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RÉSUMÉ
Cet article donne un aperçu général sur les procédés de fabrication du coke métallurgique pour le haut-fourneau. Après une rapide description des propriétés fondamentales des charbons et des mécanismes de transformation du charbon en coke, les éléments de technologie et d’exploitation des fours à coke classiques sont présentés en détail. Les facteurs de production du coke et leur influence sur la qualité du coke sont ensuite passés en revue. Des exemples types de bilans matières et de bilans thermiques des fours à coke sont proposés. Pour terminer, des aspects complémentaires sont abordés sur les procédés de fabrication du coke non conventionnels faisant appel à des technologies différentes des cokeries classiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-Marie DUCHÊNE : Ingénieur - Chef du groupe Carbonisation au Centre de Pyrolyse de Marienau (CPM)
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Daniel ISLER : Ingénieur Civil des Mines - Nancy - Responsable des Recherches Carbonisation au Centre de Pyrolyse de Marienau (CPM)
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Émile YAX : Ingénieur chimiste de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Strasbourg - Docteur ès Sciences - Directeur du Centre de Pyrolyse de Marienau (CPM)
INTRODUCTION
La valeur d’usage d’un coke pour le haut fourneau résulte de ses propriétés chimiques, physico-chimiques et mécaniques.
Un bon coke doit :
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présenter un taux de cendres faible et régulier et une basse teneur en soufre et en alcalins ;
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avoir une distribution granulométrique homogène et stable sous l’effet de sollicitations mécaniques, thermiques et chimiques : résistance élevée au morcellement et à l’effritement jusqu’à haute température et après agression chimique ;
-
être léger, perméable ;
-
être organisé et peu réactif.
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VERSIONS
- Version archivée 2 de mars 2008 par Daniel ISLER
- Version courante de sept. 2016 par Daniel ISLER
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Carbonisation des charbons1. Statistiques
À l’heure actuelle, la capacité totale de production annuelle de coke dans le monde est de l’ordre de 400 Mt. Certaines cokeries ne fonctionnent cependant pas à leur pleine capacité (production effective 350 Mt en 1988 : tableau 1). Cette production consomme de l’ordre de 500 Mt de charbon, soit environ 15 % de la production charbonnière (3 197 Mt en 1989), hors lignites.
La production européenne de coke représente le quart de la production mondiale. Huit pays de la Communauté Économique Européenne (CEE) produisent du coke (tableau 2).
La production de coke en France est réalisée dans sept cokeries dont :
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quatre intégrées à un complexe sidérurgique [Sollac (Dunkerque), Sollac (Fos), LORFONTE (Sérémange), UNIMÉTAL Normandie] ;
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deux appartenant au groupe Cdf (Carling en Lorraine et Drocourt dans le Nord) ;
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une appartenant à Pont‐à‐Mousson SA (cokerie de Pont‐à‐Mousson).
Entre 1982 et 1986, la production du coke, aussi bien mondiale qu’européenne, est restée à peu près constante. La réduction directe, qui a quelque peu progressé ces dernières années, entraînera vraisemblablement une certaine décroissance, mais le haut fourneau et la filière fonte resteront probablement prépondérants pour la fabrication de l’acier.
Le combustible nécessaire pour le haut fourneau ne peut être ni le bois dont la température de combustion est trop faible, ni la houille dont la fusion entre 350 et 500 oC est un obstacle à la perméabilité indispensable au fonctionnement des fours à cuve. Les premiers hauts fourneaux furent alimentés au charbon de bois, riche en carbone et non fusible.
Pour des raisons de disponibilité en bois, les métallurgistes anglais pensèrent à utiliser du charbon dont le sous‐sol de leur pays était riche, en le carbonisant en meules ou ruches d’une manière analogue à la fabrication du charbon de bois. Cette innovation date de la fin du 16e siècle et est signalée en Angleterre et en Allemagne.
Les premiers essais d’emploi du coke au haut fourneau furent infructueux et c’est Abraham Darby qui fut le premier à fabriquer de la fonte au coke en 1747.
Les fours à ruche n’ont pas encore disparu totalement. Il en existe encore aux États‐Unis et aussi...
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