<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention constitue un perfectionnement de l'invention selon le brevet belge n P.V.429872,demandé le 14 mars 1956,ou modifie cette dernière; la présente invention a de coke trait à la fabrication de coke métallurgique ou/de haut-fourneau et à un procédé de fusion de métaux et d'alliages ferreux.Plus particulièrement, la présente invention a trait 4 un procédé de production d'un type amélioré de coke qui contient des quantités substantielles de coke de pétrole brut en mélange avec d'autres composants, coke qui convient particulièrement
<Desc/Clms Page number 2>
aux processus métallurgiques et, par exemple, à la fusion de métaux ferreux dans les cubilots.
La présente invention propose un procédé de fabrication de coke de fonderie, qui comprend la formation d'un mélange in- time comprenant notamment une partie majeure de coke de pétrole ayant une teneur en matières volatiles comprise entre environ et environ 14 pour.cent en poids, entre environ 5 et environ 15 pour cent en poids d'anticatie, et un liant d'un brai es- sentiellement hydrocarboné en quantités caractérisées par un rapport dudit brai audit anthracite allant de 4 à 2:1 jusqu'à alors 2,0 à 1:
1/que la proportion dudit anthracite se situe respec- tivement aux niveaux susdits de 5 et dE---15 pour cent, la pro- portion du brai augmentant,entre ces rapports limites, avec la proportion de l'anthracite dans ledit mélange et, pour le rese, un charbon bitumineux foisonnai:ayant une teneur en matières volatiles comprise entre environ 14 et environ 22 pour cent en poids, la majeure partie des particules dudit mé- lange passant à travers un tamis d'un quart de pouce (6,35mm) la formation d'un lit profond dudit mélange dans une zone de cokéfaction verticale étroite et la cokéfaction du mélange par chaleur indirecte à une température comprise entre environ 1800 et environ 2300 F (982,22 et 1260 C).
Le coke de fonderie a été produit presque entièrement à partir de charbons bitumineux -choisis, dans ce qu'on appalle dans cette technique les fours à sous-produits àu à ruche.
Divers charbons à basse et haute teneur en matières volatiles sont broyés et mélangés pour produire un mélange plus ou moins uniforme ou homogène qui est alors mis dans l'appareil de cokéfaction. Le coke de four à ruche est produit dans des rangs de fours circulaires dont le diamètre nominal est de 12 piéds (3,66 m), les charbons mélangés étant chargés sur une profondeur allant jusqu'à 24 pouces (60960 mm). La chaleur de cokéfaction est fournie principalement par la combustion des
<Desc/Clms Page number 3>
matières volatiles des charbons et le foisonnement pendant la carbonisation se fait sans résection. Présentement, un très petit pourcentage du coke métallurgique est produit de cette façon. Le coke "sous-produit" est produit dans des batteries de 30 à 75 fours.
Chaque four a environ 40 pieds(12,192m) de longueur, 10 à 14 pieds (3,048 à 4,267 m) de hauteur et 16 à
20 pouces (406,40 à 508,00 mm) de largeur. Les fours sont dressés parallèlement entre eux et sont chauffés par la combu- tion de gaz dans des carneaux disposés entre les fours succes- sifs.
Les fours sont chargés de 10 à 20 tonnes de mélange de charbons par des orifices supérieurs, fermés hermétiquement Bt soumis à la chaleur indirecte en maintenant la température entre des carneaux/18000 et 2200 F (982,22 et 2204,40 c) Les tem- pératures de cokéfaction sont réglées par la régulation soi- gneuse de la combustion des gaz dans les carneaux, ce qui assure un chauffage égal et l'uniformité de la qualité du coke Le cycle de chauffage peut se situer à toute valeur comprise entre 15 et 30 heures, selon la température du carneau, le type de charbon et les propriétés voulues du coke final.
Le coke de fonderie normalement produit dans des fours à sous-produits est fabriqué en cokéfiant un mélange de char- bons bitumineux à basse et haute teneur en matières volatiles; les types, le nombre et les proportions des composants sont choisis selon les propriétés finales voulues pour le coke. Le coke résultant a généralement une teneur élevée en cendres (8 à 10%) la porosité est en général supérieure à 50% et l'indice de rangibilité est de 90% de plus de 2 pouces (50,80 mm) et 70% de plus de 4 pouces (101,60 mm).
Le poids spécifique apparent est normalement inférieur à 1,D.Lorsqu'on l'emploie dans un cubilot pour fondre des mélanges de mitrail- les, de fonte, etc.. et d'autres composants généralement em- ployés dans la fabrication de divers métaux, ce coke présente un réactivité considérable vis-à-vis du CO2 et de la vapeur
<Desc/Clms Page number 4>
d'eau en ce que les fumées contiennent des quantités apprécia- bles (de 10 à 20% en volume) de CO Puisque l'oxydation du coke par le CO2 et la vapeur d'eau est une réaction endothermi- que, elle nuit au rendement du cubilot. En outre, un supplément de coke peut être ajouté à la charge pour compenser les effets de ce type d'oxydation, ce qui réduit la production ou la vitesse de fusion du cubilot.
Quelques tentatives ont été faites pour introduire le coke de pétrole brut dans les mélanges de charbons bitumineux dans la pratique de fours à sous-produits. Par,'exemple, 5 à 15% en poids de coke de pétrole ont été mélangés aux charbons à cokéfier. Bien que les cokes résultants aient été utiles en tant que combustibles, ils ne satisfont pas aux spécifications imposées aux cokes métallurgiques. Plusieurs tentatives ont aussi été faites de fabriquer le coke dans des fours à sous- produits à partir d'un mélange de coke de pétrole brut et de brai de goudron de houille. Les cokes résultants ont une structure digitale caractéristique, ne résistent pas à la ma- nutention brutale et ne satisfont pas aux spédifications pra- tiques imposées aux cokes de cubilot en ce qui concerne les indices de frangibilité et de dureté.
Il en est de même du coke qui a été produit dans ce qu'on appèlle un four KnoKles à partir d'un mélange de coke de pétrole brut (75 à 95% et de charbon cokéfiant (25 à 5%0
C'est un des buts de la présente invention que de produi- re un coke qui réduise sensiblement la consommation de coke, et augmente les vitesses de fusion dans la pratique de la fonderie, particulièrement lorsqu'il s'agit de fondre les métaux ferreux dans un cubilot.
C'est un autre but de la présente invention que de pro- duire un coke de fonderie de densité améliorée et de porosité réduite.
<Desc/Clms Page number 5>
C'est un autre but de la présente invention que de pro- duire un coke de fonderie ayant une combustibilité (réaction avec ' l'oxygène pour former CO2) d'un degré élevé et une réactivité ré- duite vis-avis du CO et de la vapeur d'eau pour former CO
C'est un autre but de l'invention que de produire un coke de fonderie qui donne très peu de cendres.
C'est un autre but de l'invention que de proposer un pro- cédé de fusion de divers métaux, dans la pratique de f'onderie,. en faisant usage du coke amélioré ici décrit.
C'est un autre but de l'invention que de proposer un pro- cédé perfectionné pour la cokéfaction en four à sous-produits, dans lequel des proportions substantielles de coke de pétrole peuvent être amployées pour obtenir une amélioration marquée du coke de fonderie résultant.
C'est un. autre but de la présente invention que de pro- poser un coke amélioré qui élève la teneur en carbone de ferro- métaux sans détériorer d'autres propriétés du produit.
C'est un autre but de l'invention que de réduire sensi- blement la consommation du coke et d'augmenter les vitesses de fusion et la capacité du cubilot lors de la fusion de métaux fer- reux dans un cubilot.
C'est un autre but de l'invention que de faire usage d'un type amélioré de coke pour la fusion de métaux, ce qui améliore la fluidité du métal fondu et réduit l'influence des gaz occlus dans le produit final.
C'est un autre but de l'invention que d'employer un coke de type amélioré pour la fusion de métaux, qui produit une quan- tité de chaleur plus grande par tonne de coke dans l'appareil de fusion.
C'est un autre but de l'invention que de proposer un pro- cédé de fusion de métaux ferreux par lequel la teneur en carbone du produit final peut être augmentéesans nuire à d'autresproprié-
<Desc/Clms Page number 6>
tés du métal, telles que la dureté, la résistance à la traction, etc..
C'est un autre but de l'invention que de proposer un pro- cédé perfectionné de fusion de métaux ferreux dans un cubilot, dans lequel la concentration de l'oxyde de carbone soit sensible- ment réduite par comparaison à celle qui est observée dans l'ex- ploitation d'un cubilot faisant usage de coke de fonderie ordi- naire.
Les buts susdits et d'autres buts encore, qui apparaîtront lorsqu'on comprendra l'invention ici décrite, sont atteints en formant un mélange carboné dont les composànts sont (a) une par-. tie majeure de coke de pétrole ayant une teneur en matières vola- tiles comprise entre environ 5 et environ 14% en poids, (b) entre environ 5 et environ 15% en poids d'anthracite, (c) entre environ 10 et environ 30% d'un brai hydrocarboné, (d) et le restant des composants comprenant notamment un charbon bituleux foi- sonnant ayant une teneur en matières volatiles comprise entre en- viron 14 et environ 22% La majeure partie de ce mélange et, de préférence, 9U%, doit passer à travers un tamis d'un quart de pouce (6,35 mm.).
Ce mélange est alors mis dans un four à sous- produits dont la construction est décrite ci-ayant et aussi dana Coking Section (la Section de la cokéfaction) de Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 4, The Interscience Encyclopedia, New York, 1949 Le four est normalement chargé par un orifice supé- rieur du mélange de charbons qui remplit le four jusqu'à environ trois quats de sa hauteur.
Le mélange est alors cokéfié par la chaleur indirecte produite par la combustion de gaz dans les car- neaux, l'intérieur des fours étant à ujnetempéraute comprise en- tre environ 1800 et 2200 F (982,22 et 1204,4 C) Le cycle de cokéfaction dépend en général principalement des propriétés fina- les désirées pour le coke et de la température régnant dans les carneaux. Ainsi,à une température finale du four de 1800 F
<Desc/Clms Page number 7>
(982,22 C) le cycle requiert entre environ 20 et 25 neures et à
2300 F (1260 C) il requiert entre 18 et 20 heures.
Les cokes de pétrole employés à produire les cokes métal- lurgiques nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention ici re- vendiquée résultent du cracking thermique de résidus lourds du pétrole, tels que le pétrole brut réduit ou étêté, la matière de recyclage thermiquement craquée, etc.,. La cokéfaction est normalement conduite dans un tambour cylindrique vertical tel que ceux que fabriquent les compagnies Kellogg, Lummus et Foster
Wheeler. Les hydrocarbures lourds sont admis dans le tambour à une température comprise entre 900 et 10000F (482,22 et 537,78
0) *et on laisse se poursuivre l'imprégnation et la carbonisation jusqu'à ce que le tambour soit quasi rempli de coke solide. Cette matière est ôtée du tambour par divers procédés de déchargement connus dans la technique.
On peut aussi employer le coke de pétro- le préparé par une opération de cokéfaction fluidifiée où un ré- sidu lourd du pétrole est amené à passer par un lit fluidifié de particules de carbone ou de coke de pétrole finement divisées à des températures comprises entre 850 et 1000 F (454,44 et 537,780 C) par suite de quoi le coke se dépose sur la surface des parti- cules fluidifiées qui sont périodiquement aspirées de l'appareil à fluidification, d'après leur grosseur. On peut aussi employer le coke de pétrole du type fabriqué selon les procédés décrits dans les brevetsdes Etats-Unis n 2.526.696, 2.561.420, 2,600.78 et 2.609.332..
Normalement, la teneur en matières volatiles du coke de pé- trole est comprise entre environ 5 et environ 14% en poids et, plus habituellement, entre 8 et 12%.
Le brai hydrocarboné qui constitue un ingrédient important dans la fabrication du coke requis pour la mise en oeuvre de la présente invention peut être dérivé du goudron de houille ou du pétrole et doit avoir un poids spécifique de, 1,15 ou davantage.
<Desc/Clms Page number 8>
Le brai de goudron de houille est produit par- la distillatio nor- male ou sous le vide du goudron récupéré de l'exploitation de fours à sous-produits. Les brais de pétrole sont préparés par la distillation, thermique à la pression atmosphérique ou réduite d'hydrocarbures lourds du pétrole et, spécialement, de matières. de recyclage fortement craquées consistant en matières à point: d'ébullition élevé récupérées d'opérations de régénération. Le brai de goudron de houille ou de pétrole doit de préférence avoir- un point de fusion (essai à la bille et à la bague) compris entre
300 et 400 F (148,89 et 204.44 C) car ces matières ort, un résidu coke plus important et des propriétés liantes améliorées.
La de- manderesse a aussi découvert qu'il est important, pour l'obten- tion de propriétés physiques acceptables et satisfaisantes du coke, que le rapport du brai à l'anthracite soit gardé entre certaines limites, à savoir entre environ 2,0 et 1 :1 pourles niveaux res- pectifs de la proportion d'anthracite de 5 et de 15 pour cent, la proportion de brai augmentant progressivement et sensiblement uni- formément dans les limites de ce rapport à mesure que le pourcen- tage d'anthracite dans le mélange augmente de 5 à 15% C'est ce que représente clairement le dessin annexé.
La proportion de brai incorporé dans le mélange carboné total à cokéfier dépend quelque peu des. exigences spécifiques de l'emploi-final du coke et des spécifications caractéristiques des installations où il sera employé. Ainsi, un mélange à forte proportion de brai (mais entre les limites susmentionnées pour le rapport brai : anthracite prescrit) produit un coke plus dur et dense, mais moins résistant au choc et le résultat opposé est obtenu pour des rapports brai : anthracite inférieurs.
La deman- deresse a trouvé que le coke de la plus grande grosseur et/de la plus grande résistance à la fragmentation ( la moindre frangibili- té) est produit à partir d'un mélange carboné ayant un rapport brai : anthracite d'environ 14,; Les mélanges ayant des rapports brai : anthracite extérieurs à la surface hachurée du dessin sont
<Desc/Clms Page number 9>
hors du domaine de la présente invention et produisent des cokes inférieurs.
Les charbons bitumineux employés dans la mise en oeuvre de la présente invention doivent avoir une teneur en matières volatiles comprise entre 14 et 22% en poids et, de préférence, entre 16 et 20% Puisqu'il est désirable de maintenir la teneur en cendres du coke final à une faible valeur, la teneur en cen- dres du charbon doit aussi être faible et ne dépasse normalement pas 7% en poids.
Il faut environ 5 à 15% en poids d'anthracite dans le mé- lange à cokéfier selon la présente invention. On a trouvé que 1'em- ploi de l'anthracite augmentela proportion de morceaux de coke de grandes dimensions, ce'qui est si important pour le coke de fon- derie. De même, la teneur en cendres de l'anthracite doit être aussi faible que possible et ne dépasse normalement pas 15% en poids. Généralement, la grosseur de l'anthracite employé est ce- lui du n 5 Buckwheat. Il est préférable de pulvériser l'anthra- cite à moins de 100 mailles, mais une pulvérisation à 25% sous 40 mailles donne de bons résultats.
Les cokes métallurgiques produits selon la présente inven. tion ont une teneur en carbone supérieure à 95%, une teneur en cendres inférieure à 4%, une teneur en matières volatiles infé- rieure à 1/2%, une porosité inférieure à 50% et, de préférence, inférieure à 40% un indice de frangibilité non inférieur à 50% de plua de 4 pouces (101,60 mm) et non inférieur à 70% de plus de 2 pouces (50,80 mm), une densité apparente plus grande que 1,0 et généralement voisine de 1,25, et une teneur en soufre inférieure à 1%.
Pour la description et les revendications du co- ke métallurgique selon l'invention et du procédé de fabrication de ce dernier, plusieurs définitions ont été adoptées comme suit:
La densité apparente ou globale du coke est le poids en livres anglaises par pied cube selon Method D292-29 de l'ASTM (cette abréviation signifiant : American Society for Testing Ma- terals)
<Desc/Clms Page number 10>
La porosité ou l'espace cellulaire est le rapport entre les poids spécifiques apparent et réel,' déterminé par Method
D167-24 de l'ASTM.
Matières volatiles (abréviation : VU). Cette teneur s'en- 'tend en excluant l'humidité et l'huilé libre qui sont chassés par un chauffage à une température de 400 à 500 F (204,44 à
260 C). La teneur en matières volatiles est déterminée dans un creuset de platine placé dans un four chauffé électriquement et maintenu à des températures de 1742 F¯ 36 F (950 C 2,22 C).
Un échantillon d'un gramme de coke sec à moins de 60 mailles est chauffé pendant 7 minutes et la perte de poids résultante est appleée "matières volatiles"
Cendres. La teneur en¯' cendres est le résidu d'un échan- tillon d'un gramme de coke allumé dans une atmosphère d'oxygène à environ 1742 F (950 C)
Combustibilité. Celle-ci.est la vitesse de réaction du coke avec l'oxygène et est exprimée en fonction de la compositior à l'analyse des fumées pendant'la marche d'un cubilot.
Réactivité. La réactivité du coke vis-vis de l'anhydride carbonique pour former l'oxyde de carbone est déterminée par l'a- nalyse des fumées pendant la marche d'un cubilot.
Frangibilité . Celle-ci est déterminée par le procédé D141-23 de l'ASTM et consiste à laisser tomber un échantillon d'environ 50 livres anglaises (22,679 kg) de coke (d'une grosseur de plus de 2 pouces (50,80 mm) quatre fois sur une lourde plaque d'acier, d'une hauteur de 6 pieds (1,829 m). Une graunlmétrie est pratiquée ensuite sur la matière fragmentée et le pourcentage en poids de la matière brisée retenue sur un tamis à 2 mouces (50,80 mm) est employé en tant qu'indice de résistance.
Dans une réalisation préférée de l'invention, le coke de fonderie est fabriqué en préparant un mélange des composants suivants ;
<Desc/Clms Page number 11>
coke de pétrole (8 à 12% $VM) 40 à 65% en poids.
Anthracite (12% de cendres) 5 à 10% en poids.
Brai de goudron de houille (Point de fusion 350 F) (177 C) 10 à
20% en poids.
Charbon bitumineux (16 à 20% VM) 10 à 20% en poids.
Les composants ci-avant furent broyés de manière que 90% des particules traversent un tamis d'un quart de pouce (6,35 mm).
Ce mélange fut chargé en un lit profond dans un four à sous-pro- duits vertical et cokéfié par la chaleur indirecte pendant 20 à 22 heures à une température comprise entre 1800 C et 2300 F (982,22 et 1260 C) Le coke résultant présentait l'analyse suivante :
Carbone libre : 96% en poids
Cendres 3,0%
Soufre : 0,5%
Matières volatiles : 0,5%
Frangibilité : 90% de plus de 2 pouces (50,80 mm) .
70% de plus de 4 pouces (101,60 mm)
Porosité 35%
Dans une autre réalisation de l'invention, le coke de fonderie est fabriqué en préparant un mélange sensiblement uni- forme des composants suivants : Coke de pétrole (10 à 12% VM) 50 à 55% en poids Brai de goudron de houille (point de fusion 330 F) (166 C) 10
Pocahontas 15 % en poids de Pocahontas Charbon/(bitumineux, 18%-VM) 20 à 25% en poids Anthracite 11 à 13% en poids Les composants ci-ayant furent broyés de manière que 90% des par- ticules passent à travers un tamis d'un quart de pouce (6,35 mm).
Ce mélange fut alors chargé en un lit profond dans un four de co- kéfaction vertical à sous-produits et cokéfié par la chaleur in- directe pendant 22 heures à une température comprise entre 2000 et 22000F (1093,3 et 1204,4 C) Le coke résultant avait ltanaly- se suivante :
<Desc/Clms Page number 12>
Carbone libre : 96% en poids
Cendres : 3,0%
Soufre : 0,4%
Matières volatiles 0,6%
Frangibilité :
92% de plus de 2 pouces (50,80mm)
75% de plus de 4 pouces (101,60 mm) Porosité : 35%
En préparant le mélange carboné à cokéfier selon la pré- sente invention, le coke de pétrole doit être le composant majeur (en poids) et la quantité totale de brai (de goudron de houille ou de pétrole) et de charbon bitumineux foisonnant doit être éga- le ou inférieure au poids du coke de pétrole dans le mélange. Si la proportion de coke de pétrole e st inférieure à 40% du mélange total, les résultats avantageux ici'décrits né sont pas réalisés.
C'est aussi le cas si la proportion de coke de pétrole dépasse 65% en poids du mélange total car, dans ce cas, les indices de frangibilité descendent en-.dessous des valeurs spécifiées accep- tables.
On estime que les résultats améliorés dans l'exploitation d'un cubilot sont dus à une combinaison des propriétés physiques et chimiques de ce coke amélioré, comprenant plus spécifiquement : la forte densité, la faible porosité et ia faible teneur en cen- dres. Puisque la combustibilité est rendue maxium et la réactivi- té est considérablement réduite, le fonctionnement du cubilot a un rendement bien meilleur et les vitesses de fusion sont plus élevées. L'emploi du coke , obet de la présente invention, a per- mis de réduire la consommation en coke du cubilot dans une pro- portion allant jusqu'à 300%, ce qui permet d'enfourner des quan- tités de charge métallique plus grandes par comparaison avec les quantités requises de coke et de fondant.
Un emploi majeur et important du coke fabriqué selon la présente invention est celui qui est fait pour la fusion en cubi- lot de métaux ferreux. Un cubilot est un four du type à cuve ver-
<Desc/Clms Page number 13>
ticale et consiste grosso modo en une.cuve construite généralement de tôle à chaudière garnie de réfractaire. Les cubilots varient .en grandeur et le diamètre intérieur va par exemple de 18 pouces (457,20 mm) à 84 pouces (2,134 m). Le four est pourvu d'une boite à vent et/de tuyères pour l'admission de l'air. Une porte de char- gement en fer est disposée dans le coté de la cuve, généralement à 16 à 22 pieds (4,877 à 6,706 m) au-dessus du fond, porte par laquelle on introduit la charge à fondre et le combustible.
Près du fond de la cuve et généralement de part et d'autre de cette dernière, se trouvent des trous de coulée du métal fondu et du laitier.
En fonctionnement, le fond de la cuve est rempli de coke pour former un lit. Le lit de coke chauffé au-dessus des t'obères est. de 20 à 53 pouces (508 mm à 1,346 m). Ce lit est mis à feu, après quoi, les charges de coke, de fondants et de matière à fon- dre (fonte, mitrailles d'acier, etc;;) sont introduites jusqu'à ce que la cuve du cubilot contienne le nombre voulu de chargesou qu'elle soit remplie jusqu'au niveau de la porte de chargement.
Lors du chargement du cubilot, on place une couche de calcaire ou d'un autre fondant sur le dessus du lit de coke, puis une char- ge de métal, une charge de coke et une autre charge de fondant, etc La charge de calcaire est en général de 20% en poids de la charge de coke en poids et peut varier de 4 à 90 livres anglaises (1,814 à 40,823 kg) par-charge de métal et de .coke, selon la grandeur du cubilot. L'air est introduit par les tuyères dans le lit de coke et la chaleur produite par la combustion du coke provoque la fusion du métal et son écoulement vers le bas, à travers le coke, jusqu'au fond de la cuve du cubilot. Le laitier, qui se forme par l'action du fondant sur les cendres du coke et les impuretés de
EMI13.1
'T fondu Ôrdi- la charge, flotte sur la surface du métal/et on le retire périodiquement par le trou de coulée du laitier.
Le cycle de chauffage varie par exemple de 1 à 16 heures.
<Desc/Clms Page number 14>
Le rapport du fer au coke pour le coke de fonderie ordinaire est compris entre 6 à 1 et 12 à 1. Lorsqu'on a employé le coke selon la présente invention, on a réalisé des rapports de métal à coke allant jusqu'à 20 à 1.
Pour décrire davantage le coke faisant l'objet de la pré- sente invention et son procédé de fabrication, on donne les exem- ples suivants : EXEMPLE
Les composants suivants furent broyés à 90% de matière màins grosse qu'un quart de pouce;(6,35 mm) et soigneusement mélan- gés -:
Coke de pétrole (12, VM) 60% en poids
Brai de goudron de houille (Point de fusion 300 F (148,89
C) 14%
Charbon bitumineux (de Pocahontas, 18% VM) 18%
Anthracite (12% de cendres) 8 %.
Le mélange ci-avant fut cokéfié dans un four à sous-pro- duits vertical en maintenant dans les carneaux une température comprise entre 2000 et 2100 F (1093,3 ,et 1148,9 C) pendant un cycle de 20 heures. Le coke résultant de cette opération présen- tait l'analyse suivante :
Carbone 96%
Cendres 3,5%
Soufre 0,5%
Matières volatiles, moins de 0,5% Indice de frangibilité : gros que 4 pouces (101,60 mm) : 55% plus gros que 3 pouces (76,20 mm) : 72%
Densité apparente 1,20
Ce coke fut employé à fondre un mélange de fonte, de dé- chets de fonderie, de mitrailles d'acier, etc. dans un cubilot ayant un diamètre de 65 pouces (1,65 m) au niveau des tuyères et de 72 pouces (1,823 m) dans la zone de fusion.
On fit
<Desc/Clms Page number 15>
usage d'un lit de coke d'environ 6000,livres anglaises (2721,55 kg). Les rapports normaux fer à coke de ces cubilots sont de 6 à
1 chaque charge de métal étant de 1 tonne. Il a été trouvé que le rapport fer à coke peut être augmenté jusqu'à 18 à 1 en em- ployant le coke amélioré décrit ci-avant, ce qui augmente la vi- tesse de fusion du cubilot de la vitesse normale de 17 tonnes jusqu'à 23 tonnes par heure. Les températures au trou de coulée du métal étaient de 2750 à 2800 F (1510 à 1537,8 C De même, la teneur moyenne en carbone du métal était de 3,5 à 3,7% par comparaison aux valeurs de 3,1 à 3,2% pour le coke de fonderie normal.
Les mimicrophotographies des échantillons du métal produit montraient des pourcentages accrus d'inclusions de graphite, mais la densité et les autres propriétés physiques du métal n'étaient pas abaissées, ce qui indiquaient une répartition du graphite dans toute la masse du métal, meilleure que dans le cas d'un fer fortement carboné produit à l'aide du coke de fonderie ordinaire.
Les analyses des fumées furent obtenues pour toute l'opé- ration et la concentration moyenne du CO était d'environ 6,5% en volume. Ce chiffre est à comparer avec la teneur en CO trouvée par l'analyse dans la pratique ordinaire de fonderie, qui avait une moyenne comprise entre 11 et 12% en volume. Cela explique au moins partiellement les résultats remarquables obtenus et l'aug- mentation observée des rapports fer à coke.
En préparant les mélanges carbonés pour produire le coke selon la présente invention, la demanderesse règle la proportion du brai selon celle de l'anthracite présent, ou vice versa. La tolérance et les besoins en brai du mélange augmentent dans des limites bien définies avec l'augmentation de la proportion d'an- thracite de 5 à 15% en poids du mélange total. Aimais pour un mé- lange contenant 5% d'anthracite, on peut employer 10 à 20% de brai; semblablement,
<Desc/Clms Page number 16>
EMI16.1
dlarithracite 7 de brai rapport brai : anthracide (5) (10 à 20) (4 à 2:1)
10 10 à 25 2,5 à 1:1
15 15 à 30 2,0 à 1:1 sont des rapports typiques du brai à l'anthracite qui sont requis.
Des échantillons supplémentaires de coke métallurgique furent préparés selon les enseignements de la présente invention avec les mélanges suivants : TABLEAU 1
EMI16.2
<tb> Exem- <SEP> Coke <SEP> de <SEP> Charbon <SEP> bi- <SEP> Brai <SEP> de <SEP> Anthracite <SEP> Rapport
<tb>
<tb> ple <SEP> pétrole <SEP> tumineux <SEP> goudron <SEP> brai <SEP> : <SEP> anthracite
<tb>
EMI16.3
n 5l fiUM )à %VIvI de houille
EMI16.4
<tb> % <SEP> Point <SEP> %
<tb> de <SEP> Fus.
<tb>
EMI16.5
F ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI16.6
<tb> 2 <SEP> 45 <SEP> 12 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 400 <SEP> 10 <SEP> 2:1
<tb>
<tb> 3 <SEP> 50 <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 17 <SEP> 400 <SEP> 8 <SEP> 2,1:1
<tb>
<tb> 4 <SEP> 60 <SEP> 10 <SEP> 17 <SEP> 18 <SEP> 15 <SEP> 350 <SEP> 8 <SEP> 1,9:1
<tb>
<tb> 5 <SEP> 70 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 16 <SEP> 10 <SEP> 350 <SEP> 7 <SEP> 1,4:1
<tb>
<tb> 6 <SEP> 75 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 300 <SEP> 5 <SEP> 2:1
<tb>
Les composants de chacun des exemples ci-avant furent broyés de manière que la majorité des particules passent par un tamis d'un quart de pouce (6,35 mm) et de manière à produire un mélange intime des composants . L'opération de cokéfaction fut semblable à celle qui a été décrite dans l'exemple 1.
Tous les cokes produits dans les exemples 2 à 6 présentaient des caracté- ristiques améliorées pour l'exploitation du cubilot et permirent d'utiliser des rapports fer à coke accrus et des vitesses de fu- sion supérieures. Tous ces cokes avaient une porosité inférieure à 50% et valant généralement 35 à 40% une teneur en matières volatiles inférieure à 1,0% une frangibilité caractérisée par 80% de plus de 2 pouces (50,80 mm) et par plus de 60% de plus de 4 pouces (101,60 mm) et une teneur en cendres inférieure à 4% Tous les cokes présentaient une réactivité considérablement infé- rieure à celle qui était observée dans la pratique normale des
<Desc/Clms Page number 17>
cokes de fonderie, même si l'on mélangeaut des charbons à faible et à haute teneur en matières volatiles avec de petites propor- tions de fines d'anthracite.
En mettant en oeuvre le procédé perfectionné ici décrit avec le type particulier de coke dont les propriétés ont été ici décrites, la demanderesse a trouvé qu'il est possible d'augmenter la vitesse de fusion du métal jusqu'à deux fois celle obtenue par l'emploi'du coke de fonderie standard. En outre, la teneur en car- bone du métal final produit est sensiblement augmentée sans dété- riorer d'autres propriétés du métal, telle que la dureté, la ré- sistance à la traction, la teneur en silicium et en manganèse, etc.
De même, une réduction marquée de l'occlusion des gaz dans le mé- final tal/produit a été observée, ce qui est probablement da à l'état sensiblement réducteur de la zone de fusion du cubilot. Ce point de vue se renforce du fait que le métal final produit présente un pourcentage bien inférieur de Fe203 De même, une plus grande fluidité du métal à la coulée du cubilot a été observée même si la température au trou de coulée est inférieure à celle de la pra- tique ordinaire.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention constitutes an improvement of the invention according to Belgian patent No. P.V. 429,872, applied for on March 14, 1956, or modifies the latter; The present invention relates to the manufacture of metallurgical or / blast furnace coke and to a process for smelting metals and ferrous alloys. More particularly, the present invention relates to a process for the production of a type improved coke which contains substantial amounts of crude petroleum coke in admixture with other components, which coke is particularly suitable
<Desc / Clms Page number 2>
metallurgical processes and, for example, the smelting of ferrous metals in cupola furnaces.
The present invention provides a process for the manufacture of foundry coke which comprises forming an intimate mixture comprising in particular a major portion of petroleum coke having a volatile content of between about and about 14 percent by weight. , between about 5 and about 15 percent by weight anticatie, and a binder of a predominantly hydrocarbon pitch in amounts characterized by a ratio of said pitch to said anthracite ranging from 4 to 2: 1 up to then 2.0 to 1:
1 / that the proportion of said anthracite is respectively at the aforementioned levels of 5 and dE --- 15 percent, the proportion of pitch increasing, between these limit ratios, with the proportion of anthracite in said mixture and , for the rese, an expanded bituminous coal: having a volatile matter content of between about 14 and about 22 percent by weight, the majority of the particles of said mixture passing through a quarter-inch sieve (6 , 35mm) forming a deep bed of said mixture in a narrow vertical coking zone and coking the mixture by indirect heat at a temperature between about 1800 and about 2300 F (982.22 and 1260 C).
Foundry coke has been produced almost entirely from selected bituminous coals, in what is referred to in this technique as beehive by-product furnaces.
Various low and high volatile coals are ground and mixed to produce a more or less uniform or homogeneous mixture which is then put into the coker. Beehive kiln coke is produced in rows of circular kilns with a nominal diameter of 12 feet (3.66 m), with the mixed coals loaded to a depth of up to 24 inches (60960 mm). The heat of coking is provided mainly by the combustion of
<Desc / Clms Page number 3>
volatile matter of the coals and the expansion during carbonization takes place without resection. Currently, a very small percentage of metallurgical coke is produced this way. The "by-product" coke is produced in batteries of 30 to 75 ovens.
Each kiln is approximately 40 feet (12,192m) in length, 10 to 14 feet (3,048 to 4,267 m) in height and 16 to
20 inches (406.40 to 508.00 mm) wide. The ovens are set up parallel to each other and are heated by the combustion of gas in flues arranged between the successive ovens.
The ovens are loaded with 10 to 20 tons of mixture of coals through upper ports, hermetically sealed Bt subjected to indirect heat while maintaining the temperature between flues / 18000 and 2200 F (982.22 and 2204.40 c) - Coking peratures are regulated by careful regulation of the combustion of gases in the flues, which ensures equal heating and uniformity of coke quality The heating cycle can be at any value between 15 and 30 hours, depending on the temperature of the flue, the type of coal and the desired properties of the final coke.
Foundry coke normally produced in byproduct furnaces is made by coking a mixture of low and high volatile bituminous coals; the types, number and proportions of the components are chosen according to the final properties desired for the coke. The resulting coke generally has a high ash content (8-10%) the porosity is generally greater than 50% and the rangeability index is 90% over 2 inches (50.80 mm) and 70% more than 4 inches (101.60 mm).
The apparent specific gravity is normally less than 1.0 D. When used in a cupola to melt mixtures of guns, pig iron, etc., and other components generally used in the manufacture of various metals, this coke exhibits a considerable reactivity towards CO2 and vapor
<Desc / Clms Page number 4>
of water in that the flue gases contain appreciable amounts (10 to 20% by volume) of CO Since the oxidation of coke by CO2 and water vapor is an endothermic reaction, it adversely affects the cupola yield. In addition, additional coke can be added to the feed to compensate for the effects of this type of oxidation, which reduces the production or melting rate of the cupola.
Some attempts have been made to introduce crude petroleum coke into mixtures of bituminous coals in the practice of byproduct kilns. For example, 5 to 15% by weight of petroleum coke has been mixed with the coking coals. Although the resulting cokes have been useful as fuels, they do not meet the specifications imposed on metallurgical cokes. Several attempts have also been made to make coke in byproduct ovens from a mixture of crude petroleum coke and coal tar pitch. The resulting cokes have a characteristic digital structure, do not withstand rough handling, and do not meet the practical specifications imposed on cupola cokes for frangibility and hardness ratings.
The same is true of coke which was produced in what is called a KnoKles furnace from a mixture of crude petroleum coke (75 to 95% and coking coal (25 to 5% 0
It is one of the objects of the present invention to produce a coke which substantially reduces the consumption of coke, and increases the melting rates in foundry practice, particularly when it comes to smelting ferrous metals. in a cupola.
It is another object of the present invention to produce foundry coke of improved density and reduced porosity.
<Desc / Clms Page number 5>
It is a further object of the present invention to produce a foundry coke having high combustibility (reaction with oxygen to form CO 2) and low reactivity to CO and. of water vapor to form CO
It is another object of the invention to produce a foundry coke which gives very little ash.
It is another object of the invention to provide a process for melting various metals in the practice of foundry. by making use of the improved coke described herein.
It is a further object of the invention to provide an improved process for byproduct furnace coking, in which substantial proportions of petroleum coke can be increased to achieve a marked improvement in the resulting foundry coke. .
It's a. It is another object of the present invention to provide an improved coke which increases the carbon content of ferro-metals without deteriorating other properties of the product.
It is a further object of the invention to significantly reduce the consumption of coke and to increase the melting rates and capacity of the cupola furnace when melting ferrous metals in a cupola.
It is another object of the invention to make use of an improved type of coke for melting metals, which improves the fluidity of the molten metal and reduces the influence of gases occluded in the final product.
It is another object of the invention to employ an improved type coke for melting metals which produces a greater amount of heat per ton of coke in the melter.
It is another object of the invention to provide a method of melting ferrous metals by which the carbon content of the final product can be increased without harming other properties.
<Desc / Clms Page number 6>
tees of the metal, such as hardness, tensile strength, etc.
It is another object of the invention to provide an improved method of melting ferrous metals in a cupola, in which the concentration of carbon monoxide is substantially reduced as compared to that observed in. the operation of a cupola using ordinary foundry coke.
The aforesaid objects and still other objects, which will become apparent upon understanding the invention described herein, are achieved by forming a carbonaceous mixture of which the components are (a) a part. major portion of petroleum coke having a volatile content of between about 5 and about 14% by weight, (b) between about 5 and about 15% by weight of anthracite, (c) between about 10 and about 30 % of a hydrocarbon pitch, (d) and the remainder of the components comprising in particular a thickening bituminous coal having a volatile matter content of between about 14 and about 22% The major part of this mixture and, preferably, 9U%, must pass through a quarter-inch (6.35 mm.) Sieve.
This mixture is then placed in a byproduct oven, the construction of which is described above and also in the Coking Section of Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 4, The Interscience Encyclopedia, New York, 1949 The furnace is normally charged through an upper orifice with the mixture of coals which fills the furnace to about three quats of its height.
The mixture is then coked by the indirect heat produced by the combustion of gas in the flames, the interior of the furnaces being at a temperature of between about 1800 and 2200 F (982.22 and 1204.4 C) The cycle In general, the coking process depends mainly on the final properties desired for the coke and on the temperature in the flues. Thus, at a final oven temperature of 1800 F
<Desc / Clms Page number 7>
(982.22 C) the cycle requires between about 20 and 25 neurons and
2300 F (1260 C) it requires between 18 and 20 hours.
The petroleum cokes used to produce the metallurgical cokes necessary for carrying out the invention claimed here result from the thermal cracking of heavy petroleum residues, such as reduced or topped crude oil, the thermally recycled material. cracked, etc.,. Coking is normally carried out in a vertical cylindrical drum such as those manufactured by the Kellogg, Lummus and Foster companies.
Wheeler. Heavy hydrocarbons are admitted into the drum at a temperature between 900 and 10000F (482.22 and 537.78
0) * and the impregnation and carbonization are allowed to continue until the drum is almost filled with solid coke. This material is removed from the drum by various unloading methods known in the art.
It is also possible to employ the petroleum coke prepared by a fluidized coking operation where a heavy petroleum residue is passed through a fluidized bed of finely divided carbon particles or petroleum coke at temperatures between 850 and 1000 F (454.44 and 537.780 C) whereby the coke settles on the surface of the fluidized particles which are periodically sucked from the fluidizer, depending on their size. Petroleum coke of the type made according to the methods described in United States Patents Nos. 2,526,696, 2,561,420, 2,600,78 and 2,609,332 can also be employed.
Normally, the volatiles content of petroleum coke is between about 5 and about 14% by weight, and more usually between 8 and 12%.
The hydrocarbon pitch which constitutes an important ingredient in the manufacture of the coke required for the practice of the present invention can be derived from coal tar or petroleum and should have a specific gravity of 1.15 or more.
<Desc / Clms Page number 8>
Coal tar pitch is produced by normal or vacuum distillation from the tar recovered from the operation of byproduct kilns. Petroleum pitches are prepared by the distillation, thermal at atmospheric or reduced pressure of heavy petroleum hydrocarbons and, especially, materials. Highly cracked recycle material consisting of high boiling point materials recovered from reclamation operations. Coal tar or petroleum tar pitch should preferably have a melting point (ball and ring test) between
300 and 400 F (148.89 and 204.44 C) because these materials provide a higher coke residue and improved binding properties.
Applicants have also found that it is important, in order to obtain acceptable and satisfactory physical properties of coke, that the ratio of pitch to anthracite be kept within certain limits, namely between about 2.0 and 1: 1 for the respective levels of the anthracite proportion of 5 and 15 percent, the pitch proportion gradually and substantially uniformly increasing within this ratio as the anthracite percentage increases. in the mixture increases from 5 to 15% This is clearly shown in the accompanying drawing.
The proportion of pitch incorporated in the total carbonaceous mixture to be coked depends somewhat on the. specific requirements of the end-use of the coke and the characteristic specifications of the installations where it will be used. Thus, a mixture with a high pitch ratio (but between the aforementioned limits for the prescribed pitch: anthracite ratio) produces a harder and dense coke, but less impact resistant and the opposite result is obtained for lower pitch: anthracite ratios.
The applicant has found that the coke of the greatest size and / of the greatest resistance to fragmentation (least frangibility) is produced from a carbonaceous mixture having a pitch: anthracite ratio of about 14. ,; Mixtures with pitch: anthracite ratios outside the hatched area of the design are
<Desc / Clms Page number 9>
outside the scope of the present invention and produce lower cokes.
The bituminous coals employed in the practice of the present invention should have a volatile content of between 14 and 22% by weight and, preferably, between 16 and 20% Since it is desirable to maintain the ash content of the carbon. final coke at a low value, the ash content of the coal should also be low and normally not exceed 7% by weight.
About 5 to 15% by weight of anthracite is required in the coking mixture according to the present invention. It has been found that the use of anthracite increases the proportion of large sized pieces of coke which is so important for foundry coke. Likewise, the ash content of anthracite should be as low as possible and normally not exceed 15% by weight. Usually the size of the anthracite used is that of No. 5 Buckwheat. It is preferable to spray anthracite within 100 mesh, but a 25% spray below 40 mesh works well.
Metallurgical cokes produced according to the present inven. tion have a carbon content greater than 95%, an ash content of less than 4%, a volatile content of less than 1/2%, a porosity of less than 50% and preferably less than 40%. frangibility index of not less than 50% greater than 4 inches (101.60 mm) and not less than 70% greater than 2 inches (50.80 mm), a bulk density greater than 1.0 and generally in the region of 1.25, and a sulfur content of less than 1%.
For the description and the claims of the metallurgical cap according to the invention and of the manufacturing process thereof, several definitions have been adopted as follows:
The bulk or bulk density of coke is the weight in English pounds per cubic foot according to ASTM Method D292-29 (this abbreviation means: American Society for Testing Materials)
<Desc / Clms Page number 10>
Porosity or cell space is the ratio of apparent and actual specific gravities, 'determined by Method
ASTM D167-24.
Volatile matter (abbreviation: VU). This content is understood to exclude moisture and free oil which is driven off by heating to a temperature of 400 to 500 F (204.44 to
260 C). The volatile matter content is determined in a platinum crucible placed in an electrically heated furnace and maintained at temperatures of 1742 F¯ 36 F (950 C 2.22 C).
A one gram sample of less than 60 mesh dry coke is heated for 7 minutes and the resulting weight loss is labeled "volatiles".
Ashes. The ash content is the residue of a one gram sample of coke ignited in an oxygen atmosphere at about 1742 F (950 C)
Combustibility. This is the rate of reaction of coke with oxygen and is expressed as a function of the composition in the analysis of the fumes during operation of a cupola.
Reactivity. The reactivity of coke to carbon dioxide to form carbon monoxide is determined by analysis of the fumes during operation of a cupola.
Frangibility. This is determined by ASTM Method D141-23 and involves dropping a sample of approximately 50 English pounds (22.679 kg) of coke (larger than 2 inches (50.80 mm) in size. four times on a heavy steel plate, 6 feet (1.829 m) high. A grading is then performed on the fragmented material and the percentage by weight of the broken material retained on a 2-soft sieve (50, 80 mm) is used as an index of resistance.
In a preferred embodiment of the invention, foundry coke is made by preparing a mixture of the following components;
<Desc / Clms Page number 11>
petroleum coke (8 to 12% $ VM) 40 to 65% by weight.
Anthracite (12% ash) 5 to 10% by weight.
Coal tar pitch (Melting point 350 F) (177 C) 10 to
20% by weight.
Bituminous coal (16 to 20% VM) 10 to 20% by weight.
The above components were ground so that 90% of the particles passed through a quarter inch (6.35mm) screen.
This mixture was charged into a deep bed in a vertical by-product oven and coked by indirect heat for 20 to 22 hours at a temperature between 1800 C and 2300 F (982.22 and 1260 C) The resulting coke presented the following analysis:
Free carbon: 96% by weight
Ash 3.0%
Sulfur: 0.5%
Volatile matter: 0.5%
Frangibility: 90% greater than 2 inches (50.80 mm).
70% larger than 4 inches (101.60 mm)
Porosity 35%
In another embodiment of the invention foundry coke is made by preparing a substantially uniform mixture of the following components: Petroleum coke (10 to 12% MV) 50 to 55% by weight Coal tar pitch (point fusion 330 F) (166 C) 10
Pocahontas 15% by weight of Pocahontas Coal / (bituminous, 18% -VM) 20 to 25% by weight Anthracite 11 to 13% by weight The above components were ground so that 90% of the particles passed through a 1/4 inch (6.35mm) sieve.
This mixture was then charged to a deep bed in a vertical byproduct coketing furnace and coked by indirect heat for 22 hours at a temperature between 2000 and 22000F (1093.3 and 1204.4 C). The resulting coke had the following analysis:
<Desc / Clms Page number 12>
Free carbon: 96% by weight
Ash: 3.0%
Sulfur: 0.4%
Volatile matter 0.6%
Frangibility:
92% over 2 inches (50.80mm)
75% greater than 4 inches (101.60 mm) Porosity: 35%
In preparing the carbonaceous mixture to be coked according to the present invention, petroleum coke should be the major component (by weight) and the total amount of pitch (coal tar or petroleum) and swelling bituminous coal should be equal. - the or less than the weight of petroleum coke in the mixture. If the proportion of petroleum coke is less than 40% of the total mixture, the advantageous results described herein are not achieved.
This is also the case if the proportion of petroleum coke exceeds 65% by weight of the total mixture since, in this case, the frangibility indices fall below the acceptable specified values.
The improved results in cupola operation are believed to be due to a combination of the physical and chemical properties of this improved coke, including more specifically: high density, low porosity and low ash content. Since combustibility is maximized and reactivity is considerably reduced, cupola operation is much more efficient and melting rates are higher. The use of coke, object of the present invention, has made it possible to reduce the coke consumption of the cupola furnace by up to 300%, which makes it possible to bake larger amounts of metal charge. large compared to the required amounts of coke and flux.
A major and important use of the coke made according to the present invention is that of the cubicle smelting of ferrous metals. A cupola is a furnace of the vat type
<Desc / Clms Page number 13>
ticale and consists roughly of a tank generally constructed of boiler plate lined with refractory. Cupolas vary in size and internal diameter ranges, for example, from 18 inches (457.20 mm) to 84 inches (2.134 m). The furnace is provided with a wind box and / with nozzles for the air intake. An iron loading door is placed in the side of the tank, generally 16 to 22 feet (4.877 to 6.706 m) above the bottom, through which the load to be melted and the fuel are introduced.
Near the bottom of the tank and usually on either side of the tank are tap holes for molten metal and slag.
In operation, the bottom of the tank is filled with coke to form a bed. The heated coke bed above the oberes is. from 20 to 53 inches (508 mm to 1.346 m). This bed is ignited, after which the charges of coke, fluxes and molten material (cast iron, steel scrap, etc ;;) are introduced until the cupola tank contains the number load or that it is filled to the level of the loading door.
When loading the cupola, a layer of limestone or other flux is placed on top of the coke bed, followed by a load of metal, a load of coke and another load of flux, etc. The load of limestone is generally 20% by weight of the coke charge by weight and can vary from 4 to 90 lbs (1.814 to 40.823 kg) per charge of metal and coke, depending on the size of the cupola. Air is introduced through the tuyeres into the coke bed and the heat produced by the combustion of the coke causes the metal to melt and flow downward through the coke to the bottom of the cupola tank. The slag, which is formed by the action of the flux on the ashes of the coke and the impurities of
EMI13.1
The melted load, floats on the surface of the metal, and is periodically removed through the slag taphole.
The heating cycle varies for example from 1 to 16 hours.
<Desc / Clms Page number 14>
The ratio of iron to coke for ordinary foundry coke is from 6 to 1 to 12 to 1. When coke has been employed according to the present invention, metal to coke ratios of up to 20 to 1 have been achieved. 1.
To further describe the coke which is the subject of the present invention and its manufacturing process, the following examples are given: EXAMPLE
The following components were ground to 90% material only a quarter of an inch thick (6.35 mm) and thoroughly mixed -:
Petroleum coke (12, VM) 60% by weight
Coal tar pitch (Melting point 300 F (148.89
C) 14%
Bituminous coal (from Pocahontas, 18% VM) 18%
Anthracite (12% ash) 8%.
The above mixture was coked in a vertical byproduct oven maintaining a temperature in the flues between 2000 and 2100 F (1093.3, and 1148.9 C) during a 20 hour cycle. The coke resulting from this operation presented the following analysis:
Carbon 96%
Ash 3.5%
Sulfur 0.5%
Volatile matter, less than 0.5% Frangibility index: larger than 4 inches (101.60 mm): 55% larger than 3 inches (76.20 mm): 72%
Apparent density 1.20
This coke was used to melt a mixture of pig iron, foundry waste, steel scrap, & c. in a cupola having a diameter of 65 inches (1.65 m) at the nozzles and 72 inches (1.823 m) in the melting zone.
We did
<Desc / Clms Page number 15>
use of a coke bed of about 6000 British pounds (2721.55 kg). The normal coking iron ratios for these cupolas are 6 to
1 each load of metal being 1 ton. It has been found that the iron to coking ratio can be increased up to 18: 1 by employing the improved coke described above, which increases the melting rate of the cupola from the normal speed of 17 tons up to. 'at 23 tons per hour. Temperatures at the metal's taphole were 2750-2800 F (1510-1537.8 C Likewise, the average carbon content of the metal was 3.5 to 3.7% compared to values of 3.1 to 3.2% for normal foundry coke.
Microphotographs of samples of the metal produced showed increased percentages of graphite inclusions, but the density and other physical properties of the metal were not lowered, indicating a distribution of graphite throughout the mass of the metal, better than in the case of a strong carbonaceous iron produced using ordinary foundry coke.
Flue gas analyzes were obtained for the entire operation and the average CO concentration was about 6.5% by volume. This figure should be compared with the CO content found by analysis in ordinary foundry practice, which had an average of between 11 and 12% by volume. This at least partially explains the remarkable results obtained and the observed increase in iron to coking ratios.
In preparing the carbonaceous mixtures to produce the coke according to the present invention, the Applicant regulates the proportion of the pitch according to that of the anthracite present, or vice versa. The tolerance and pitch requirements of the mixture increase within well-defined limits with the increase in the proportion of anthracite from 5 to 15% by weight of the total mixture. As for a mixture containing 5% anthracite, 10 to 20% pitch can be used; similarly,
<Desc / Clms Page number 16>
EMI16.1
pitch dlarithracite 7 pitch ratio: anthracid (5) (10 to 20) (4 to 2: 1)
10 10 to 25 2.5 to 1: 1
15 to 30 2.0 to 1: 1 are typical ratios of pitch to anthracite which are required.
Additional samples of metallurgical coke were prepared according to the teachings of the present invention with the following mixtures: TABLE 1
EMI16.2
<tb> Exem- <SEP> Coke <SEP> of <SEP> Coal <SEP> bi- <SEP> Pitch <SEP> of <SEP> Anthracite <SEP> Report
<tb>
<tb> ple <SEP> petroleum <SEP> tuminous <SEP> tar <SEP> pitch <SEP>: <SEP> anthracite
<tb>
EMI16.3
n 5l fiUM) at% VIvI of hard coal
EMI16.4
<tb>% <SEP> Point <SEP>%
<tb> of <SEP> Fus.
<tb>
EMI16.5
F ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI16.6
<tb> 2 <SEP> 45 <SEP> 12 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 400 <SEP> 10 <SEP> 2: 1
<tb>
<tb> 3 <SEP> 50 <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 17 <SEP> 400 <SEP> 8 <SEP> 2.1: 1
<tb>
<tb> 4 <SEP> 60 <SEP> 10 <SEP> 17 <SEP> 18 <SEP> 15 <SEP> 350 <SEP> 8 <SEP> 1.9: 1
<tb>
<tb> 5 <SEP> 70 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 16 <SEP> 10 <SEP> 350 <SEP> 7 <SEP> 1.4: 1
<tb>
<tb> 6 <SEP> 75 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 300 <SEP> 5 <SEP> 2: 1
<tb>
The components of each of the above examples were ground so that the majority of the particles passed through a quarter inch (6.35 mm) screen and so as to produce an intimate mixture of the components. The coking operation was similar to that described in Example 1.
All of the cokes produced in Examples 2 through 6 exhibited improved characteristics for cupola operation and allowed the use of increased coking ratios and higher melt rates. All of these cokes had a porosity of less than 50% and typically 35 to 40% a volatile content of less than 1.0% a frangibility characterized by 80% over 2 inches (50.80 mm) and over 60 % greater than 4 inches (101.60 mm) and an ash content of less than 4% All cokes exhibited considerably lower reactivity than observed in normal practice.
<Desc / Clms Page number 17>
Foundry cokes, even when mixing low and high volatile coals with small amounts of anthracite fines.
By implementing the improved process described here with the particular type of coke, the properties of which have been described here, the Applicant has found that it is possible to increase the rate of melting of the metal up to twice that obtained by use of standard foundry coke. Further, the carbon content of the final metal produced is substantially increased without deteriorating other properties of the metal, such as hardness, tensile strength, silicon and manganese content, etc.
Likewise, a marked reduction in gas occlusion in the metal / product was observed, which is probably due to the substantially reducing state of the melting zone of the cupola. This view is reinforced by the fact that the final metal produced has a much lower percentage of Fe203. Similarly, greater fluidity of the metal at cupola pouring has been observed even though the temperature at the taphole is lower than that of ordinary practice.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.