Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article décrit les rôles fondamentaux du coke dans le haut-fourneau : support mécanique de la charge, agent de perméabilité, régénérateur du gaz réducteur CO et production d’énergie aux tuyères. La résistance mécanique est l’un des rôles prépondérants. Les mécanismes de dégradation mécanique du coke sont présentés ainsi que leurs conséquences sur la marche du haut fourneau. L’importance de la stabilisation mécanique du coke entre la cokerie et le haut fourneau est également largement décrite. La gazéification partielle du coke par le CO2 (qui consomme 35 à 40 % du coke chargé) fait l’objet d’un essai normalisé (test CSR) décrit dans l’article. L’importance de l’indice CSR du coke sur la marche du haut fourneau est mise en évidence sur des données de marche de hauts fourneaux.
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Daniel ISLER : Directeur adjoint du Centre de Pyrolyse de Marienau, - Responsable des Recherches, - Centre de Pyrolyse de Marienau, Parc d’activités Forbach Ouest, Forbach, France
INTRODUCTION
La valeur d'usage d'un coke métallurgique pour le haut-fourneau résulte à la fois de ses propriétés mécaniques, chimiques et physico-chimiques.
La consommation du coke dans le haut-fourneau peut varier significativement en fonction de sa qualité et la marche du haut-fourneau peut être grandement affectée par un coke de mauvaise qualité. La fabrication de coke métallurgique est onéreuse : les charbons à coke sont plus chers que les charbons d’injection et une cokerie représente un investissement très élevé amorti sur une durée très longue avec un coût de maintenance élevé. Aujourd’hui, l’espérance de vie d’une batterie de fours à coke moderne est de 50 ans, moyennant une maintenance suivie et des travaux de rénovation partielle des cellules de fours.
Un coke mécaniquement résistant à froid et après gazéification partielle par le CO2 à haute température (par la réaction de Boudouard) permettra un taux d’injection élevé de charbon pulvérisé aux tuyères du haut-fourneau (plus de 200 kg/t de fonte) et une faible consommation de coke (moins de 300 kg/t de fonte). Globalement, le taux de réducteur charbon d’injection + coke sera inférieur quand le coke possède une résistance mécanique élevée à froid et à chaud après gazéification partielle.
Après une description succincte des rôles du coke dans le haut-fourneau, l’article insiste sur l’importance primordiale de la stabilité granulométrique du coke soumis à des contraintes mécaniques entre la cokerie et le haut-fourneau. Le coke chargé doit impérativement être mécaniquement stabilisé pour une bonne perméabilité du haut-fourneau.
Les propriétés thermochimiques, en particulier la réaction de Boudouard, sont mesurées par des essais de laboratoire. Un test a été normalisé ISO, il y a une dizaine d’années, à partir d’un essai développé au Japon (test CSR) dans les années 80. Cet essai est présenté dans l’article et l’indice CSR du coke mis en corrélation avec les paramètres de marche des hauts-fourneaux. Aujourd’hui, il est communément admis qu’un fort taux d’injection de charbon pulvérisé aux tuyères ne peut être atteint que si le CSR du coke est élevé. Les corrélations présentées dans l’article le mettront en évidence.
La fabrication du coke fait l'objet d'un article spécifique [M 7 340].
Un glossaire des termes utilisés et un tableau de sigles sont présentés en fin d'article.
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Conclusion
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2. Emplois du coke métallurgique
2.1 Influence des caractéristiques chimiques du coke sur la marche du haut-fourneau
La recherche des marches performantes de haut-fourneau s'accommode mal des humidités élevées et surtout des fluctuations importantes et imprévues. Pour les hauts-fourneaux fonctionnant avec injections aux tuyères, la réserve thermique du gaz est suffisante pour évaporer un supplément d'humidité sans que la productivité en soit affectée. Par contre, dans les autres cas, on enregistre des modifications du profil thermique, une augmentation de l'écart à l'idéalité et, en définitive, une baisse de production . Selon le type de marche, l'incidence d'une variation de 1 % de l'humidité du coke sur la mise au mille s'étend de 1 à 1,7 % en fonctionnement stable. Une variation brusque d'humidité provoque un régime transitoire dont l'effet sur la consommation de coke peut atteindre 2 %, voire davantage.
HAUT DE PAGE2.1.2 Taux de cendres et composition des cendres
Les cendres du coke diminuent la quantité de carbone apportée, exigent une certaine quantité de combustible pour leur fusion, augmentent la quantité de silice avec pour conséquence une diminution de la basicité du laitier et introduisent des métaux alcalins.
Le taux massique de cendres maximal toléré dans le coke est généralement de 12 %.
Pour une marche de référence...
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Emplois du coke métallurgique
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - The Lump size of coke and factors determining it. - Part. I : BCRA Quaterly, n° 24, juil. 1989 ; part. II : BCRA Quaterly, n° 25, oct. 1989 ; part. III : BCRA Quaterly, n° 26 (janv. 1990).
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(2) - SANNA (D.), PAOLETTI (R.) - Synthèse des études effectuées à l'ATS sur la dégradation et les essais mécaniques des cokes. - CIT, n° 6, CDS (1975).
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(3) - PAOLETTI (R.) - Contribution à l'étude de la dégradation mécanique du coke. - CIT, n° 5, CDS (1975).
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(4) - ECHTERHOFF (H.) - Untersuchungen über die Koksfestigkeitsprüfung bei höhere Temperaturen. - Stahl und Eisen, 20, p. 992 (juil. 1961).
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(5) - JEULIN (D.), STEILER (J.M.) - Caractérisation du comportement mécanique du coke à température ambiante. - Revue de métallurgie (fév. 1983).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Combustibles minéraux solides. Détermination de l'indice de matières volatiles du charbon et du coke. - NF M03-004 - (février 2003)
-
Combustibles minéraux solides. Dosage de l'azote. - NF M03-018 - (janvier 2003)
-
Analyse granulométrique du coke. - NF M03-021 - (août 1967)
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Combustibles minéraux solides. Détermination de l'humidité du coke. - NF M03-028 - (janvier 2003)
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Combustibles minéraux solides. Détermination de la fusibilité des cendres. - NF M03-048 - (juin 2000)
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Combustibles minéraux solides. Calcul de la teneur en oxygène par différence. - NF M03-051 - (décembre 2002)
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Charbon. Détermination de la teneur en différentes formes de soufre. - NF ISO 157 - (mai 1996)
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Coke...
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