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Le charbon métallurgique, également connu sous le nom de charbon à coke, est utilisé pour produire du coke, principale source de carbone utilisée dans la sidérurgie. Le charbon est une roche sédimentaire d'origine naturelle formée sur des millions d'années à mesure que des plantes et d'autres matériaux organiques sont enfouis et soumis à des forces géologiques. La chaleur et la pression entraînent des changements physiques et chimiques qui se traduisent par du charbon riche en carbone.
Charbon métallurgique
Le charbon métallurgique diffère du charbon thermique, utilisé pour l'énergie et le chauffage, par sa teneur en carbone et sa capacité d'agglomération.
L'aptitude au fourrage désigne la capacité du charbon à être transformé en coke, une forme pure de carbone pouvant être utilisée dans les fours à oxygène basiques. Le charbon bitumineux - généralement classé comme métallurgique - est plus dur et plus noir et contient plus de carbone et moins d'humidité et de cendres que les charbons de rang inférieur.
La qualité du charbon et sa capacité d'agglomération sont déterminées par le rang du charbon - une mesure de la matière volatile et du degré de métamorphisme - ainsi que par les impuretés minérales et la capacité du charbon à fondre, gonfler et resolidifier lorsqu'il est chauffé. Les trois principales catégories de charbon métallurgique sont:
- Charbons à coke durs (HCC)
- Charbon à coke semi-ferme (SSCC)
- Charbon pulvérisé (PCI) charbon
Les charbons cokéfiables durs comme l'anthracite ont de meilleures propriétés de cokéfaction que les charbons cokéfiables semi-mous, ce qui leur permet d'obtenir un prix plus élevé. Le HCC australien est considéré comme la référence de l'industrie.
Alors que le charbon PCI n'est pas souvent classé comme charbon à coke, il est encore utilisé comme source d'énergie dans le processus de fabrication de l'acier et peut partiellement remplacer le coke dans certains hauts fourneaux.
Coke Making
La cokéfaction est effectivement la carbonisation du charbon à haute température. La production a normalement lieu dans une batterie de coke située près d'une aciérie intégrée. Dans la batterie, les fours à coke sont empilés en rangées. Le charbon est chargé dans les fours et ensuite chauffé en l'absence d'oxygène jusqu'à des températures autour de 1100 ° C (2000 ° F).
Sans oxygène, le charbon ne brûle pas mais commence à fondre. Les températures élevées volatilisent les impuretés indésirables présentes dans le charbon, telles que l'hydrogène, l'oxygène, l'azote et le soufre. Ces gaz rejetés peuvent être collectés et récupérés sous forme de sous-produits ou brûlés comme source de chaleur.
Après refroidissement, le coke se solidifie en morceaux de carbone poreux et cristallin suffisamment gros pour être utilisés par les hauts fourneaux. L'ensemble du processus peut prendre entre 12 et 36 heures.
Les propriétés inhérentes au charbon initial d'entrée influencent fortement la qualité finale du coke produit. L'absence d'un approvisionnement fiable en différentes qualités de charbon signifie que les fabricants de coke utilisent souvent des mélanges de vingt charbons différents afin d'offrir aux producteurs d'acier un produit homogène.
Environ 1 tonne de charbon métallurgique est nécessaire pour produire 1 tonne de coke.
Coke dans la sidérurgie
Les fours à oxygène basiques (BOF), qui représentent 70% de la production mondiale d'acier, nécessitent du minerai de fer, du coke et des flux comme matière première dans la production d'acier.
Après l'alimentation du haut fourneau avec ces matériaux, de l'air chaud est soufflé dans le mélange. L'air fait brûler le coke, ce qui élève les températures à 1700 ° C, ce qui oxyde les impuretés. Le processus réduit la teneur en carbone de 90 pour cent et conduit à un fer fondu connu sous le nom de métal chaud.
Le métal chaud est ensuite évacué du haut fourneau et envoyé au BOF où de la ferraille et du calcaire sont ajoutés pour fabriquer de l'acier neuf. D'autres éléments, tels que le molybdène, le chrome ou le vanadium peuvent être ajoutés pour produire différentes qualités d'acier.
En moyenne, environ 630 kilogrammes de coke sont nécessaires pour produire 1 000 kilogrammes (1 tonne) d'acier.
L'efficacité de la production dans le processus de haut fourneau dépend fortement de la qualité des matières premières utilisées. Un haut fourneau alimenté en coke de haute qualité nécessite moins de coke et de flux, ce qui réduit les coûts de production et permet d'obtenir un meilleur métal chaud.
En 2013, environ 1,2 milliard de tonnes de charbon ont été utilisées par l'industrie sidérurgique. La Chine est le plus grand producteur et consommateur de charbon à coke au monde, avec environ 527 millions de tonnes en 2013. L'Australie et les États-Unis suivent, produisant respectivement 158 et 78 millions de tonnes.
Il n'est pas surprenant que le marché international du charbon à coke dépende fortement de la sidérurgie. Le prix de la tonne de charbon à coke a augmenté régulièrement, passant d'environ 40 dollars EU en 2000 à plus de 200 dollars EU en 2011, mais il a baissé depuis.
Les principaux producteurs comprennent BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American et Rio Tinto.
Plus de 90% du commerce maritime total de charbon métallurgique provient d'expéditions en provenance d'Australie, du Canada et des États-Unis.
Sources
Valia, Hardarshan S. Production de coke pour la fabrication de fer à haut fourneau . Steelworks.
URL: www. acier. org
Institut mondial du charbon. Coal & Steel (2007) .
URL: www. mondecoal. org
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