mécanique, qu’on mesure sur le coke gazéifié, CSR (Coke Strength after reaction).
cubilot ; cupola
Four vertical de fusion de ferrailles par combustion de coke pour production de fonte.
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - The Lump size of coke and factors determining it. - Part. I : BCRA Quaterly, n° 24, juil. 1989 ; part. II : BCRA Quaterly, n° 25, oct. 1989 ; part. III : BCRA Quaterly, n° 26 (janv. 1990).
-
(2) - SANNA (D.), PAOLETTI (R.) - Synthèse des études effectuées à l'ATS sur la dégradation et les essais mécaniques des cokes. - CIT, n° 6, CDS (1975).
-
(3) - PAOLETTI (R.) - Contribution à l'étude de la dégradation mécanique du coke. - CIT, n° 5, CDS (1975).
-
(4) - ECHTERHOFF (H.) - Untersuchungen über die Koksfestigkeitsprüfung bei höhere Temperaturen. - Stahl und Eisen, 20, p. 992 (juil. 1961).
-
(5) - JEULIN (D.), STEILER (J.M.) - Caractérisation du comportement mécanique du coke à température ambiante. - Revue de métallurgie (fév. 1983).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
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)
-
Analyse granulométrique du coke. - NF M03-021 - (août 1967)
-
Combustibles minéraux solides. Détermination de l'humidité du coke. - NF M03-028 - (janvier 2003)
-
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)
-
Charbon. Détermination de la teneur en différentes formes de soufre. - NF ISO 157 - (mai 1996)
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Coke...
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