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Examen des charbons destinés à l'injection dans les hauts fourneaux
Les propriétés du charbon influent sur la combustion du charbon, le refroidissement du chemin de roulement et la quantité de coke qu’il est possible de remplacer par du charbon injecté. Le contenu en carbone, en hydrogène, en oxygène et en matériaux volatils détermine, au premier chef, ces propriétés. Il en va de même de la quantité, de la composition et de la température de fusion des cendres. Les charbons les plus acceptables présentent une bonne combustibilité, se composent de produits de combustion réactifs et exigent un refroidissement minimum du chemin de roulement. Les charbons qui montrent de faibles effets de refroidissement peuvent être injectés en grandes quantités avec des hausses compensatoires légères ou nulles des températures à l’intérieur du fourneau. Des études réalisées au Centre de la technologie de l’énergie de CANMET (CTEC) ont démontré que plusieurs charbons canadiens, disposant d’un contenu de moyen à bas en matériaux volatils, présentaient d’excellentes caractéristiques en vue de l’injection à l’intérieur des hauts fourneaux. Services Les capacités en laboratoire du CTEC sont uniques en Amérique du Nord, et peut-être même au monde. Les employés du CTEC exécutent et fournissent, tout en respectant le caractère confidentiel : Des études de modélisation et de simulation
Des études expérimentales et en usine pilote
Les clients se voient offrir des avis et des recommandations relativement à l’amélioration du procédé utilisé à partir des résultats obtenus. L’expérience montre que les producteurs de charbon et les exploitants de hauts fourneaux ont besoin des résultats obtenus à la suite des études mentionnées précédemment afin de commercialiser et de sélectionner les divers charbons destinés à l’injection. Combustibilité La figure 1 montre le réacteur placé dans l’usine pilote d’injection du charbon du CTEC. Celui-ci sert à simuler les conditions régnant dans les tuyères des brûleurs pipes que l’on retrouve dans les hauts fourneaux grâce à:
On procède à des échantillonnages aux étapes intermédiaire et finale. Les échantillons obtenus sont examinés en ayant recours aux procédés suivants:
La réactivité des produits de combustion fait l’objet d’une analyse et d’une comparaison avec celle du coke en ayant recours à l’analyse thermographique dans des conditions simulées de chemin de roulement établies à 1 800°C et dans des compositions gazeuses qui sont les suivantes: a) CO2 10 %; O2 2 %; N2 88 % b) CO2 10 %; O2 5 %; N2 85 % Modélisation et simulation Les membres du CTEC ont élaboré trois modèles informatiques de fonctionnement des hauts fourneaux pour servir aux études destinées à leurs divers clients. 1 — Simulateur d’injection dans les hauts fourneaux Ce modèle est utilisé pour prévoir l’effet de refroidissement et les propriétés de remplacement du coke des charbons, ainsi que la réaction du haut fourneau à l’injection de combustibles auxiliaires. Ce modèle présuppose des conditions stables et permet de simuler l’interaction complexe entre les procédés chimiques et physiques dans la tuyère et le chemin de roulement. Il repose sur le principe de la conservation de la masse et de l’énergie. Le carbone, l’oxygène et le fer sont évalués en ayant recours à des équations d’équilibre de la masse. Des équations d’équilibre de l’enthalpie servent, quant à elles, à représenter l’énergie dans la zone de combustion et dans le cœur du fourneau. Le modèle permet de déterminer ce qui suit:
2 — Modèle de procédé de haut fourneau
Ce modèle stable se base sur les équilibres énergétiques établis pour le chemin de roulement et la zone inférieure du fourneau, ainsi que sur les équilibres massiques pour le carbone, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote et le fer. Les résultats obtenus à partir du modèle comprennent ce qui suit:
3 — Modèle dynamique Ce modèle est d’abord et avant tout un instrument de recherche. Les résultats qu’il permet d’obtenir viennent compléter ceux du Modèle de procédé de haut fourneau en fournissant des informations chronologiques. Il se fonde sur la cinétique de la réduction indirecte et du transfert de chaleur au sein de la cuve. On peut utiliser les installations de R-D du CTEC selon une formule de rémunération des services. Pour plus de renseignements, veuillez communiquer avec: Ressources naturelles Canada Wes Hutney, Ph D
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L’injection de charbon dans les hauts fourneaux contribue à accroître leur productivité, à réduire la consommation de coke et à améliorer le contrôle du procédé, en plus de s’avérer moins énergivore que les opérations entièrement à base de coke. Pour obtenir le maximum d’efficacité, il faut soigneusement doser les caractéristiques du charbon injecté pour adapter celui-ci au fonctionnement du haut fourneau utilisé.
Ce modèle est utilisé pour prévoir l’effet des changements sur le fonctionnement du haut fourneau. Les paramètres d’introduction, comme l’injection de combustibles auxiliaires, l’enrichissement de l’oxygène, les propriétés du fourneau et les matériaux de charge, peuvent varier. Il s’agit là d’un outil utile pour prendre des décisions stratégiques.
