FR2587713A1 - Procede de fabrication de coke moule par chauffage electrique dans un four a cuve et four a cuve pour la fabrication d'un tel coke - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE SUIVANT L'INVENTION CONSISTE A INTRODUIRE UNE PREMIERE PARTIE DE LA FRACTION DES GAZ DE TETE RECYCLES A LA BASE DE LA PARTIE INFERIEURE 23 DU FOUR POUR ASSURER UN REFROIDISSEMENT PRIMAIRE DU COKE; ET A INTRODUIRE LE RESTE DE LA FRACTION DES GAZ DE TETE RECYCLES SOUS FORME D'UN COURANT DE REFROIDISSEMENT SECONDAIRE CIRCULANT A CONTRE-COURANT DE LA MASSE DE COKE ISSUE DE LA PARTIE INFERIEURE 23 DU FOUR DANS UNE ZONE 34 RELIEE DE FACON ETANCHE A LA SORTIE DE LA PARTIE INFERIEURE 23; LE COURANT DE REFROIDISSEMENT SECONDAIRE ETANT ENSUITE SOUTIRE 40 DE LA ZONE 34 ET REINTRODUIT EN TETE DE FOUR POUR DILUER LES GAZ PRODUITS ET MAINTENIR LES MOYENS DE RECUPERATION 15A ET 15B DE CES GAZ, A UNE TEMPERATURE SUFFISAMMENT ELEVEE POUR EMPECHER TOUTE CONDENSATION; ET LE COKE FROID ETANT EVACUE DE LA ZONE 34 PAR UN SAS ETANCHE 46.

Description

L'invention concerne un procédé de fabrica-

tion de coke moulé et un four a cuve pour la fabrica-

tion d'un tel coke dans lequel la chaleur de chauffage et de cokéfaction est fournie par un apport d'énergie électrique et transférée par un courant gazeux recy- clé. On connait des procédés de fabrication de coke moulé dans un four à cuve, dans lequel un massif de boulets de charbon moulés circule de haut en bas, à contre-courant d'un courant gazeux recyclé provenant d'une fraction du gaz produit par la cokéfaction et

prélevé en tête du four pour être réintroduit à la ba-

se de ce dernier.

La cokéfaction des boulets moulés a lieu dans une zone médiane du four par apport gazeux de la distillation.

On a proposé de réaliser cet apport de cha-

leur, initialement réalisé.a l'aide de brûleurs, par dissipation d'énergie électrique par effet Joule, ce qui a pour conséquence d' éviter la dilution des gaz de cokéfaction récupérés en tête de four par les fumées

résultant de la combustion, dont le volume est impor-

tant, en particulier, lorsque les brûleurs sont ali-

mentés à l'air, et accroit ainsi considérablement la valeur calorifique des gaz de cokéfaction récupérés en

tête de four.

Dans une première approche, l'énergie calo-

rifique a été apportée par un chauffage électrique

extérieur, du type four électrique à résistance, ce-

pendant cette technique a un rendement et une effica-

cité médiocres car le massif de coke n'est pas chauffé uniformément. En effet le coke subit en parois une

surchauffe excessive et trop rapide qui est préjudi-

ciable à la tenue mécanique des boulets (éclatement et

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fissuration) et a leur qualité métallurgique (réacti-

vité). Diverses publications, a savoir les brevets

FR-A-628.168, US-A-2.127.542, DE-A-409.341 et FR-A-

2.529.220 ont proposé, pour résoudre ces problèmes,

d'apporter l'énergie calorifique de cokéfaction direc-

tement dans la zone concernée, par conduction électri-

que dans le massif de boulets chauds, en générant des

courants électriques entre des électrodes diamétrale-

- y --rnemt pppo e-e$spa-r-ees- --par le massif de boulets à cokéfier. Dans le brevet FR-A-2.529.220, le four à cuve se présente sous forme d'une colonne a section droite, sensiblement uniforme sur toute la hauteur intérieure du lit de boulets moulés en circulation, comportant, d'une part des électrodes disposées dans une zone médiane de la paroi latérale du four, et

d'autre part, des électrodes mobiles, qui sont intro-

duites par la partie supérieure du four dans le lit même de boulets en circulation, et disposées de façon réglable a un niveau du four supérieur a celui des

électrodes fixes.

Un des inconvénients majeurs de ce type de

four réside dans la difficulté d'assurer une conduc-

tion électrique appropriée du lit de boulets de char-

bon moulé en circulation, afin de régler de façon ho-

mogéne et optimale l'apport calorifique nécessaire à la cokéfaction des boulets. En effet la conductibilité électrique du massif de boulets est liée, pour une part, à la qualité et a la reproductibilité des contacts individuels des boulets entre eux et donc à

la répartition des pressions internes de ce massif ob-

tenues par compactage. Or, un compactage localité ou généralisé, excessif de ce lit, constitue une entrave

à l'écoulement "fluide" des matériaux et à une circu-

lation correcte du lit, qui n'est pas admissible.

Par ailleurs, le passage de courant locali-.

sé, provoquant un échauffement local par effet Joule du massif de boulets, diminue considérablement la ré- sistivité et provoque une concentration des courants

électriques dans une zone qui est déjà trop chaude.

Cette difficulté n'est pas convenablement maîtrisée par les moyens décrits ci-dessus, et le réglage de l'équilibre thermique du lit de boulets en

circulation n'est pas assuré, ce qui est pourtant né-

cessaire au contrôle de la qualité de la cuisson des

boulets. (progressive, régulière, homogène, précise).

L'invention a pour but de remédier à ces in-

convénients en fournissant un procédé de fabrication de coke moulé dans un four à cuve verticale dont la

structure optimise la répartition de l'apport d'éner-

gie calorifique convenablement réparti sur toute-la

section du four, tout en assurant une circulation cor-

recte du massif de coke et en réalisant les conditions

optimales de cokéfaction des boulets de charbon mou-

lés.

Elle a ainsi pour objet un procédé de fabri-

cation de coke moulé dans un four à cuve verticale du type comprenant à sa partie supérieure des moyens étanches d'introduction d'une charge de boulets moulés crus et des moyens de récupération des gaz produits;

- et a sa partie inférieure, des moyens étanches'd'éva-

cuation du coke et des moyens d'introduction d'un cou-

rant gazeux, dans lequel on fait circuler un courant

gazeux recyclé en écoulement ascendant à contre-cou-

rant de la charge descendante de boulets de charbon

moulés constituant un lit mobile descendant; on sou-

met les boulets de charbon moulés à une étape de pré-

chauffage et de dévolatilisation dans une première zone correspondant a la partie supérieure du four, puis a une étape de carbonisation et de cokéfaction

dans une seconde zone correspondant a la partie média-

ne du four, et une étape de refroidissement des bou- lets cokéfiés dans une troisième zone correspondant à la partie inférieure du four; on récupère au sommet du four les gaz de tête produits par la distillation et la cokéfaction des charbons; et on recycle une fraction de ces gaz de tête pour constituer le courant gazeux recyclé, caractérisé en ce que l'on introduit

une première partie de la fraction des gaz de tête re-

cyclés à la base de la troisième zone pour assurer un refroidissement primaire du coke et le reste de la

fraction des gaz de tête recyclés sous forme d'un cou-

rant de refroidissement secondaire circulant à contre-

courant de la masse de coke issue de la troisième zone, dans une quatrième zone reliée de façon étanche

à la sortie de la troisième zone, le courant de re-

froidissement secondaire étant ensuite soutiré de la

quatrième zone et réintroduit en tête de four pour di-

luer les gaz produits et maintenir les moyens de récu-

pération de ces gaz a une température suffisamment élevée pour empêcher toute condensation; et le coke froid étant évacué de la quatrième zone par un sas étanche.

Selon d'autres caractéristiques de l'inven-

tion - La phase de cokéfaction terminale est réalisée par dissipation d'énergie électrique par effet 3oule. dans

le lit de boulets devenus conducteurs, jusqu'à la tem-

pérature finale souhaitée. Les gaz recyclés, réchauf-

fés par échange thermique lors du refroidissement pri-

maire des boulets, sont surchauffés sur les boulets

chauffés électriquement; ils transportent et transfè-

rent successivement cette chaleur aux boulets en cours de carbonisation, distillation et préchauffage dans

les zones supérieures du four.

- Le chauffage électrique est réalisé par cond-;ction

électrique dans le lit mobile de boulets moulés coké-

fiés d'un courant généré entre au moins deux électro-

des diamétralement opposées, placées dans les parois

de la cuve au niveau de la seconde zone.

- Le chauffage électrique est réalisé par induction de

courants électriques dans le lit mobile de boulets co-

kéfiés qui garnissent la partie inférieure de la deu-

xième zone.

L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication de coke moulé métallisé, caractérisé en

ce qu on cokéfie, par un procédé tel que défini ci-

dessus, une charge de boulets moulés préparés en com-

pactant une pâte constituée d'un liant, simple ou mix-

te, d'un mélange de charbons appropries, et de fines

particules d'un matériau à base de l'élément métalli-

que a incorporer au coke. sous forme métallique ou oxydée. Le matériau a base de l'élément métallique

est constitué d'oxydes de fer, de minerais de manga-

nése et de poussières résultant de la production du ferro-manganese, de concentrés de chromites pour la production de ferro-chrome, de fines de quartz et de

poudres de silice qu il faut recycler pour la produc-

tion de ferro-silicium.

L'invention a en outre pour objet un four à cuve pour la fabrication de coke moulé se présentant

sous forme d'une enceinte sensiblement tubulaire déli-

mitant une première zone de préchauffage correspondant à la partie supérieure de l'enceinte, une seconde zone de carbonisation et cokéfaction correspondant à la zone médiane de l'enceinte et une troisième zone de

refroidissement du coke correspondant a la partie in-

férieure de l'enceinte, le four comportant à son som-

met des moyens étanches d'introduction d'une charge

constituée de boulets moulés crus et des moyens de ré-

cupération des gaz produits et à sa base des moyens

étanches d'évacuation du coke et des moyens d'admis-

sion d'un courant gazeux recyclé, les moyens d'admis-

sion étant reliés, a l'extérieur du four, aux moyens

de récupération des gaz produits par des moyens de re-

cyclage, et des moyens de chauffage électrique dispo-

sés dans la paroi de la seconde zone de carbonisation et cokéfaction, caractérisé en ce que le four comprend

une quatrième zone étanche de refroidissement secon-

daire reliée en amont aux moyens d'évacuation de la

troisième zone et en aval à un sas étanche d'évacua-

tion, la quatrième zone comportant à sa base au moins

une conduite d'alimentation en courant gazeux secon-

daire de refroidissement reliée aux moyens de recycla-

ge, et à son sommet. aux moins une conduite de retour des gaz de refroidissement secondaire connectée à la partie supérieure du four au voisinage des moyens de récupération des gaz produits par la distillation et

la cokéfaction du charbon.

Les moyens étanches d'introduction de la

charge sont constitués par un sas étanche d'alimenta-

tion de la charge débouchant à sa partie inférieure

dans la premiere zone du four par une cloche de dis-

tribution, le sas d'alimentation étant lui-même ali-

menté par une trémie tournante.

Les moyens d'évacuation du coke issu de la

troisième zone comprennent une sole tournante et mobi-

le en translation verticale débouchant, par l'intermé-

diaire d'un sas étanche, dans la quatrième zone de re-

froidissement secondaire.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de chauffage électrique sont du type par conduction et constitués par au moins une paire d'électrodes diamétralement opposées, disposées à la base de la paroi de la seconde zone de l'enceinte du four, ladite paroi formant, dans cette zone, un étranglement de la section intérieure de passage du lit de boulets moulés délimité par un épaulement

contre lequel sont logées les électrodes fixes.

Dans un mode de réalisation préféré de l'in-

vention, les électrodes sont constituées de segments dont le profil en coupe verticale est en forme de L s'étendant le long de chaque côté de l'épaulement de

sorte qu'une des branches du L soit horizontale.

Dans le cas d'une cuve à section circulaire, les segments d'électrodes sont circulaires et séparés

des autres par une paroi intercalaire en matériau ré-

fractaire et isolant en forme de plan incliné corres-

pondant à la pente de l'épaulement délimité par le

profil en L des électrodes.

Ce profil en L est choisi de préférence car

il provoque une accumulation en talus de boulets coke-

fiés et très conducteurs sur l'électrode qu'ils protè-

gent. Ce talus protecteur est constamment renouvelé;

il prolonge l'électrode tout en la protégeant de i'a-

brasion du lit de coke moulé descendant, et il isole celui-ci de la zone chaude de cuisson et des gaz du courant gazeux recyclé, très chauds à ce niveau. Il en résulte une diminution des pertes thermiques et une meilleure tenue mécanique des électrodes, surtout si

celles-ci sont en cuivre allié refroidi.

Selon une variante du mode de réalisation du

chauffage par conduction, le four comporte une encein-

te intérieure en forme d'ogive en un matériau réfrac-

taire munie d'une électrode centrale coopérant avec une électrode périphérique circulant le long de la paroi interne de l'enceinte. Les deux électrodes sont

alimentées par une source de courant continu ou mono-

phasé.

Selon un second mode de réalisation de l'in-

vention, les moyens de chauffage électrique sont du

type par induction et constitués par une bobine d'in-

duction coaxiale à la cuve et logée dans le revêtement

réfractaire du four.

- Dans une variante, le four comporte une en-

ceinte intérieure en forme d'ogive en un matériau ré-

fractaire, dans laquelle est logé un noyau magnétique feuilleté. On améliore encore la bonne répartition de l'énergie de chauffage en enroulant autour de ce noyau magnétique une bobine d'induction interne, coaxiale à la bobine d'induction externe, et alimentée en phase avec cette dernière, par une même source de courant à moyenne fréquence.: Selon encore une autre variante, les moyens

de chauffage par induction sont constitués d'un ensem-

ble de paires de bobines d'induction disposées radia-

lement dans la paroi réfractaire du four, définissant

un inducteur externe générant un champ tournant tra-

versant horizontalement la cuve.

Selon une modification de cette variante adaptée aux fours de gros diamètre, le four comporte une enceinte intérieure en forme d'ogive en matériau

réfractaire dans laquelle est logé un inducteur inter-

ne constitué d'un ensemble de bobines radiales dispo-

sées en regard des bobines de l'inducteur externe et déterminant un ensemble de-paires de bobines couplées qui coopèrent pour générer un champ tournant entre

l'inducteur externe et l'inducteur interne.

Selon encore un autre mode de réalisation

mixte, les moyens de chauffage électrique sont consti-

tués de la combinaison d'au moins une paire d'électro-

des telles que décrites précédemment générant un

chauffage par conduction, et d'au moins une bobine gé-

nérant un chauffage par induction.

L'invention sera décrite, ci-après, en dé-

tail à l'aide des dessins annexés qui en représentent plusieurs modes de réalisation. Sur ces dessins: La Fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un four de cokéfaction circulaire selon la

présente invention.

La Fig. 2A est une vue en coupe horizontale

selon le plan 2-2 de la Fig. 1 d'une première varian-

te, à deux paires d'électrodes alimentées par une

source de courants diphasés (transformateur Scott).

La Fig. 2B est un schéma de principe de l'a-

limentation des électrodes de la Fig. 2A.

La Fig. 3A est une vue en coupe horizontale selon le plan 2-2 de la Fig. 1 d'une seconde variante à trois paires d'électrodes alimentées par une source

de courants triphasés.

La Fig. 3B est un schéma de principe de

l'alimentation des électrodes de la Fig. 3A.

La Fig. 4 est une vue en coupe radiale ver-

ticale selon la ligne 4-4 de la Fig. 3A de la paroi du

four dans la zone d'une électrode.

La Fig. 5 est une vue en coupe radiale et verticale selon la ligne 5-5 de la Fig. 3A de la paroi

du four.

La Fig. 6 est une vue en perspective d'une

batterie a trois unités de fours à coke selon l'inven-

tion dans une variante à section droite rectangulaire.

avec trois paires d'électrodes opposées alimentées en courant triphasé. La Fig. 7 est une vue partielle, en coupe axiale, de la partie inférieure d'une variante du four

de la Fig. 1, avec une alimentationen courant monopha-

sé ou continu.

La Fig. 8 est une vue en coupe horizontale

selon le plan 8-8 du four de la Fig. 7.

La Fig. 9 est une vue schématique partielle

en coupe axiale verticale d'un second mode de réalisa-

tion du four selon l'invention, chauffé par induction

simple.

La Fig. 10 est une vue schématique partielle en coupe axiale verticale d'une seconde variante du

four selon la Fig. 9, avec chauffage par induction ex-

térieure et axiale.

La Fig. 11 est une vue schématique partielle en coupe axiale verticale d'une troisième variante du

four selon la Fig. 9 avec chauffage par induction ex-

térieure de champs tournants.

La Fig. 12 est une vue schématique partielle en coupe axiale verticale d'une quatrième variante du

four selon la Fig. 9, avec chauffage par induction ex-

térieure et intérieure de champs tournants.

La Fig. 13 est une vue schématique en coupe horizontale selon le plan 1313 du four selon la Fig.

12 illustrant le principe de branchement des induc-

teurs. La Fig. 14 est une vue schématique partielle d'un mode de réalisation mixte de l'invention, avec un chauffage par conduction monophasé et par induction extérieure.

Le procédé de l'invention consiste a coké-

fier, de façon continue, dans un four a cuve chauffé électriquement, par conducteur et/ou par induction, des boulets de charbons séchés agglomérés par des liants et moulés sous presse.

La pyrolyse des boulets dans le four provo-

que l'émission de gaz de distillation des charbons et des liants, dont une grande partie est recyclée à la

base du four, apres épuration sommaire. Ces gaz recy-

clés forment un courant gazeux ascendant qui assure le refroidissement des boulets dans la partie inférieure

du four et l'échauffement progressif, à contre-cou-

rant, des boulets qui descendent la partie supérieure

du four.

Les boulets sont successivement préchauffés et séchés, puis défumés. La carbonisation assure alors

la consolidation mécanique des boulets.

Le chauffage progressif des boulets élimine complètement les matières volatiles vers 850C et les

boulets deviennent alors conducteurs de l'électricité.

On utilise cette conductibilité pour faire passer dans

le lit de boulets des courants électriques qui provo-

quent un chauffage des boulets par effet Joule dans leur masse et aux points de contact entre eux. Ce

chauffage électrique achève la cuisson et la cokéfac-

* tion des boulets à la température souhaitée.

Le lit de boulets se comporte alors comme une grille chauffante-qui surchauffe à contre-courant

le courant gazeux ascendant issu de la partie infé-

rieure du four dans laquelle les boulets cokéfiés sont refroidis. Cette surchauffe du gaz a aussi pour effet de craquer les hydrocarbures lourds encore contenus

dans le gaz. Le courant gazeux ascendant est alors es-

sentiellement constitué d'hydrogene (et de méthane).

Par ses propriétés thermiques et électriques particu-

lières, il constitue un excellent vecteur d'échange de chaleur entre les gaz et les boulets, qui évite la

formation d'arcs et de décharges entre les boulets.

Les boulets moulés crus sont préparés en ré-

alisant tout d'abord une pâte par malaxage avec un liant mixte (brai, goudron, asphalte...) des charbons

préalablement mélangés, séchés, broyés et préchauffés.

La pâte préchauffée est ensuite compactée sous forme

de boulets dans une presse à frettes cylindriques tan-

gentes.

Le four à cuve représenté à la Fig. 1 com-

porte une enveloppe métallique ou blindage 1 munie sur

sa face interne d'un revêtement réfractaire 2 délimi-

tant une enceinte 3 sensiblement tubulaire, et légère-

ment tronconique dans sa partie supérieure, dans la-

quelle est chargé un massif de boulets moulés consti-

tuant le lit mobile 4. Dans la variante représentée à la Fig. 1, l'enceinte 3 est de section circulaire,

mais peut également présenter une section rectangulai-

re comme illustré à la Fig. 6.

Le four a cuve est chargé a son sommet par des moyens étanches d'introduction des boulets moulés crus, qui comprennent une trémie tournante 5 alimentée en boulets par un transporteur a bande 6 commandé par

un détecteur 7 de niveau de charge placé dans la tré-

mie. La trémie 5 comporte a sa partie inférieure une cloche tournante 8 dont l'ouverture, sous l'action d'un vérin 9, libere l'introduction des boulets dans un sas étanche d éclusage 10 comportant des conduites 11a, 11b de purge par un gaz neutre. Le sas étanche 10 est fermé à sa partie inférieure débouchant dans le

four, par une cloche de distribution 12 dont l'ouver-

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ture est commandée par un vérin 13 en fonction des

indications d'un-détecteur 14 de niveau de charge pla-

cé en tête de la cuve.

L'ouverture des cloches 12 et 8 est réalisée en séquence en fonction des indications du capteur 14. Le four est également muni à son sommet de

moyens de récupération des gaz produits qui sont cons-

titués par deux conduites 15a, 15b, de grand diamètre, débouchant dans l'enceinte du four de part et d'autre

de la cloche tournante de distribution 12.

Le gaz de cokerie récupéré par les conduites a, 15.b est envoyé dans une installation d'épuration primaire schématisée en 16 pour subir un traitement de refroidissement, lavage, dégoudronnage et condensation

sommaire de l'eau et de la naphtaline. Le gaz ainsi

traité est recyclé pour une fraction de 60 à 80 Z vers le four par une conduite de recyclage 17 et envoyé pour la fraction restante par une conduite 18 vers un

gazomètre de stockage non représenté via une installa-

tion d'épuration secondaire classique schématisée en 19. L'enceinte 3 du four comporte trois zones fonctionnelles distinctes. La partie supérieure de

l'enceinte correspond a une première zone 20 de cuis-

son o les boulets sont progressivement préchauffés, défumés par distillation des charbons et liants et subissent une première phase de carbonisation, par le

courant de gaz chauds ascendant s'écoulant à contre-

courant. La partie médiane correspond à une deuxième zone 21 de fin de carbonisation et de cokéfaction à la base de laquelle sont installés les moyens 22 de chauffage électrique, logés dans la paroi interne du

revêtement réfractaire 2.

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Une troisième zone 23 de refroidissement primaire du coke formé occupe la partie inférieure de

l'enceinte et comporte a sa base des moyens d'admis-

sion d'un courant gazeux recyclé provenant de l'ins-

tallation d'épuration primaire 16. Ces moyens compren-

nent un ensemble de conduites 24 d'admission du cou-

rant recyclé primaire issues d'une circulaire d'ali-

mentation 25, elle-même reliée à la conduite de recy-

clage 17 par une conduite 26 sur laquelle est montée une vanne 27 de réglage de débit commandée en fonction

des indications fournies par des capteurs de tempéra-

ture 28 situés en tête de four. La circulation du gaz

recyclé dans la conduite 17 est assurée par un venti-

lateur 29 et le débit d'admission d'une première par-

tie des gaz recyclés, correspondant au courant primai-

re, envoyés dans la conduite 26 est réglé pour mainte-

nir la température détectée par les capteurs 28 à un

point de consigne prédéterminé, pour éviter la conden-

sation des goudrons sur les boulets enfournés et sur

les parois internes du four.

Le four comporte a sa base des moyens d'éva-

cuation du coke issu de la troisième zone 23 qui com-

prennent une sole tournante 30 entrainée en rotation

par un groupe moto-réducteur 31 et mobile en transla-

tion verticale grâce à un vérin d'ajustement de hau-

teur 32.

La sole tournante 30 met en communication la troisième zone 23 du four avec un sas 33 débouchant lui-même dans une quatrième zone 34 de refroidissement

secondaire du coke.

La quatrième zone 34 de refroidissement se-

condaire comporte à sa base des conduites d'admission

d'un courant secondaire du refroidissement corres-

pondant à la partie restante du courant gazeux recy-

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clé. Ces conduites 35 sont issues d'une circulaire 36 reliée par une conduite 37., via une vanne de réglage de débit 38, à la conduite de recyclage 17. La vanne 38 est commandée en fonction des indications fournies par un capteur de température 39 mesurant la teipéra- ture moyenne du coke présent dans la quatrième zone 34 de refroidissement secondaire du coke. Le débit de la partie restante des gaz recyclés introduits sous forme d'un courant de refroidissement secondaire, est réglé pour maintenir la température du coke détectée par le

capteur 39 à un point de consigne prédéterminé, infé-

rieur à la température maximale de manutention normale

du coke.

Cette quatrième zone 34 de refroidissement

secondaire comporte à sa partie supérieure des condui-

tes 40 débouchant dans une circulaire 41 collectrice du courant de refroidissement secondaire, elle-même reliée par une conduite 42, sur laquelle est monté un

ventilateur 43, à une circulaire 44 de retour du cou-

rant secondaire de refroidissement entourant la partie supérieure du four o s'effectue la récupération des gaz produits et débouchant dans celleci par des

conduites de retour 45.

La quatrième zone 34 de refroidissement est reliée, en aval, à un sas étanche d'éclusage 46 muni de conduites de purge 47, 48 et lui-même relié à une trémie d'évacuation 49 libérant le coke froid sur un

extracteur doseur à bande 50.

L'ouverture séquentielle et automatique des clapets 51, 52 et 53 de communication entre le sas 33, la quatrième zone 34 et le sas d'éclusage étanche 46, est commandée respectivement par des vérins 54, 55 et

56 en fonction des indications fournies par un détec-

teur de niveau de charge 57 situé en tête de la qua-

trième zone.

La structure du four tel que précédemment décrit, permet par son dispositif de recyclage des gaz

divisés en un courant primaire et un courant secondai-

re, d'une part l'optimisation du profil thermique du four dans la zone de carbonisation par le réglage du

courant primaire, et d'autre part d'éviter une accumu-

lation de goudrons condensables dans le haut de la cuve grâce au maintien de la température en tête du four, à au moins 150'C, et à l'entrainement de ces

goudrons par dilution dans le courant secondaire ex-

trait de la quatrième zone de refroidissement.

Les boulets quittant la première zone attei-

gn nt unJf ftempératnureede 850'C environ, à partir de

laquelle la conductibilité électrique devient appré- ciable et augmente de façon considérable pour plafon-

ner aux environs de 1100 C.

C'est dans la partie inférieure de la secon-

de zone o règnent des températures supérieures à

900'C que sont amenés ou induits des courants électri-

ques qui surchauffent les boulets jusqu'à la tempéra-

ture finale de cokéfaction, ajustée de 950 à 1250'C

suivant la réactivité du coke que l'on souhaite pro-

duire. (1100'C pour un coke sidérurgique).

Les boulets cokéfiés descendent dans la par-

tie inférieure du four correspondant à la troisième

zone 23 de refroidissement primaire, à la base de la-

quelle est injecté le courant de gaz froid recyclé qui est utilisé comme vecteur de transfert thermique dans

les différentes zones du four.

Apres refroidissement, les boulets cokéfiés extraits en continu de la troisième zone au moyen d'une sole tournante, sont évacués en deux temps. Dans une quatrième zone de refroidissement secondaire du coke, les boulets sont complètement refroidis par un courant secondaire de gaz recyclé, qui est ensuite renvoyé en tête du four; puis, ils sont défournés par le sas d'éclusage final, purgé avec du gaz neutre, ce qui élimine tout risque d'explosion. Le coke moulé est

extrait froid puis criblé, avant expédition.

Par rapport au coke produit dans une batte-

rie de fours classiques, la fabrication de coke moulé électrique cumule les avantages du coke cuit au gaz, a

ceux du procédé électrique.

Tout d'abord, par rapport au coke classique, la fabrication du coke moulé présente les avantages suivants: _ Diversification des approvisionnements en charbons

et diminution du prix de revient de la pâte à coke.

Le procédé permet l'utilisation massive d'anthracites, de charbons maigres, d'inertes, de

poussier de coke, de coke de pétrole et la substitu-

tion de charbons fusibles fondants par des liants,

tels que brais, goudrons et résidus asphaltiques.

- La décentralisation de la production du coke.

Le procédé permet de produite du coke moulé avec des unités plus petites, adaptées aux besoins en quantité et qualité (formes, dimensions, température

de cuisson et réactivité du coke).

- La diminution des coûts d'investissements de plus de

X, pour une même production.

- Une efficacité thermique bien supérieure puisque les gaz de tête sortent a environ 150 C et les boulets sont extraits froids du four a cuve alors que dans une batterie classique, les gaz sortent a 500'C, le coke est défourné a plus de 1000 C, et les fumées sont a

plus de 400'C a la cheminée.

- Un meilleur rendement en coke, car le refroidiss-

ment à sec des boulets, dans du gaz neutre, n'oxyde

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pas le carbone du coke comme le fait la vapeur d'eau

de l'extinction humide classique.

Par ailleurs, par rapport au coke moulé cuit

dans une flamme de gaz, le coke moulé électrique pré-

sente les avantages suivants: - La production d'un gaz de distillation riche, sans hydrocarbures lourds, car le gaz n'est pas dilué dans les fumées de combustion, et le recyclage provoque le craking des hydrocarbures. Ce gaz peut être valorisé comme combustible de four, ou bien pour en extraire

l'hydrogène qu'il contient.

- Un excellent rendement en coke attribuable à l'ab-

sence de toute combustion et/ou oxydation superficiel-

le des boulets dans le four.

- La maîtrise de la qualité physique et chimique du coke. _ La combinaison du chauffage électrique et du

contre-courant gazeux de recyclage permet une cokéfac-

tion progressive avec un contrôle précis de la tempé-

rature des différentes zones: défumage et précuisson,

carbonisation et cokéfaction électrique, refroidisse-

ment des boulets.

- L'homogénéité-de la température de cuisson assure la

régularité de la qualité du coke.

- Le contrôle de température de cuisson permet de mai-

triser la réactivité du coke produit: coke réactif

pour électrométallurgie (cuit a basse température).

coke de fonderie à très faible réactivité (cuit à hau-

te température: 1300'C). coke de haut fourneau à ré-

activité ajustée.

- Le choix du calibre du coke.

L'apport de l'énergie électrique au front de

cokéfaction dans chaque boulet permet une cuisson pro-

gressive interne dans la zone à haute température. Il

est possible de prduire des cokes de plus gros cali-

bre, homogènes qui conviennent mieux au haut-fourneau

ou au cubilot, car leur résistance mécanique est net-

tement meilleure que celle des boulets cuits au gaz.

- La faible inertie du four.

Le contrôle électrique rapide du chauffage permet l'adaptation à des changements d'allure, les

corrections aux disfonctionnements (cuisson) et faci-

lite les arrêts et démarrages.

- L'absence de pollution et des conditions de travail améliorées.

L'extraction des boulets s'effectue à sec.

Le four est étanche a l'enfournement et au défourne-

ment. La pollution de l'atmosphère est donc limitée et

les conditions de travail sont, par conséquent, consl-

dérablement meilleures.

- La faisabilité des petites et moyennes unités.

Les petites unités produisant sur place la quantité et la qualité du coke souhaitées, peuvent être rentables, car elles sont automatisables et ne sont pas lourdement penalisées par un investissement

plus élevé.

Les moyens de chauffage 22 disposés dans la partie inférieure de la seconde zone 21 correspondent

à deux modes de réalisation qui vont être décrits ci-

après.

Selon un premier mode de réalisation corres-

pondant a un chauffage électrique du type par conduc-

tion, la paroi interne du revêtement réfractaire 2 délimitant l'enceinte 3, forme un rétrécissement de la section intérieure de passage du lit de boulets moulés

à la partie inférieure de la seconde zone 21. Ce ré-

trécissement est délimité par un épaulement 58 formé

le long de la paroi de l'enceinte 3.

2 5 8 7 7 1 3

Comme cela est plus particulièrement visible à la Fig. 4, des électrodes 59 présentant un profil en coupe verticale en forme de L s'étendent le long de chaque côté de l'épaulement 58 de sorte que l'une des branches du L soit horizontale. L'électrode 59 est en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple

en cuivre et fixée par un tirant 60 qui la traverse.

ainsi que le revêtement réfractaire 2, à l'extérieur du blindage 1 par des moyens classiques tels qu'écrou et contre écrou. Le tirant 60 est électriquement isolé

du blindage 1 par l'interposition d'un matériau iso-

lant électrique sous forme de disques 61. L'extrémité du tirant 60 extérieure au blindage forme une borne 62

sur laquelle est fixée un câble d'alimentation élec-

trique 63 de l'électrode relié a la source de courant

64, représentée sur la Fig. 1.

La zone du revêtement réfractaire 2 immédia-

tement adjacente à l'électrode 59 est refroidie par un

tube 65 de circulation interne de fluide de refroidis-

sement disposé en serpentin le long des deux faces de

l'électrode 59 en regard du revêtement réfractaire.

L'électrode peut aussi être refroidie directement par circulation interne du fluide de refroidissement. Dans le cas d'une cuve à section circulaire représentée aux

Fig. 2A et 3A, les électrodes 59 sont en forme de seg-

ments circulaires diamétralement opposés et séparés les uns des autres par une paroi intercalaire 66 de séparation plus nettement visible à la Fig. 5. Cette

paroi 66 est en forme de plan incliné suivant une in-

clinaison correspondant à la pente de l'épaulement 58

contre lequel sont logées les électrodes 59.

Selon une première variante du premier mode

de réalisation utilisant une alimentation à la fré-

quence du réseau, on dispose autour de la cuve une

25877 13

paire d'électrodes 59 par phase. Les électrodes d'une même phase sont diamétralement opposées dans la cuve, comme indiqué aux Fig. 2A et 3A, de façon à assurer le passage du courant au centre du four. Leur tension d'alimentation est réglable (phase par phase) par ac-

tion sur le secondaire du transformateur d'alimenta-

tion. Selon la dimension du four, il y a place et nécessité de disposer, sur la périphérie du four, deux

ou trois paires d'électrodes.

Pour les fours de petit diamètre, par exem-

ple inférieur ou égal à 2 m, on réalise une alimenta-

tion diphasée, telle qu'illustrée aux Fig. 2A et 2B, à l'aide d'un transformateur SCOTT, selon le schéma de

branchement de la Fig. 2A, qui transforme une alimen-

tation primaire triphasée en un secondaire diphasé (phases repérées 1 et lb d'une part et 2 et 2b d'autre

part) de tension réglable.

Dans le cas de fours de plus grand diamètre, par exemple 3 a 4 m, illustrés aux Fig. 3A et 3B, on alimente les trois paires d'électrodes repérées 1, lb;

2, 2b; 3, 3b; selon le schéma triphasé de la Fig. 3B.

Les électrodes 59 constituées de segments circulaires dont la section est en forme de L reposent

à l'intérieur du four sur une margelle réfractaire re-

froidie 67 (Fig. 4). Il se forme, sur chacune de ces

électrodes, un talus naturel de boulets fortement gra-

phitisés (par surcokéfaction locale entrainée par le

temps de séjour prolongé des boulets à haute tempera-

ture) et très conducteurs, qui protègent les électro-

des 59 et répartissent les densités de courant dans la

charge ascendante.

Chaque électrode est séparée de sa voisine

par la paroi intercalaire 66 réfractaire, isolante.

résistant a l'abraslon (par exemple en briques en car-

bure de silicium, liées au nitrure de silicium) dont la conicité assure une légère compression progressive de la charge au droit des électrodes en cuivre afin

d'améliorer et d'homogénéiser la conductibilité élec-

trique du lit de boulets en cours de cokéfaction.

Au contraire, sous la zone de cokéfaction comprimée, à l'entrée de la zone de refroidissement primaire 23, le diamètre du four s'agrandit rapidement de manière à détasser le lit de boulets, à augmenter

les résistances électriques de contact entre les bou-

lets et éviter les courants parasites dans la zone de refroidissement o ils chaufferaient les boulets déjà

cokéfiés en pure perte.

* La largeur développée des segments circu-

laires des électrodes 59 est choisie approximativement

égale à la largeur des parois intercalaires 66 réfrac-

taires de façon à éviter des passages préférentiels entre phases ou même des courts-circuits d'une phase à

l'autre sur la périphérie du four.

La présente invention a été décrite ci-des-

sus en référence à un four dont la cuve présente une section circulaire. Sur la Fig. 6 est représentée une

variante dans laquelle la section de la cuve est rec-

tangulaire. La structure de ce four est sensiblement analogue à celle décrite en référence à la Fig. 1 en ce qui concerne les moyens d'introduction de la charge de boulets moulés crus et de récupération du coke, de

même qu'en ce qui concerne le recyclage du gaz de co-

kerie récupéré par deux conduites collectrices 70 et 71 situées en tête du four et renvoyé à la base de la zone de refroidissement primaire par deux conduites 72

et 73. Dans ce cas également- le refroidissement du co-

ke a lieu en deux stades entre lesquels sont partagées

les fractions de gaz recyclées, comme précédemment in-

diqué. Une différence essentielle réside dans la

forme linéaire des électrodes 74 de conduction du cou-

rant électrique disposées sur des côtés opposés de la section rectangulaire qui reposent sur des margelles 75. Ces électrodes ont également un profil en forme de L, sur lequel s'accumule un talus de boulets fortement graphitisés.

Pour une application industriellement inté-

ressante en alimentation triphasée, les fours sont

groupés par trois unités comme représenté à la Fig. 6.

Chaque phase du courant alimente à partir d'un trans-

formateur 76 une paire d'électrodes en cuivre. Les électrodes d'une même phase sont disposées en regard l'une de l'autre le long de chacune des grandes faces du four et sont séparées de la paire d'électrodes

adjacentes par une paroi réfractaire d'isolation 77.

Selon une variante du premier mode de réa-

lisation de l'invention illustré aux Fig. 7 et 8, le four circulaire comporte une enceinte intérieure 80 en forme d'ogive en un matériau réfractaire, alors que la structure de l'enceinte 3 du four reste identique en toutes ses parties périphériques. Cette enceinte 80

porte une électrode centrale 81, tronconique, qui as-

sure le retour des courants traversant le massif de boulets chauds en cours de cokéfaction et provenant d'une électrode périphérique 82 circulaire de section en forme de L courant le long du périmètre intérieur

de la cuve au-dessus de la margelle 67.

Cette disposition vise a éviter les courants

parasites entre les électrodes alimentées par des pha-

ses différentes, et à assurer le passage du courant au

centre du four. L'alimentation est assurée, entre l'é-

lectrode périphérique 82 branchée en anode et l'élec- trode centrale 81 formant cathode, par une source de courant continu, par exemple un redresseur 83, ou une

source de courant monophasé pour un four de petite ca-

pacité. L'enceinte ogivale 80 est montée sur une

tige 84 traversant en son centre une colonne 85 assu-

rant le support et la mobilité de la sole tournante

annulaire 86.

Pour régler la hauteur de la zone de coké-

faction électrique, l'enceinte ogivale 80 est dépla-

çable verticalement sous l'action d'un vérin 87 placé sous la tige 84. A sa partie supérieure la tige 84 est surmontée d'un isolateur 88 qui empêche le passage de

courants parasites de retour le long de la tige 84.

L'électrode centrale 81 en forme de tronc de

cône est réalisée en un matériau résistant à l'abra-

sion tel que le carbure de silicium densifié suffisam-

ment conducteur de l'électricité pour limiter les

échauffements localisés des parois de la cathode 81.

La cathode 81 repose sur un manchon 89 en un matériau

isolant réfractaire. Les courants de retour par la ca-

thode 81 cheminent jusqu'au pied du four par un conducteur refroidi, isolé 90 logé dans l'axe creux de

la tige 84.

La colonne 85 est montée coulissante, par exemple par un système de cannelures non représentées,

dans une couronne dentée conique 91 assurant l'entrai-

nement en rotation de la colonne grâce à un pignon co-

nique 92 avec lequel elle engraine, le pignon 92 étant

monté en bout d'arbre de sortie d'un groupe motoréduc-

teur 93. Le coulissement vertical de la colonne est assuré par un vérin 94. Le débit d'extraction du coke, homogène sur toute la périphérie est réglé en ajustant la vitesse de rotation de la sole doseuse et là hau-

teur de celle-ci.

Un refroidissement de la cathode 81 est as-

suré par circulation à partir d'une conduite 95 d'un

courant de gaz réfrigéré qui s'échappe par le jeu an-

nulaire ménagé entre l'enceinte ogivale et la colonne à l'endroit o l'enceinte 80 vient coiffer cette dernière.

Selon un second mode de réalisation, illus-

tré en détail aux Fig. 9 à 13, le chauffage électrique

est réalisé par induction.

Comme représenté à la Fig. 9, les moyens de

chauffage disposés à la base de la zone 21 de cokéfac-

tion comprennent une bobine d'induction 100 coaxiale à l'enceinte 3 et logée dans la paroi réfractaire 2 du

four. Des noyaux d'acier doux 101 feuilletés vertica-

lement sont disposés radialement autour de la bobine et canalisent les lignes de retour du champ. La

bobine 100 est alimentée par un générateur 102 à mo-

yenne fréquence, comprise entre environ 50 et 1000

Hertz.

Le conducteur électrique qui constitue la bobine 100 est un tube creux, dans lequel circule un fluide de refroidissement introduit en 103 et soutiré en 104, qui est lui-meme relié par des conducteurs 105

et 106 au générateur 102.

Les noyaux feuilletés 101 constituent une culasse magnétique refroidie par circulation de fluide de refroidissement introduit par la conduite 107 et

soutiré par la conduite 108.

L'expression de la puissance volumique (puissance électrique disslpée par unité de volume de coke), établie pour la variante a la Fig. 9 montre que le rayon de la cuve et la conductibilité des boulets ont une influence déterminante sur les puissances dé-

veloppées localement dans le lit.

En particulier, les champs d'induction étant faibles au centre du four, cette première variante présente l'inconvénient de chauffer de façon inégale les boulets passant a la paroi et ceux passant au centre du four, qui risquent d'être insuffisamment chauffés. Dans le cas de fours de grosse capacité

(diamètre de 3 mètres et plus) pour lesquels le cou-

rant gazeux ascendant aura une efficacité limitée a réduire les hétérogénéités de chauffage transversales, les lits de boulets disposés à l'extérieur auront une

température et une conductibilité électrique sensible-

ment supérieures aux boulets du centre, ce qui entrai-

nera des températures de fin de cokéfaction différen-

tes et une qualité des boulets cokéfiés inégale, au

centre et à la-paroi.

Cette solution simple de la Fig. 9 est donc limitée aux petites unités de cokéfaction, dont le

dispositif d'extraction favorisera un écoulement pé-

riphérique des boulets (sole tournante par exemple).

Selon une variante du second mode de réali-

sation illustré à la Fig. 10, le four comporte des

moyens de chauffage électrique par induction qui com-

prennent outre une bobine d'induction 110 coaxiale à l'enceinte 3 et logée dans la paroi réfractaire 2 du four, une enceinte intérieure 111 en forme d'ogive en

un matériau réfractaire qui comporte des moyens per-

mettant de renforcer le champ magnétique au voisinage

2 5 8 7 7 13

de l'axe du four. Le matériau réfractaire constituant l'enceinte 111 peut être par exemple, en carbure de

silicium lié au nitrure de silicium dont les proprié-

tés d'isolement électrique sont suffisantes pour l'ap-

plication envisagée et dont la résistance à l'abrasion

et aux chocs thermiques est excellente.

Ces moyens peuvent être constitués par un

ensemble de noyaux d'acier doux, feuilletés verticale-

ment 112, disposés radialement, logés dans l'enceinte

en ogive 111.

De façon préférée, comme illustré Fig. 10.

ces moyens sont constitués d'une bobine d'induction interne 113 coaxiale à la bobine 110, alimentée en phase avec cette dernière et logée dans l'enceinte en

ogive 111. Les noyaux d'acier doux feuilletés vertica-

lement 112 et disposés radialement sont insérés dans

la bobine 113 coaxialement à cette dernière.

Comme dans le cas de la Fig. 10, la bobine

d'induction 110 est constituée d'un conducteur élec-

trique creux à enroulement hélicoidal dans lequel circule un fluide de refroidissement alimenté en 114 et soutiré en 115. La bobine d'induction interne 113

est réalisée de façon analogue et refroidie par cir-

culation d'un fluide de refroidissement entre les points d'arrivée 116 et de sortie 117, ce circuit de refroidissement débouchant a l'extérieur du four par

circulation dans une colonne 118, de plus faible dia-

mètre que l'enceinte en forme d'ogive 111 et suppor-

tant cette dernière. La colonne 118 traverse la sole tournante du four comme illustré plus en détail pour

le premier mode de réalisation de chauffate par in-

duction représenté à la Fig. 7.

L'ensemble des noyaux feuilletés 113 cons-

titue une culasse d'induction interne également re-

froidie par circulation d'un fluide de refroidissement alimenté par une conduite centrale 119 disposée selon

l'axe de la colonne et débouchant au sommet des no-

yaux, le retour du fluide étant assuré par une condui-

te coaxiale et extérieure à la conduite 119. Des noyaux 120 feuilletés verticalement et disposés radialement à l'extérieur de la bobine 110 formant une culasse d'induction extérieure refroidie par une circulation d'un fluide de refroidissement alimenté par une conduite 121 et soutiré par une

conduite 122.

Un générateur moyenne fréquence 123 alimente en série les bobines 110 et 113 par un conducteur 124 relié à l'entrée de la bobine 110, puis un conducteur 125 reliant la sortie de la bobine 110 à l'entrée de la bobine 113 et un conducteur 126 assurant le retour

de la sortie de la bobine 113 au générateur 123.

Les bobines 110 et 113 disposées dans le four en regard l'une de l'autre permettent d'associer

leur champ d'induction respectif pour chauffer simul-

tanément et de façon homogène les boulets passant le long des parois périphériques de l'enceinte 3. et des

parois de l'enceinte intérieure 111.

Selon encore une autre variante du second

mode de réalisation, les moyens de chauffage par in-

duction sont constitués par un ensemble de paires de bobines d'induction disposées radialement dans la

paroi réfractaire du four, définissant ainsl un induc-

teur externe générant un champ tournant traversant

horizontalement la cuve.

Sur la Fig. 11 deux bobines 130, 131 ayant

leurs axes confondus et disposées radialement et dia-

métralement opposées sont enroulées sur des noyaux en acier magnétique feuilletés horizontalement formant

25877 1 3

des inducteurs 132,133. -Les bobines 130 et 131 sont alimentées sur une même phase d'un courant polyphasé

repérée 1, de telle sorte que le champ magnétique tra-

verse radialement la cuve, c'est-a-dire que les faces d'extrémité en regard des bobines 130 et 131 soient de

polarités opposées.

Dans le cas normal d'un.courant triphasé, on

dispose trois paires de bobines diamétralement oppo-

sées.

lu0 Chaque paire de bobines 130, 131 qui repré-

sente une phase est régulièrement décalée dans l'in-

ducteur de sorte que le champ résultant tourne a la fréquence des courants d'alimentation et génere des

courants de Foucault dans la masse des boulets coké-

fiés. Les inducteurs 132, 133 sont refroidis par circulation d'un fluide de refroidissement alimenté par un circuit entrant par la conduite 135 et sortant

par la conduite 136.

Un générateur 137, triphasé de moyenne fré-

quence, alimente les bobines comme représenté sur la

Fig. 11 pour deux bobines dans un plan axial de coupe.

La coupe horizontale représente l'alimenta-

tion qui s'effectue comme indiqué sur la Fig. 13 en ne considérant que les inducteurs extérieurs a l'enceinte

du four.

Selon encore une autre variante découlant de celle illustrée précédemment, et représentée aux Fig.

12 et 13, le four comporte en outre une enceinte inté-

rieure 140 en forme d'ogive, en un matériau réfrac-

taire, dans laquelle est logé un inducteur interne constitué d'un ensemble de bobines radiales disposées

en regard des bobines de l'inducteur externe et déter-

minant- un ensemble de paires de bobines couplées qui coopèrent pour générer un champ tournant radialement

entre l'inducteur externe et l'inducteur interne.

A une bobine 130 de l'inducteur externe est associée une bobine 130a alimentée de façon telle que les faces d'extrémité en regard des bobines solent de polarités opposées. De même, à la bobine 131 est

associée une bobine 131a.

Les bobines 130a et 131a sont enroulées sur

un inducteur en acier magnétique feuilleté horizonta-

lement parcouru par un circuit de refroidissement constitué d'un tube central d'alimentation 141 et de

tubes périphériques de retour 142 (Fig.13).

Dans une variante mixte illustrée à la Fig.

14, les moyens de chauffage électrique du four compor-

tent, dans la zone de cokéfaction, des moyens de chauffage par conduction avec électrode périphérique en L 150 et électrode centrale 151 tels que décrits en

référence à la Fig. 7, alimentés a partir d'un redres-

seur 152 et des moyens de chauffage par induction com-

portant une bobine axiale 153, tels que décrits en ré-

férence a la Fig. 9, alimentés à partir d'une source

de courant moyenne fréquence 154.

La bobine axiale 153 est alors logée dans la margelle 155 faisant saillie sur laquelle est assise

l'électrode 150 et en dessous de cette dernière.

Ce montage mixte combinant un chauffage in-

ductif en périphérie de la cuve couplé à un chauffage conductif du centre, est destiné aux fours de moyenne et grosse capacité. Il associe: - un chauffage inductif par une simple bobine coaxiale à la cuve logée dans le revêtement réfractaire du four. Cette bobine, identique à la solution de base

proposée pour le chauffage inductif de la Fig. 9, as-

sure le chauffage des couches externes.

- un chauffage conductif (par source monophasée ou source de courant continu) du lit de boulets entre une électrode centrale et une électrode circulaire, tel qu'il a été décrit en référence à la Fig. 7. Cette disposition concerne les flux de courant de conduction vers l'électrode autour de laquelle les boulets sont

chauffés car il s'y développe, par diminution de sec-

tion, une densité de courant et une puissance volumi-

que plus grandes.

Cette association d'une bobine d'induction avec un chauffage par conduction entre une électrode

centrale et une électrode périphérique, permet égale-

ment de provoquer la rotation rapide des courants de conduction par l'action sur ces courants des lignes de

champ créés par la bobine extérieure.

De cette manière, on renouvelle sans cesse les lignes de courants entre les deux électrodes et on élimine les passages préférentiels du courant le long des lignes de boulets les plus conductrices qui

conduisent à des surchauffes locales.

Le chauffage inductif utilise des flux va-

riables générés par des bobines d'induction totalement

externes a la masse des boulets en cours de cokefac-

tion et permet de s'affranchir, en grande partie, des

problèmes de variation de la résistance de contact en-

tre boulets et au contact des électrodes.

On peut associer les effets de plusieurs bo-

bines de manière à maitriser les lignes de flux d'in-

duction dans la zone de cokéfaction électrique. Ces possibilités permettent de répartir uniformément les courants de chauffage dans la section transversale, d'éviter les surchauffes locales des boulets près des

bobines et les courants de chauffe parasites à l'ex-

térieur de la zone de cuisson. Grâce à ces avantages spécifiques, l'induc-

tion électromagnétique développée dans un lit de bou-

lets, autorise des niveaux de puissance volumiques

variant dans de larges limites. Pour un gradient élec-

trique de 75 à 100 volts par mètre, la puissance dé-

veloppée peut atteindre 5 à 10 Mégawatts par m3 de

boulets chauds et cokéfiés, alors qu'elle est considé-

rablement plus faible par conduction.

Cette puissance électrique, supérieure à la seule exigence thermique de la cokéfaction électrique,

développée dans le massif de boulets. peut être utili-

sée pour réduire, par le carbone du coke et par les matières volatiles des liants, des fines de minerais ou de poussières oxydées qui peuvent être incorporées

dans des boulets composites.

Ces réactions de réduction qui se dévelop-

pent simultanément à la cokéfaction électrique régu-

lent la température de cokéfaction électrique des

boulets et produisent un coke métallisé très résis-

tant.

La présente invention englobe enfin un pro-

cédé de fabrication de coke moulé permettant d'ajouter au mélange de charbons à compacter en boulets:

- Des fines et des poussières d'oxydes de fer (concen-

très, poussières d'aciéries et de gaz de haut four-

neau, poussières d'installations de dépoussiérage,

d'agglomérations de minerais, etc...).

- Des fines de minerais de manganuse et des poussières

de production de ferro-manganese.

- Des concentrés de chromites pour la production de ferro-chrome. - Des fines de silice et de quartz recyclés dans la

production de ferro-silicium.

Pour ces différentes applications, le taux de fines minérales incorporées dans la pâte à coke est

limité par la conductibilité électrique du lit de bou-

lets qui ne peut être inférieure à 100 mhos (conducti-

bilité électrique du milieu homogène équivalent au lit de boulets à la température de début de cokéfaction

électrique, soit 850'C à 900C).

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication de coke moulé dans

un four à cuve verticale du type comprenant à sa par-

tie supérieure des moyens étanches d'introduction d'une charge de boulets crus de charbons préalablement

moulés par compactage (5 à 13) et des moyens de récu-

pération des gaz produits (15a, 15b); et à sa partie inférieure, des moyens étanches d'évacuation du coke refroidi, et des moyens d'introduction (24 à 27) d'un

courant gazeux; dans lequel on fait circuler un cou-

rant de gaz recyclé en écoulement ascendant, à contre-

courant de la charge descendante de boulets de charbon

moulés constituant un lit mobile descendant; on sou-

met les boulets de charbon moulés à une étape de pré-

chauffage et de dévolatilisation dans une première zo-

ne (20) correspondant à la partie supérieure du four, puis à une étape de carbonisation et de cokéfaction dans une deuxième zone (21) correspondant à la partie médiane du four et à une étape de refroidissement des

boulets cokéfiés dans une troisième zone (23) corres-

pondant à la partie inférieure du four; on récupere

au sommet du four les gaz de tête produits par la dis-

tillation et la cokéfaction des charbons; et on recy-

cle une fraction de ces gaz de tête pour constituer le

courant gazeux recyclé, caractérisé en ce que l'on in-

troduit une première partie de la fraction des gaz de tête recyclés à la base de la troisième zone (23) pour assurer un refroidissement primaire du coke; et on

introduit le reste de la fraction des gaz de tête re-

cycles, sous forme d'un courant de refroidissement secondaire circulant à contre courant de la masse de coke issue de la troisième zone, dans une quatrième zone (34) reliée de façon étanche à la sortie de la

troisième zone; le courant de refroidissement secon-

daire étant ensuite soutiré (40) de la quatrième zone et réintroduit en tête de four pour diluer les gaz produits et maintenir les moyens de récupération (15a

et 15b) de ces gaz, à une température suffisamment é-

levée pour empêcher toute condensation; et le coke froid étant évacué de la quatrième zone (34) par un

sas étanche (46).

2. Procédé selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que la carbonisation et la cokéfaction sont réalisées par apport d'énergie électrique (22) au lit mobile de boulets précokéfiés, et transfert de

cette énergie par un courant gazeux recyclé.

3. Procédé selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que l'apport d'énergie électrique est ré-

alisé par conduction électrique dans le lit mobile de

boulets d'un courant généré entre au moins deux élec-

trodes placées dans les parois de la cuve au niveau de

la seconde zone.

4. Procédé selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que l'apport d'énergie électrique est réalisé par induction de courants électriques dans le

lit mobile de boulets traversant la seconde zone.

5. Procédé de fabrication de coke moulé mé-

tallisé, caractérise en ce qu'on cokéfie, par un pro-

cédé selon l'une quelconque des revendications pré-

cédentes, une charge de boulets moulés préparés en compactant une pâte constituée d'un liant simple, ou mixte, et d'un mélange de charbons appropriés et de

fines particules d'un matériau à base de l'élément mé-

tallique à incorporer au coke, sous forme métallique

ou oxydé.

6. Procéde selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que le matériau à base de l'élément mé-

tallique est constitué d'oxydes de fer, de minerai de

manganèse et de poussières de production de ferro-man-

ganèse, de concentrés de chromites pour la production

de ferro-chrome, de fines de silices et de quartz re-

cyclées dans la production de ferro-silicium.

7. Four à cuve pour la fabrication de coke

moulé se présentant sous forme d'une enceinte (3) sen-

siblement tubulaire délimitant une première zone (20) de préchauffage correspondant à la partie supérieure de l'enceinte, une seconde zone (21) de carbonisation et cokéfaction correspondant à la zone médiane de

1 enceinte et une troisième zone (23) de refroidisse-

ment du coke correspondant à la partie inférieure de l'enceinte, le four comportant à son sommet des moyens étanches d'introduction d'une charge constituée de boulets moulés crus et des moyens de récupération (15a, 15b) des gaz produits; et à sa base des moyens

étanches d'évacuation du coke et des moyens d'admis-

sion (24, 25, 26, 27) d'un courant gazeux recyclé, les moyens d'admission étant reliés, à l'extérieur du four, aux moyens de récupération (15a, 15b) des gaz produits par des moyens de recyclage (17, 29), et des moyens de chauffage électrique (22) disposés a la base de la seconde zone de carbonisation et cokéfaction, caractérisé en ce que le four comprend une quatrième zone (34) étanche de refroidissement secondaire reliée en amont aux moyens d'évacuation de la troisième zone

et en aval à un sas étanche d'évacuation (46). la qua-

trième zone (34) comportant a sa base au moins une conduite d'alimentation (35) en courant secondaire de refroidissement reliée aux moyens de recyclage, et à son sommet, au moins une conduite de retour (40) des

gaz de refroidissement secondaire connectée à la par-

tie supérieure du four au voisinage des moyens de ré-

cupération des gaz produits par la distillation et de

cokéfaction du charbon.

8. Four selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que les moyens étanches d'introduction de la charge sont constitués par un sas étanche (10) d'alimentation de la charge débouchant à sa partie inférieure dans la première zone (20) du four par une cloche de distribution (12), le sas d'alimentation (10) étant lui-même alimenté par une trémie tournante (5).

9. Four selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que les moyens d'évacuation du coke issu de la troisième zone comprennent une sole (30) tournante et mobile en translation verticale débouchant par l'intermédiaire d'un sas étanche (33) dans la quatiéme

zone de refroidissement secondaire (34).

10. Four selon l'une quelconque des revendi-

cations 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de chauffage électrique (22) sont du type par conduction et constitués par au moins une paire d'électrode (59) diamétralement opposées, disposées dans la paroi de la seconde zone (21) de l'enceinte du four, ladite paroi formant dans cette zone un étranglement de la section

intérieure de passage du lit de boulets moulés délimi-

té par un épaulement (58) contre lequel sont logées

les électrodes.

11. Four selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que les électrodes (59) sont constituées de segments dont le profil en coupe verticale est en

forme de L s'étendant le long de chaque côté de l'é-

paulement (58) de sorte qu'une des branches du L soit horizontale.

12. Four selon la revendication 11, caracté-

risé en ce que la cuve est a section circulaire et les segments d'électrodes circularies sont séparés les uns des autres par une paroi intercalaire (66) en matériau réfractaire en forme de plan incliné correspondant à la pente de l'épaulement (58) délimité par le profil

en L des électrodes.

13. Four selon l'une quelconque des reven- dications 10 à 12. caractérisé en ce qu"il comporte une enceinte intérieure (80) en forme d'ogive en un matériau réfractaire munie d'une électrode centrale (81) coopérant avec une électrode périphérique (82)

circulant le long de la paroi interne del'enceinte.

14. Four selon la revendication 13. carac-

térisé -en ce que l'enceinte intérieure (80) en forme d'ogive est montée réglable en hauteur par des moyens

(84, 87) traversant la sole tournante (86).

15. Four selon l'une quelconque des reven-

dications 10 et 11, caractérisé en ce que la cuve est à section rectangulaire et les segments d'électrodes (74) sont linéaires et reposent sur des margelles (75)

disposées sur des côtés opposés de la section rectan-

gulaire.

16. Four selon l'une quelconque des reven-

dications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de chauffage électrique sont du type par induction et constitués par une bobine d'induction externe (100, 110) coaxiale a la cuve et logée dans le revêtement

réfractaire (2) du four.

17. Four selon la revendication 16, caracté-

risé en ce qu'il comporte une enceinte intérieure (111) en forme d'ogive en un matériau réfractaire dans

laquelle est logé un noyau magnétique feuilleté inter-

ne (112).

18. Four selon la revendication 17, caracté-

risé en ce qu'une bobine d'induction interne (113)

coaxiale a la bobine d'induction externe (110) est en-

roulée autour du noyau magnétique interne et alimentée

en phase avec cette dernière.

19. Four selon l'une quelconque des revendi-

cations 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de chauffage par induction sont constitués d'un ensemble de paires de bobines d'induction (130, 131) disposées

radialement dans la paroi réfractaire (2) du four, dé-

finissant un inducteur externe générant un champ tour-

nant traversant horizontalement la cuve.

20. Four selon la revendication 19, caracté-

risé en ce qu'il comporte une enceinte intérieure (140) en forme d'ogive en matériau réfractaire dans laquelle est logé un inducteur interne constitué d'un ensemble de bobines radiales (130a, 131a) disposées en regard des bobines de l'inducteur externe (130, 131)

et déterminant un ensemble de paires de bobines cou-

plées (130, 130a, et 131, 131a) qui coopèrent pour gé-

nérer un champ tournant entre l'inducteur externe et

l'inducteur interne.

21. Four selon l'une quelconque des reven-

dications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de chauffage électrique sont constitués de la combinaison d'au moins une paire d'électrodes telles que décrites à la revendication 13 générant un chauffatge par conduction, et d'au moins une bobine telle que décrite

à la revendication 16 générant un chauffage par induc-

tion.