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Société GREAT LAKES CARBON CORPORATION, résidant à NEW-YORK (E.U.A.) PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A LA PRODUCTION DE COKE METALLURGIQUE ET PROCEDE
METALLURGIQUE FAISANT USAGE DUDIT COKE.
(ayant fait l'objet d'un brevet déposé en Grande-Bretagne le 8 octobre 1953 et y accordé le 11 janvier 1956 - déclaration de la déposante -).
Lettre rectificative : jointe pour valoir comme de droit à la date du 17.4.56 Page 4, ligne 43 lire "La teneur en cendres est le résidu ...." au lieu de : "La teneur en cendres et le résidu ...".
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La présente invention a trait à la fabrication de coke métallurgi- que ou de coke de haut fourneau et à un procédé de fusion de métaux ferreux et d'alliages ferreux. Plus particulièrement, la présente invention a trait à un procédé de production d'un type amélioré de coke qui contient des quan- tités substantielles de coke de pétrole brut en mélange avec d'autres compo- sants, coke qui convient particulièrement 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 intime comprenant notam- ment une partie majeure de coke de pétrole ayant une teneur en matières vola- tiles comprise entre environ 5 et environ 14 pour cent en poids, entre en- viron 5 et environ 10 pour cent en poids d'anthracite,, entre environ 10 et environ 25 pour cent d'un brai essentiellement hydrocarboné et, pour le res- te, un charbon bitumineux foisonnant ayant une teneur en matières volatiles comprise entre environ 14 et environ 22 pour cent en poids, la majeure par- tie des particules dudit mélange passant à travers un tamis d'un quart de pouce,
la formation d'un lit profond dudit mélange dans une zone de cokéfac- tion verticale étroite et la cokéfaction du mélange par chaleur indirecte à une température comprise entre environ 1800 et environ 2200 F.
Le coke de fonderie a été produit presque entièrement à partir de charbons bitumineux choisis, dans ce qu'on appelle dans cette technique les fours à sous-produits ou à ruche.Divers charbons à basse et haute teneur en matières volatiles sont broyés et mélangés pour produire un mélange plus pu moins uniforme ou homogène qui est alors mis dans l'appareil de cokéfac- tiona Le coke de four à ruche est produit dans des rangs de fours circulai- res dont le diamètre nominal est de 12 pieds, les charbons mélangés étant chargés sur une profondeur allant jusqu'à 24 pouces. La chaleur de cokéfac- tion est fournie principalement par la combustion des matières volatiles des charbons et le foisonnement pendant la carbonisation se fait sans res- triction.
Présentement, un très petit pourcentage du coke métallurgique est produit de cette façon à cause de sa grande porosité. Le coke "sous-produit" est produit dans des batteries de 30 à 75 fours. Chaque four a environ 40 pieds de longueur, 10 à 14 pieds de hauteur et 16 à 20 pouces de largeur.
Les fours sont dressés parallèlement entre eux et sont chauffés par la com- bustion de gaz dans des carneaux disposés entre les fours successifs. Les fours sont chargés de 10 à 20 tonnes de mélange de charbons par des orifices supérieurs, fermés hermétiquement et soumis à la chaleur indirecte en main- tenant la température des carneaux entre 1800 et 2200 F. Les températures de cokéfaction sont réglées par la régulation soigneuse 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 com- prise entre 15 et 30 heures, selon la température du carneau, le type de char- bon et les propriétés voulues du coke final.
Le coke de fonderie nromalement produit dans des fours à sous-pro- duits est fabriqué en cokéfiant un mélange de charbons bitumineux à basse et haute teneur en matières volatiles ; les types, le nombre et les propor- tions des composants sont choisis selon les propriétés finales voulues pour le coke;, Le coke résultant a généralement une teneur élevée en cendres (plus grande que 10 %), la porosité (mesurée par la quantité d'eau qui sature un poids donné de l'échantillon de coke) est en général plus grande que 50 % en poids et il présente un indice de frangibilité (comme défini ci-dessous) in- férieur â 90 % en poids de matériau plus gros que 2 pouces et inférieur à 70 % en poids de matériau plus gros que 4 pouces.
Le poids spécifique appa- rent est normalement inférieur à 1,0. Lorsqu'on l'emploie dans un cubilot pour fondre des mélanges de mitrailles, de fonte, etc.. et d'autres compo- sants généralement employés dans la fabrication de divers métaux, ce coke présente une réactivité considérable vis-à-vis du CO2 en ce que les fumées
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contiennent des quantités appréciables (de 10 à 15 % en volume) de 00. Puis- que l'oxydation du coke par le CO2 est une réaction endothermique, 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 pétro le 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 im- posées 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 résul- tant ont une structure digitale caractéristique, ne résistent pas à la manu- tention brutale et ne satisfont pas aux spécifications pratiques 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 appelle un four Knowles à partir d'un mélange de coke de pétrole brut (75 à 95 % en poids) et de charbon cokéfiant (25 à 5 % en poids).
C'est un des buts de la présente invention que de produire 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 produire un co- ke de fonderie de densité améliorée et de porosité réduite,
C'est un autre but de la présente invention que de produire un co- ke de fonderie ayant une combustibilité (réaction avec l'oxygène pour former CO2) d'un degré élevé et une réactivité réduite vis-à-vis du CO2 pour former CO. @
C'est un autre but de l'invention que de produire un coke de fonde rie qui donne très peu de cendres.
C'est un autre but de l'invention que de proposer un procédé de fusion de divers métaux, dans la pratique de fonderie, en faisant usage du coke amélioré ici décrit.
C'est un autre but de' l'invention que de proposer un procédé per- fectionné pour la cokéfaction en four à sous-produits, dans lequel des pro- portions substantielles de coke de pétrole peuvent être employées pour obte- nir une amélioration marquée du coke de fonderie résultant.
C'est un autre but de la présente invention que de proposer un cok 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 sensiblement la consommation du coke et d'augmenter les vitesses de fusion et la capacité d@ cubilot lors de la fusion de métaux ferreux 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 mé tal 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 quantité 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 procédé de fusion de métaux ferreux par lequel la teneur en carbone du produit final
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peut être augmentée sans nuire à d'autres propriétés du métal, telles que la dureté, la résistance à la traction, etc..
C'est un autre but de l'invention que de proposer un procédé per- fectionné de fusion de métaux ferreux dans un cubilot, dans lequel la concen- tration de l'oxyde de carbone soit'sensiblement réduite par comparison à celle qui est observée dans l'exploitation d'un cubilot faisant usage de coke de fonderie ordinaire.
Les buts susdits et d'autres buts encore, qui apparaîtront lors- qu'on comprendra l'invention ici décrite, sont atteints en formant un mélange carboné dont les composants sont (a) une partie majeure de coke de pétrole ayant une teneur en matières volatiles comprise entre environ 5 et environ 14 % en poids, (b) entre environ 5 et environ 10 % en poids d'anthracite, (c) entre environ 10 et environ 25% en poids d'un brai hydrocarboné, (d) le restant des composants comprenant notamment un charbon bitumineux foisonnant ayant une teneur en matières volatiles comprise entre environ 14 et environ 22 % en poids.La majeure partie de ce mélange et, de préférence, 90 %,
doit passer à travers un tamis d'un quart de pouceoCe mélange est alors mis dans un four à sous-produits dont la construction est décrite ci-dessus et aussi dans l'Encyclopedia of Chemical Technology, Volo 3? pages 157. à 167, The
Interscience Encyclopedia, New-York, 1949oLe four est normalement chargé par un orifice supérieur du mélange de charbons qui remplit le four jusqu'à en- viron trois quarts de sa hauteuroLe mélange est alors cokéfié par la chaleur indirecte produite dans les carneaux, à une température comprise entre envi- ron 1800 et environ 2200 Fo Le cycle de cokéfaction dépend principalement des propriétés finales désirées pour le coke et de la température régnant dans les carneauxoAinsi, à une température finale de 1800 F,
le cycle re- quiert entre environ 20 et 25 heures et à 2200 F, il requiert entre 18 et 20 heures
Les cokes de pétrole employés à produire les cokes qui constituent l'objet de la présente invention résultent du cracking thermique de résidus lourds du pétrole, tels que le pétrole brut réduit ou étêté, la matière de recyclage thermiquement ou catalytiquement 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 hydrocarbu- res lourds sont admis dans le tambour à une température comprise entre 900 et 1000 F et on laisse se poursuivre l'imprégnation et la carbonisation jus- qu'à ce que le tambour soit quasi rempli de coke solideCette matière est ôtée du tambour par divers procédés de déchargement connus dans la techni- que. Normalement, la teneur en matièresvolatiles est comprise entre environ 5 et14 % en poids et9le plus ordinairement, entre 8 et 12 %.
On peut aussi employer le coke de pétrole préparé par une opération de cokéfaction fluidifiée où un résidu lourd du pétrole est amené à passer par un lit fluidifié de particules de carbone ou de coke de pétrole finement avisées à des températures ...comprises entre 850 et 1000 F, par suite de quoi le coke se dépose sur la surface des particules fluidifiées qui sont périodi- quement aspirées de l'appareil à fluidifioation, d'après leur grosseuro
Normalement, la teneur en matières volatiles du coke de pétrole est d'environ 5 à environ 14 % en poids et, le plus ordinairement, entre 8 et 12%.
Le brai hydrocarboné, qui est important pour la mise en oeuvre de la présente invention, peut être obtenu à partir du goudron de houille ou à partir du pétrole.0 Le brai de goudron de houille est produit par la distil- lation thermique ou à vide du goudron récupéré dans l'exploitation des fours à sous-produits. Les brais de pétrole sont préparés par la distillation ther- mique à pression atmosphérique ou réduite d'hydrocarbures lourds du pétrole, de matières de recyclage craquées ou à partir de matières à point d'ébullition
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élevé récupérées d'opérations de régénération.
Le brai de goudron de houille
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ou le brai.de pétrole doivent de 2'e avoir un point de fusion (essai à la bille et à la bague) compris entre 300 et 400 F, car ces matières ont un résidu de coke plus important et des propriétés liantes améliorées.
Les charbons bitumineux employés dans la mise en oeuvre de la pré- sente invention doivent avoir une teneur en matières volatiles comprise en-
EMI5.2
tre 14 et 22 % en poids et, de préférence, entre 16 et20 %. Puisqu'il est dé sirable de maintenir la teneur en cendres du coke final à une faible valeur, la teneur en cendres du charbon doit aussi être faible et ne dépasse normale ment pas 7% en poids.
Il faut environ 5 à 10 % en poids d'anthracite dans le mélange pour former le coke selon la présente invention. On a trouvé que l'emploi de l'anthracite augmente la proportion de morceaux de coke de grandes dimen- sions, ce qui est si important pour le coke de fonderie. 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 em-
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ployé est celui du I 5 Buckwheat. Il est préférable de pulvériser l'anthra- cite à moins de 100 mailles par pouce linéaire, mais une pulvérisation à 25 sous 40 mailles donne de bons résultats.
Les cokes métallurgiques produits selon la présente invention ont une teneur en carbone supérieure à 95 % en poids, une teneur en cendres in- férieure à 4% en poids, une teneur en matières volatiles inférieure à 1/2% en poids, une porosité inférieure à 50 % en poids et de préférence inférieu- re à 40 %, 'un indice de frangibilité non inférieur à 50 % en poids de matiè-
EMI5.4
re plus grosse que 4 pouces et non- inférieur à 70 % en poids de matière pli grosse que 2 pouces, une densité apparente plus grande que 1,0 et généralement voisine de 1,25, et une teneur en soufre inférieure à 1% en poids.
'Pour la description et les revendications du coke métallurgique selon l'invention et du procédé de fabrication de ce dernier 9 plusieurs définitions ont été adoptées-comme suit :
La densité apparente ou globale du coke est le poids en livres an-
EMI5.5
glaises par pied oube selon Method D292-29 de 1 AS (cette abréviation si- gnifiait : Amerioan Sociéty for Testing Materialsi
La porosité ou l'espace cellulaire est le rapport entre les poids
EMI5.6
spécifiques apparent et réel, déterminé par Method D167-24 de l'ASTM.
Matières volatiles (abréviation :7M)o Cette teneur s'entend en ex cluant l'humidité et l'huile libre qui sont chassées par',un chauffage à une température de 400 à 500 Fo La teneur en matières volatiles est déterminée dans un creuset de platine placé dans un four chauffé électriquement et mai
EMI5.7
tenu â des .températures de 1742 Fi 36 P. 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 appelée"matières volatiles".
Cendres.La teneur en cendres et le résidu d'un échantillon d'un
EMI5.8
gramme de coke allumé dans une atmosphère d'oxygène à environ 1 742e Fo
Combustibilité. Celle-ci est la vitesse de réaction du coke avec l'oxygène et est exprimée en fonction de la composition à l'analyse des fu- mées pendant la marche d'un cubilot.
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Réaotivitéo La réactivité du coke vis-à-vis de l'anhydride carbo- nique pour former l'oxyde de carbone est déterminée par l'analyse des fu- mées pendant la marche d'un cubilot.
Frangibilité. Celle-ci est déterminée par le procédé D141-23 de
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l t AS3I et consiste à laisser tomber un échantillon d'environ 50 .livres an- glaises de coke dont tous les morceaux sont retenus par un tamis dont les
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mailles ont une ouverture de 2 pouces de côté, 4 fois sur une lourde plaque d'acier d'une hauteur de 6 piedsUne granulométrie est pratiquée ensuite sur la matière fragmentée et le pourcentage en poids de la matière brisée re- tenue sur un tamis à 2 pouces 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 composantssuivants :
Coke de pétrole (8 à 12% VM) 40 à 75 % en poids
Anthracite (12 % cendres) 5à 10% en poids.
Brai de goudron de houille (Point de fusion 3500 F) 10 à 20 % en poids .
Charbon bitumineux (16 à 20 % VM) 10 à 30% en poids.
Les composants ci-dessus furent broyés de manière que 90 % des par- ticules traversassent un tamis d'un quart de pouce. Ce mélange fut chargé en un lit profond dans un four à sous-produits vertical et cokéfié par la chaleur indirecte pendant 20 à 22 heures à une température comprise entre 1800 et 2200 F.
Le coke résultant présentait l'analyse suivante ;
EMI6.1
<tb> Carbone <SEP> libre <SEP> : <SEP> 96 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> Cendres <SEP> : <SEP> 3,0% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> : <SEP> 0,5% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> Matières <SEP> volatiles <SEP> : <SEP> 0,5% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> Frangibilité <SEP> : <SEP> 90% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> matière <SEP> plus <SEP> gros-
<tb>
<tb>
<tb> se <SEP> que <SEP> 2 <SEP> pouces <SEP> et <SEP> moins <SEP> de <SEP> 70% <SEP> en
<tb>
<tb> poids <SEP> de <SEP> matière <SEP> plus <SEP> grosse <SEP> que
<tb>
<tb> 4 <SEP> pouces.
<tb>
<tb>
<tb>
Porosité <SEP> : <SEP> 35 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
En préparant le mélange carboné à cokéfier selon la présente inven- tion 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 égale ou inférieure au poids du coke de pétrole dans le mélange.Si la proportion de coke de pétrole est inférieure à 40 % en poids du mélange totaleles résultats avantageux ici décrits ne sont pas réalisés.C'est aussi le cas-si la proportion de coke de pétrole dé- passe 75% en poids du mélange total car, dans ce cas, les indices de frangi- bilité descendent en-dessous des valeurs spécifiées acceptables du produit selon l'invention.
On estime que les résultats améliorés dans l'exploitation d'un cu- bilot sont dus à une combinaison des propriétés physiques et chimiques de ce coke amélioré, comprenant plus spécifiquement : la forte densité, la faible porosité et la faible teneur en cendres.Puisque la combustibilité est rendue maximum et la réactivité est considérablement réduite,le fonctionnement du cubilot a un rendement bien meilleur et les vitesses de fusion sont plus éle- vées.
L'emploi du coke, objet de la présente invention, a permis de réduire la consommation en coke du cubilot dans une proportion; allant jusqu'à 300%, ce qui permet d'enfourner des quantités de charge métallique plus grandes par comparaison avec les quantités requises de coke et de fondante
Un emploi majeur et important du coke fabriqué selon la présente invention est' celui qui est fait pour la fusion en cubilot de métaux ferreux.
Un cubilot est un four du type à cuve verticale et consiste grosso modo en une cuve cylindrique construite généralement de tôle à chaudière garnie de réfractaire Les cubilots varient en grandeur et le diamètre.intérieur va de 18 pouces à 84 pouces. Le four est pourvu d'une boite à vent etdetuyères pour l'admission de l'air. Une porte de chargement en fer est disposée dans le côté de la cuve,généralementà 16à 22 pieds? au-dessus du fond,porte par
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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 foi mer un lit.
Le lit de coke chauffé au-dessus des tuyères est de 20 à 53 pou- ces.Ce lit est mis à feu après quoi, les charges de coke, de fondants et de matière à fondre (fonte, mitrailles d'acier, etc...) sont introduites jus- qu'à ce que la cuve du cubilot contienne le nombre voulu de charges ou qu'e] le soit remplie jusqu'au niveau de la porte de chargemento Lors du charge- ment du cubilot, on place une couche de calcaire ou d'un autre fondant sur les dessus du lit de coke, puis une charge 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.L'air est introduit par les tuyères dans le lit de coke et la chaleur produite par la combustion du co- ke 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'a@ tion du fondant sur les cendres du coke et les impuretés de la charge, flot- te sur la surface du métal fondu et on le retire périodiquement par le trou de coulée du laitier. Le cycle de chauffage varie par exemple de 1 à 16 heu- res. Le rapport du fer au coke pour le coke de fonderie ordinaire est com- pris entre 6 à 1 et 12 à 1. Lorsqu'on a employé le coke selon la présente in vention, On a réalisé des rapports de métal à coke allant jusqu'à 20 à 1.
La quantité de fondant peut varier de 4 à 90 livres anglaises par charge de métal et de coke, selon -:la grandeur du cubilot.
Pour décrire davantage le coke faisant l'objet de la présente in- vention et son procédé de fabrication, on donne les exemples suivants : EXEMPLE 1.
Les composants suivants furent broyés à 90 % de matière moins gros se qu'un quart de pouce et soigneusement mélangés
Coke de pétrole (12 % VM)60% en poids .
Brai de goudron de houille (Point de fusa 3000 F) 14 % en poids.
Charbon bitumineux (de Pocahontas)(18 % VM) 18 % en poids.
Anthracite (12 % cendres) 8 % en poids.
Le mélange ci-dessus fut cokéfié dans un four à sous-produits ver- tical en maintenant dans les carneaux une température comprise entre 2000 et 2100 F pendant un cycle de 20 heures. Le coke résultant de cette opéra- tion présentait l'analyse suivante :
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<tb> Carbone <SEP> 96 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cendres <SEP> 3,5 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Matières <SEP> volatiles <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,
5 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Frangibilité <SEP> 55% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> matière <SEP> plus
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> grosse <SEP> que <SEP> 4 <SEP> pouces <SEP> 72 <SEP> % <SEP> en <SEP> poi
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> matière <SEP> plus <SEP> grosse <SEP> que <SEP> 3 <SEP> po
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ces
<tb>
<tb>
<tb> Densité <SEP> apparente <SEP> 1,20
<tb>
Ce coke fut employé à fondre un mélange de fonte, de déchets de fonderie, de mitrailles d'acier, etc... dans un cubilot ayant un diamètre n minai de 65 pouces au niveau des tuyères et de 72 pouces dans la zone de fusion. On fit usage d'un lit de coke d'environ 6000 livres anglaises.
Les rapports normaux fer à coke de ces cubilots sont de 6 à 1, chaque charge
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métal étant de 1 tonne.Il a été trouvé que le rapport fer à coke peut être augmenté jusqu'à 18à 1 en employant le coke amélioré décrit ci-dessus, ce qui-augmente la vitesse 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 Fo De même, la teneur moyenne en carbone du métal était de 3?5 à 3,7 % en poids par comparaison aux valeurs de 3,1 à 3,2 % en poids pour le coke de fonderie normal.Les microphotographies des échantillons du métal produit montraient des pourcentages accrus d'inclu- sions de graphite, mais la densité et les, autres propriétés physiques du mé- tal n'étaient pas abaissées, ce qui indiquait une répartition du graphite dans toute la masse du métal, meilleure que dans le cas d'un fer fortement car- boné produit à 1 aide du coke de fonderie ordinaire
Les analyses des fumées furent obtenues pour toute l'opération et la concentration moyenne de CO était d'environ 6,0 % en volume.
Ce chif- fre est à comparer avec la teneur en 00 trouvée par l'analyse dans la prati- que ordinaire de fonderiequi avait une moyenne comprise entre 11 et 12 % en volume.Cela explique au moins partiellement les résultats remarquables obtenus et l'augmentation observée des rapports fer à coke.
Des échantillons supplémentaires de' coke métallurgique furent pré- parés selon les enseignements de la présente invention avec les mélanges suivants :
TABLEAU I
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<tb> Exemple <SEP> Coke <SEP> de <SEP> Charbon <SEP> bi- <SEP> Brai <SEP> de <SEP> gou- <SEP> Anthracite
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pétrole <SEP> tumineux <SEP> dron <SEP> de <SEP> houille
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP> % <SEP> %VM <SEP> % <SEP> %VM <SEP> % <SEP> Point <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fus.
<SEP> F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 45 <SEP> 12 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 400 <SEP> 10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 50 <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 17 <SEP> 400 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 60 <SEP> 10 <SEP> 17 <SEP> 18 <SEP> 15 <SEP> 350 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 70 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 16 <SEP> 10 <SEP> 350 <SEP> 7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 75 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 300 <SEP> 5
<tb>
Les composants ae onacun aes exemples ci-aessus lurent; broyés ae manière que la majorité des particules passent par un tamis d'un quart de pouceettde manière à produire un mélange intime des composantsLes pourcen- tages sont des pourcentages en poidsL'opération de cokéfaction fut sembla- ble à celle qui a été décrire dans l'exemple 1.
Tous les cokes produits dans les exemples 2 à 6 présentaient des caractéristiques améliorées pour l'ex- ploitation du cubilot et permirent d'utiliser des rapports fer à coke accrus et des vitesses du fusion supérieures* Tous ces cokes avaient Une porosité inférieure à 50 % et valant généralement 35à 40%,une teneur en matières volatiles inférieure à 1,0 % en poids, une frangibilité caractérisée par plus de 80% en.poids de plus gros que 2 pouces et plus de 60 % en poids de plus gros que 4 pouces et une teneur en cendres inférieure à 4 % en poidsTous les cokes présentaient une réactivité considérablement inférieure à celle qui était observée dans la pratique normale des cokes de fonderie,
même si l'on mélan- geait des charbons à faible et à haute teneur en matières volatiles avec de petites ..proportions de fines d'anthracite
En mettant en oeuvre le procédé de .fusion perfectionné ici décrit avec le type particulier de coke ici décrit, la demanderesse a trouvé qu'il est possible d'augmenter la vitesse de fusion du métal jusqu'à deux fois cel- le obtenue par l'emploi du coke de fonderie standard. En'outre, la teneur en carbone du métal final produit est sensiblement augmentée sans détério- rer d'autres propriétés du métal, telle que la dureté, la résistance à la
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traction, la teneur en silicium et en manganèse, etc..
De même, une réductio: marquée- de l'occlusion des gaz dans le métal final produit a été observée, c@ qui est probablement dû 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 Fe@O@. De même, une plus grande fluidité du métal à la coulée du cubilot a été observée même si la tempéra- ture au trou de coulée est inférieure à celle de la pratique ordinaire.
EXEMPLE 7.
Le coke.- dont la fabrication est décrite dans l'exemple 1 fut em- ployé dans une fonderie ayant un cubilot de 6 pouces de diamètre et dont l'exploitation normale implique le chargement de la fonte, de mitrailles d'acier et de déchets de fonderie, avec le cake, dans un rapport d'environ 4 à 1, la charge moyenne de métal étant d'environ 3 livres anglaises. La vi- tesse de fusion normale de cette exploitation était de 11 à 12 tonnes par heure.
Lorsqu'on substitua à ce coke le coke dont la fabrication est décrite dans l'exemple 1, après classement pour que la majorité du coke restât sur un tamis d'un pouce, les résultats furent les suivants :
EMI9.1
<tb> Coke <SEP> ordinaire <SEP> Coke <SEP> employé <SEP> selon
<tb> 1 <SEP> f <SEP> invention <SEP>
<tb>
<tb> Coke <SEP> (livres <SEP> anglaises) <SEP> 750 <SEP> 300
<tb> Rapport <SEP> métal <SEP> à <SEP> coke <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 10 <SEP> : <SEP> 1
<tb> Vitesse <SEP> de <SEP> fusion <SEP> (tonnes/heure) <SEP> 11 <SEP> à <SEP> 12 <SEP> 24 <SEP> à <SEP> 25
<tb> % <SEP> CO <SEP> en <SEP> vol. <SEP> des <SEP> fumées <SEP> 14 <SEP> 7
<tb>
Les températures régnant au trou de coulée du métal pendant le fonctionnement décrit ci-dessus étaient de 2700 à 2800 F.
La teneur moyenne en carbone des métaux était de 3,4 à 3,7 % en poids. par comparaisonavec les valeurs de 3,0 à 3,2 % en poids pour l'emploi du coke de fonderie normal. En dépit de la teneur plus forte en carbone, la densité, la dureté, la résis- tance à la traction et les autres propriétés ne furent pas détériorées et, an fait, furent quelque peu améliorées, particulièrement en ce qui concerne la résistance à la traction. Cela indique une- répartition meilleure et plus iforme du graphite dans toute la masse du métal.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de fabrication de coke de fonderie qui comprend la for mation d'un mélange intime comprenant notamment une partie majeur de coke de pétrole ayant une teneur en matières volatiles comprise entre environ 5 et environ 14 pour cent en poids, entre environ 5 et environ 10 pour cent en poids d'anthracite, entre environ 10 et environ 25 pour cent en poids d'un brai essentiellement hydrocarboné et, pour le reste, un charbon bitumineux foisonnant ayant une teneur en matières volatiles, comprise entre environ 14 et environ 22 pour cent en poids,la majeure partie des particules dudit mélange passant à travers un tamis d'un quart de pouce, la formation d'un li profond dudit mélange dans une zone de cokéfaction verticale étroite et la cokéfaction du mélange par chaleur indirecte à une températrue comprise enti environ 1800 et environ 22000F.
<Desc / Clms Page number 1>
GREAT LAKES CARBON CORPORATION company, residing in NEW-YORK (E.U.A.) IMPROVEMENTS RELATING TO THE PRODUCTION OF METALLURGIC COKE AND PROCESS
METALLURGIC USING DUDIT COKE.
(having been the subject of a patent filed in Great Britain on October 8, 1953 and granted there on January 11, 1956 - declaration by the applicant -).
Corrective letter: attached to be valid as of the date of 17.4.56 Page 4, line 43 read "The ash content is the residue ...." instead of: "The ash content and the residue ... ".
<Desc / Clms Page number 2>
The present invention relates to the manufacture of metallurgical coke or blast furnace coke and to a process for melting ferrous metals and ferrous alloys. More particularly, the present invention relates to a process for producing an improved type of coke which contains substantial amounts of crude petroleum coke in admixture with other components, which coke is particularly suitable for metallurgical processes and , for example, to the smelting of ferrous metals in cupolas.
The present invention provides a process for making foundry coke which comprises forming an intimate mixture comprising, in particular, a major portion of petroleum coke having a volatile content of between about 5 and about 14 percent by weight. weight, between about 5 and about 10 percent by weight anthracite, between about 10 and about 25 percent of a predominantly hydrocarbon pitch and, for the remainder, a bulking bituminous coal having a material content volatiles from about 14 to about 22 percent by weight, the major portion of the particles of said mixture passing through a quarter inch screen,
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 2200 F.
Foundry coke has been produced almost entirely from selected bituminous coals, in what in this technique are called by-product or beehive furnaces.Various coals with low and high volatile content are crushed and mixed for produce a more or less uniform or homogeneous mixture which is then put into the cokera The beehive kiln coke is produced in rows of circular kilns having a nominal diameter of 12 feet, the mixed coals being loaded to a depth of up to 24 inches. The heat of coking is provided mainly by the combustion of the volatiles of the coals and the expansion during carbonization takes place without restriction.
Currently, a very small percentage of metallurgical coke is produced this way due to its high porosity. The "by-product" coke is produced in batteries of 30 to 75 ovens. Each oven is approximately 40 feet in length, 10 to 14 feet in height, and 16 to 20 inches in width.
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 mixed coals through top openings, hermetically sealed and subjected to indirect heat, keeping the flue temperature between 1800 and 2200 F. Coking temperatures are regulated by careful regulation. combustion of the gases in the flues, which ensures even heating and uniformity of coke quality. The heating cycle can be anywhere from 15 to 30 hours, depending on the flue temperature, the type of carbon and the desired properties of the final coke.
Foundry coke normally produced in by-product furnaces is made by coking a mixture of bituminous coals with low and high volatile content; the types, number and proportions of components are chosen according to the final properties desired for the coke ;, The resulting coke generally has a high ash content (greater than 10%), porosity (measured by the amount of (water which saturates a given weight of the coke sample) is generally greater than 50% by weight and has a frangibility index (as defined below) of less than 90% by weight of larger material. than 2 inches and less than 70% by weight of material larger than 4 inches.
The apparent specific gravity is normally less than 1.0. When used in a cupola for smelting mixtures of scrap, pig iron, etc., and other components generally employed in the manufacture of various metals, this coke exhibits considerable reactivity with respect to carbon. CO2 in that the fumes
<Desc / Clms Page number 3>
contain appreciable amounts (10-15% by volume) of 00. Since the oxidation of coke by CO2 is an endothermic reaction, it adversely affects cupola performance. 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 petro-coke into mixtures of bituminous coals in the practice of by-product 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 for 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 resist. to rough handling and do not meet the practical specifications imposed on cupola cokes with regard to frangibility and hardness indices.
The same is true of coke which has been produced in what is called a Knowles furnace from a mixture of crude petroleum coke (75 to 95% by weight) and coking coal (25 to 5% by weight. ).
It is one of the objects of the present invention to produce a coke which substantially reduces the consumption of coke and increases the rates of melting in foundry practice, particularly when it comes to melting ferrous metals in an iron. cupola.
It is another object of the present invention to produce a foundry shell of improved density and reduced porosity,
It is another object of the present invention to produce a foundry coke having high combustibility (reaction with oxygen to form CO2) and reduced reactivity with CO2 to form. CO. @
It is another object of the invention to produce a bottom coke which gives very little ash.
It is a further object of the invention to provide a process for melting various metals, in foundry practice, making use of the improved coke described herein.
It is a further object of the invention to provide an improved process for byproduct oven coking, in which substantial amounts of petroleum coke can be employed to obtain marked improvement. of the resulting foundry coke.
It is another object of the present invention to provide an improved cok 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 coke consumption and to increase the melting rates and cupola capacity 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 tonne of coke in the melting apparatus.
It is another object of the invention to provide a method of smelting ferrous metals by which the carbon content of the final product
<Desc / Clms Page number 4>
can be increased without adversely affecting other properties of the metal, such as hardness, tensile strength, etc.
It is a further object of the invention to provide an improved method of melting ferrous metals in a cupola, in which the concentration of carbon monoxide is significantly 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 the components of which are (a) a major part of petroleum coke having a material content. volatiles of between about 5 and about 14% by weight, (b) between about 5 and about 10% by weight of anthracite, (c) between about 10 and about 25% by weight of a hydrocarbon pitch, (d) the remaining components comprising in particular an expanding bituminous coal having a volatile matter content of between about 14 and about 22% by weight. The major part of this mixture and, preferably, 90%,
must pass through a quarter inch sieve o This mixture is then put into a byproduct oven the construction of which is described above and also in the Encyclopedia of Chemical Technology, Volo 3? pages 157. to 167, The
Interscience Encyclopedia, New York, 1949 o The oven is normally charged through an upper orifice with the mixture of coals which fills the oven to about three-quarters of its height o The mixture is then coked by the indirect heat produced in the flues, at a temperature between about 1800 and about 2200 Fo The coking cycle depends mainly on the final properties desired for the coke and the temperature prevailing in the flues. Thus, at a final temperature of 1800 F,
the cycle requires between about 20 and 25 hours and at 2200 F, it requires between 18 and 20 hours
The petroleum cokes used to produce the cokes which constitute the object of the present invention result from the thermal cracking of heavy petroleum residues, such as reduced or topped crude oil, thermally or catalytically cracked recycle material, etc. Coking is normally carried out in a vertical cylindrical drum such as those manufactured by the Kellogg, Lummus and Foster Wheeler companies.
The heavy hydrocarbons are admitted into the drum at a temperature between 900 and 1000 F 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. Normally, the volatile content is between about 5 and 14% by weight and most usually between 8 and 12%.
One can also use the petroleum coke prepared by a fluidized coking operation where a heavy petroleum residue is caused to pass through a fluidized bed of finely-advised carbon or petroleum coke particles at temperatures ... between 850 and 1000 F, as a result of which the coke is deposited on the surface of the thinned particles which are periodically sucked from the liquefying apparatus, according to their size.
Normally, the volatiles content of petroleum coke is from about 5 to about 14% by weight, and most commonly between 8 and 12%.
The hydrocarbon pitch, which is important for the practice of the present invention, can be obtained from coal tar or from petroleum. Coal tar pitch is produced by thermal or vacuum distillation. tar recovered in the operation of by-product ovens. Petroleum pitches are prepared by the thermal distillation at atmospheric or reduced pressure of heavy petroleum hydrocarbons, cracked recycle materials or from materials with a boiling point.
<Desc / Clms Page number 5>
high recovered from regeneration operations.
Coal tar pitch
EMI5.1
or the petroleum pitch should have a melting point (ball and ring test) of between 300 and 400 F as 2 °, since these materials have a higher coke residue and improved binding properties.
The bituminous coals used in the practice of the present invention must have a volatile matter content of between
EMI5.2
be 14 and 22% by weight and, preferably, between 16 and 20%. Since it is desirable to keep the ash content of the final coke low, the ash content of the coal should also be low and normally not exceed 7% by weight.
About 5-10% by weight of anthracite is required in the mixture to form the coke 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 em-
EMI5.3
folded is that of the I 5 Buckwheat. It is preferable to spray anthracite at less than 100 mesh per linear inch, but spraying at 25 to 40 mesh works well.
Metallurgical cokes produced according to the present invention have a carbon content of greater than 95% by weight, an ash content of less than 4% by weight, a content of volatiles less than 1/2% by weight, a lower porosity. at 50% by weight and preferably less than 40%, a frangibility index of not less than 50% by weight of material.
EMI5.4
re larger than 4 inches and not less than 70% by weight of ply material larger than 2 inches, a bulk density greater than 1.0 and generally around 1.25, and a sulfur content of less than 1% in weight.
For the description and the claims of the metallurgical coke according to the invention and of the manufacturing process thereof 9 several definitions have been adopted as follows:
The bulk or bulk density of coke is the weight in pounds an-
EMI5.5
clay per foot oube according to Method D292-29 of 1 AS (this abbreviation meant: Amerioan Sociéty for Testing Materialsi
Porosity or cell space is the ratio of weights
EMI5.6
specific apparent and actual, determined by ASTM Method D167-24.
Volatile matter (abbreviation: 7M) o This content is understood to exclude moisture and free oil which are driven off by heating to a temperature of 400 to 500 Fo The volatile matter content is determined in a crucible of platinum placed in an electrically heated oven and may
EMI5.7
held at temperatures of 1742 ± 36 P. A one gram sample of dry coke at less than 60 mesh is heated for 7 minutes and the resulting weight loss is referred to as "volatiles".
Ash: The ash content and residue of a sample of a
EMI5.8
gram of coke ignited in an oxygen atmosphere at about 1742nd Fo
Combustibility. This is the rate of reaction of coke with oxygen and is expressed as a function of the composition when analyzed for smoke during operation of a cupola.
EMI5.9
Reactivity The reactivity of coke to carbon dioxide to form carbon monoxide is determined by analysis of smoke during operation of a cupola.
Frangibility. This is determined by the D141-23 method of
EMI5.10
l t AS3I and consists in dropping a sample of about 50 English pounds of coke, all of the pieces of which are retained by a sieve whose
<Desc / Clms Page number 6>
mesh has an opening of 2 inches square, 4 times on a heavy steel plate 6 feet high. A particle size distribution is then made on the fragmented material and the percentage by weight of the broken material held on a sieve at 2 inches 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:
Petroleum coke (8 to 12% VM) 40 to 75% by weight
Anthracite (12% ash) 5-10% by weight.
Coal tar pitch (Melting point 3500 F) 10 to 20% by weight.
Bituminous coal (16 to 20% VM) 10 to 30% by weight.
The above components were ground so that 90% of the particles passed a quarter inch screen. This mixture was charged into a deep bed in a vertical byproduct oven and coked by indirect heat for 20 to 22 hours at a temperature between 1800 and 2200 F.
The resulting coke exhibited the following analysis;
EMI6.1
<tb> Carbon <SEP> free <SEP>: <SEP> 96 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb> Ashes <SEP>: <SEP> 3.0% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb> Sulfur <SEP>: <SEP> 0.5% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb> Volatile <SEP> materials <SEP>: <SEP> 0.5% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb> Frangibility <SEP>: <SEP> 90% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> material <SEP> plus <SEP> large-
<tb>
<tb>
<tb> is <SEP> than <SEP> 2 <SEP> inches <SEP> and <SEP> less <SEP> of <SEP> 70% <SEP> in
<tb>
<tb> weight <SEP> of <SEP> material <SEP> plus <SEP> coarse <SEP> than
<tb>
<tb> 4 <SEP> inches.
<tb>
<tb>
<tb>
Porosity <SEP>: <SEP> 35 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
In preparing the carbonaceous mixture to be coked according to the present invention the petroleum coke should be the major component (by weight) and the total amount of pitch (of coal tar or petroleum) and swelling bituminous coal should be equal or less than the weight of petroleum coke in the mixture. If the proportion of petroleum coke is less than 40% by weight of the total mixture, the advantageous results described here are not achieved. This is also the case-if the proportion of coke of petroleum exceeds 75% by weight of the total mixture since, in this case, the frangibility indices fall below the acceptable specified values of the product according to the invention.
The improved results in tank 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. 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 in a proportion; up to 300%, allowing larger amounts of metal charge to be placed in the oven 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 made for the cupola smelting of ferrous metals.
A cupola furnace is a vertical barrel type furnace and consists roughly of a cylindrical bowl constructed typically of boilerplate lined with refractory Cupola furnaces vary in size and interior diameter ranges from 18 inches to 84 inches. The oven is fitted with a wind box and nozzles for the air intake. Is there an iron loading door in the side of the tank, usually 16 to 22 feet? above the bottom, door by
<Desc / Clms Page number 7>
where the charge to be melted and the fuel are introduced. Near the bottom of the vessel and generally on either side of it, there are tap holes for molten metal and slag
In operation, the bottom of the tank is filled with coke for a bed.
The heated coke bed above the tuyeres is 20 to 53 inches. This bed is ignited after which the charges of coke, flux and material to be melted (cast iron, steel scrap, etc. ..) are introduced until the cupola tank contains the desired number of loads or is filled to the level of the loading door. o When loading the cupola, a layer of limestone or other flux on top of the coke bed, then a load of metal, a load of coke and another load of flux, etc.
The lime load is typically 20% by weight of the coke load - by weight. The 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 its flow downward, through the coke, to the bottom of the cupola tank. The slag, which is formed by the reaction of the flux to the coke ash and impurities in the feedstock, floats on the surface of the molten metal and is periodically removed through the slag taphole. The heating cycle varies, for example, from 1 to 16 hours. The ratio of iron to coke for ordinary foundry coke is between 6 to 1 and 12 to 1. When coke has been employed according to the present invention, metal to coke ratios of up to to 20 to 1.
The amount of flux can vary from 4 to 90 English pounds per load of metal and coke, depending on the size of the cupola.
To further describe the coke which is the subject of the present invention and its manufacturing process, the following examples are given: EXAMPLE 1.
The following components were ground to 90% material less than a quarter of an inch and thoroughly mixed.
Petroleum coke (12% VM) 60% by weight.
Coal tar pitch (Point de fusa 3000 F) 14% by weight.
Bituminous coal (from Pocahontas) (18% VM) 18% by weight.
Anthracite (12% ash) 8% by weight.
The above mixture was coked in a vertical by-product oven maintaining a temperature in the flues between 2000 and 2100 F during a 20 hour cycle. The coke resulting from this operation presented the following analysis:
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<tb> Carbon <SEP> 96 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ash <SEP> 3.5 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.5 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Volatile <SEP> material <SEP> less <SEP> of <SEP> 0,
5 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Frangibility <SEP> 55% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> material <SEP> plus
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> big <SEP> than <SEP> 4 <SEP> inches <SEP> 72 <SEP>% <SEP> in <SEP> poi
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> material <SEP> more <SEP> coarse <SEP> than <SEP> 3 <SEP> in
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> these
<tb>
<tb>
<tb> Apparent <SEP> density <SEP> 1.20
<tb>
This coke was used to melt a mixture of pig iron, foundry waste, steel scrap, etc. in a cupola having a diameter n min of 65 inches at the level of the tuyeres and 72 inches in the melting zone. . A bed of coke of about 6000 British pounds was used.
The normal coking iron ratios for these cupolas are 6 to 1, each load
<Desc / Clms Page number 8>
metal being 1 ton It has been found that the iron to coking ratio can be increased to 18 to 1 by employing the improved coke described above, which increases the cupola melting rate from the normal rate of 17. tons up to 23 tons per hour.
The taphole temperatures of the metal were 2750-2800 Fo Similarly, the average carbon content of the metal was 3-5 to 3.7% by weight compared to values of 3.1 to 3.2% by weight. weight for normal foundry coke. Photomicrographs 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 strongly carbonated iron produced with ordinary foundry coke
Smoke analyzes were obtained for the entire operation and the average CO concentration was about 6.0% by volume.
This figure should be compared with the 00 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 increase observed coking iron ratios.
Additional samples of metallurgical coke were prepared according to the teachings of the present invention with the following mixtures:
TABLE I
EMI8.1
<tb> Example <SEP> Coke <SEP> of <SEP> Coal <SEP> bi- <SEP> Pitch <SEP> of <SEP> gou- <SEP> Anthracite
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> oil <SEP> tuminous <SEP> dron <SEP> of <SEP> coal
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP>% <SEP>% VM <SEP>% <SEP>% VM <SEP>% <SEP> Point <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fus.
<SEP> F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 45 <SEP> 12 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 400 <SEP> 10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 50 <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 17 <SEP> 400 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 60 <SEP> 10 <SEP> 17 <SEP> 18 <SEP> 15 <SEP> 350 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 70 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 16 <SEP> 10 <SEP> 350 <SEP> 7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 75 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 300 <SEP> 5
<tb>
The components of the above examples have been read; crushed so that the majority of the particles pass through a quarter-inch screen and so as to produce an intimate mixture of the components Percentages are percentages by weight The coking operation was similar to that described in example 1.
All of the cokes produced in Examples 2 to 6 exhibited improved characteristics for cupola operation and allowed the use of increased coking iron ratios and higher melt rates * All of these cokes had a porosity of less than 50% and generally 35-40%, a volatile content of less than 1.0% by weight, a frangibility characterized by more than 80% by weight of larger than 2 inches and more than 60% by weight of greater than 4 inches and an ash content of less than 4% by weight All cokes exhibited considerably lower reactivity than observed in normal foundry coke practice,
even if low and high volatile coals were mixed with small proportions of anthracite fines
By carrying out the improved smelting process described herein with the particular type of coke described herein, the Applicant has found that it is possible to increase the rate of melting of the metal up to twice that obtained by the process. use of standard foundry coke. In addition, the carbon content of the final metal produced is significantly increased without deteriorating other properties of the metal, such as hardness, resistance to corrosion.
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tensile strength, silicon and manganese content, etc.
Likewise, a marked reduction in gas occlusion in the final metal produced was observed, which is probably due to the substantially reducing state of the melting zone of the cupola. This point of view is reinforced by the fact that the final metal produced has a much lower percentage of Fe @ O @. Likewise, greater fluidity of the metal at the cupola casting has been observed even though the temperature at the taphole is lower than in ordinary practice.
EXAMPLE 7.
The coke - the manufacture of which is described in Example 1 was used in a foundry having a cupola 6 inches in diameter and the normal operation of which involves the loading of pig iron, steel scrap and scrap. of foundry, with the cake, in a ratio of about 4 to 1, the average metal charge being about 3 English pounds. The normal melting rate for this operation was 11 to 12 tonnes per hour.
When this coke was substituted for the coke the manufacture of which is described in Example 1, after classification so that the majority of the coke remained on a one-inch screen, the results were as follows:
EMI9.1
<tb> Coke <SEP> ordinary <SEP> Coke <SEP> employee <SEP> according to
<tb> 1 <SEP> f <SEP> invention <SEP>
<tb>
<tb> Coke <SEP> (English <SEP> books) <SEP> 750 <SEP> 300
<tb> Ratio <SEP> metal <SEP> to <SEP> coke <SEP> 4 <SEP>: <SEP> 1 <SEP> 10 <SEP>: <SEP> 1
<tb> <SEP> speed of <SEP> melting <SEP> (tonnes / hour) <SEP> 11 <SEP> to <SEP> 12 <SEP> 24 <SEP> to <SEP> 25
<tb>% <SEP> CO <SEP> en <SEP> vol. <SEP> of <SEP> fumes <SEP> 14 <SEP> 7
<tb>
Temperatures at the metal taphole during the operation described above were 2700-2800 F.
The average carbon content of the metals was 3.4 to 3.7% by weight. compared to the values of 3.0 to 3.2% by weight for the use of normal foundry coke. Despite the higher carbon content, the density, hardness, tensile strength and other properties were not deteriorated and, in fact, were somewhat improved, particularly with regard to resistance to heat. traction. This indicates a better and smoother distribution of the graphite throughout the mass of the metal.
CLAIMS
1.- A process for the manufacture of foundry coke which comprises forming an intimate mixture comprising in particular a major part of petroleum coke having a volatile matter content of between about 5 and about 14 percent by weight, between about 5 and about 10 percent by weight of anthracite, between about 10 and about 25 percent by weight of a predominantly hydrocarbon pitch and, for the remainder, a bulking bituminous coal having a volatile content of between about 14 and about 22 weight percent, most of the particles of said mixture passing through a quarter inch screen, forming a deep li of said mixture in a narrow vertical coking zone and coking the mixture by indirect heat at a temperature between approximately 1800 and approximately 22000F.