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"PERFECTIONNEMENT AUX PROCEDES DE'FABRICATION D'AGGLOMERES
A BASE DE CHARBON UTILISE COMME SEUL LIANT".
Le présent procédé est un perfectionnement aux procédés de fabrication d'agglomérés à base de charbon considéré comme matière agglomérante et dont la teneur en matières volatiles est comprise entre 13 et 40%, l'agglomération se faisant sous pres- sion et à l'exclusion de tout autre liant.
L'invention se rapporte en particulier au procédé(décrit dans les brevets 412738 et 428859) dans lequel les matières divisées en dessous de 10 mm sont chauffées sous agitation cons- tante et selon la nature du charbon agglomérant jusqu'à une tem- pérature déterminée et à respecter à 5 près,comprise entre 350 et 500 environ, à raison d'une élévation de température de 15 à 30 par minute, la dernière partie du chauffage s'effectuant
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dans une chambre relativement étanche.
Les grains de matières doivent rester individualisés pen- dant toutes les opérations et jusqu'à l'arrivée aux presses où ils doivent parvenir gras et collants au toucher,la températu- re finale propice à l'agglomération étant celle à laquelle les grains du charbon qui sert d 'agglomérant ont acquis un état ap- pela globulaire qui fait l'objet des brevets N 360870 et addi tions 416184, 418738 et 428859.
Dans les conditions ordinaires de réalisation du procédé ci-dessus il est dangereux de dépasser la témpérature finale, ne serait-ce que très légèrement, si l'on ne veut pas oourir le risque de la prise en masse en tout ou en partie de la ma- tière à traiter,même lorsqu'elle est un mélange contenant de 15 à 100% de charbon utilisé comme agglomérant.
Ce risque ap- parait dans tous les autres procédés connus où l'on traite un mélange de charbon fusible qui doit servir de liant avec d'au- tres charbons qui fondent à des températures supérieures ou qui sont infusibles ou avec des matières inertes( coke,minerai, etc..); Le traitement de ces mélanges a été proposé soit pour des raisons commerciales,soit pour modifier le pouvoir agglo- mérant du charbon ou pour retarder le moment de la prise en masse de la matière ou pour obtenir une prise en masse frag- @
Pour obtenir des agglomérés qui ne se crevassent pas lorsqu'on les recuit,il a aussi été proposé de moudre finement les matières additionnelles,sans que la finesse de mouture ait été déterminée.
La présente invention a pour objet de préciser,en permet- tant d'en tirer tout le parti possible,les connaissances rela- tives au mode d'action des différents facteurs qui intervien- nent dans l'agglomération sous pression, le traitement préalable de la matière et le comportement des agglomérés à la sortie des presses, ou pendant la combustion ou la ookéfaction(dans le cas où il faut les recuire)*
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Conformément à l'invention,l'état le plus favorable à l'agglomération est atteint dans les conditions générales de traitement mentionnées plus haut mais en agissant sur les pro- portions relatives des constituants de la matière et sur leur granulométrie ce qui permet d'obtenir une marge très grande .
de températures propices à l'agglomération et aussi de réaliser des températures plus élevées qui favorisent l'accroissemnt de plasticité du mélange,la matière restant en grains individuali- sés jusque dans les presses où ils parviennent gras et collants au toucher,et l'agglomération étant elle-même avantagée par une compression rapide et immédiate après la sortie du four.
La température finale choisie correspond au degré de plasticité nécessaire à l'obtention d'agglomérés de résistance à l'écrasement recherchée .
Les conditions à observer dans la fabrication des agglomé- rés sont indiquées et expliquées en détail ci-après au cours de la description complète du procédé.
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A.- Pr6pdration des matières uremières.
Les matières à agglomérer doivent être séchées,broyées , dosées et bien homogénéisées avant d'être soumises au traite- ment thermique et à l'agglomération sous pression.
Le rôle de ces opérations et la façon de les conduire se déduit des considérations suivantes :
Un charbon est une matière hétérogène constituée d'une certaine quantité de matières fusibles et infusibles,inégalement réparties ; un broyage fin en dessous de 1/2 mm rend cette ma- tière broyée homogène dans toutes ses parties et lui donne les propriétés d'un mélange de charbon fusible et de matières in- fusibles ou inertes où le charbon fusible est très éparpillé et est réparti uniformément dans la masse. Le pouvoir agglomé- rant de ce mélange et la qualité des agglomérés dépendent de la quantité ,de la nature et de la granulométrie de ses composants.
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Le broyage fin d'un charbon diminue la grandeur des espaces intergranulaires en multipliant les surfaces des matières infu- sibles ou inertes et fait qu'à égalité de températures finales de traitement et de pressions d'agglomération, la matière fusible a plus difficile de remplir tous les vides d'une façon absolue ce qui a pour conséquence d'empecher le gonflement des agglo- mérés à la sortîmes presses ou lors d'un recuit ultérieur.
Une autre conséquence du broyage fin est de permettre d'atteindre des températures finales plus élevées que dans le cas où les grains de matières fusibles sont inégalement répar- tis et d'arriver à fondre ceux-ci entièrement tout en évitant le risque d'une autoagglomération de certaines parties du mélan- ges ou même d'une prise en masse.
Enfin, toutes les parties du mélange acquièrent par le broyage fin le même degré de plasticité au même moment, ce qui ne serait pas le cas si la matière fusible était inégalement divisée et moins bien répartie et se présentait en nodules.
Grâce au broyage fin,la matière peut donc être portée au point où elle possède les meilleures qualités agglomérantes et donner un aggloméré ayant une porosité suffisante pour per- mettre le départ des matières volatiles qui se forment à la température à laquelle on travaille.
Une grande finesse de broyage permet d'obtenir des agglo- mérés qui ont une grande résistance à l'écrasement et qui sont très compacts. Toutefois, la quantité de matières fusibles con- tenue dans le mélange ne permet pas toujours,malgré le broyage fin, de réaliser les témpératures les plus favorables à l'utilisation complète des propriétés agglomérantes de ces ma- tières fusibles. Dans ces conditions,il y a lieu de mélanger au charbon des matières étrangères inertes ou infusibles dont le rôle est de diluer les matières fusibles dans une masse plus grande.
On peut alors en broyant finement le tout porter le mélange à la plus haute température possible en dessous de
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la prise en masse,les grains restant toujours individualisés: Il arrive aussi que la finesse du broyage conduise à des agglo- mérés qui ont une structure interne trop comptacte et plus ou moins isotrope et qui de ce fait se fissurent lors du refroidis- sement bien que les parties restées entières aient des résis- tances à l'écrasement pouvant dépasser 400 kg. Dans ce cas il faut aussi prévoir dans le mélange à agglomérer la présence de 4 à 7% d'un constituant dont la finesse de mouture est comprise entre 1/2 et I mm et qui joue dans l'aggloméré le rôle d'un squelette comme le fait la chamotte dans la brique réfractaire.
Si on est limité dans la quantité de dégraissant(matières inertes ou infusibles) à ajouter dans le cas du traitement d'un char- bon très fusible,il faut éviter de broyer ce dernier en dessous de I mm et s'arrêter à la température où, seule la partie su- perficielle des grains est fondue.
Comme un charbon peut toujours etre considé comme un mélan- ge de matières fusibles et inertes il est possible de se servir de rainerai, etc.. comme addition dans le but de réaliser des agglomérés dont la composition est fixée par la destination que l'on veut leur donner;
En composant judicieusement le broyage et la proportion des constituants suivant les règles précédentes,on parvient aisément à augmenter le choix des températures les plus propices à l'ag- glomération ou à travailler à des températures donnant le maxi- mum d'efficacité à la matière agglutinante sans risquer la pri- se en masse ou choisir une température suffisante pour obtenir la résistance à l'écrasement imposée pour les agglomérés en leur donnant une bonne résistance au choc.
Pour appliquer la méthode générale indiquée ci-dessus et en tirer lesmeilleurs résultats, il est utile de tracer pour les mélanges que l'on veut mettre en oeuvre et préalablement à la fa- brication industrielle, des tourbes analogues à celles des fi- gures I à 5.
La figure I montre la variation de température de prise en
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masse du mélange en fonction de la granulométrie de la matière et de la proportion des composants.'
On y considère les teneurs croissantes en coke dans les mélanges suivants,les chiffres indiquant la granulométrie:
I. Charbon 0-0,295 mm Coke 0-0,295 mm
II.' Charbon 0-0,295 mm Coke 0,852-1,17 mm
III. Charbon 0-0,295 mm Coke 50% à 0-0,295+ 50% à 0,852-1,17 mm.
On voit que l'addition d'une matière inerte(coke,char- bon maigre, minerai etc..)en -une certaine proportion à un char- bon fusible retarde la prise en masse de celui-ci ou la sup- prime entièrement.
Par exemple si un charbon gras à 33% de matières volati- les prend en masse à 3750 ,il ne le fait qu'à environ 420 0 si on le mélange à son poids de coke et ne le fait pas si cette ad- dition vaut environ 65% du mélange.
Les figures 2 à 5 montrent la variation de résistance à l'écrasement des agglomérés pour des pressions de formation de 300 - 500 - 800 et 1220 kgs/om2 en fonction de la température finale atteinte et de la composition du mélange correspondant à la figure I.
Dans ces figures les aires I,II,III et IV représentent
1 zone dans laquelle on obtient des agglomérés dont la résistance à l'écrasement est supérieure à 100 kgs.
II zone dans laquelle on obtient des agglomérés dont la résistanoe à l'écrassement est supérieure à 200 Kgs.
III zone dans laquelle on obtient des agglomérés dont la résistance à l'écrasement est supérieure à 300 zgS, IV zone dans laquelle se produit la prise en masse de la matière.
On y voit que, toutes choses étant égales,la température finale peut approcher à 2 ou 3 près celle de prise en masse et qu'elle peut se tenin entre des limites de variation très larges.
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B- Traitement thermique.
La matière préparée comme il est dit au point précé- dent est traitée d'une manière continue dans un four rotatif con- tinu chauffé extérieurement.
Le chauffage se fait à une vitesse indifférente jusqu'à 300 C: l'eau hygroscopique et de constitution ainsi que les gaz permanents sont éliminés.
A partir de 300 0 une décomposition commence, qui se marque en fait à partir d'une certaine température par l'appari- tion de la plasticité(température de ramollissement de la cour- be d'Arnu, comprise suivant les charbons entre 350 et 4752).
La plasticité augmente avec la température et dis- parait lors de la solidification,passant ainsi par un maximum.
D'autre part, à une température donnée la valeur de la plasticité dépend de la rapidité avec laquelle on atteint cette température et la cohésion des agglomérés pour une pression don- née n'augmente avec la plasticité que jusqu'à une certaine limi- te. Il y a donc avantage à chauffer,surtout à partir de 300 C, à une vitesse d'élévation de température aussi rapide que possi- ble, en s'arrêtant à une température à laquelle la mat ière peut se trouver imprégnée et surnD ntée par ses propres vapeurs hydro- carburées.
La vitesse d'élévation de température à partir de 300 C doit être supérieure à 15 C par minute et doit même attein- dre 30 C par minute pour certains charbons à faible teneur en ma- tières volatiles.
La température finale de traitement est atteinte lors- que la matière possède une plasticité telle que les agglomérés ont la résistance à l'écrasement recherchée, tous les grains res- tant individualisés jusqu'à l'arrivée aux presses, la matière se trouvant imprégnée et surmontée par ses propres vapeurs hy- drocarburées qui empêchent l'action de l'air sur la masse et con- servent les grains de charbon gras et collants au toucher.
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La matière doit être remuée pendant tout le traitement pour que toutes ses parties atteignent une même température au même mo-
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ment et pour éviter les semi-oarbonijations et les collages, sans que cette agitation de la matière provoque l'éloignement de l'atmosphère goudronneuse qui se forme imprègne et surmonte la masse lorsqu'elle arrive à la température finale.
Il est indispensable d'effectuer la dernière partie du chauffage en une chambre étanche dans laquelle peut se former une atmosphère exclusive de vapeurs hydrocarburées.
L'étanchéité de cette chambre peut être relative car la production continue des matières volatiles qui s'y forment y empêche une entrée de gaz extérieurs et nécessite de prévoir un dispositif convenable pour l'évacuation continue de 1'zxcé- dent des gaz intérieurs dont une partie est déjà entrainée par la masse de matière qui va aux presses.
La matière prête à être agglomérée doit être transportée aux presses dans l'état où elle se trouve à fin du traitement et dans des conditions telles que sa température,lors de l'agglomé- ration,soit sensiblement la température qu'elle avait à la sortie du four, parce que la plasticité du mélange diminue par refroi- dissement. Le transport de la matière depuis le four jusqu'aux presses se fait au mieux en faisant glisser la matière dans une goulotte fermée aussi courte que possible et au besoin calorifugée qui réunit la chambre étanche aux presses et qui est maintenue con tinuellement remplie en agissant sur la vitesse de rotation des presses pour modifier leur consommation.
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0. Agglomération.'
Si l'obtention de beaux agglomérés dépend de la composi- tion du mélange mis en oeuvre, de la granulométrie et ses cons- tituants ainsi que du traitement thermique ; dépend également de la pression et de la rapidité de l'agglomération.
L'agglomération doit être conduite aussi rapidement que possible pour éviter le refroidissement et parce que la masse comprimée devient vite indéformable,c'est à dire qu'il faut avoir
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donné sa forme définitive à l'agglomération avant que la plas- ticité ne soit tombée en dessous d'une certaine valeur. La né- cessité de procéder rapidement est d'autre part avantageux au point de vue industriel.
La pression pour réaliser une résistance donnée à l'écrase- ment des agglomérés varie avec la granulométrie des composants, leurs proportions relatives et leur nature. Elle peut descendre, pour les charbons les plus fusibles vers 100 kgs/cm2. Comme pour certains mélanges on peut être conduit à utiliser 800 kgs/ cm3, pratiquement elle est comprise entre 400 et 700 kgs/cm2 (figures 2 à 5) et il y a lieu d'observer que la résistance des agglomérés n'augmente que jusqu'à une certaine limite avec la pression.
Les pressions utilisées sont plus grandes que dans la fabri- cation des agglomérés au brai où on moule une pâte,tandis qu'ici on comprime une masse jusqu'à ce que l'agglomération s'en suive.
La¯ consommation d'énergie pour l'agglomération n'est toutefois pas plus grande car les chemins résistants sont très courts.
Avantagea.
Dans certains procédés ,connus, on obtient une auto- agglomération dans le four même mais les agglomérés étant à l'état de semi-coke, leur forme,leur poids spécifique, leur résistance et leur aassure ne ressemblent en rien à celles des agglomérés fabriqués suivant le présent procédé . Ces derniers présentent même une cassure offrant le même aspect que celle d'un morceau de charbon si la quantité de matières inertes qu'ils contirnnent ne dépasse pas une certaine limite ; sont cons- titués de charbon,ils ont une densité de 1,3 et leur porosité dépend du choix des dégraissants et de la granulométrie des constituants.
Suivant notre procédé on peut agglomérer des charbons ou des mélanges de charbon, ou de charbons et de minerais, obte-
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nir des agglomérés réactifs, brûlant en conservant leur forme et d'une teneur déterminée en matières volatiles. Les agglomérés peuvent être recuits ou transformés en semi-coke ou en coke.
Le procédé permet aux charbonnages de valoriser tous les charbons fins. La proportion de ceux-ci a augmenté sous l'in fluence des lois sociales(lesquelles ont conduit à des procédés d'abattage rapides mais brutaux) et leur prix de vente avilit fortement le prix de vente moyen de toute la production.
Le présent procédé est plus économique que le procédé au brai. Ce dernier consomme en moyenne 8% de brai à la tonne d'ag- glomérés tandis que notre procédé consomme en moyenne 4% de charbon.' D: .Appareillage.
L'installation pour la réalisation du présent procédé re- présentéeà titre d'exemple aux figures 6 à 9 est simple, peu coûteuse et d'une conduite facile et économique.
Le four permet sans dispositifs spéciaux le maintien de la température finale à 5 près. Les gaz chauds qui peuvent être produits par un moyen quelconque, le sont dans l'exemple décrit dans un foyer muni d'une grille mécanique.
L'installation complète est conduite par 2 ouvriers dont un ne s'occupe que des presses. Elle permet de traiter 4 à 5 tonnes de matières par heure à une température finale de 460 0 et comprend: des silos 1,2,3,4 pour les constituants; des soles doseuses 5,6,7 pour les mélanges; un sécheur 8 ; un broyeur mélangeur 9; une trémie 10 avec dispositif d'alimentation du four;
un four circulaire rotatif 11 entièrement métallique et incliné à 5% sur l'horizontale, tournant dans un tun- nel I2 à section circulaire,chauffé extérieurement par les gaz chauds circulant dans l'espace annulaire I3 compris entre le four et le tunnel,divisé dans le der- nier tiers environ de sa longueur,vers la sortie de la
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matière,par un diaphragme 14 portant un colimaçon 15 permettant le passage de la matière de la partie amont
16 du four vers la partie aval 17,c'est à dire vers la chambre étanche; une ou plusieurs presses à rouleaux ou à briquettes 18, reliée au four par une goulotte fermée 19 et mûe par un moteur 20. un foyer 22; un dispositif pour la reprise des fumées et leur réin- jection dans la partie aval du foyer,comprenant un ven- tilateur 25 et un éjecteur diffuseur 26;
un condenseur 31 pour les excès de vapeurs hydrocarbu- rées sortant de la partie 17 du four.
La partie amont 16 du four,celle par laquelle la matière y entre, est en communication avec l'atmosphère; la partie aval 17 constitue une chambre étanche dans laquelle le charbon entre par le colimaçon 15 en formant bouchon et de laquelle il sort en empruntant la goulotte 19 maintenue continuellement rem- plie et qui va aux presses 18.
Le tube 11 en acier demi-dur de 18 mm d'épaisseur, a une longueur de 22 m, une longueur utile de 18 m et un diamètre de 1,80 m .Il est supporté par ses extrémités en 21,21 comme un tube de cimenterie. Sa dilatation Se développe vers le bas en re- poussant la tête du four.
La section du tunnel calorifugé 12 est cylindrique. L,espace annulaire 13 entre celui-ci et le four 11 est réduit (7,5 cm) de manière que les gaz chauds qui circulent le long dufour en sens inverse de la matière traitée, aient une vitesse assez grande (10 à 15 m. par seconde) afin d'avoir un bon coefficient de transmission de la àhaleur du gaz au métal.
Ces gaz sont un mélange de gaz chauds provenant du foyer 22 et de fumées repri- ses à la sortie 23 du tunnel 12,pour réaliser à l'entrée 24 du tunnel une température de 650 à 7000. Les fumées à la sor-
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tie du tunnel sont aspirées par le ventilateur 25 avec moteur à vitesse variable et refoulées dans l'éjecteur 26 qui aspire les gaz chauds,le tout passant ensuite dans l'espace annulaire 13 qui entoure le four.
Le foyer 22 est situé sous le tunnel 12.L'éjecteur et son diffuseur 26 sont en maçonnerie. En modifiant la vitesse du Ventilateur 25, on règle la quantité de fumées réintroduites dans le circuit du four. Une tuyauterie avec vanne branchée sur le refoulement du ventilateur rejette à l'atmosphère un poids de gaz équivalent à celui des gaz chauds aspirés par l'éjeoteur.
En faisant varier le poids des gaz chauds circulant autour du four et la température du mélange, on arrive facilement à main- tenir, à 5 près,quelle que soit la charge,la température finale choisie, et à modifier la distribution de chaleur le long du four*'
La température du mélange des gaz chauds doit être choisie pour éviter des accidents dans le cas d'une irrégularité dans l'arrivée de la matière ainsi que le collage de cette derniè- re.' En pratique la température limite des gaz à pleine charge peut atteindre 700 0 lorsgu'on traite des charbons peu fusibles.
La section du tube doit être grande comparativement à la section de la veine de matière qui y circule parce que la chaleur n'entre dans la matière que par la surface offerte au rayonnement des parois du tube.
Pour éviter de provoquer le départ des matières volatiles qui baignent la masse,les ailes des cornières sont dans la chambre étanche,fortement inclinées sur le rayon du tube en sens inverse du mouvement de rotation et leur hauteur est infé- rieure à la flèche de la section de la veine de matière.
Le charbon traverse le four en un temps qui dépend de l'inclinaison donnée au tube, de la vitesse de rotation de ce- lui-ci.
Suivant la charge du four et la nature de la matière on
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fait varier le temps de traversée de 15 à 30 minutes en modi- fiant la vitesse de rotation.
Après avoir acquis dans la chambre étanche 17 du four la température finale et l'état décrit plus haut,la matière est immédiatement conduite à la presse 18 en glissant dans la goulotte 19 maintenue continuellement remplie en agissant sur la vitesse de rotation de la presse pour en modifier le débit.
Description d'une fabrication.
1er exemple.
Composition du mélange traité:
Charbon Machine à Feu (22% M.V.) 66,6%
Coke 33,3% Granulométrie du mélange: 0-1 mm.
Traitement thermique.
Durée de passage dans le four :15' Température d'agglomération :420 Perte de matières volatiles :2 % du charbon Température des gaz de chauffage : à l'entrée du mélange traité : 320 au milieu du four 4500 à la sortie du mélange traité: 520
La température de la matière suit la même courbe que cel- le des gaz de chauffage. La matière entre dans la chambre étan- che vers 350 C.
Agglomération Pression : 600 kgs/cm2 Résistance moyenne des agglomérés(boulets) à la compression:130 kg 2ème exemple.
Composition du mélange traité:
Charbon Hautrage (16% M.V.)non gonflant, non agglu- t inant 90%
Coke 10%
Granulométrie: 0-5 mm.
Traite-ment Thermique.
Durée de passage dans le four : 15' Température d'agglomération : 450 Entrée de la matière dans la chambre étanche à la tempé- rature de......:.......:...... : 380-390
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Perte en matières volatiles du charbon ................... 1 % Température des gaz de chauffage: à l'entrée du mélange traité 280
Milieu du four 540 à la sortie du mélange traité 660 Agglomération
Pression : 800 kgs/cmê
Résistance moyenne des agglomérés(boulets) à la compression: 95 kgs.
REVENDICATIONS
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A) Procédé de fabrication d'agglomérés à base de charbon utilisé comme seul liant en proportion de 15 à 100% carac- térisé par les points suivants considérés séparément, ensemble ou en oombinaisons appropriées;
I) les matières à agglomérer et principalement le charbon qui sert de liant sont broyées en dessous de 1/2 mm,. puis le mélange dosé et bien homogénéisé est soumis à un traitement ther- mique précédant l'agglomération sous pression.
2)la matière à agglomérer contient de 4 à 7% d'un cons- tituant autre que le charbon qui sert d'agglomérant et dont la finesse de mouture est comprise entre 1/2 et I mm .
3) dans le cas du traitement d'un charbon très fusible et si la quantité de dégraissant que l'on peut ajouter est limitée, le broyage du charbon n'est pas inférieur à I mm.
4) les matières broyées,dosées et bien homogénéisées sont soumises à un traitement thermique dans lequel la température finale est atteintelorsque la masse de matière a acquis le de- gré de plasticité nécessaire pour obtenir la résistance à l'é-
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crasment cherchée pour les agglomérés,les grains de matières restant individualisés jusqu'à l'arrivée dans la presse où ils doivent se présenter gras et collants au toucher.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.