Brevet FR2508057A1 — publié le 19821224

La présente invention se rapporte à un procédé pour régler les proportions des charbons dans un mélange de charbons. Depuis de nombreuses années, on mélange des charbons afin de parvenir à un mélange de charbons possédant les propriétés voulues à partir de plusieurs charbons individuels Dans la fabrication du coke en particulier, il est important que le charbon possède certaines qualités minimales si l'on veut parvenir à des propriétés satisfaisantes de résistance et de stabilité et à d'autres propriétés recherchées du coke La volatilité du charbon ou la qualité du charbon constitue une propriété particulièrement importante si l'on veut parvenir aux propriétés voulues de résistance mécanique et de stabi- lité du coke. Le coke métallurgique convenant à l'utilisation dans les hauts fourneaux de très grandes dimensions construits à présent doit avoir une très haute résistance mécanique, telle qu'indiqué par la dureté et la stabilité Pour parvenir à cette qualité de coke, il faut utiliser des charbons à coke de hautes qualités, coûteux, à haute teneur en matières volatiles, à haute fluidité et à faible pourcentage de composants inertes Dans le but d'utiliser des charbons moins coûteux et également en raison d'une pénurie croissante des charbons métallurgiques de haute qualité, on a fait de nombreuses recherches visant à parvenir à du coke à haute résistance mécanique en partant de charbon de basse qualité. Dans un grand nombre des procédés visant à la fabrication du coke à partir de charbon de basse qualité, l'une des caractéris- tiques essentielles consiste en le mélange de charbon de qualités différentes Ainsi par exemple, en mélangeant des charbons à volati- lité forte, moyenne et/ou basse, il est souvent possible de parvenir à la volatilité voulue à un prix réduit comparativement à l'utilisa- tion de charbon courant à volatilité moyenne Fréquemment un charbon particulier, par exemple un charbon à basse volatilité, est lui-même un mélange d'autres charbon Ainsi, fréquemment le mélange final de charbonsest un mélange de deux ou plusieurs mélanges de charbons séparés Pour des raisons de simplicité, lorsque des mélanges de charbone seront mélangés, on les désignera simplement sous le nom de "charbon" ou "charbons". Dans l'industrie du coke, on utilise couramment des mélanges de charbons de qualités différentes afin de parvenir aux caractéristiques voulues et nécessaires pour obtenir un coke de haute qualité Le meilleur coke est obtenu avec un charbon bitumineux à volatilité moyenne Malheureusement, les fournitures courantes de charbon de cette catégorie sont réduites et par suite, on utilise couramment un mélange de charbons bitumineux à volatilité basse et forte pour parvenir à un mélange possédant les caractéristiques intermédiaires voulues On contrôle actuellement la composition d'un tel mélange en déterminant la teneur en matières volatiles et en vérifiant si nécessaire par une analyse pétrographique qui constitue une opération longue. L'un des problèmes rencontré fréquemment réside en ce que quelque chose ne convient pas pour l'utilisation finale à laquelle le charbon est destiné Ainsi par exemple, la résistance mécanique du coke devient trop basse ou inutilement forte On produit fréquem- ment du coke de mauvaise qualité bien que des échantillons de charbons soient envoyés au laboratoire pour analyses Des jours ou des semaines de production de bonne qualité sont fréquemsent perdus pendant qu'on cherche les causes des ennuis Il n'est pas rare de constater que quelque chose ne va pas dans l'opération de mélange, nécessitant une correction pour ramener les charbons aux proportions voulues dans le mélange final. La présente invention concerne un procédé pour régler les proportions des charbons dans un mélange de charborn, procédé qui se caractérise en ce qu'on prépare un échantillon contenant les proportions voules et connues de chacun des charbons, on fait une analyse spectrale de cet échantillon, on fait une analyse spectrale d'un échantillon dudit mélange de charbons, on compare les deux analyses spectrales, et on règle le mélange de charbons selon les nécessités pour parvenir à un mélange de charbons final à des propor- tions desdits charbons plus voisines de celles du mélange voulu. Ce procédé est particulièrement utile pour le contrôle sur place dans la production du coke de haut fourneau de haute résis- tance mécanique et de haute stabilité. En exploitant l'invention, on peut éviter de nombreuses erreurs coûteuses dans les opérations de mélange des charbons L'obser- vation s'applique tout particulièrement lorsque l'analyse spectrale est effectuée "sur place" Ainsi, dans les installations industrielles de préparation du coke pour haut fourneau, on peut souvent supprimer totalement des retards-de jours ou de semaines car on est capable de savoir immédiatement si une erreur a été commise dans l'opération de mélange des charbons et par conséquent de procéder aux corrections dans les opérations de mélange. Le charbon à l'état de fine division ou en poudre selon l'invention qu'on utilise pour la fabrication du coke est de préférence du charbon pour cokéfactionmais en raison de la résistance mécanique accrue à laquelle on parvient par le procédé selon l'inven- tion, les charbons mélangés mis en oeuvre peuvent contenir des propor- tions réduites de charbons de haute qualité telle que le charbon à coke à volatilité basse et moyenne Un charbon préféré consiste en un charbon mélangé contenant une proportion prépondérante de charbon à haute volatilité de la classe A ou au-dessus, et dans lequel le charbon contient jusqu'à 20 en poids de matières inertes. De préférence, la plus grande partie au moins du charbon utilis 4 pour la production de coke métallurgique a une teneur en matière volatile de 18 à 40 % en poids, un indice de libre gonflement minimum de 4, et il doit être d'une-nature telle qu'il ne produise pas des pressions dépassant 140 mbars sur les parois du four à coke. Les teneurs en cendre et en soufre sont de préférence inférieures à 8 % et 1 % en poids respectivement. On peut utiliser dans l'invention un certain nombre de méthodes d'analyses spectrographiques Dans la méthode d'absorption. dans l'infrarouge, les absorptions caractéristiques dans l'intervalle des nombres d'ondes de 3 000 à 3 100 cm et 2 870 à 2 970 cm indiquent la présence de groupements aromatiques et de groupements aliphatiques dans le charbon Ces groupements sont des liaisons carbone-hydrogène On choisit de préférence des nombres d'ondes de 3 045 cm-1 pour le pic aromatique et de 2 945 cm pour le pic alipha- tique Le rapport des intensités de ces pics constitue une mesure de la qualité du charbon ou de la volatilité du charbon. La méthode spectrographique infrarouge préférée est la méthode de réflexion diffuse du charbon à l'état de fine division. Le charbon à l'état de fine division est de préférence obtenu par un broyage classique ou une pulvérisation jusqu'à une dimension de particules inférieure à 3 am environ et de préférence jusqu'à une dimension de particules moyenne inférieure à 250 um et mieux encore à 74/um Les plus faibles dimensions conduisent à une reproductibilité très améliorée des déterminations La méthode de réflectance diffuse de l'infrarouge avec transformation de Fourier consistue la méthode la plus appréciée Les durées nécessaires pour une mesure par cette méthode selon l'invention peuvent être inférieures à 15 min Cette durée comprend la durée nécessaire pour prélever un échantillon du mélange de charbons, faire un spectre de l'échantillon, déterminer le rapport des groupements aromatiques aux groupements aliphatiques dans l'échantillon de charbon et comparer ce rapport avec un rapport déterminé au préalable pour un échantillon de mélange de charbons contenant des proportions connues des charbons. Parmi les autres méthodes spectrographiques on citera la méthode au comprimé de K Br dans laquelle on mélange du bromure de potassium avec du charbon en poudre et on forme un comprimé Dans une autre méthode, on mélange de l'huile de paraffine avec du charbon en poudre, on prépare un "sandwich" pour la spectroscopie infrarouge et on mesure le spectre de transmission Toutefois, ces méthodes ne sont pas faciles à adapter à des analyses sur place des mélanges de charbons en raison des longues durées de préparation des échan- tillons et des difficultés dé lecture des résultats Ces méthodes et la méthode préférée de réflectance diffuse sont décrites dans le brevet japonais n' 79/25884,. De préférence, on établit une courbe d'étalonnage en analysant deux ou plusieurs échantillons de mélanges des charbons particuliers en question, chaque échantillon contenant des proportions différentes connues des charbons composants Ces points sont de préférence choisis au voisinage du mélange voulu afin que, lorsque on analyse un échantillon à proportions inconnues et que le rapport aromatique/aliphatique déterminé à partir de l'analyse spectrale diffère de celui qui est voulu, une comparaison du rapport pour l'échantillon inconnu à la courbe d'étalonnage indique généralement les proportions réelles des charbons mis en oeuvre Lorsque le mélange ne contient que deux charbons, il est relativement facile de procéder à cette détermination Toute différence entre le rapport voulu et le rapport réel indiquera des réglages possibles pour corriger l'écart. De préférence les analyses spectrales sont introduites dans un ordinateur qui procède à leur comparaison et détermine ensuite si la proportion des charbons dans l'échantillon est acceptable. L'exemple qui suit illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée;-dans cet exemple les indications de parties et de pourcentages s'entendent en poids sauf mention contraire. EXEMPLE On prépare des mélanges de charbons métallurgiques à partir d'un charbon & basse volatilité de Virginie-Occidentale et de charbons à haute volatilité de Pennsylvanie et de Virginie-Occidentale et on détermine le rapport aromatique/aliphatique par spectroscopie de réflectance diffuse dans l'infrarouge avec transformation de Fourier. On trouvera dans le tableau I ci-après les rapports entre groupements aromatiques et groupements aliphatiques pour les divers mélanges. Les résultats rapportés dans le tableau montrent que lorsque la compo- sition du mélange change, le rapport des groupements aromatiques aux groupements aliphatiques change également, permettant de suivre la composition du mélange à 2 % près. TA B L E A U I Rapport des groupements aromatiques aux groupements aliphatiques pour diverses compositions de mélanges de charbons à haute et basse volatilité. Composi- tion du mélange % haute 74,8 haute ,2 basse 73 haute 27 basse haute basse 68 haute 32 basse ,3 haute 34,7 basse 43 haute 57 basse 21,9 haute 78,1 basse basse Intensité des aro- matiques 29,5 37,0 38,5 38,5 38,0 41,7 39,0 39,0 ,8 41,3 ,0 ,5 41,5 41,5 41,0 43,0 ,0 56,0 ,0 69,5 72,5 ,5 87,5 Intensité des ali- phatiques ,5 ,0 173,0 172,0 172,0 ,5 1740 t 171 j O ,5 171,5 171,0 373,25 ,5 173,5 171,5 ,5 173,0 174,5 174,0 ,5 176,0 173,5 178,0 84,4 172,5 eroma- tiques/ali- phatiques 0,173 0,2176 0,2225 0,2238 0,2209 0,2365 0,2241 0,2280 0,2393 0,2408 0,2339 0,2338 0,2434 0,2392 0,2391 0,2522 0,3179 0,3209 0,3161 0,4076 0,4119 0,4063 0,4916 0,4893 -rapport moyen 0,173 0,2213 0,2272 0,2360 0,2370 0,2435 0,3183 0,4086 0,4905 REVENDICATIONS 1 Procédé pour régler les proportions des charbons dans un mélange de charbons caractérisé en ce que l'on prépare un échan- tillon contenant les proportions désirées connues de chacun desdits charbons, on fait une analyse spectrale de cet échantillon, on fait une analyse spectrale d'un échantillon dudit mélange de charbons, on compare les deux analyses spectrales et on règle le mélange des charbons selon les néûessités pour parvenir à un mélange de charbons final dans lequel les proportions desdits charbons sont plus voisines de celles du mélange voulu. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait des analyses spectrales d'autres échantillons contenant des proportions différentes connues desdits charbons et on compare l'analyse spectrale de l'échantillon du mélange avec ces analyses afin de déterminer les proportions desdits charbons dans l'échantillon du mélange. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les analyses spectrales sont faites par spectrométrie infra- rouge. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les analyses spectrales déterminent la relation entre les teneurs en groupements aromatiques et aliphatiques des échantillons. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on obtient les rapports aromatiques/aliphatiques en divisant l'inten- sité du pic aromatique par celle du pic aliphatique sur les spectres de réflectance diffuse dans l'infrarouge avec transformation de Fourier. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les intensités correspondant aux groupements aromatiques et aliphatiques sont déterminées respectivement à environ 3 045 cm-1 et environ 2 945 cm