Brevet FR2589161A1 — publié le 19870430

I 258916, MELANGE CHARBON-GOUDRON A TENEUR EN SOLIDES ELEVEE La présente invention concerne un mélange char- bon-goudron à teneur en solides élevée et, de manière plus précise, la distribution granulométrique du charbon per- mettant d'obtenir des pourcentages en poids de solides dans le mélange supérieurs à 50% sans utilisation d'additifs. Dans la présente description, on entend par charbon n'importe quel combustible solide essentiellement charbonneux, tel que par exemple les houilles, le coke métallurgique, le coke de pétrole, le semi-coke, etc. L'emploi de combustibles auxiliaires injectés au niveau des tuyères dans le haut fourneau a permis d'obte- nir des avantages importants, aussi bien en ce qui concer- ne la productivité des hauts fourneaux qu'en ce qui con- cerne la consommation d'énergie. Toutefois, le mazout - généralement utilisé comme combustible auxiliaire est un matériau dont le coût et l'approvisionnement dépendent de facteurs non techniques qui peuvent rendre son emploi inacceptable dans des appareils ayant un équilibre aussi délicat que les hauts fourneaux. Dès lors, on a cherché d'autres types de combustibles auxiliaires, parmi lesquels les mélanges charbon-eau et charbon-goudron s'avèrent intéressants pour divers motifs liés essentiellement au coût, à la qualité et à la disponibilité. En ce qui concerne les mélanges charbon-goudron, une limite de leur emploi consistait essentiellement jus- qu'à présent dans le fait que lorsque la teneur en charbon du mélange dépasse 40% en poids, la viscosité apparente du mélange augmente très rapidement, au point qu'aux environs % en poids de solides le mélange n'est plus pompable. En outre, au-delà de 40% en poids de solides, les mélanges charbon-goudron présentent une viscosité apparente qui s'accroit fortement dans le temps. On pense que cela est dû à l'absorption de goudron dans les pores du charbon au point de faire aussi augmenter considérablement le pour- centage de charbon (en volume) dans le mélange. Ces difficultés, signalées récemment dans les mémoires 544 et 5108, respectivement au 103è et au 105è Meetings de l'ISIJ (avril 1982 et avril 1983), ont été la cause qu'au cours d'essais industriels réels effectués au Japon dans un haut fourneau ayant un volume de 5050 m3 on a utilisé un mélange charbon-goudron contenant au maximum 43% en poids de charbon (Proceedings, 5è Symposium Inter- national sur le sujet "Coal Slurry Combustion and Techno- logy" - 25-27/4/1983, Tampa, USA, vol. 7, pages 361 et suivantes). Contrairement à ce qui était signalé dans l'état de la technique, on a trouvé pourtant, de manière surpre- nante, qu'une distribution granulométrique particulière du charbon permet d'obtenir des mélanges charbon-goudron contenant plus de 50% de charbon et ayant une viscosité telle que le mélange peut facilement être pompé et injec- té, et ce sans variations importantes dans le temps. Suivant la présente invention, le charbon, choi- si parmi les charbons cokéfiables, les charbons peu coké- fiables, le coke sidérurgique et le coke de pétrole, d'un calibre inférieur à 20 mm, est introduit dans un broyeur en même temps que le goudron et est broyé jusqu'à l'obten- tion de la distribution granulométrique suivante: - plus de 500 Pm 0 (% en poids) -250 à 500 am 1- 2 " - 88 à 250 pm 3- 7 " - 44 à 88 pm 9- 18 " - 11 à 44 pm 40- 50 " - plus fin quell pm 30 - 45 " De cette manière, suivant les types de charbon employés, les granulométries réelles obtenues et la quan- tité de charbon présente dans le mélange, on obtient des viscosités apparentes (Haake MV II P, à 70 C, 1800 s, 38 -1 s) comprises entre 800 et 1200 cP environ, avec une bonne stabilité jusqu'à 14 jours sans agitation et jusqu'à environ 30 jours sous agitation lente. La distribution granulométrique suivant l'inven- tion a permis d'obtenir des mélanges charbon-goudron, essayés effectivement en haut fourneau, contenant jusqu'à 53,1% en poids de charbon; toutefois, des essais de flui- dité, de stabilité et d'injectabilité ainsi que de combus- tion effectués à l'échelle de laboratoire font prévoir qu'il sera possible d'utiliser des mélanges charbon-gou- dron contenant au moins 55 % en poids de charbon. Naturellement, l'obtention de la distribution granulométrique désirée doit être étudiée en fonction du type de broyeur, des paramètres de broyage et du type de charbon mis en oeuvre. Néanmoins, de toute manière, il est nécessaire d'atteindre la distribution granulométrique susmentionnée. On va indiquer dans les exemples suivants, d'une manière qui n'est absolument pas limitative, pour deux types de charbon, les conditions qui ont conduit à divers types de mélanges. Exemple 1 Un charbon à coke, bitumineux, moyennement vola- til, ayant les caractéristiques suivantes: Analyse granulométrique (% en poids) -> 15 mm 0 8 - 15 mm 7,08 2,83 - 8 mm 21,24 1 - 2,83 mm 24,57 0,25 - 1 mm 28.50 C 83,5 H 4,4 S 0,9 N 1,2 O 1,7 Indice de broyabilité (Hardgrove Grinding Index) (HGI) 95 et un goudron ayant les caractéristiques suivantes: Analyse chimique (% en poids) H20 5 C (sur sec) 94,5 H (sur sec) 4,5 S (sur sec) 0,5 Insolubles dans le xylène: 6%; cendres dans l'insoluble 0,15%; PCI 36,98 MJ/kg; poids spécifique 1,17 kg/dm3; viscosité apparente (70 C, 1800 s, 28s 1) 64 cP, ont été introduits ensemble dans un broyeur à sphères à quatre secteurs, ayant une capacité de 0,42 m3 et une charge broyante constituée par 711 kg de sphères distri- buées comme suit: Diamètre (mm):16 18 20 25 30 % en poids: 12 13 25 30 20 Le mélange a été broyé à la vitesse de 38 tours/ min (75% de la vitesse critique), à un débit de produit égal à 100 kg/h. On a produit deux mélanges, A et B, ayant res- pectivement des concentrations en solides d'environ 43% et d'environ 52%. Ces mélanges avaient les caractéristiques suivantes: % en poids de charbon distribution granulométrique > 500. pm 250 -500 pm 88 -250 pm 44 - 88 pm 11 - 44 pm Exemple 2 Mélange A Mélange B 42,8 51,6 0,4 0,2 ,6 8,9 34,5 ,4 o0 1,8 3,2 9,3 43,9 41,8 0,14 Une fine de coke ayant les caractéristiques suivantes: Analyse granulométrique (% en poids) > 15 mm 0,46 8 - 15 mm 0,10 2,83 - 8 mm 19,95 1 - 2,83 mm 35,20 0,25 - 1 mm 26,60 1 dans le même broyeur et a été broyée comme dans l'exem- ple 1, mais avec un débit de 50 kg/h de produit. Les mélanges obtenus, C et D, ayant des concen- trations en solides envisagées de 44% et 53% respective- entaient les caractéristiques suivantes: ment, présentaient les caractéristiques suivantes: Mélange C Mélange b % de coke 44,3 53,1 distribution granulométrique > 500 Pm 11,2 0 250 -500 pm 1,3 0,9 88 -250 pm 6,5 5,9 44 - 88 pm 13,8 17,9 11 - 44 pm 30,7 43,1 mélange de maintenir la partie solide charbonneuse en sus- pension. Cette stabilité est mesurée au moyen d'un petit cylindre en acier de 3 mm de diamètre et pesant 20 g, la mesure étant la longueur du cylindre qui ne peut pas pénétrer sous son propre poids dans une épaisseur de 180 mm de mélange, conservé dans un état non perturbé. En définitive, si la partie solide du mélange ne se sépare pas, ledit cylindre d'essai pénètre complètement dans le mélange; si, au contraire, du solide se sépare et se dépose sur le fond du récipient, la couche qui se forme empêche le cylindre de pénétrer complètement; les mm de cylindre qui dépassent la surface libre de la suspension sont une mesure de la stabilité du mélange. Les valeurs relevées pour les mélanges B et D ont été les suivantes Mélange | Essai de stabilité statique; mm qui n'ont pas pénétré après w semaines Ow 1 1w 1 2w 1 3w 3w B 0 1 3 1 3 1 3 D | 0 1 0 1 0 | 0 - _ I ' Comme on le voit d'après les exemples qui précè- dent, les conditions de broyage influent sur la distribu- tion granulométrique du solide broyé; ce n'est que si la Distribution granulométrique entre dans les intervalles spécifiés suivant l'invention que l'on obtient des mélan- ges ayant les caractéristiques qui conviennent pour l'uti- lisation en haut fourneau, en-particulier pour ce qui concerne la pompabilité et la viscosité qui doivent per- mettre de transporter le mélange dans des tuyauteries dans un rayon de plusieurs kilomètres et puis de l'injecter aux tuyères du haut fourneau. Un mélange de type B a été produit dans une installation expérimentale en une production de 3,5 t/h, au cours de campagnes d'une durée d'une semaine chacune. Le mélange a été injecté, sans aucun inconvénient, dans deux tuyères d'un haut fourneau se trouvant à une courte distance, de dimensions moyennes, produisant 5500 t de fonte par 24 h. Le débit du mélange était compris entre 500 et 1000 kg/h par tuyère; les données relatives au vent étaient de: T= 1200 C; humidité: 15g/m3N; 02: 21%. REVENDICATIONS l. Mélange charbon-goudron à teneur en charbon élevée, convenant particulièrement pour l'injection comme combustible auxiliaire aux tuyères des hauts fourneaux, caractérisé en ce qu'il présente une distribution granulo- métrique comprise dans les limites suivantes: - plus de 500 m 0 (% en poids) - 250 à 500 pm 1 - 2 " - 88 à 250 pm 3 - 7 " - 44 à 88 pm 9 - 18 " - l1 à 44 pm 40 - 50 " - plus finque 11pm 30 - 45 " 2. Mélange charbon-goudron suivant la revendi- cation 1 caractérisé en ce qu'il contient plus de 50 % en poids de charbon et en ce qu'il présente une viscosité apparente à 700C comprise entre 800 et 1200 cP.