Sidérurgie et hauts fourneaux
La cokerie produit le carburant des hauts fourneaux
Cokes
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La cokerie produit le carburant principal des hauts-fourneaux.

Cokerie


Les cokes ressemblent à de l'anthracite devenu gris et mat


Coupe d'une cokerie
(Image Hoogovens Museum Ijmuiden)


Cokerie à Charleroi (Carsid)
Elle est à l'arrêt car elle ne répond pas aux normes environementales.


Cokerie près de Liège...
Elle a fourni du coke aux autres sites de Mittal jusqu'en juin 2014


La fabrique de nuages
Arcelor-Mittal Dunkerque


Pour extraire le fer du minérai (qui est de l'oxyde de fer) il faut le réduire (extraire l'oxygène) et le faire fondre (pour le séparer de la gangue). Un des réducteurs les plus pratiques est le monoxyde de carbone issu de la combution incomplète de matières premières contenant de grandes quantités de carbone (charbon, cokes, charbon de bois). La combustion produit une partie de la chaleur nécessaire pour faire fondre le fer. Le monoxyde de carbone capture l'oxygène du minérai et forme ainsi le dioxyde de carbone.

Le premier carburant (réducteur) des hauts-fourneaux était le charbon de bois, obtenu par la calcination du bois en vase clos. En fin de réaction, on obtient du carbone pratiquement pur. Le charbon de bois a des inconvénients quand il est utilisé dans les hauts fourneaux:

  • Le charbon de bois n'est pas résistant à la compression et se tasse dans les fourneaux sous le poids des couches supérieures. La circulation de l'air devient ainsi impossible. Le charbon de bois n'est utilisable que dans les bas fourneaux et petits haut fourneaux (moins de 30 m. de haut).

  • Il faut énormément de charbon de bois pour alimenter un haut fourneau: lors de la révolution industrielle, il n'y avait plus assez de forêts pour assurer un approvisionnement stable en bois.
Le charbon classique, l'alternative à première vue la plus évidente, ne peut pas être utilisé car il contient trop de composants indésirables. Il s'agit en particulier de soufre qui va se dissoudre dans la fonte en fusion et sera très difficile à éliminer par après. Les traces de soufre sont indésirables dans la fonte (et par après dans l'acier). Le charbon produit également du goudron qui empèche la circulation de l'air et encrasse le four à la longue. On a fait des essais avec du charbon (l'acier produit était de mauvaise qualité), mais on est passé au coke dès que possible.

Les composants indésirables sont heureusement volatils et peuvent être éliminés par une distillation en vase clos. Les gaz récoltés sont utilisés dans l'industrie chimique, et c'est pour cela qu'on rencontre les cokeries dans les environnements industriels.

Le gaz de cokerie est bon conbustible (bien que moins énergétique que le gaz naturel). Pour la petite histoire, pendant l'occupation allemande, les voitures particulières qui étaient autorisées à rouler (docteurs, livreurs, etc) roulaient au gaz. Les voitures étaient équipées de bonbonnes à gaz de cokerie. Les voitures des forces occupantes disposaient d'essence synthétique, également produit à partir de la houille, mais suivant un procédé plus complexe (Fischer-Tropsch). Certains véhicules étaient équipés d'un gazogène, une chaudière qui brûle du bois ou du charbon en atmosphère réductrice et produit un gaz comburant. Le gaz de gazogène correspond au gaz de haut-fourneau.

Après la seconde guerre mondiale, la nation avait un grand besoin d'acier pour sa reconstruction (et donc aussi de cokes). Le gaz issu de la distillation était filtré et stocké dans des gazomètres avant d'être distribué en ville sous le nom de gaz de ville. Ce gaz qui était utilisé pour la cuisson et le chauffage était toxique à cause du monoxyde de carbone et fut remplacé dès les années 60 par le gaz naturel.

La houille utilisée était à l'origine du charbon gras (bon marché car peu utilisé comme chauffage ménager). Le charbon gras produit beaucoup de gaz combustible (le but était alors de produire le plus de gaz de ville possible, les cokeries étaient installées aux alentours des villes). Quand on est passé au gaz naturel, les cokeries situées en ville n'avaient plus de raison d'exister. Les cokeries sidérurgiques utilisent un autre type de charbon, le plus pur possible pour que les impuretés ne se retrouvent pas dans la fonte.

Une cokerie se compose d'une série de fours allongés qui sont tous remplis de charbon. Le charbon séjourne environ 20 heures dans le four (selon la température du four). Ensuite, le coke est défourné (voir dernière photo) et le four est à nouveau rempli pour assurer un fonctionnement continu. Si le four se compose de 50 éléments, il y a un remplacement de la charge d'un élément toutes les 24 minutes.

Les éléments du four ne sont pas remplis et vidés l'un après l'autre, mais on saute chaque fois deux ou trois éléments. Ainsi, la température générale ne change pas trop. La chaleur est produite à la base du four par une partie des gaz combustibles issus de la cokéification.

Une phase remarquable de la production de cokes est l'extinction des cokes brulants qui produit une grande quantité de vapeur d'eau qui se voir de loin. Le "coke car" qui reçoit une charge de cokes brulants les transporte vers la tour d'extinction où le coke est aspergé d'eau.

Il existe également un système sec plus propre (il ne produit pas de volutes de fumées), plus économique (la chaleur peut être récupérée) et qui produit un coke de meilleure qualité: le coke est placé dans un réservoir étanche où circule un gaz inerte qui va refroidir le coke. Ce système est beaucoup plus lent et n'est utilisé que si le site dispose de suffisamment de place pour plusieurs refroidisseurs

Carcoke (Société carolorégienne de cokéfaction) avec unités de production à Zeebrugge, Marly (Bruxelles) et Tertre était le plus grand producteur indépendant de cokes en Belgique. Maintenant le coke est produit dans une usine auxilaire à un haut fourneau.

Après la ferméture d'une cokerie, il faut assainir le terrain, saturé en composants nocifs présents dans le goudron que le charbon libère à la cuisson. Ce n'est pas que le charbon en contienne beaucoup, mais une cokerie en traite des milliers et des milliers de tonnes.

Une des caractéristiques des cokeries est qu'elles doivent fonctionner en continu. L'arrêt de l'usine produit des dégats à cause du changement de température qui abime les murs du four.

Petcokes (le résidu de la distillation du pétrole) n'est pas utilisé dans les hauts fourneaux car il contient trop de résidus.

Image à droite:

  1. Tour à charbon
  2. Enfourneuse
  3. Défourneuse et répaleuse
  4. Guide-coke et coke car
  5. Tour d'extinction
  6. Tuyau d'aspiration du gaz brut
La défourneuse pousse le coke incandescent (saumon de coke) hors du four et dans le car coke. Il s'agit d'une tige avec crémaillère et bouclier rectangulaire au bout. La répaleuse est également une tige avec crémaillère qui sert à égaliser le niveau du charbon après l'enfournage.

Plus d'images de la cokerie de Charleroi (2016). Une partie des batiments sont détruits (tour d'extinction), mais pas la tour à charbon visible de loin.

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