Ce que vous devez savoir sur le charbon métallurgique

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Le charbon métallurgique, également connu sous le nom de charbon à coke, est utilisé pour produire du coke, la principale source de carbone utilisé dans la fabrication de l'acier. Le charbon est une roche sédimentaire naturelle formée au cours de millions d'années lorsque les plantes et autres matières organiques sont enfouies et soumises à des forces géologiques. La chaleur et la pression provoquent des changements physiques et chimiques qui se traduisent par un charbon riche en carbone.

Charbon métallurgique

Le charbon métallurgique se distingue du charbon thermique, utilisé pour l'énergie et le chauffage, par sa teneur en carbone et sa capacité d'agglomération. Le mottage fait référence à la capacité du charbon à être converti en coke, une forme pure de carbone qui peut être utilisée dans les fours à oxygène basiques. Le charbon bitumineux - généralement classé comme une qualité métallurgique - est plus dur et plus noir. Il contient plus de carbone et moins d'humidité et de cendres que les charbons de bas rang.

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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 les impuretés minérales et la capacité du charbon à fondre, gonfler et se resolidifier quand chauffé. Les trois principales catégories de charbon métallurgique sont:

  1. Charbons durs à coke (HCC)
  2. Charbon à coke semi-mou (SSCC)
  3. Charbon d'injection de charbon pulvérisé (PCI)

Les charbons à coke durs comme l'anthracite ont de meilleures propriétés de cokéfaction que les charbons à coke semi-tendres, ce qui leur permet de gagner un prix plus élevé. Australian HCC est considéré comme la référence de l'industrie.

Bien que le charbon PCI ne soit pas souvent classé comme charbon à coke, il est toujours utilisé comme source d'énergie dans le processus de fabrication de l'acier et peut partiellement remplacer le coke dans certains hauts fourneaux.

Fabrication de coke

La fabrication du coke est en fait la carbonisation du charbon à des températures élevées. La production a normalement lieu dans une batterie à coke située à proximité d'une aciérie intégrée. Dans la batterie, les fours à coke sont empilés en rangées. Le charbon est chargé dans les fours et chauffé en l'absence d'oxygène jusqu'à des températures d'environ 1 100 degrés Celsius (2 000 degrés Fahrenheit).

Sans oxygène, le charbon ne brûle pas. Au lieu de cela, il commence à fondre. Les températures élevées volatilisent les impuretés indésirables, telles que l'hydrogène, l'oxygène, l'azote et le soufre. Ces effluents gazeux peuvent être collectés et récupérés comme sous-produits ou brûlés comme source de chaleur.

Après refroidissement, le coke se solidifie sous forme de morceaux de carbone cristallin poreux 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 d'entrée initial influencent fortement la qualité finale du coke produit. Le manque d'un approvisionnement fiable en qualités de charbon individuelles signifie que les fabricants de coke utilisent souvent aujourd'hui des mélanges de jusqu'à 20 charbons différents pour offrir aux sidérurgistes un produit cohérent.

Il faut environ 1,5 tonne métrique de charbon métallurgique pour produire une tonne métrique (1 000 kilogrammes) de coke.

Coke dans la sidérurgie

Les fours à oxygène de base (BOF), qui représentent 70% de la production d'acier dans le monde, nécessitent minerai de fer, coke et fondants comme matière première dans la production d'acier.

Une fois que le haut fourneau est alimenté avec ces matériaux, de l'air chaud est insufflé dans le mélange. L'air fait brûler le coke, élevant la température à 1 700 degrés Celsius, ce qui oxyde les impuretés. Le processus réduit la teneur en carbone de 90% et donne un fer fondu appelé métal chaud.

Le métal chaud est ensuite drainé du haut fourneau et envoyé au BOF, où la ferraille et le 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 nuances d'acier.

En moyenne, environ 630 kilogrammes de coke sont nécessaires pour produire une tonne métrique 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 nécessitera moins de coke et de flux. L'utilisation d'un produit de haute qualité réduit en fait les coûts de production et donne un meilleur métal chaud.

En 2013, on estime que 1,2 milliard de tonnes métriques de charbon ont été utilisées par l'industrie sidérurgique. La Chine est le premier producteur et consommateur mondial de charbon à coke, avec environ 527 millions de tonnes métriques en 2013. L'Australie et les États-Unis suivent, produisant respectivement 158 ​​millions et 78 millions de tonnes métriques.

Le marché international du charbon à coke, sans surprise, dépend fortement de l'industrie sidérurgique.

Les principaux producteurs sont BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American et Rio Tinto.

Plus de 90% du commerce maritime total de charbon métallurgique provient des expéditions d'Australie, du Canada et des États-Unis.

Sources

Valia, Hardarshan S. Production de coke pour la fabrication de fer de haut fourneau. Aciérie.
URL: www.steel.org
Institut mondial du charbon. Charbon et acier (2007).
URL: www.worldcoal.org

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