Brevet FR2510599A1 — publié le 19830204

"Procédé de production continue de charbon moulé par com pression". L'invention concerne un procédé de production continue de charbon moulé par compression présentant une densité en vrac de 1 tonne/m3 ou plus à l'état humide. On a très largement utilisé Jusqu'à présent dans les fours à coke de type à chambre, un procédé dit à chargement par le haut dans lequel le charbon de cokéfaction est chargé dans les chambres de fours par des trous de chargement ménagés dans le plafond du four. Des tentatives ont récemment été faites pour augmenter la densité en vrac du charbon brut à charger par le dessus du four, de manière à améliorer les propriétés de cokéfaction, et de productivité, et à augmenter la gamme de charbon brut constituant la matière première. On a développé pour cela un procédé dans lequel le charbon brut est formé en briquettes par une machine de mise en forme avant chargement, et dans lequel 30 fio des briquettes produites sont mélangées au charbon de chargement pour augmenter de 10 % la densité en vrac. Le procédé consistant à charger un mélange de charbon brut et de briquettes, comme indiqué ci-dessus, a pour but d'augmenter la solidité du coke par augmentation de la densité en vrac du charbon à charger. La densité en vrac ainsi obtenue est cependant de l'ordre de 0,8 tonne/ m3 de charbon sec, ce qui semble considérablement plus faible que la densité de 1 tonne/m3 ou plus de charbon humide (0,91 tonne/m3 de charbon sec dans le cas où la teneur en eau est de 9 zou que l'invention permet d'obtenir. Dans le m8me temps, il a été mis au point un procédé tel qu'il permet de compacter le charbon brut en l'introduisant verticalement par couches successives dans une caisse de broyage de même taille que celle de la chambre du four à coke, pour obtenir dans cette caisse de broyage une agglutination de charbon comprimé par un marteau pilon à grande fréquence. Il est indiqué, dans la littérature, que ce procédé permet d'obtenir une densité en vrac du charbon compacté de plus de 1,1 ou 1,2 tonne/ m3 humide (brevet Japonais ouvert nO Sho-53-25 602 et brevet allemand n0 P 26 29 122,5). Cependant, ce procédé pose des problèmes, car le temps de broyage est long et provoque des vibrations et des bruits très intenses par suite des chocs mis en oeuvre au cours de l'opération de broyage. On a de plus proposé depuis de nombreuses années un dispositif permettant de produire, à la presse, des pains de charbon moulés. Cependant, dans ce dispositif, la caisse ou presse de moulage et les dispositifs de compression associés doivent entre adaptés à la taille du pain de charbon moulé par compression, et pour obtenir ce résultat la course du cylindre hydraulique doit entre longue et la surface de compression relativement importante. De plus, l'ensemble de caisse de moulage doit être renfor- cée pour résister à la force de compression, ce qui conduit à des dispositifs de compression très puissants et par con séquent, à des coatis élevés. D'autre part, en plus du problème ci-dessus, il faut également prévoir une étape séparée pour extraire de la caisse de moulage le pain de charbon comprimé, et ce travail supplémentaire augmente la durée de l'opération de moulage par compression. L'invention a pour but de créer un procédé de production de pains de charbon moulés par compression pour être chargés dans la chambre d'un four à coke, permettant de pallier les inconvénients ci-dessus de l'art antrieurs tout en augmentant la solidité du coke, en élargissant la gamme des charbons bruts utilisables, en améliorant la productivité et en supprimant tout travail difficile au sommet du four à coke, ainsi que toute pollution de l'air produite par les poussières. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'invention utilise un procédé de production d'un pain continu de charbon moulé par compression, présentant une densité en vrac de 1 tonne/m3 ou plus à l'état humide, ce procédé mettant en oeuvre la répétition des étapes consistant à laisser le charbon déJà moulé par compression autour de l'orifice de sortie de la caisse de moulage, à effectuer le moulage par compression du charbon brut chargé dans la caisse de moulage, à associer le charbon fraichement moulé par compression, à du charbon déjà moulé, et à pousser hors de la caisse de moulage une partie du charbon moulé ainsi associé par compression. Normalement, lorsque les particules de charbon brut sont comprimées dans une caisse de moulage, une force de frottement prend naissance sur toute la paroi de la caisse de moulage. On peut observer le même phénomène lorsque le charbon déjà moulé par compression à l'intérieur de la caisse est poussé hors de celle-ci. Par suite, pour pousser le charbon moulé hors de la caisse, il faut appliquer une force de poussée capable de surmonter la résistance de frottement du charbon déjà moulé par compression.Selon l'invention, la résistance de frottement à surmonter pour pousser le charbon moulé hors de la caisse peut servir de force de résistance à la compression de moulage du charbon brut nouvellement chargé et, à la fin de la compression, une force de pression capable de surmonter la force de frottement ci-dessus, doit être appliquée pour pousser le charbon moulé par compression hors de la caisse de moulage. En d'autres termes, la force de frottement nécessaire peut être si facile à obtenir par sélection de grosseur qui est en fait la longueur du charbon moulé par compression restant dans la caisse de moulage, que si l'on charge du charbon frais dans l'espace défini entre la plaque de compression et le charbon déjà moulé par compression, dont une partie reste dans la longueur nécessaire de la caisse de moulage et se trouve moulée par compression lorsquton fait avancer la plaque de pression, le charbon moulé qui vient ensuite présente une densité en vrac de 1 tonne/2 ou plus à l'état humide, le charbon déjà moulé par compression se trouvant poussé hors de la caisse de moulage, lorsqu'on continue d'appliquer la pression.L'invention permet ainsi d'obtenir en régime continu un pain ininterrompu de charbon moulé par compression lorsqu'on répète en série l'opération ci-dessus de manière intermittente. Dans le cas d'un procédé de chargement du type à pain de charbon, dans lequel le charbon moulé par compression doit Qtre chargé par une porte de côté de la chambre de four, on ne peut commencer le moindre chargement sans heurt du charbon moulé, par suite d'une rupture au moment du chargement, tant que la densité en vrac du charbon moulé n'a pas dépassé 1 tonne/m3 à l'état humide. Dans le pire des cas, une telle rupture du charbon moulé serait si importante que la porte pourrait ne pas être fixée, ou que le charbon moulé par compression pourrait prendre feu en entraînant de graves défauts de fonctionnement. Pour cette raison, il est nécessaire que le charbon moulé par compression présente une densité en vrac de plus de 1 tonne/m3, et de préférence, de 1,15 tonne/m3 ou plus à l'état humide. Selon l'invertion, il résulte de la description ci-dessus qu'il faut choisir une pression permettant de comprimer le charbon brut en charbon moulé présentant une densité en vrac de 1 tonne/m3 ou plus à l'état humide, ce charbon nouvellement moulé se combinant au charbon précédemment moulé par compression. Plus précisément, lorsque les particules de charbon brut sont soumises à une pression de P kg/cm2, une pression ps kg/cm2 est produite sur les parois de la caisse de moulage et une force de frottement Ps kg/cm2 ( P représentant le coefficient de frottement) est obtenue.La figure 2 représente la relation existant entre la pression P sur l'épaisseur dH de couche de particules et la force de frottement P Ps. En négligeant la pesanteur propre du charbon brut, car cette pesanteur est faible comparée à la pression, la force de frottement P Ps peut s'exprimer en fonction de l'épaisseur H de la couche de charbon brut, de la surface P à comprimer, et de la longueur périphérique U du moule métallique par l'expression t Ps = f (P, H . F, U) (1) Quand on choisit le four à charger pour le pain de charbon, la longueur périphérique U du moule métallique et la surface r à comprimer, peuvent être déterminées par les dimensions du four en question.Comme le charbon moulé par compression dans une position donnée de l'épaisseur de couche H, donne une force de frottement t Ps opposée à la pression dirigée vers le haut dans la caisse de moulage, on peut déterminer la force de support du charbon, déJà moulé par compression, restant dans la caisse de moulage par suite de la force de frottement P Ps ci-dessus. Comme décrit ci-dessus, si l'on connaît la pression P et l'épaisseur H de la couche de charbon, on peut en déduire la force de frottement Ps, ce qui permet de calculer la quantité ou la grosseur du charbon déjà moulé par compression et retenu dans la caisse de moulage, en utilisant leéquation (1) ci-dessus. On a vérifié expérimentalement que la pression nécessaire sur la plaque de compression pour obtenir, dans une caisse de moulage de section 350 mm x 1000 m, du charbon moulé de densité en vrac 1 tonne/m) à l'état humide, était de l'ordre de 50 kg/cm2o De cette manière, en laissant à la sortie de la caisse de moulage le charbon précédemment moulé par compression avec une densité en vrac de 1 tonne/ m3 ou plus à l'état humide, lorsqu'on charge dans la caisse de moulage du charbon brut frais pour le comprimer dans l'espace défini entre la plaque de pression et le charbon déjà moulé par compression, ce charbon déjà moulé sert de support résistant à compression du charbon fraichement char gé. De cette façon, le charbon fratchement chargé peut être comprimé à la valeur maximum grace à la résistance de frottement produite Juste avant et juste après l'opération de poussée du charbon moulé hors de la caisse de moulage. Ainsi, en choisissant convenablement l'épaisseur de la couche de charbon déjà moulée par compression à retenir dans la caisse de moulage, et la quantité ou ltépaisseur de la couche de charbon fraichement chargée, on peut appliquer, à la plaque de pression, la pression nécessaire (50 kg/ cm2) pour obtenir du charbon moulé présentant une densité en vrac de 1 tonne/m3 ou plus à l'état humide, ou de préférence une pression (100 kg/cm2) nécessaire pour atteindre une densité en vrac de 1,15 tonne/m3 ou plus à l'état hu midi. De plus, tant que la pression P dépassant la condition d'équilibre avec la force de frottement P Ps est appliquée de façon permanente, le charbon déjà moulé par compression dans la caisse de moulage peut être poussé de façon continue hors de cette caisse. Des opérations ainsi effectuées successivement de manière intermittente, peuvent permettre la production d d'une chaise sans fin de charbon moulé par compression. La caisse de moulage construite de la manière indiquée ci-dessus ne doit pas nécessairement s'étendre sur toute la longueur du bloc de charbon moulé à produire, mais peut s'étendre seulement sur une longueur suffisante pour un cycle unitaire de fonctionnement, c'ést-à-dire sur la longueur nécessaire pour former la partie de compression destinée au chargement, à la compression et à l'éjection du charbon moulé, et la partie destinée à produire la récistan- ce. Cela permet de réaliser la caisse de moulage sous forme compacte. D'autre part, l'invention permet de donner au dispositif de moulage la forme la plus petite possible et présente d'excellentes caractéristiques du point de vue économique, car la caisse de moulage ne doit pas nécessairement être limitée à la section du charbon à mouler par compression, mais peut s'adapter aux dimensions du bloc à charger, tandis que la surface de compression peut être prévue là où la surface de pression est la plus petite. De plus, l'invention n'entratne aucune limitation sur la direction dans laquelle on peut pousser le charbon moulé hors de la caisse, de sorte qu'on peut choisir n'importe quelle direction de sortie, telle qu'une direction transversale, longitudinale ou inclinée. Enfin, l'invention ne limite en aucune manière la position dans laquelle peut se placer le charbon à mouler par compression, c'estcà-dire qu'on peut placer vers le bas aussi bien le petit côté que le grand côté de la section rectangulaire du charbon moulé, ou encore placer cette section rectangulaire en position oblique. Ltinvention sera décrite en détail au moyen des dessins ci-joints dans lesquels s - la figure 1 est un diagramme illustrant la relation existant entre la densité en vrac du matériau chargé et l'indice de Déversement TI + du coke obtenu par le procédé selon l'invention, - la figure 2 est un schéma typique illustrant la relation existant entre la pression et la force de frottement dans la caisse de moulage, - la figure 3 est une vue en coupe illustrant le procédé de moulage par compression selon l'invention, procédé dans lequel (A) désigne le procédé initial de compression, (B) désigne l'état du charbon précédemment moulé par compression et se combinant avec le charbon ultérieurement moulé, et (C) désigne le charbon déjà moulé par compression et poussé hors de la caisse, ce charbon étant remplacé par le charbon ultérieurement moulé et poussé vers la sortie de la caisse de moulage. La figure 3 représente une forme de procédé de production de charbon moulé par compression utilisant un dispositif de poussée latérale,-le processus (A) concerne l'état dans lequel le charbon précédemment moulé par compression est retenu à la sortie la de la caisse de moulage 1, tandis que le charbon brut est chargé dans l'espace situé derrière le charbon moulé. Le processus (B) concerne l'état dans lequel la plaque de pression avance pour comprimer le front de charbon brut nouvellement chargé et le combiner, par compression, avec le charbon précédemment moulé par compression. Le processus (C) représente l'état dans lequel le charbon déjà moulé par compression est poussé hors de la caisse de moulage du fait de l'avancement de la plaque de pression, lorsqu'on applique à celle-ci une pression capable de surmonter la résistance de frottement du charbon déjà moulé par compression et du charbon ultérieurement moulé. La mise en oeuvre de ce dernier processus pousse le charbon déjà moulé par compression hors de la caisse de moulage et entrains le charbon ultérieurement moulé vers la sortie de la caisse de moulage. La répétition de ces opérations produit un pain sans fin de charbon moulé par compression qu'on coupe à une longueur correspondant à la longueur longitudinale du four à alimenter en pains de charbon moulés. On remarquera en passant qu'il n'existe aucune limitation de forme du mécanisme d'entraRnement utilisé pour le moulage et qu'on peut utiliser n'importe quel type de mécanisme à pression hydraulique, à articulations, à pignon et crémaillère, à vis sans fin ou autre. Il n'existe en outre, aucune limitation relative à la forme ou à la grosseur des particules de charbon brut (ce qui signifie qu'on peut utiliser n'importe quel type de charbon brut). On peut de plus effectuer différents types de mélanges avec des matériaux auxiliaires permettant la formation de pains de charbon, comme par exemple des agents de liaison de la famille des pétroles ou des charbons, du coke de pétrole, de la poudre de coke, des produits carbonisés ou autres. En ce qui concerne la teneur en eau, celle-ci est acceptable si elle dépasse 8,57. Dans le cas contraire, il faut procéder à une hydratation ou ajouter des matériaux adhésifs tels que des liquides lignifiés, de la résine, ou des agents de liaison de la famille du pétrole ou du charbon dont on a abaissé la température de ramollissement, ou autres produits analogues. On décrira maintenant une forme de réalisation de l'invention utilisant une machine d'essais à petite échelle. Une caisse de moulage 1 (présentant une section de compression de 350 x 1000 mm et une longueur de 3 000 mm) et une table de réception 5 dirigée vers l'extérieur à partir de la sortie de la caisse de moulage, sont associées à une presse présentant une capacité de compression de 1000 tonnes, pour produire le charbon moulé par compression. On utilise comme matière première du charbon de cokéfaction pour four de type à chambre ordinaire, ce charbon présentant une teneur en eau de 10 %, une grosseur de particules de 3 mm (82 %) et se chargeant dans la caisse de moulage 1 par la trémie 2 et le volet de réglage 3. Le tableau 1 représente les conditions de fonctionnement et la qualité des produits essayés. Dans les conditions initiales repérées en I dans le tableau, on règle la position de la plaque de pression 4 après avoir chargé 600 kg de charbon brut dans la caisse de moulage. On applique ensuite à la plaque de pression une pression de 350 tonnes, soit une pression de surface de 100 kg/cm2. On obtient ainsi un pain de charbon moulé par compression présentant une longueur de 1.490 mm et une densité en vrac de 1,15 tonne/m3 à l'état humide. Dans le cas de l'essai 2 on retire la plaque de réception prévue à la sortie de la caisse de moulage, puis on charge 200 kg de charbon brut qu'on comprime avec une pression de 335 tonnes représentant une pression de surface de 96 kg/cm2. A la suite de cette étape, le charbon se trou- ve moulé par compression et poussé hors de la caisse de moulage. Le charbon ainsi moulé par compression vient se placer sur la plaque de réception prévue à la sortie de la caisse de moulage, le pain de charbon s'étendant sur une longueur de 480 mm à la sortie de la caisse. Pendant cette opération de poussée, on diminue progressivement la pression à 260 tonnes pour stopper la poussée du charbon moulé hors de la caisse. Dans le cas de l'essai 3, on charge une nouvelle quantité de charbon brut qu'on comprime pour pousser le charbon moulé par compression hors de la caisse, ce qui donne le même résultat que dans le cas de l'essai 2. Dans le cas de l'essai 4, on charge et comprime une quantité supplémentaire de 250 kg de charbon brut. Dans cet essai, on peut obtenir une pression plus élevée que dans le cas de l'essai 1, c'est-à-dire une pression de 370 tonnes et une pression de surface de 106 kg/cm2. Dans chacun de ces cas, on peut obtenir du charbon moulé par compression présentant une densité en vrac de 1 tonne/m3 ou plus à l'état humide. COmme indiqué ci-dessus, l'invention permet d'obtenir du coke de chargement de haut fourneau présentant un meilleur Indice de Déversement (TI X ) que dans le cas classique du charbon mélangé de briquettes, comme cela ap- parait clairement sur la figure 1 dans laquelle est indiquée la relation existant entre la densité en vrac du mat4- riau chargé et l'indice de Déversement (TI ç ) du coke ob- tenu à partir de ce matériau.De plus, comme le procédé de chargement classique par le haut nécessite des charbons de cokéfaction de première qualité, malgré la rareté de ces charbons, l'utilisation selon l'invention de charbons de cokéfaction de qualité très médiocre mélangés dans certaines proportions à du charbon de cokéfaction de bonne quali- té, est extr8mement intéressante. A ce sujet, l'invention permet d'obtenir un excellent effet de cokéfaction à partir d'un mélange à très grande proportion de charbon à médiocre qualité de cokéfaction, et d'augmentert par conséquent, la plage dans laquelle on peut choisir le charbon brut constituant la matière première. De plus, dans le cas de charbon moulé par compression présentant une densité en vrac de 1S15 tonne/m3 à l'état humide (1,04 tonne/m3 à l'état sec, avec une teneur en eau de 9 ), on peut augmenter la densité en vrac d'environ 48 % comparativement à la densité en vrac-de 0,7 tonne/m3 à l'état sec, obtenue par le procédé classique de chargement par le haut. Mdme en tenant compte de l'augmentation du temps de cokéfaction et de la réduction du volume de charbon chargé dans la chambre de four, on peut es- pérer améliorer la productivité de plus de 10 %. On peut ainsi augmenter la production de coke, en évitant la pollution de l'air par les pousstères, car on peut réduire considérablement la production de poussières au moment du chargement de la matière première, à l'inverse du cas du procédé de chargement par le haut. En particulier, l'invention permet de réduire au minimum la taille de la caisse de moulage, ce qui permet de réduire la course de va-et-vient de la plaque de pression pour effectuer la compression. De plus, il n'est pas néces- saire de mettre en oeuvre une opération séparée pour faire sortir de la caisse de moulage le charbon moulé par compression0 Cela permet d'obtenir divers avantages, tels qu'une simplification des étapes de fonctionnement, une conception plus économique et plus efficace du dispositif de moulage, une réduction de la surface dtinstallation du dispositif de moulage, un montage plus facile du dispositif, etc... T A B L E A U 1 PRODUCTION DE CHARBONS MOULES PAR COMPRESSION 6 > L O I O C 01 rf 0 w7 0 ~ ~ I O a > cu Q YU O c - \o I o 10 F4 m J U I I d W I u u H I I 0 Cas : 1 : 2 : 3 : 4 d'essai :Com - 10 :pous-:com- :pous-:compres :pous oS .. ï , .. ï 9 ...... .... .... .... :presslon:séeds: sion :sée de: I OYL > O CU' sortiè: 4mm c:-IF: A Tl X ~ Force de compression : -* : : - zou*- - * *- 9 : &commat; : O M O h I tL > Porce de OOu, O T : 350 O 335 O 260 : 345 001d m - 00? 0 lk b Q de surface cn : o : o : I : o P > M +c y I R la partie de compres- : : I o v I ;u I - :k/cm2 : 100 : 96 : : 99 : p 106 : o OUUO de -:dlta : : : : : : : : : PII I (quantité accumulée) de: .. : .. .. .. 200 H 1 I 250 g ICV o a + (600) : (800) : : 000) : :(1 z rl Irj I X en vrac m :T/m3 : 1,15 r 1,14 O 1,16 : O O Q > M f - io I - - - . e Longueur de &commat; moulé à l'intérieur OOcr O e o e O m M' O 00r 1 7 moule X mm : I 490 W W 990 S 1510: 2 000 :1410 2 I' : 1410 v oa, à -42,; du : : a : : * : a : moule : mm a O a O :480 a 480 :1070 a 1 070 a 1670 a rl I* " rrl ca en vrac de ..... ultérIeurement moule' dans ..... .... de compression 1 3 w o O I O de/ n e I M e g I O O I 'S o o rq a) ^ I e / . o &commat; S &commat; * &commat; h I v) X h &commat; t o > I o I X tD 9 Pv uD r l O I d / o MD 9 S h S h d a I h I h Ç :3 o S o d h e I P / o o o t , po hp o G / o e e o Z &commat; I e n e * / &commat; sD n &commat; w &commat; H h H I v I g t1 O r1 w P tD h 0 v I * 4Z w a X P O I X / tD U1 h -1 v o v a) H S O O X d J. J . ss I h h tD A O A 4 h X Q H - I / O O h rl d > td n n , h P4 d X g S O O o o H v~ t) A G S REVENDICATION Procédé de production continue de charbon moulé par compression, comprenant les différentes étapes consistant à charger le charbon brut dans une caisse de moulage, à comprimer ce charbon brut au moyen d une plaque de pression pour obtenir du charbon moulé par compression, et à pousser le charbon moulé par compression hors de la caisse de moulage, procédé caractérisé en ce que le matériau brut est chargé par une extrémité de la caisse de moulage ouverte dans la direction de compression, en ce que la plaque de pression avance dans la caisse de moulage de maniéreà mouler le charbon par compression dans cette caisse de moulage et en ce que la plaque de pression avance encore pour pousser le charbon moulé hors de l'extrémité ouverte de la caisse dans la direction de compression, en ce que le charbon précédemment moulé par compression reste dans l'extrémité ouverte de la caisse de moulage, en ce que du charbon brut frais est chargé dans l'espace formé entre le charbon déjà moulé par compression et la plaque de pression, en ce que la pression est appliquée à la plaque de pression pour comprimer la quantité de charbon brut franche ainsi introduite, de façon que ce charbon ainsi moulé ultérieurement se combine au charbon déjà moulé par compression, et en ce que le mélange combiné de charbon moulé par compression se trouve comprimé par application d'une pression à la plaque de pression pour pous- ser le charbon déjà moulé hors de la caisse de moulage, ce qui permet ainsi d'obtenir un pain ininterrompu de charbon moulé par compression en répétant les étapes successives de fonctionnement décrites ci-dessus.