Brevet FR2403375A1 — publié le 19790413

L'invention a pour objet une matière première destinée à être ajoutée au coke pour fourneau à cuve, développée dans le but d'utiliser efficacement des substances carbonées inertes non appropriées à servir comme matériau brut pour un coke de fourneau à cuve. Avec les récente développements de l'industrie du fer et de l'acier, il faut des quantités croissantes de coke qui est une des matières premières nécessaires à la fabrication du fer. Non seulement les ressources en charbon naturel de qualité convenable indispensable à la production d'un tel coke existent en quantité limitée, mais il devient aussi difficile de les acquérir. En ce qui concerne le coke pour fourneau à cuve, on utilise habituellement du coke en bloc de dimension supérieure à 25 mm car le coke pulvérulent de dimension inférieure est inerte, n'est par conséquent pas réutilisé et 'est utilisé en fait que pour servir de matière première avec des minerais frités. On a récemment étudié un procédé d'utilisation durbarbon par gazéification. Toutefois, il est difficile de gazéifier parfaitement le charbon, et dans la plupart des cas, le résidu obtenu comme sous-produit est un noir (obtenu par chauffage de charbon non cokéfiable). Nais, ce noir de gazéification du charbon est également inerte, et ntest par conséquent pas utilisé en pratique et sert seulement de combustible. Par conséquent, la gazéification du charbon est un problème, mais l'utilisation du noir sous-produit pose aussi de grands problèmes dans la recherche sur la gazétfication du carbone. En fait, la raison pour laauelle ces poudres de coke inerte et ces noirs de gazéification de charbon ne peuvent pas btre utilisés comme matière première pour le coke de fourneau à cuve tient principalement aux deux points suivants. le- premier point est qu'ils n'ont aucune fusibilité et ne réagissent pas mu tellement avec les composants fondus dans le charbon avec lesquels ils sont mélangés. le second point est qu'ils sont poreux et que par conséquent ils ne sont que lentement revêtus des composants fondus dans le charbon avec lequel ils sont mélangés. Par conséquent, le coke en poudre et le noir de gazéification de charbon n'ont pratiquement pas été utilisés comme matière première pour le mélange avec le coke de fourneau à cuve. Mdme s'ils sont utilisés, la limite sera au plus de quel ques pour cent. Si on dépasse cette limite, la résistance, qui est la qualité la plus importante du coke pour fourneau à cuve, sera réduite. Donc, à la suite de diverses recherches sur les procédés pour utiliser une ou plusieurs des substances carbonées inertes telles que le coke pulvérulent, le noir de gazéification de charbon, le charbon provenant des résidus liquides, le coke de pétrole et le noir distillé semi-sec, comme matière première pour le coke de fourneau à cuve, la demanderesse a réalisé la présente invention en découvrant que les brais aromatiques, qui sont des substances hydrocarbonées de même poids moléculaire élevé que le coke pulvérulent, le noir de gazévfication de charbon et analogues, sont miscibles avec ceux-ci et ont un pouvoir agglutinant qui permet d'éliminer les inconvénients des deux points mentionnés ci-dessus du coke en poudre, du noir de gaz6t- fication de carbone et analogues, et ils peuvent titre activés. la présente invention a pour objet une matière première d'addition pour coke, avec laquelle, Si un coke pulvérulent ou analo- gue est mélangé au charbon brut pour former un coke de fourneau à cuve, on obtient une qualité de coke suffisamment favorable pour l'utilisation en fourneau à cuve. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une telle matière première par une opération simple. Plus précisément, la présente invention a pour objet une matière première pour mélanger au coke, obtenue en imprégnant 50 à 95 parties dune ou plusieurs des substances carbonées inertes telles que le coke pulvérulent, le noir de gazé ification de carbone, le charbon de résidu liquide, le coke de pétrole et le noir distillé semi-sec, sous forme finement moulu de façon à avoir une granulométrie inférieure à 1 ma et de préférence inférieure à 0,5 mm, avec 5 à 50 parties d'un ou plusieurs brais aromatiques dont le rapport atomique hydrogène/ carbone est inférieur à 5,0, obtenu à partir d'huile ou de charbon tels que le coaltar, le brai de coaltar, l'asphalte et le brai obtenu par traitement à chaud de l'asphalte ou par extraction par solvant. Âfin de produire ce matériau, deux opérations techniques expliquées ci-après sont nécessaires. Comme mentionné ci-dessus, le coke pulvérulent, le noir de gazéification de carbone ou analogue qui sont des substances carbonées inertes sont d'abord finementbmyée8 pour accroître la surface de la substance carbonée inerte et élever le taux d imprégnation des pores internes au moment du mélange avec les brais aromatiques définis ci-dessus (coaltar, brai de coaltar, etc.). Par conséquent, il est souhaitable de les moudre aussi finement qu'il est techniquement possible. Ensuite, les substances carbonées inertes finement moulues sont efficacement imprégnées de brais aromatiques. Dans ce but, il est nécessaire que les brais aient une fluidité suffisante. Par conséquent, conformément à l'invention, on met en oeuvre un procédé dans lequel les brais aromatiques sont mélangés avec les substances inertes à une température supérieure à leur température de fusion. Conformément à ce procédé, les substances carbonées inertes sont humides et seront facilement imprégnées dans les pores internes par les brais aromatiques. Le taux d 'imprégnation des substances carbonées inertes par les brais aromatiques pourra être accru si les substances carbonées inertes et les brais aromatiques sont mélangés sous pression. Conformément à la présente invention, lors de l'imprégnation des substances carbonées inertes poreuses par les -brais aromatiques, on peut apparemment obtenir la fusibilité indispensable à la matière première du coke et on peut améliorer l'effet de rev8tement des autres matières premières d'addition par les composants fondus, avec les brais aromatiques pour lesquels les substances carbonées inertes servent de milieu dtimpré- gnation. Par conséquent, conformément à la présente invention, on peut utiliser largement les substances carbonées inertes comme le coke pulvérulent, le noir de gazéification de carbone et analogue que l'on pouvait difficilement mélanger et utiliser dans une matière première pour coke. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple fera bien comprendre comment la présente invention peut être réalisée. La figure unique représente schématiquement un dispositif de production de matière première pour coke selon l'invention. La référence 1 désigne une trémie pour stocker une substance carbonée inerte telle que du coke pulvérulent, du noir de gazéification de carbone ou analogue. La référence 3 désigne un réservoir de fusion de brai aromatique et 4 un mélangeur réchauffé, 5 désigne un mélangeur permettant de mélanger un produit (a) de mélange de la présente invention et d'autres matières premières de mélange (b) et (c) désigne un mélange déterminé de matière première. La présente invention va être expliquée ci-après en se référant aux exemples : Exemple 1 70 parties d'un coke pulvérulent non utilisable comme coke de fourneau à cuve est finement broyé pour avoir une granulométrie de 0,5 mm, dans le broyeur fin 2 du dispositif représenté sur le dessin et 30 parties d'un brai doux de charbon, à rapport atomique hydrogène/carbone de 0,58, avec une température de fusion de 530C ont été mélangées respectivement pendant 5 minutes à des températures de 30, 50 et 60Ó dans le mélangeur à réchauffage 4. le produit mélangé obtenu a été additionné à raison de 30 % dans chacun des charbons bruts indiqués sur le tableau 1, le mélange a été grillé dans un four à coke d'essai et la résistance du coke a été mesurée. les résultats sont indiqués sur le tableau 2. Tableau 1 - Caractéristiques et taux de mélange des char bons. Caractéristiques Analyse industrielle - Indice Propor et proportions Valeur en 3utton tion du de mélzmg (C,S,) mélange Cen- Sitiè- Carbone (C.S.) mél e Type du dres I res fixé (en %) charbon \ vola charbon tiles ~~~~~~~ ~~~~~~~~ Charbon cokéfiable dur 6,2 17,6 74,9 8 25 UB Charbon quasi dur 7,2 25,1 65,8 7 + 55 cokéfiable Charbon tendre 8,3 36,6 51,9 5 20 cokéfiable Tableau 2 - Résistance des cokes Test nO Proportion de mélange e t 1 2 3 4 dureté du coke ( Charbon de base 100 70 70 70 Proportion Mélange chauffé à 3000 30 de 3 Mélange chauffé à 500C 30 mélange ≈ Mélange chauffé à 600C 30 ( DI 30 93,2 76,3 83,4 93,3 Résistance i 15 au tambour $ 15 du coke ) DI 150 82t3 54,7 73,6 82,5 Il ressort du tableau 2 ci-dessus que par rapport à la résistance au tambour du coke du test n0 1 dans lequel le coke est fabriqué seulement à partir du charbon de base, les résistances au tambour du coke des tests nO 2 et 3 dans lesquels les produits mélangés et préparés aux températures de réchauffage de 30 et 500C ont été ajoutées à raison de 30 %, sont si basses que les cokes des tests n 2 et 3 sont à peine d'une qualité utilisable comme coke de fourneau à cuve. Cependant, on reconnatt que le coke du test n 4, préparé par addition à raison de 30 ffi au charbon de base du produit d'addition et préparé à une tempé raturederéchauffage de 600C n'est pas inférieur au charbon de coke standard et est d'une qualité très élevée.Par suite, on considère que, par rapport au cas du mélange à une température de réchauffage inférieure à la température de fusion du brai doux de charbon, si on effectue le mélange à une température de réchauf- fage supérieure à celle de la température de fusion du même brai, les grains de coke en poudre seront bien imprégnés du brai doux et l'inertie qui est le défaut du coke pulvérulent sera améliorée. Exemple 2 le tableau 3 indique les résultats de la comparaison du cas où le coke a été fabriqué par addition au charbon de base indiqué au tableau 1 du produit d'addition à une température de 600C comme indiqué au tableau 1, en variant les propor tions du mélange et le cas où le coke a été fabriqué par simple addition l'un à l'autre du coke pulvérulent au charbon de base mentionné ci-dessus. Tableau 3 - Résistances des cokes Test nO Proportions du mélange et 5 6 7 8 9 10 il résistance du coke - I r II, r II II II.I Proportions ( Charbon de base 98 96 94 90 80 70 60 du mélange Charbon moulu 2 4 6 (en Z) mélange chauffé à 600C 10 20 30 40 ) (7} (14) (21) (28) w Résistance ( DI 50 92,6 87,3 78,2 94,2 93,7 93,3 92,1 au tambotzr 15 du coke ≈ DI 150 80,3 7D,5 60,6 8D,1 82,7 82,5 80,6 15 Le nombre () placé sous la proportion d'addition du mélange chauffé à 600C est une proportion d'addition occupée par le coke pulvérulent dans toutes les matières premières d 'addi- tion. On voit, sur le tableau 9 ci-dessus, que dans le cas où le coke pulvérulent est mélangé simplement au charbon de base, comme dans les tests no 5, 6 et 7, la résistance du coke est réduite avec l'accroissement de la proportion, mais avec làddi- tion de mélange chauffé à 600C selon la présente invention, comme dans les tests 8, 9 et 10 dans lesquels la quantité ajoutée est faible, la résistance du coke est peu influencée et la qualité du coke est élevée. Cependant, dans le test nv 11, quand la qusetitb ajoutée est supérieure à 40 %, la qualité du coke tend à s'abaisser. En outre, il est évident que par rapport au cas de la simple addition de coke pulvérulent dans le charbon de base, la quantité de coke pulvérulent ajoute peut s'élever jusqu'à environ 20 %. Exemple 3 Le tableau 5 indique les résistances de différents cokes pour lesquels 70 parties d'un noir de gazéSfication de charbon à 6,5 % de partie volatile obtenu comme sauts produit de gazéi- fication du charbon, et 30 parties d'un brai de gazéification à rapport atomique hydrogène/carbone de 0,67 et d'une température de fusion de 680C obtenu comme sous produit de gazéIfication du charbon, ont été mélangées pendant 5 minutes à une température de 800C au moyen d'un mélangeur à réchauffage. Le produit mélangé obtenu a été ajouté au charbon de base aux proportions indiquées sur le tableau 5 pour fabriquer un coke fondu.Le tableau 5 indique également les résistances de différents cokes pour lesquels un noir de gazéification de charbon a été ajouté simplement au charbon de base à -la proportion indiquée sur le tableau 5 pour fabriquer un coke fondu. Tableau 4 - Caractéristiques et proportions d'addition des charbons Caractéristiques Cendres ratière Indice Proportions et propor- (en %) volati- Button du tions de I le (CANES) mélange (en Type du X mélange (en ffi %) matériau brut Légèrement cokéfiable provenance URSS 8,1 14,0 1 50 Non cokéfiable non provenance Àustralie 9,3 29,6 grillé 15 Non cokéfiable non provenance Viet Eam 7,6 8,7 grillé 10 Charbon cokéfiable quasi dur provenance Canada 9so 26,7 6 15 Coke de pétrole provenance USÂ 0,5 10,9 non 10 grill Tableau 5 ratière première d'addition et résistance des cokes de différentes matières premières Test nO Proportions \ 12 13 14 15 16 17 18 du mélange et résistance du coke g I Charbon de base 90 85 80 75 40 20 Proportions $ Noir de gezél du D fication de 5 10 15 mélange r chnrbon 5 10 t 5 (eE %) ) Mélange chauffé c à 8QOC 50 70 90 (35) (49) (63) c Brai de coaltar 7 7 7 7 7 7 7 Gcudron 3 3 3 3 3 3 3 ~~ Résistance ( DI 52 96,3 96,0 92,3 88,3 96,9 96,5 93,7 du ) 15 coke ≈ DI 30 84,7 84,2 79,6 72,4 85,2 84,6 81,4 15 Le nombre () indiqué sous la proportion d'addition du mélange chauffé à 800C est la proportion de mélange occupé par le noir de gazélfication de charbon dans toutes les matières premières d'addition. Comme il ressort du tableau 5 ci-dessus, quand le noir de gazéification de charbon est ajouté simplement au charbon de base, comme dans les tests no 13, 14 et 15, la résistance du coke diminue avec l'accrotssement de la quantité ajoutée. En fait, ctest dans le cas de l'addition de 5 fio de noir de gazéffica- tion de charbon du test nO 19 qu'on a obtenu la même résistance que dans le test n 1 de l'exemple 1, dans lequel un coke fondu a été fait avec uniquement le charbon de base.On pense que pour la qualité du coke, il est difficile d'ajouter plus que cela. D'un autre côté, dans le cas du coke fondu fabriqué par addition au charbon de base d'un mélange chauffé à 800C conformément à la présente invention, comme indiqué sur les tests 16, 17 et 18, la résistance du coke fondu n'est légèrement réduite que dans le test nO 18 dans lequel il n'y a pas du tout de charbon de base, mais les tests nO 16 et 17 indiquent des résistances de coke favorables aussi élevées ou plus grandes que celles du coke fondu à partir du charbon de base. Exemnîs 4 Le tableau 7 donne les résultats de préparations de coke en faisant varier, comme indiqué sur le tableau 6, la proportion de coke pulvérulent et la proportion de brai doux de charbon, comme décrit dans ltexemple-1, et l'addition au charbon de base à raison de 30 % du produit mélangé et préparé à une température de 600 C. On voit sur le tableau 7 que, par rapport à la résistance au tambour du coke du test n0 19 dans lequel le coke a été fabriqué uniquement à partir du charbon de base, les résistances au tambour des cokes des tests nO 20 et 25 dans lequel on a ajouté les produits mélangés Â et r comportant des proportions de 3 % et 60 % de brai (tableau 6) sont si faibles que les cokes des tests nO 20 et 25 sont à peine d'une qualité utilisable comme coke de fourneau à cuve.Cependant, on voit que les cokes des tests 21, 22, 23 et 24 préparés par addition des mélanges 3, C, D et E dans lesquels la proportion de brai indiquée sur le tableau 6 va de 5 à 50 % ont des résistances qui ne sont pas inférieures à celle du coke préparé à partir du charbon de base et sont d'une qualité élevée.Par conséquent, la porosité du coke pulvérulent étant normalement de 45 à 55 %, quand l'imprégnation de brai doux dans lee pores du coke pulvérulent est inférieure à 10 % par rapport à une telle porosité, comme dans le cas du mélange Â, llef- fet de la présente invention n'est pas apparent et quand on ajoute du brai doux en proportion double de celle de la porosité comme dans le cas du mélange X, l'effet de la présente invention est affaibli. la tendance mentionnée ci-dessus peut aussi outre observée dans le cas du noir de gazéification de charbon indiqué à l'exemple 3. Par conséquent, on peut dire qu'une proportion de mélange favorable est dans tordre de 95 à 50 % de substance carbonée inerte et 5 à 50 % de brai aromatique. Tableau 6 - Proportions du mélange (ss) lange > lange Matière lange Â B O J > P première Coke pulvérulent 97 95 70 60 50 40 Brai doux 9 5 30 40 50 60 Tableau 7 &verbar; Test es nO Proportio du mlange e 19 20 21 22 23 24 25 résistance du co ( Charbon de Propor- ) base 100 70 70 70 70 70 70 tisons de ≈ ange A 30 tions de Mésange n B 30 { n a 30 )= D 3o " n ::EI 3o Eue 30 1 Résis- C DI 30 93,2 88,7 92,0 93,3 93,8 92,8 89,2 tance au ) 15 tambour DI 150 82t3 70,4 80, ( du coke > DI 1 82,3 70,4 80,6 82,5 82,7 81,0 77,6 Comme il ressort des explications ci-dessus, mamie si le mélange de matière première et de coke selon la présente invention est ajouté au charbon de base, on obtiendra un coke de résistance favorable aussi élevée ou plus élevée que la résistance du charbon de base. Ainsi la présente invention a une valeur utilitaire très élevée. En outre, conformément à la présente invention, par une opération simple, la matière première indiquée ci-dessus pour le coke peut titre obtenue facilement et l'on peut efficacement utiliser comme matière première pour le coke des matières carbonées inertes telles que le coke pulvérulent qui a été considéré sur le plan économique comme ayant une faible valeur et le noir de gazélfication de charbon dont on pense que la valeur va encore augmenter maintenant. Il va de soi que les modes d'application décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REZDICATIONS i. Matière première destinée à être ajoutée à un coke pour fourneau à cuve fabriquée par imprégnation d'au moins une substance carbonée inerte finement divisée choisie dans le groupe constitué par le coke pulvérulent, le noir de gazéification de charbon, le charbon extrait de résidu liquide, le coke de pétrole et le noir distillé semi-sec, avec au moins un brai aromatique choisi dans le groupe constitué par le coaltar, le brai de coaltar, l'asphalte et le brai obtenu par traitement à chaud ou extraction par solvant d'un asphalte. 2. Matière première selon la revendication 1, caractérisée en ce que la substance carbonée inerte est moulue finement, de façon à avoir une granalométrie moyenne inférieure à I min. 3. Matière première selon la revendication 2, caractérisée en ce que la substance carbonée inerte est moulue finement, de façon à avoir une granulométrie moyenne inférieure à 0,5 mm. 4. Matière première selon la revendication 1, caractérisée en ce que la substance carbonée inerte est imprégnée d'un brai aromatique ayant un rapport atomique hydrogène/carbone inférieur à 1,0. 5. Matière première selon la revendication 1, caractérisée en ce que la substance carbonée inerte est mélangée et imprégnée du brai aromatique à une température supérieure au point de fusion de ce brai aromatique. 6. Matière première selon la revendication 1, caractérisée en ce que la substance carbonée inerte est poreuse. 7. Matière première selon la revendication 1, caractérisée en ce que 50 à 95 parties d'une substance carbonée inerte ayant une granulométrie moyenne de 0,25 à 0,5 mm sont imprégnées de 5 à 50 parties du brai aromatique. 8. Procédé de fabrication d'une matière première destinée à être ajoutée à un coke pour fourneau à cuve, caractérisé en ce qu'au moins une substance carbonée inerte choisie dans le groupe constitué par le coke pulvérulent, le noir de gazéification de carbone, le charbon extrait de résidu liquide, le coke de pétrole et le noir distillé semi-sec, est broyée finement et est mélangée et imprégnée d'au moins un brai aromatique choisi dans le groupe constitué par le coaltar, le brai de coaltar, 1 'asphalte et le brai obtenu par traitement à chaud ou extraction par solvant d'un asphalte, à une température supérieure au point de fusion du brai aromatique. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que la substance carbonée inerte est broyée finement pour avoir une granulométrie moyenne inférieure à mm. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que la substance carbonée inerte est broyée finement pour avoir une granulométrie moyenne inférieure à 0,5 mm. 11. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que la substance carbonée inerte est imprégnée d'un brai aromatique ayant un rapport atomique hydrogène/ carbone inférieur à 1,0. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que la substance carbonée inerte est poreuse. 13. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que la substance carbonée inerte est broyée finement pour avoir une granulométrie moyenne comprise entre 0,25 et 0,5 mm et 50 à 95 parties de substance carbonée sont mélangées à, et imprégnées de 5 à 50 parties du brai aromatique.