Brevet FR2306251A1 — publié le 19761029

La présente invention concerne un perfect onnement d'un procédé de fabrication d'un coke moulé à grande résistance pour hauts fourneaux avec une faible coagglomération (ou agglomeration mutuelle) en utilisant une batterie de fours à coke à chambre étroite allongée horizontalement (plus brièvement ci-après l,à chambre horizontale"). Pour améliorer la qualité du coke et la productivité lors de la fabrication d'un coke pour hauts fourneaux en utilisant une batterie de fours à coke classique, c'est-à-dire a chambres horizontales, on connatt un procédé qui consiste à introduire des briquettes produites par moulage de fines de charbon mélangées constituant la matière première à l'aide d'une machine de moulage par compression (ce mélange étant dénommé ci-après "charbon moulé") et a carboniser ledit charbon moulé pour produire du coke. Selon ce procédé, un coke pour haut fourneau est produit soit a) en introduisant du coke moulé et des fines de charbon, après mélange, dans une batterie de fours à coke du type à chambre horizontale, b) en introduisant alternativement du charbon moulé ou des fines de charbon en couches horizontales dans une batterie de fours coke a chambre horizontale ou c) en introduisant uniquement du charbon moulé dans une batterie de fours & BR Lorsque, dans le procédé décrit ci-dessus, on introduit du charbon moulé et des fines de charbon mélangés dans une batterie de fours à coke à chambre horizontale, les morceaux de charbon moulé doivent être complètement agglomérés avec les fines qui les entourent pendant l'opération de carbonisation. Il est nécessaire, pour cela, d'utiliser comme matière première des charbons ayant une fluidité relativement élevée lors de la carbonisation et ceci non seulement impose certaines limites a la plage de sélection et de mélange des charbons servant de matière première, mais aussi oblige à des procédés de chargement genants des batteries de fours à coke & chambre horizontale. Si l'on introduit seulement du charbon moule dans une batterie de fours à coke à chambre horizontale, on dispose d'une plage étendue de choix et de mélange de charbons utilisables comme matières premières, et leur introduction dans une batterie de fours à coke du type indiqué est de plus facile. Cependant, l'utilisation d'une batterie de fours à coke du type à chambre horizontale peut occasionner des difficultés, Plus précisément, pour faciliter le défournage d'un charbon moulé déjà carbonisé (dénommé ci-après "coke moulé") il est nécessaire que les morceaux de coke moulé soient mutuellement agglomérés (ou coagglomérés) Par contre, cependant, un coke trop fortement coaggloméré reste aggloméré, et non séparé en morceaux, même auprès défournage. I1 est de même avantageux qu un coke moulé produit par introduction de coke moulé seulement dans une batterie de fours à coke à chambre horizontale, lequel est à l'état coaggloméré lors du défournage, soit seulement légèrement aggloméré de façon à permettre une séparation facile en fragments après défournage. Toutefois, dans une batterie de fours à coke à chambre ilorizontale la vitesse de chauffage diffère entre la zone proche des parois du four et la zone centrale.Si le rapport de mélange des charbons jouant le ralle de matière première est choisi sur la base de la zone centraIe, les morceaux de coke moulé dans la zone voisine des parois du four sont coagglomérés trop fortement et restent agglomérés même après démoulage, ce qui empêche leur séparation en fragments. Si l'on adopte, pour remédier à l'inconvenient susmentionné, un rapport de mélange des charbons utilisés comme matière première ne provoquant aucune coagglomération du coke moulé, la résistance de ce coke moulé diminue.Si, par contre, le rapport de mélange des charbons utilisés comme matière première est choisi sur la base de la zone voisine des parois du four, les morceaux de coke moulé dans la zone centrale ne sont pas coagglomérés, ce qui rend difficile de démoulage du coke produit. On a suggéré, pour fabriquer un coke moulé coaggloméré comme celui mentionné ci-dessas, un procédé qui consiste a introduire uniquement un coke moulé produit par mélangeage de fines de charbon de façon obtenir un indice de cokéfaction de 80 h 88 dans une batterie de fours à coke à chambre horizontale, et carbonisation dudit mélange. I1 n'est pas toujours possible d'obtenir par ce procédé un coke moulé satisfaisant avec une légère coagglomératlon, Cet indice de cokéfaction se calcule, par définition, par par la formule lO x 100, dans laquelle :: A/ est la quantité de coke (g) refusé au tamis obtenu par tamisage à travers un tamis 3 mailles de 420 lum dun coke produit par carbonisation à 950 ± 200C d'un mélange constitué par l g de fines de charbon de calibre ne dépassant par 710pm et de 9g de menu coke de calibre compris entre 210 et 297 un dans un creuset pendant 7 mnss B/ est la quantité de coke (g) refusée au tamis, obtenue par un nouveau tamisage à travers un tamis à mailles de 297/um de coke sous-calibré ayant passé audit tamis à mailles de 420 m. La présente invention a par conséquent pour objet une amélioration d'un procédé de fabrication d'un coke moulé à grande résistance mécanique pour hauts fourneaux avec une légère coagglomération, en utilisant seulement un charbon moulé préparé à partir de charbon de basse qualité dans une batterie de fours a coke a chambre horizontale. L'une des caractéristiques de l'invention concerne un procédé amélioré de fabrication d'un coke moulé à haute résistance avec une légère coagglomération, qui consiste à introduire seulement un charbon moulé dans une batterie de fours a coke a chambre horizontale et à carboniser ensuite ledit charbon moulé dans ladite batterie, procédé caractérisé par les opérations ci-après On tamise des fines de charbon (matiere première) à un calibre ne dépassant pas 1,5 mm; on mélange lesdites fines ainsi tamisées de manière à satisfaire aux conditions ci-après a) Indice AP (indice d'agglomération) : au moins 75 b) Réflectance moyenne maximale : au moins 1 2% et c) [(Dilatation)-(ConAtraction)3 lors d'une carbonisation avec une vitesse du chauffage de 5C/mn (de 350 à 6000C): -2% à + 5%. On malaxe lesdites fines de charbon mélangées ainsi obtenues en ajoutant en liant et en moulant le produit obtenu pour obtenir du charbon moulé; ensuite on introduit ce charbon moulé dans une batterie de fours coke à chambre horizontale. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente graphiquement la relation entre le calibre des fines de charbon servant de matière pour le charbon moulé (en abscisses) et le degré de coagglomération du coke moulé (en ordonnées), - la figure 2 représente graphiquement, en fonction de la résistance mécanique du coke, la relation entre la réflectance moyenne maximale (en abscisses) et l'indice AP (en ordonnées) du mélange de fines servant de matière première, - la figure 3 reptésente graphiquement la relation entre la quantité ilatation)-(contraction)] d'un charbon moulé en cours de carbonisation (en abscisses) et le pourcentage de coagglomération du coke moulé (en ordonnées), - les figures 4 (a) et 4 (b) sont des coupes transversales de moules classiques utilisés pour la production de charbon moulé, et les figures 4 (c) et 4 (d) des coupes de moules plus avantageux pour l'invention. La demanderesse a effectué des études poussées concernant un procédé de fabrication d'un coke moulé en utilisant une batterie de fours à coke classiques, c'est-à-dire à chambre horizontale et elle a trouvé qu'il est possible d'obtenir un coke moulé à grande résistance pour hauts fourneaux avez une fibule coagglomération en tamisant des fines de charbon (matière première) à un calibre ne dépassant pas 0,5 mm et en mélangeant lesdites fines ainsi tamisées pour satisfaire aux conditions ci-après a) Incide AP : au minimum 75 h) Réf lectance maximale moyenne : 1,20% au minimum, c) F(dilatation)-(contraction)] au cours d'une carbonisation à une vitesse de chauffage de 5 C/mn (de 350 a 600 C) : -2 å + 5 /e; puis en malaxant lesdites fines de charbon mélangées ainsi obtenues en ajoutant un liant et en moulant celles-ci dans une machine à mouler par compression pour produire un charbon moulé puis en introduisant ledit charbon moulé dans une batterie de fours à coke a chambre horizontale et en le carbonisant. Dans l'invention, le calibre des fines de charbon (matière première pour le charbon moulé) mélangées est limité à 1,5 mm au maximum, pour tenir compte de la relation entre le calibre de ces fines de charbon et le degré de coagglomératinn du coke moule (voir figure 1). Le degré de coanglonêration utilisé ci-après est par définition un nombre représentant le degré d'agglomération mutuelle entre les fragments de coke moulé et est égal a 3 dans le cas où, en transformant par carbonisation uniquement en charbon moulé en un coke moulé, les fragments de coke moulé sont coagglomérés énergiquement et une force appliquée dans le but de séparer les fragments dudit coke moulé produira, non pas une séparation aux intersurfaces d'agglomération, mais une cassure des fragments séparés du coke moulé; il est égal à O dans le cas oil les fragments roagglomérés de coke moulé sont séparés aux intersurface d'agglomération par application d'une force relativement faible, Les ch4'-ffres 1,0-1,5 et 3,0 figurant sur l'axe des abscisses Je la Figure 1 s'gnif1ent que les calibres des fines coke mélangées (matière première) ne dépassant pas, respectivement, 1,0 mm, 1,5 mm et 3 mm. Comme on l'a indiqué ci-dessus, une coagglomération trop forte et l'absence de coagglomératio" ne sont pas souhaítabJes pour un coke moulé, Te degré d coagglomération esF de préférence inférieur à l et, mieux encore, nul. Dans le cas de t'invention, un degré de coagglomération de cet ordre est dénommé "légère coagglomération".Comme cela est manifeste sur la figure 1, en s'exprimant en prenant comme base l'indice d'agglomération (AP, voir plus loin), un calibre des fines de charbon servant de matière première ne dépassant pas 1,5 mm conduit b un degré de coagglomération du coke moulé inférieur à 1 ou même nul dans certains cas, aboutissant ainsi à une légère coagglomération avantageuse du coke moulé. Par ailleurs, la limite inférieure de l'indice AP est de 75 pour l'invention, et la réflectance maximale moyenne de 1,20% au minimum, pour tenir compte de la relation entre la réflectance maximale moyenne et l'indice AP des fines de charbon mélangées (matière première) représenté sur la 30 figure 2 en fonction de la résistance Dol15 du coke moulé. L'indice AP (abréviation de l'indice d'agglomération) des fines de charbon mélangées (matière premiere) utilisé ici est par définition un pourcentage calculé ainsi : on concasse un échantillon de charbon pesant 35 g de façon à obtenir un calibre ne dépassant pas 1 mm; on produit un charbon moulé en ajoutant 10% en poids de liant et on moule le mélange dans une machine à mouler par compression sous une pression de 300 kgf/cm; on introduit ce charbon moulé dans un four à coke expérimental où la température est de 5000C et on le carbonise à une température finale de 900"C pour produire un coke moulé sous forme de briquettes; on introduit le coke moulé ainsi obtenu dans un tambour de petites dimensions (diamètre 200 mm; longueur 70 mm tournant à 50 tr/mn); après avoir fait effectuer 1000 tours å ce tambour, on tamise ledit coke moulé à travers un tamis å mailles de 3 mm puis on calcule le rapport du poids du coke refusé au tamis au poids du coke moulé avant tamisage . Cet indice AP a été imaginé par la Demanderesse. Laréflectance maximale moyenne est déterminée ainsi : on concasse un échantillon de charbon a un calibre ne dépassant pas 840 /um; on solidifie cet l'échantillon de charbon concassé avec une résine acrylique puis on le polit; enfin on mesure la réflectance, pour la lumibre, de la vitrir dans une huile, selon les docu ments ASTM-2797-69T et 2798-69T. Il est en général avantageux qu'un coke pour hauts fourneaux ait une résistance mécanique DI15 d'au moins 92,0. Comme cela est manifeste sur la figure 2, un coke moulé ayant une résistance mécanique DI30 d'au moins 15 92,0 est obtenu seulement quand on utilise un coke moulé produit a partir de fines de charbon mélangées (matière première) ayant un indice AP d'au moins 75 et une réflectance maximale moyenne d'au moins 1,20%. Les résultats de mesures représentés sur la figure 2 se rapportent à un cas où un coke moulé a été produit par carbonisation d'un charbon moulé dans les conditions ci-après Calibre des fines de charbon mélangées : 1,5 mm au moins, Proportion de liant : 10Z en poids (C/H=0,72) et Vitesse de chauffage :: 5 > 5DCImn (400 à 6000C) De plus, dans le cas de l'invention, la quantité F(dilatation)- (contraction)j d'un charbon moulé par carbonisation avec une vitesse de chauffage de 5 C/mn (350 a 600"C) est comprise entre les limites -2% et + 5% pour tenir compte de la relation entre la valeur de la quantité [(dilatation)-(concentration)3 d'un charbon moulé en cours de carbonisation et le pourcentage de coagglomération d'un coke moulé, représenté sur la figure 3.Dans le présent document, le pourcentage de coagglomération est, par définition, un pourcentage représentant le degré de coagglomération entre des fragments d'un coke moulé produit en carbonisant seulement un charbon moulé avec la valeur 100% dans le cas où tous les fragments de coke moulé sont mutuellement agglomérés et la valeur 0% en l'absence d'agglomération mutuelle entre les fragments de coke moulé. La quantité [(dilatation)-(contraction)3 utilisée dans le présent mémoire descriptif est en conformité avec la norme allemande DIN 51 739. Comme on l'a indiqué ci-dessus, les fragments d'un coke moulé doivent de préférence être légèrement coagglomérés et un coke moulé présentant cette caractéristique préférable est obtenu quand ledit pourcentage de coagglomération est compris entre 40 et 90ego En d'autres termes, un coke moulé avec un degré de coagglomération inférieur à 1 ou, mieux encore, nul est obtenu quand ledit pourcentage de coagglomération est compris entre 40 et 90%. Comme l'indique clairement la figure 2, quand on utilise un charbon moulé avec une quantité C(dilatatFon)-(contraction)l comprise entre -2% et + 5% lors de la carbonisation, le pourcentage de coagglomération du coke moulé est compris entre 40 et 90%.Les résultats des mesures représentés sur la figure 3 se rapportent au cas où un coke moulé a été produit par carbonisation d'un charbon moulé dans les conditions ci-après Calibre des fines de charbon mélangées (matière première) 1,5 mm au minimum Proportion de liant : 10% en poids (C/H : 0,72) VItesse de chauffage : 5,59C/mn (350 a 600"C) On utilise habituellement deux moules hémisphériques du type représenté sur les coupes des figures 4 (a) et 4 (b) pour produire un charbon moulé.On a cependant observé qu'il est possible d'obtenir les avantages ci-après (1) les résistances mécaniques du charbon moulé et du coke moulé ne sont pas diminuées; (2) dans un four a coke du type à chambre horizontale, la surface de contact relativement importante entre les fragments d'un coke moulu permet un défournage plus facile du coke même avec un faible degré de coagglomération du coke moulé; (3) lors de l'introduction d'un coke moulé dans un haut fourneau, la résistance au passage est plus petite qu'avec un coke moulé classique; de plus, la transmission plus active de la chaleur par convection lors de la carbonisation d'un charbon moulé dans une batterie de fours coke à chambre horizontale réduit la différence entre les conditions de carbonisation dans le sens de la largeur du four par rapport à un four classique, en utilisant deux moules avec une nervure centrale comme l'indiquent les coupes des figures 4 (c) et 4 (d) et en produisant les briquettes de charbon moulé avec chacune une rainure ménagée respectivement dans les surfaces supérieure et inférieure. Les exemples non limitatifs ci-après sont destinés faciliter la compréhension de l'invention. EXEMPLE 1 On mélange des fines de charbon (matière première) de calibre ne dépassant pas 1,5 mm en opérant de la manière suivante Charbon "Black Water" 20% Charbon "Big Ben" 25% Charbon OS du Kouznetsk 55% de façon å obtenir des fines de charbon mélangées avec un indice AP de 90,0, une réflectance maximale moyenne de 1,35%, une quantité i(dilatation)-(contrac- tion)], lors d'une carbonisation å une vitesse de chauffe de 5 C/mn (350 600 , de + 2%, une teneur en cendres de 8,5% et une teneur en matières volatiles de 23,8%.On malaxe lesdites fines de charbon en ajoutant 10% en poids d'un liant et on les moule dans une machine à mouler par pression sous une pression de 300 kgf/cm pour produire un charbon moulé, qu'on introduit dans une batterie de fours b coke chambre horizontale et qu'on carbonise pour obtenir un coke 30 moulé. Ledit coke moulé ainsi obtenu a une résistance mécanique Dl15 de 92,0 et une coagglomération faible très satisfaisante, avec un degré de coagglome- ration égal zéro. EXEMPLE 2 On mélange des fines de charbon destinées à servir de matire première, de calibre ne dépassant pas 1,5 mm, comme suit Charbon " Black Water" 20 % Charbon "Sprague MH" 25 % Charbon "Watson" 15 % Charbon OS du Kouznetsk 30 % de manière à obtenir des fines de charbon mélangées avec un indice AP de 87,7, une réflectance maximale moyenne de 1,49%, une quantité (dilatation)-(contraction)] de 3% lors d'une carbonisation a une vitesse de chauffe de 5 C/mn (de 350 a 6000C), une teneur en cendres de 11,4%, et une teneur en matières volatiles de 21,4%. Ensuite, on produit un charbon moulé en Opérant comme dans l'exemple 1, et on fabrique un coke moulé en carbonisant ce charbon moulé.Le coke moulé ainsi obtenu a une résistance mécanique @@15/30 de 92,3 et une coagglomération faible très satisfaisante, avec un degré de coagglomération égal à 0. il est possible, comme on l'a expliqué en détail ci-dessus, de fabriquer selon l'invention un coke moulé ayant la résistance mécanique nécessaire pour un haut fourneau et avec une coagglomération léger et avantageuse, dans une batterie de fours d coke a chambre horizontale, : partir de filles Je charbon de qualité iníéríeure, en obtenant ainsi des résultats intéressant. Bien entendu la descriptiorl n'est pas limitative et l'homme de l'art pourra y apporter des modifications sans sortir pour cela du domaine de l'invention REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un coke moulé à haute résistance mécanique avec une faible agglomération mutuelle, en utilisant une batterie de fours a coke a chambre horizontale, dans lequel on introduit seulement un charbon moulé dans ladite batterie de fours à coke et, ensuite, on carbonise ledit charbon moulé dans cette batterie de fours, procédé caractérisé en ce qu'il comprend : le tamisage des fines de charbon servant de matière première à un calibre ne dépassant pas 1,5 mm ; le mélangeage desdites fines de charbon ainsi tamisées, de manière à satisfaire aux conditions ci-après a) indice d'agglomération : > 75 b) réflectance maximale moyenne : > 1,20 Z c) E(dilatation)-(contraction)] pendant une carbonisation avec une vitesse de chauffe de 5 C/mn (entre 350 et 6000C) : de -2 Z à + 5 Z, le malaxage desdites fines mélangées ainsi obtenues avec addition d'un liant, et le moulage de celles-ci pour produire un charbon moulé, suivi de l'introduction dudit charbon moulé ainsi obtenu dans une batterie de fours à coke à chambre horizontale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit charbon moulé est façonné en briquettes avec chacune une rainure respectivement sur leurs surfaces supérieure et inférieure.