Quel est le rôle du coke dans le processus métallurgique ?

Le processus métallurgique - en particulier la production d'acier - est particulièrement dépendant du coke. Les caractéristiques du coke sont sa forte teneur en carbone, sa résistance et sa faible teneur en impuretés, ce qui le rend utilisable dans un haut fourneau. Dans le processus métallurgique, le rôle principal du coke est de fournir une source de chaleur et un agent réducteur de la source de carbone. Il fournit le carbone nécessaire pour réduire l'oxyde de fer du minerai de fer en fer pur, tout en générant la chaleur nécessaire au processus de fusion.

Qu'est-ce que le coke métallurgique ?

Coke métallurgique (ou "coke métallisé") est un type de combustible solide constitué de charbon carbonisé, principalement utilisé pour la fabrication du fer dans les hauts fourneaux et pour la fonte et le moulage des métaux non ferreux. Il est fabriqué en chauffant du charbon dans un four (ou cokerie) en l'absence d'oxygène (processus appelé cokéfaction) à une température élevée. Ce processus permet d'éliminer les composés volatils, comme l'eau, le soufre et le gaz, et de créer un matériau solide et poreux qui a une teneur très élevée en carbone.

Le coke est principalement utilisé dans les applications métallurgiques comme combustible pour produire un agent réducteur à haute température et à base de monoxyde de carbone (CO) dans un haut fourneau qui convertit le minerai de fer en fer fondu. Le coke métallurgique possède des caractéristiques essentielles adaptées à la fabrication rentable de l'acier.

Coke de charbon ou coke de métallurgie

Tous les cokes ne se valent pas. Le coke de charbon et le coke métallurgique sont tous deux fabriqués à partir de charbon, mais ils ont des objectifs différents. Le coke de charbon, quant à lui, est généralement utilisé comme produit non métallurgique, pour alimenter des processus industriels ou pour fabriquer des produits chimiques. Le coke métallurgique, quant à lui, est préparé et fabriqué pour produire de l'acier et d'autres métaux.

Il existe donc une différence entre le coke de charbon et le coke métallisé. Le coke métallisé est produit avec une résistance, une pureté et une porosité plus élevées pour résister aux températures élevées et aux processus chimiques du haut fourneau. Il doit également brûler proprement, afin d'éviter que des impuretés nocives, comme le soufre ou les cendres, n'entrent dans le processus de fabrication du métal.

La fonction du coke dans un haut fourneau

Source de carburant :

Coke - Source de combustible (utilisée pour faire fondre le minerai de fer). Il subit une combustion à haute température (environ 1 000-1 200 °C) pour créer la chaleur concentrée nécessaire au four. Sans le pouvoir calorifique élevé du coke, le four ne pourrait pas atteindre les températures nécessaires à la fusion du minerai de fer.

agent réducteur :

Lors de la fusion, le coke réagit avec l'oxygène du minerai de fer (oxyde de fer) pour former du monoxyde de carbone, qui réduit à son tour l'oxyde de fer en (fer). Ce processus chimique est nécessaire pour transformer le minerai de fer en fer fondu. Le carbone du coke contribue également à former les liaisons chimiques nécessaires pour réduire le fer du minerai.

Enfin, le coke sert de support structurel au four pour que le gaz et le fer en fusion circulent librement.

Propriétés du coke métallurgique

Haute résistance : Le coke doit résister aux pressions intenses du four. Un coke solide ne se brise pas sous la pression des tonnes de minerai métallique empilées au-dessus de lui au cours du processus de fusion.

Porosité :

Tout type de coke ayant une structure lisse (qui lui confère une grande porosité) permet au gaz de passer librement à travers le coke et favorise des réactions rapides avec le minerai de fer. Il facilite également les échanges de gaz nécessaires à la production de fer fondu.

Faible impureté : Impuretés contenues dans le coke, telles que le soufre, le phosphore et les cendres. Elles contaminent souvent le produit final et affectent en fin de compte la qualité de l'acier. Le coke de bonne qualité doit être composé de carbone presque pur, avec peu d'impuretés.

Stabilité thermique : Capacité du coke à rester stable sous l'effet d'une chaleur élevée sans se décomposer ni réagir chimiquement. Il brûle donc lentement et dégage une chaleur constante dans le four.

Composition du coke métallurgique

Le coke métallurgique est la matière la plus importante utilisée dans la production de fer dans un haut fourneau. Il se compose principalement de carbone (85-90%), avec du soufre, des cendres et de l'humidité en quantités moindres. Les proportions exactes de ces éléments dépendent du type de charbon utilisé et du procédé de cokéfaction.

Carbone : la raison pour laquelle le coke peut servir de combustible et d'agent réducteur est sa forte teneur en carbone. Il réagit avec le minerai de fer en formant du monoxyde de carbone, nécessaire à la réduction du minerai de fer.

Le soufre : L'ennemi de la sidérurgie, soufre rend la production d'acier de mauvaise qualité. Cela signifie que la teneur en soufre du coke métallurgique est réduite au maximum pour obtenir un produit de qualité.

Cendres : la teneur en cendres doit également être faible, car un excès de cendres peut entraîner la formation de scories dans le four, ce qui peut entraîner des défauts dans l'acier.

L'humidité : Le taux d'humidité doit également être contrôlé, car un excès d'humidité empêche une combustion efficace et peut provoquer des réactions chimiques indésirables.

Production de coke et d'acier

Le coke est le matériau de base pour la production d'acier. Il entre dans le haut fourneau pour réduire le minerai de fer en fer fondu afin de produire de l'acier. Dans un haut fourneau, on crée un environnement technique où le coke brûle, réagit et se combine avec le minerai de fer pour produire du fer en fusion. Cette réaction chimique produit du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone qui peuvent à leur tour être utilisés pour réduire le minerai de fer et produire du fer. Le coke génère monoxyde de carbonequi élimine l'oxygène du minerai de fer et permet d'obtenir du fer en fusion pur.

Le fer fondu produit peut ensuite être affiné pour produire de l'acier, les propriétés finales de l'acier étant déterminées par la teneur en carbone. Le produit final est directement influencé par la qualité et la propreté du coke dans le four.

Prix du coke métallurgique

Nous dérivons également le prix du coke métallurgique du prix du charbon brut, de la demande mondiale d'acier et des contraintes de transport. Étant donné que le coke est un intrant primaire dans la production d'acier, les prix du coke suivent de près les fluctuations du prix de l'acier de filature. Le coke étant un élément indispensable du processus de fabrication de l'acier, lorsqu'il y a une augmentation de la demande d'acier, la demande de coke augmente également, ce qui tend à faire monter les prix.

D'autres coûts, tels que les coûts de transport, la disponibilité du charbon et les réglementations environnementales, influencent également les prix du coke. Il est essentiel de comprendre les prix du coke pour les entreprises qui produisent de l'acier, car les changements de prix peuvent avoir une influence considérable sur les coûts de production.

Le rôle du coke dans la métallurgie : Plus qu'un simple combustible

Le coke a pour fonction principale de générer de la chaleur et de servir d'agent réducteur, mais sa qualité affecte également la qualité du produit final. Les propriétés de l'acier sont également influencées par la quantité de coke consommée, sa composition chimique et les réactions chimiques associées.

Par exemple, la teneur en carbone du coke influence la teneur en carbone de l'acier, qui à son tour influence sa dureté, sa résistance et sa ductilité. Le coke assure également la stabilité de la température dans le four, ce qui permet de produire de l'acier dans de meilleures conditions.

Le coke est donc plus qu'un simple combustible : c'est un élément clé de la qualité du produit sidérurgique final.

Conclusion

Le coke fournit la chaleur et le carbone nécessaires pour transformer le minerai de fer en fer fondu, l'étape initiale de la production d'acier. Sans coke, le haut fourneau ne fonctionnerait pas correctement et le processus de fabrication de l'acier serait beaucoup moins efficace. La quantité de coke utilisée dans la production d'acier ayant une incidence sur la qualité du produit final, la qualité et le coût du coke doivent être étroitement surveillés.