Les propriétés du coke métallurgique à haute température

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Extrait

Commission des Communautés européennes
recherche technique charbon
LES PROPRIETES DU COKE METALLURGIQUE
A HAUTES TEMPERATURES
Rapport
EUR 10430 FR
Agrandissement à partir d'un original microfiche Commission des Communautés européennes
recherche technique charbon
LES PROPRIETES DU COKE METALLURGIQUE
A HAUTES TEMPERATURES
H.C. WILKINSON
26 Wheatlands Road
Wingerworth
Derbyshire S42 6RS
RAPPORT SYNOPTIQUE
Direction générale "Energie"
1986 EUR 10430 FR Publié par:
COMMISSION DES COMMUNAUTÉS EUROPÉENNES
Direction général·
Marché de l'Information at Innovation
Bâtiment Jean Monnat
LUXEMBOURG
AVERTISSEMENT
Ni la Commission des Communautés européennes, ni aucune autre personne agissant
au nom de la Commission, n'est responsable de l'usage qui pourrait être fait des
informations ci-après.
© CECA — CEE — CEEA, Bruxelles-Luxembourg. 1986 III
TABLE DES MATIÈRES
Page
SOMMAIRE V
AVANT­PROPOSVII
CONTRATSDERECHERCHE PERTINENTE AYANT L'APPUI DE LA CECAιχ
1.ÉTUDEÓDELARÉSISTANCE DU COKE AUX ATTAQUES CHIMIQUES,
THERMIQUES ET MÉCANIQUES 1
1.1 Aperçu général1
1.2 L'effet desattaqueschimiques et thermiques sur
le cokeauxtemperaturesinférieures a 1000 C et
sur sa résistancesubséquente aux contraintes
mécaniques2
1.2.1 Mesure de la temperature­seuil de
gazéification du coke 3
1.3 L'effet des attaqueschimiquesetthermiques sur
le coke aux temperaturesde1000Cetplus et sur
sa resistance subséquenteauxcontraintes
mécaniques 5
1.3.1L'effetdu traitement thermique 8
1.3*2Essaisdegazéificationauxtemperatures
supérieures a 1000 C9
Λ.k Conclusionsgenérales basées sur lesetudes du
comportementdescokes sous l'influence des effets
chimiques,thermiques et mécaniques 11
2. L'INFLUENCE DES ALCALIS SUR LE COMPORTEMENTDU COKE A LA
GAZÉIFICATION ET A SA RÉSISTANCE MÉCANIQUEAHAUTES
TEMPÉRATURES 14
2.1Aperçugénéral14
2.2L'effetdes alcalis sur les macro­propriétés du
coke15
2.3L'effetdes alcalis sur les micro­proprietes et
lespropriétés structurales du coke 19
2.kLachimie de l'absorption del'alcali22
3. LESRAPPORTSENTRE LES PROPRIÉTÉS FONDAMENTALES ET A
HAUTES TEMPÉRATURES DU COKE 25
3.1 Aperçu général25
3.2 La résistanceàlatractiondu coke de haut­fourneau25
3.2.1 Larésistanceducoke à la tractionàhautes
temperatures26
3.3 La resistanceducokealacompression àhautes
temperatures 27
J>.k L'effetdelastructure du coke sur ses propriétés
fondamentalesderesistance mécanique 28 IV
3­5 Changements des propriétés structurales et de
résistance mécanique apres gazéification partielle 29
3·5·1 La résistance à la traction des cokes apres
gazéification partielle 29
3­5­1*1 Larésistanceàlatraction des
cokesrecuperesdestuyeres de
haut­fourneau31
3·5*2 La résistance à lacompressiondes cokes
récupérés des tuyeresdehaut­fourneau 31
3·5·3 Changements des propriétés des cokesa
hautes températures 32
3*5·^ s des structures isotropique
et anisotropiqueducoke par rapport a
la temperature33
3­5*5 Changementsstructuraux dans des
atmosphères inertesahautes temperatures 35
k. RÉACTIVITÉ DES COKES 37
k.~] Aperçugénéral37
4.2 Rapportentredesessais de reactivité varies38
4.3 Évaluationdemesures ¿'abrasion variées apres
desessaisdegazéification et de reactivite39
5. IMPLICATIONSPRATIQUESDES PROJETS DE RECHERCHE 42
5.1 Methodesdepréparation d'un coke abasse
temperature­seuilde gazéification Λ2
5.2 Évaluations pratiques danslamanufacture de cokes
métallurgiques conventionnelsahauteresistance
mécanique et a haute stabilitethermique45
5.3 La production de coke de haute qualité pour emploi
dans les hauts­fourneaux 48
6. TRAVAUX DE RECHERCHEPERTINENTEEXÉCUTÉS HORS DE LA CECA 51
7. CONCLUSIONS 55
8.RECOMMENDATIONSPOUR ÉTUDESULTÉRIEURES59
9.RÉFÉRENCES61
TABLES 1 à 1165
FIGURES 1a, 1b 77 SOMMAIRE
Des études des propriétés du coke qui influencent son comporte­
ment à hautes températures ont été effectuées, au moyen d'essais qui
simulent partiellement les conditions dans l'étalage et les tuyeres
du haut-fourneau, dans plusieurs projets de recherche avec l'aide
financière du directorat du charbon, et de l'acier au sein de la CECA.
Ces études sont évaluées dans ce rapport synoptique.
Les principales caractéristiques étudiées portant sur le
comportement du coke à hautes températures ont été la resistance au
choc thermique, à l'attaque par les gaz oxydants, l'influence de
l'alcali et l'effet de ces différents paramètres sur la résistance
du coke aux contraintes mécaniques. Dans la plupart des travaux,
les changements de resistance mécanique du coke ont ete evalues
après avoir soumis celui-ci aux effets des différents paramètres.
L'échelle des essais a varie depuis l'examen d'un coke de grosseur
semblable a celle utilisée dans la pratique jusqu'à l'échelle de
banc d'essai effectue sur des petits échantillons de particules de
petite grosseur.
Dans plusieurs projets, l'état du coke ressemblait a celui d'un
coke qui était descendu dans la cuve du haut-fourneau et ce coke
pouvait être compare a celui qui avait été retiré des tuyeres du
haut-fourneau.
Jusqu'aux temperatures voisinantes de 1^00 C Cia temperature
généralement considérée comme étant la maximale) les cokes sont
légèrement affaiblis par les effets thermiques les rendant plus
susceptibles aux défaillances subsequentes occasionnées par les
contraintes mécaniques. Les effets des gaz oxydants augmentent
considérablement ces tendances.
Des etudes visees aux effets de l'absorption ou de la circulation
de l'alcali dans la phase vapeur sur les propriétés du coke a hautes
températures furent effectuées. Il fut démontré que l'alcali
penetre considérablement dans la structure du coke, augmente sensiblement VI
sa cadence de réaction avec les gaz oxydants et accentue la degrada­
tion du coke. Les effets d'autres formes de contrainte sur le coke
sont largement élimines par les effets de l'alcali lequel, a l'heure
actuelle, ne peut être contrôlé que par les changements de la charge
du haut-fourneau et par la composition chimique et le volume du
laitier.
Des études furent effectuées sur les changements des propriétés
fondamentales du coke à la suite des différentes méthodes d'attaque.
La résistance a la compression, la résistance a la pression, la
configuration des pores et de la paroi poreuse, et les structures
mosaïques des cokes furent examinées. Les changements les plus
importants de ces propriétés furent de nouveau constates a la suite
d'attaques chimiques sur les cokes et de leur gazéification;
l'influence des alcalis fut également observée.
Une evaluation des différents essais de reactivite utilises
dans les différents projets fut effectuée et les resultats de ces
essais furent comparés. Il fut démontré que les essais avaient en
general la tendance de placer une serie de cokes dans le même ordre de
réactivité, quelle que soit l'importance des attaques sur ceux-ci.
Des essais qui engendraient la mesure de la perte de resistance
mécanique apres reaction fournirent des indications plus significatives
du comportement du coke dans la pratique.
Une evaluation de la signification pratique des travaux fut
établie et il fut demontre que l'application de plusieurs des résultats
était restreinte au sein des conditions en vigueur dans la manufacture
du coke.
DÛ a la quantité limitée d'évidence disponible, tres peu de
progres a ete realise en ce qui concerne le rapport entre les propriétés
du coke a hautes températures et la nature du charbon d'origine.
Des recommendations pour les travaux ultérieurs furent suggérées. VII
AVANT-PROPOS
Il demeure vrai, en 1984, que dans le monde entier, de beaucoup
la plus grande proportion de fonte brute est produite par le procède
traditionnel à haut-fourneau où une charge ferrugineuse est réduite
a haute température au m