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Procédé et appareil pour la. prépara/tien de charbon moulé.
La. présente invention concerne un procédé et un appareil pour la production de charbon moulé à partir de matières charbonneuses. En bref, le procédé comprend l'alimentation d'une matière charbonneuse volatile pulvérisée dans un four rotatif métallique de distillation à sec, à basse température, équipé axialement sur sa face intérieure de plaques de ramassage, le chauffage indirect de la matière première jusqu'à une température allant de 370*C à 500 c inclusivement, tout en la mélangeant pendant son passage à travers le four, pour provoquer une intense décomposition par la ohaleur, éliminer la matière volatile à basse température et retenir la majeure partie des constituants volatiles et le moulage de la matière première ainsi traitée à chaud dans une presse,
en vue d'obtenir un charbon moulé dense et rigide pendant qu'il est encore chaud.
4'est un but de la présente invention de fournir un nouveau procédé et un nouvel appareil pour la production de
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charbon moulé à partir de matières charbonneuses*
Un autre but de l'invention est de fournir des charbons moulés convenant pour un grand nombre d'usages.
C'est aussi un but de l'invention de diminuer le coût de production des charbons moulés.
Le charbon moulé de l'invention peut ,'utiliser comme une matière carbonée de qualité supérieure dans un haut- fourneau et dans d'autres fours métallurgiques, comme une matière première de qualité supérieure pour la préparation de matières carbonées de haute qualité, telles que des électrodes, du carbone structural et des produits similaires et en général, comme combustible ou comme agent de réduction.
En ce qui concerne le ramollissement du charbon agglutinant lorsqu'il est chauffé, on a considéré que les pointe suivants sont importante dans l'ordre de leur descrip- tion.
1. La décomposition par la chaleur provoque la forma- tion d'une substance liquide déterminant le ramollissement du charbon.
2. La partie à faible poids moléculaire du charbon fond.
3. La fusion ou la décomposition par la chaleur provoque la formation d'un film superficiel mobile, assurant un r81e de' lubrifiant.pour les éléments structuraux du charbon. Oe -troisième mécanisme a un effet plus marqué dans le cas d'un charbon ayant un pouvoir agglutinant modéré que dans le eau : . d'Un oharbon fortement agglutinant.
Le ramollissement du charbon agglutinant qui varie 'suivant le type de celui-ci, la vitesse de chauffage et d'autres facteurs, commence entre 350 et 400 C, pour se terminer @ 500 C environ. De même, la décomposition à chaud se produit à peu près en même temps que le ramollissement
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et quand ce dernier cesse, la décomposition primaire par la chaleur, au cours de laquelle il se produit une forte gazéification de matières volatiles, cesse à peu près complètement. Pendant cette période, presque tout le goudron se gazéifie. Avec un charbon non agglutinant, la décomposition par la chaleur oommenoe un peu plus tôt et se termine quelque peu plus tôt que pour le charbon agglutinant.
En outre, quand il est chauffé, il ne se produit ni ramollis- sement, ni fusion, comme dans le cas du charbon agglutinant, et quand du charbon non agglutinant pulvérisé est soumis à la distillation sèche à haute température, il ne se convertit pas en une masse de coke, par suite de l'absence de pouvoir agglutinant. On croit donc généralement que le charbon non agglutinant ne possède pas de pouvoir agglutinant.
En vue d'étudier les propriétés des charbons, l'inventeur a effectué des expérienoes sur la fabrication de charbons moulés, et de produits cokéfiés, par une méthode simple décrite ci-après. Comme l'explique en détail la description suivante, les résultats des expériences montrent (A) que du charbon fortement agglutinant, ou un mélange comprenant du charbon fortement agglutinant dans une proportion de 50 % ou comme constituant principal et une autre matière charbonneuse ayant une propriété de ramollissement moindre que le charbon fortement agglutinant, dans une proportion de 50 % ou comme constituant mineur, peut s'employer pour produire du charbon moulé solide, mais un produit cokéfié fait de celui-ci n'est pas très résistant.
Pour produire du charbon moulé résistant ayant la propriété de se convertir en produit cokéfié très résistant lorsqu'il est soumis à la distillation sèche à haute température, la matière première charbonneuse pulvérisée un doit être/mélange de charbon non agglutinant, ou de charbon agglutinant légèrement axydé.
ou de ces deux charbons et d'un
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oharbon agglutinant et il doit en outre avoir un faible pouvoir agglutinant, de aorte que la structure du charbon moulé présente d'innombrables trous microscopiques, distribués de manière homogène, permettant au gaz libéré des matières volatiles de s'éohapper et empêchant la formation de fissures larges ou microscopiques dues à la pression des gaz pendant le moulage à la presse ou au retrait se produisant lors de la distillation sèche à haute température ou de la cokéfaction du charbon formé;
(B) que la résistance d'un produit ookéfié obtenu à partir de ce oharbon moulé est beaucoup plus grande que celle de ce dernier, par suite d'une action chimique se produisant au cours de la décomposition par la chaleur de matières volatiles résiduelles se trouvant dans le charbon moulé, mais d'autre part, la résistance du produit cokéfié peut être diminuée par des fissures dues au retrait se produisant de manière non homogène et influencé par l'homogé- néité de la structure du charbon moulé, à cause de la distribution homogène d'innombrables trous miorosoopiques, qui provoquent un retrait homogène du charbon moulé sans qu'il se produise de fissures lors de la gazéification des matières volatiles résiduelles, ce qui a pour résultat une plus haute densité du produit cokéfié.
En ce qui concerne la façon de choisir la matière première des charbons moulés, au cours d'expériences sur la production de charbons moulés de forme ovale selon l'invention, effectuées en se référant aux échantillons des tableaux II et III de la spécification, au moyen d'un appareil d'essai comprenant un four rotatif à métaux, on a constaté que les conditions de moulage telles que la nature du charbon, la composition du mélange de matières premières, la température maximum de la matière première dans le four rotatif, la durée du chauffage de celui-ci,
la granulométrie de la matière première et la pression de moulage choisies suivant les
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exemples des tableaux II et III peuvent t'utiliser avec de bons résultats tour la fabrication industrielle des charbons moulez de l'invention. En conséquence, dans la mise en pratique de celle-ci, la matière première et son conditions de moulage peuvent être choisies en se reportant aux échantil- lons des tableaux II et III, ou bien il est à conseiller de les choisir en fabriquant du charbon moule et à partir de celui-ci, un produit cokéfié, sous forme d'une courte colonne, avec une matière première effectivement utilisée de la même manière que dans le cas dea échantillons des tableaux II et III.
Dans ce cas, le produit cokéfié est Sait, de préférence, avec une vitesse de chauffage suffisam- ment élevée, en se référant à la vitesse de descente de la charge du four, en particulier d'un haut-fourneau, en vue d'une fision rapide. A titre des références pour le choix des conditions de moulage, les nombreuses expériences effectuées par l'inventeur montrent que, en ce qui concerne la granulométrie de la matière première, il eat préférable de la choisir en-dessous du tamis BSS de 60 mailles;
'ou plus fine pour le charbon moulé comme matière première pour la matière carbonée de haute qualité et de choisir une dimension appropriée comprise entre moins de 30 mailles et moins de 18 mailles inclusivement, dans le cas d'un tamis BSS, pour un charbon moulé sous forme de briquettea pour d'autres usages et, quand à la durée du chauffage de la matière première dans le four rotatif, de choisir un temps approprié se situant entre 20 et 40 minutes pour la dimension de grains mentionnée ci-dessus, une durée exagérément longue diminuant la. capaoité de production du four rotatif.
Quant à la température maximale de la matière première dans ce dernier, il est préférable de choisir une température appro- priée entre 870 C et 460 C, inclusivement, pour un mélange de
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matières premières comprenant un charbon non agglutinant, ou un charbon agglutinant légèrement oxydé, ou ces deux charbons comme constituent majeur et un charbon agglutinant comme constituant mineur, de choisir une température appropriée entre 380 C et 430 C inclusivement, pour un mélange de matières premières comprenant un charbon non agglutinant ou un charbon légèrement agglutinant ou ces deux charbons comme constituant essentiel et en plus forte proportion qu'un autre constituant, un charbon faiblement agglutinant comme constituant possible,
et un charbon fortement agglutinant ou une autre matière charbon- neuse ayant une caractéristique de ramollissement moindre que le charbon faiblement agglutinant comme constituant possible, et de choisir une température appropriée entre 440 C et 500 C inclusivement, pour une matière première comprenant un charbon fortement agglutinant seulement ou essentiellement, ou un mélange de matières premières comprenant un charbon fortement agglutinant comme constituant à 50 % ou majeur et une autre matière charbonneuse ayant une caractéristique de ramollissement moindre que le charbon fortement agglutinant comme constituant à 50 % ou mineur, et de choisir une température appropriée entre 400 et 440 C inclusivement,
pour le mélange de matières premières comprenant de l'anthracite ou autre matière charbonneause ayant une teneur en matières volatiles inférieure à celle dé l'anthracite comme constituant majeur et un charbon faiblement agglutinant comme constituant mineur, et de choisir une température appropriée entre 4500 et 500 C, inclusivement, pour un mélange de matières premières comprenant un charbon faiblement agglutinant comme constituant majeur et un charbon non agglutinant, ou un charbon agglutinant légèrement oxydé, ou ces deux charbons comme constituants mineurs. Quant à la
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pression de formage, il est préférable de choisir une pression appropriée de 300 kg/om2 envir@u ou de 200 kg/cm2 environ.
Le charbon moulé fabriqué suivant ces indications, conformément à la présente invention, est résistant et se convertit en un coke moulé ou un produit cokéfié très solide, loaqu'on l'introduit dans un four métallurgique ou lorsqu'il est cokéfié en fabriquant une matière carbonée de haute qualité. En outre, comme ce charbon moulé a déjà. été débarrassé de sa matière volatile à basse température et contient encore beaucoup da matières volatiles résiduelles, il offre l'avantage hautement désirable d'une fision ou d'une combustion rapide.
Dans un ancien procédé de production de charbon moulé ou de briquettes de charbon, la résistance d'un produit cokéfié fabriqué à partir d'un charbon moulé ou de briquettes suivant le procédé riest pas très importante; en conséquence, la matière première du charbon moulé ou des briquettes contient une forte proportion de substances agglutinantes afin de faciliter sa produotion. Le charbon moulé ou les briquettes fabriquées selon cet anoien procédé ne conviennent donc pas pour ces deux usages spéciaux.
Le présent inventeur a constaté que dans un procédé pour produire du fer ou d'autres métaux au moyen d'un four vertical dans lequel on charge le charbon moulé de l'invention au lieu du coke ou du produit similaire, on peut s'attendre à des résultats remarquables. Ainsi donc lors de l'expérience, des briquettes de charbon de forme ovale fabriquées à partir de matières premières oomprenant 70% de charbon non agglutinant 23 % de charbon faiblement agglutinant et 7 % de brai et contenant 43,17% de matières volatiles et ayant la propriété de se convertir en un coke moulé dense et rigide sans se
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fissurer et sans ooller lorsqu'on le soumet à la distillation sèche à haute température,
furent chargées dans un petit haut-fourneau possédant trois trous d'échantillonnage de 80 mm de diamètre à la partie inférieure de sa ouve, à la partie centrale de son ventre et à la partie centrale de son étalage et trois opération furent effectuées; dans le cas I, on utilisa seulement du coke comme matière carbonée, dans le cas II, on utilisa à la fois du ooke et des briquettes dans une proportion de chacun représentant 50 % de matière carbonée et dans le cas III, on utilisa seulement des briquettes.
Dans le cas II, la production de fonte dépassa de 39 % celle du cas I et en outre, on obtint une condition de four intensément réductrice et stable telle que tout le minerai de fer chargé, à l'exception d'une très petite partie s'échappant sous forme de poussière au gueulard du haut- fourneau, et m4me une partie (35) du FeO dans la cantine furent chargée/réduit à l'état de fer et aucune partie du minerai de fer chargé ne s'échappa dans le laitier.
Dans le cas III, quoique l'opération fut interrompue après 14 heures, ce qui correspond à peu près à 7 fois son temps de séjour, et que l'intensité de la réduction dans le four fut inférieure à celle du cas II, tout le minerai de fer chargé, excepté une très petite partie s'échappant sous forme de poussière au gueulard du haut-fourneau, et une partie (3 %) du FeO dans la castine chargée furent réduits à l'état de fer et comme dans le cas II, aucune quantité de minerai de fer chargé ne parvint dans le laitier. Dans le cas I, comme dans un haut-fourneau ordinaire, une partie du minerai de fer chargé et tout le FeO de la castine s'échappèrent dans la scorie, ce qui veut dire qu'on ne put pas obtenir la forte intensité de réduction comme indiqué ci-dessus.
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En examinant les données de 1'expérience, on constata les faite suivants. On sait que H2 ou CO ne peuvent psa brûler ou se combiner avec O2 dans une atmosphère strictement sèche à une température tellement basse que la dissociation par la chaleur de H2 ou de O2 ne puisse ae produire, maia si l'atmosphère contient de l'humidité avec une très petite proportion d'ions H et OH, H2 ou CO peuvent brûler ou se combiner avec O2 et on sait également que quand ceci se produite il existe toujours un ion OH comme intermédiaire dans la flamme qui apporte 0 à H2 ou à CO, ou un produit intermédiaire, pour produire finalement H2O et CO2 en libérant simultanément de l'hydrogène atomique,
qui peut se combiner aveo O2 suivant la réaction 2H + O2 20H, ce qui a pour résultat une continuation de la combustion. De même, dans les cas II et III, l'hydrogène actif venant d'être libéré des matières volatiles des briquettes de charbon, dans la zone à basse température, où il y'a beauooup de minerai de fer mais pas d'éponge de fer, peut agir immédiatement sur 1.'oxygène dans led minerai de fer voisin, pour produire OH comme intermédiaire, en très grande quantité par comparaison avec les ions H et OH contenus dans l'humidité de sorte qu'une forte quantité d'OR donne de l'oxygène réagissant aveo beaucoup de H2 naissant, CO et C pour donner H2O, CO2 et CO en libérant simultanément beaucoup d'hydrogène à l'état atomique.
Ces réactions se poursuivent de manière répétée sous l'action de l'hydrogène atomique réactivé, jusqu'à ce que tout l'oxygène de la charge de minerai de fer soit enlevé pendant la descente de celui-ci dans le four. Dans le cas II, la condition extrêmement réductrice et stable du four, jamais rencontrée jusqu'ici, indique la possibilité d'une nouvelle fusion très rapide en opérant avec un taux de chargement
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diminué de matière carbonée par tonne de fonte produite, de sorte que l'intensité de la réduction diminue. Ce taux de ohargement est cause que le four contient une grande quantité de minerai de fer et provoque naturellement une augmentation de la vitesse de descente du contenu du four, pour fournir constamment du combustible à l'air soufflé à raison de 2,3 m3/min.
La raison de la désintégration excessive des briquettes dans le cas III, qui est l'une des causes de l'intorruption, est qu'à mesure que les briquettes utilisées dans l'expérience ont une oonduotivité calorifique inférieure à oelle du coke et qu'elles ont en outre la propriété 1'absorber une très grande quantité de chaleur jusqu'à ce que leur température atteigne 400 C environ, elles descendaient dans la zone de fusion à 1200-1600 C avant que leur température soit suffisamment élevée et pendant qu'elles contiennent encore une forte proportion de matières volatiles. En conséquence, les briquettes de charbon étaient désintégrées par la pression due à une gazéification sévère et rapide de la matière volatile dans les briquettes soumises à la grande chaleur de la zone de la fusion.
La pression dans celle-ci devenait très élevée, au point de rendre l'opération difficile, car une très grande quantité (164,79 kg/8 heures dans la zone à plus de 128000) de vapeur surchauffée était produite par l'hydrogène libéré des matières volatiles. Il est donc très important que les briquettes de charbon chargées libèrent autant d'hydrogène que possible dans la zone à basse température et que toute leurs matières volatiles soit gazéifiées avant leur descente dans la zone de fusion du four.
Ceci veut dire qu'il est important d'employer des briquettes de charbon débarrassées de leur matières volatiles à basse
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température et contenant beaucoup de matières volatiles résiduelles et de charger de telles briquettes à raison de 100 % de la matière carbonée dans le fourneau, car collez-ci dégagent beaucoup de chaleur par leur décomposition et, atteignent rapidement une haute température et parce que le rapport des briquettes de charbon à la fonte produite dans une opération effective est de loint inférieure à 1,368 comme dans le cas II.
D'après len expériences A et B, pour fabriquer du charbon moulé résistant pouvant se convertir en un produit ookéifié très résistant, il est essentiel de préparer une matière première traitée à chaud contenant beauooup de matières volatiles résiduelles, mais n'ayant qu'un pouvoir agglutinant très limité. Le choix d'une bonne combinaison de la température de chauffage la plus élevée pour la matière première, de la durée du chauffage de celle-ci et de ses caractéristiques n'est qu'une façon de répondre à ces desiderata.
Cette combinaison favorable peut se réaliser au moyen de la présente invention, dans laquelle la matière première est choisie suivant les échantillons de charbon moulés montrant les propriétés de la matière première pour le briquettage et en outre, la température maximale et la durée de chauffage de la matière première peuvent être aisément contrôlées par l'aotion du four rotatif spécial.
Ceci veut dire que grâce à l'invention, on peut obtenir la meilleure combinaison des trois importants facteurs ci-dessus et on fait absorber à la matière première ayant une propriété d'agglutination très limitée de la vapeur de goudron à basse température de gaz de distillation sèche, comme liant essentiellement important et adéquat pour obtenir un excellent charbon moulé.
Dans l'invention, la chaleur maximale choisie de la, matière première peut être atteinte facilement en faisant
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avancer méthodiquement vers la sortie la matière première qui se trouve dans le four rotatif, tandis que la durée choisie pour le chauffage de la matière première dans ce dernier peut s'obtenir également facilement au moyen d'un contrôle simple de la quantité de matière première, en faisant varier la différence entre la quantité de celle-ci arrivant dans le four et celle qui en sort, la quantité de matière première dans le four étant constamment maintenue quand la condition est bonne, mais ajustée lorsque la chose se révèle nécessaire.
L'invention permet d'obtenir un abaissement du prix de revient des charbons moulés, du fait de nombreux avantages offerts par le four, qui sont, par exemple, une construction simple, un fonctionnement fa- oile et une grande oapaoité, en raison de la possibilité d'augmenter la quantité de matière première dans celui-ci .jusqu'à 1/3 environ de son volume intérieur. En outre, les plaques de ramassage en métal non seulement permettent au four de remplir une fonction importante mais contribuent aussi fortement à'la conduction de la chaleur; les sous- produits tels que le gaz de distillation et le goudron à basse température peuvent être récupérée.
La durée de vie . du four apparaît en outre comme très élevée, si l'on considère qu'un four similaire avec des plaques de ramassage différentes a été utilisé pendant trente ans à la production de semi-coke en poudre, en chauffant à 450-5000 un charbon non agglutinant.
Dans le dessin annexé la figure 1 est une vue schématique montrant une forme d'appareil pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, tandis que la figure 2 est un dessin schématique montrant un exemple d'appareil pour le refroidissement des briquettes chaudes et le traitement préliminaire de la matière première.
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La figure 3 est une coup* transversale -verticale dans un four à distillation sèche suivant les liante A-A de la figure 1.
En ae reportant au deaain et plus particulièrement a. la figure 1 on voit qu'une matière première charbonneuse pulvérisée est introduite, par une trémie 1 et un tranapor- teur à via 2, dans un four rotatif métallique 3 équipé axialement de longues plaques de ramassage en métal 4, distil- lée à aec, par chauffage indirect pendant son passage dans le four 3, puis introduite dans un couvercle d'extrémité fixe 5, se prolongeant légèrement vera le bas pour contenir la quantité adéquate de matière première et raccordé à sa partie inférieure, à un transporteur à via 9.
La matière première traitée à chaud oontenue dans le couvercle 5 est ainsi amenée par le transporteur 6 à un conduit 7 d'où il est introduit, au moyen d'une soufflante 8, dana une trémie 9 fonctionnant comme séparateur cyclone et munie, à sa partie inférieure, d'une vis de pression 10. La matière passe ensuite par la trémie 9, la vis à pression 10 et un caisson de guidange 11 -vers une machine à briqueter 12. lea briquettes de charbon chaudes formées par cette dernière tombent, par un couloir 13, sur un transporteur sans fin 14, en même temps que les déchets, qui arrivent avec les briquettes sur un tamis 15.
Les briquettes de charbon chaudes sortant de l'extrémité du tamis 5 sont introduites, par une ohute 16, dans une trémie mélangeuse 17 dans laquelle une matière première charbonneuse sèche et pulvérisée à une dimension de grains choisie est introduite par un conduit 18, pour former un mélange avec les briquettes chaudes. Le mélange résultant descend graduellement et tombe sur un transporteur sans fin 19, au moment où sa température est de 200 environ.
Pour arriver sur un tamis 20. Les briquettes de charbon à
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200 environ sortant de l'extrémité inférieure du tamia 20 sont introduites, par une chute 21, dame une trémie mélangeusr
22 où une matière première charbonneuse en poudre, .. graine grossiers, et le déchet traversant le tamis 15 et venant de la ohute fixée sous celui--ci sont introduite par un conduit 24 en mélange aveo les briquettes de charbon à 200 C environ.
Le mélange résultant descend progressivement, tombe sur un transporteur sans fin 25 au moment où sa température tombe un niveau adéquat (90 C environ) et la matière première ainsi que les briquettes tombent sur un tamis 26.
Des briquettes de charbon refroidies (à 90 C environ par exemple) sortent de l'extrémité inférieure du tamis 26, tandis que la matière charbonneuse traversant le tamis 20 passe dans une chute 23 et est prête à être envoyée comme matière première pour briquettes de charbon à la trémie 1, déjà. broyée à la dimension de grains choisie et préchauffée à
200 C environ.
La. matière charbonneuse en poudre, séchée pendant sa descente dans la trémie 22, passe à travers le tamis 26 et une ohute à charbon 27 et arrive dans un broyeur 28 qui peut l'amener à la dimension de grains voulue (par exemple pour passer dans un tamis B.S.S. inférieur à 18-30 mailles) afin de l'envoyer à un oonduit 18.
Le gaz de distillation sèche àf basse température produit dans le four rotatif 3 est introduit, par le couvercle d'extrémité 5, un oonduit 29, un conduit 30 et une soufflante
8, dans un conduit 7 sous forme de courant gazeux qui sort aveo la matière première des briquettes de charbon introduites dans ce courant à l'intérieur de la trémie 9 agissant comme un séparât ur cyclone. Le gaz se séparant de la matière première est introduit par un conduit 31 dans un condenseur
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(non représenté) afin de séparer les gaz et le goudron à basse température contenus dans le z de distillation sèche.
Si on le désire, une partie du gaz du conduit 31 peut être recyclée par le conduit 32, le conduit 30 et la soufflante 8 dans le conduit 7 et la vapeur de goudron chaude spécialement produite comme liant pour le briquetage, à partir de goudron à basse température, de goudron ordinaire ou d'un autre produit similaire, peut être introduite dans le conduit 30, le conduit 7 ou la trémie 9.
Dans ce cas, on peut même utiliser une matière première constituée par un charbon faiblement agglutinant comme constituant principal, par exemple TY70 pour produire les charbons moulée de l'invention en le chauffant à 450-500 C dans le four 3, car la matière première traitée à chaud ayant perdu ses propriétés de liant peut absorber le liant adéquat constitue par la vapeur de goudron; ceci devrait être noté pour le choix de la matière première d'un charbon moulé. Quand une soupape 33 prévue dans le conduit 31 et une soupape 34 montée dans le conduit 29 sont ajustées de manière appropriée, la pression du gaz dans le oouverole d'extrémité 14 peut être maintenue adéquatement pour empêcher l'entrée du gaz de combustion du carneau 39 dans le oouverole 5.
Le four rotatif métallique 3 est fixé sur un bloo métallique cylindrique creux 35, monté sur un palier 36, et supporté par des galets 45 et 40, il est entraîné en rotation par une poulie 37 fixée sur le bloc 35. Le four 3 est entouré d'un mur en briques 38, pour former un carneau 39 et possède une chambre de combustion 40 équipée d'un brûleur à gaz ou à l'huile 41 et d'une tuyère 42 par laquelle une partie des gaz perdus venant du carneau est soufflée dans la chambre 40, pour régler la température du gaz de combustion qui doit être supérieure, dans la mesure appropriée,
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à la température maximale choisie de la matière première se trouvant dans le four rotatif.
Le gaz de combustion à la température réglée est soufflé dans le oarneau 39 par un orifice 43, pour chauffer le four 3 et sort finalement sous forme de gaz brûlé par un orifice 44, prévu à l'extrémité du oarneau 39 dans un carneau extérieur non représenté.
On peut utiliser la majeure partie des gaz brûlés pour préchauffer l'air de combustion.
Au cours de l'expérience, même quand le four 3 est installé horizontalement, les graine de la matière première se déplacent méthodiquement vers le couvercle d'extrémité 5, par suite de la rotation du four, de sorte que les longues couches de matières premières disposées axialement dans le four ne gonflent pas, sauf une partie en pointe formée par la cascade de grains tombant de l'orifice du transporteur à vis 2. De même, quand les transporteurs à ne 2 et 6 sont arrêtés et que seul le four 3 tourne, tous les graine intérieure et extérieurs sont mélangea et Chauffée uniformément, maïa l'ordre de leur mouvement n'est pas dérangé par la rotation.
En conséquence,, quand le tour rotatif est placé horizontalement et que les extrémités libres des plaques de ramassage sont parallèles à son axe, les graina de matière première arrivent rapidement dans la partie du four où règne la température la plus élevée, atteignent rapidement la température maximale sélectionnée, dans l'ordre d'arrivée, en outre, on peut facilement réaliser cette température et la durée de chauffage choisies de la matière première.
Les plaques de ramassage comprennent, de préférence, une plaque d'extrémité 47, percée d'un trou concentrique d'une dimension telle que les extrémités des plaques de ramassage émergent à la hauteur correcte dans le trou, ainsi
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que des orifices 48, partiellement délimités par la. surface intérieure du four. Les plaques de ramassage sont ainsi maintenues de manière rigide et la matière première ae trouvant dans le four sort dans le couvercle 5 de la. manière suivante.
La surface supérieure de chaque couche de matière première dans loo compartiments du four 3 est un plan incline dans le aena de sa rotation, car chaque forme des sections transversales des couches est constamment modifiée par cette rotation et lea grains de matière première roulant constamment aur la surface d'où ils sont enlevés pour tomber sur la surface de la couche se trouvant dans le compartiment suivant tout en étant suffisamment ramassés par la rotation; tous ces mouvements ont lieu en sens inverse de la rotation.
Toutefois, dana la partie extrême de la couche de matière première, vers le couvercle d'extrémité 5, la surface plane ci-dessus est déformée et les grains de matière première tombent dans le couvercle où la matière première descend au fur et à mesure de son enlèvement par le transporteur à vis 6. Les parties émergées des plaques de ramassage 5 au-dessus de la plaque d'extrémité 47 mont mécessaires quand une grande quantité de matière première est maintenue dans le four pour prolonger son temps de séjour.
Quand une petite quantité est maintenue dans le fours on quand la rotation du transporteur à vis 2 est arrêtée pour changer le type de matière première, ou pour quelqu'autre rainson, la matière première se trouvant dans le four 3 est enlevée par les orifices 48 dans le couvercle 5 jusqu'à ce que le four soit essentiellement vide.
Quand on produit du charbon moulé à utiliser comme matière première d'une matière charbonneuse de haute qualité, l'appareil représenta au dessin est modifié de manière à utiliser la matière première venant du transporteur à via 6 ou celle
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stockée dans la trémie 9. Le séchage de la matière première charbonneuse pulvérisée peut N'effectuer dama un séparateur cyclone, au moyen de gaz perdu chaud sortant de l'orifice 44, qui est mélangé à l'air pour diminuer sa température et la ramener dè 400 C environ à 200-250 C, ou bien l'on peut adopter un autre procédé de séchage.
Dans le cas où la trémie 9 n'est pas conçue comme un séparateur cyclone, on peut y introduire la matière première traitée à chaud par un transporteur approprié différent d'un courant gazeux. Au lieu d'un séparateur cyclone, on peut utiliser deux ou un plus grand nombre de ceux-ci disposés en série.
Dans la mise au point de l'invention, on effectua d'abord des expériences en employant une matière première constituée dans chaque cas par un type unique de charbon, comme indiqué au tableau 1. Plus particulièrement un charbon sous forme d'une courte colonne de 20 mm de diamètre et 20 mm de hauteur fut préparée en plaçant 8-9 du charbon constituant la matière première en-dessous d'un tamis de 18 mailles PSS dans un moule métallique chauffé à la température de moulage; ce moule était équipé d'un fil électrique chauffant sur sa surface intérieure et l'on appliqua une matrice de presse sur le charbon en maintenant la température pendant 30 minutes;
une le moulage à la presse se fit sous/pression de dix tonnes par pouce carré dans une machine d'essai de compression Amsler et en enlevant immédiatement le produit du moule. Le charbon moulé fut cokéfié ou distillé à sec en portant la température à 1.000 C, à une vitesse de 7 C par minute, dans un four à moufle équipé d'un dispositif de réglage potentiomètre, et en maintenant cette température pendant 30 minutes. La densité app@rente, la résistance à la compression et la teneur
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en matières volatiles du charbon moulé et du produit cokéfié furent mesurés. Les résultats obtenue f gurent au tableau II.
Comme on le voit clairement à ce tableau, des charbons non agglutinante, tela que ceux de Takamatsu et Haburo, ne ramollissent pas et ne fondent pas comme le charbon aggluti- nant, même lorsqu'on les chauffe pour provoquer une intense décomposition à chaud, mais ils acquièrent un faible pouvoir adhésif, de sorte qu'en les comprimant sous une pression relativement faible de 2 à 300 kg/cm2, les grains de charbon sont agglutinés ensemble pour former des charbons moulés.
La densité apparente ainsi que la résistance à la compression atteignent, dans chaque cas, un maximum à une température qui provoque la vitesse dé décomposition maximale (environ 390*C) et en élevant ou en abaissant la température de moulage, on provoque une diminution progressive, tant de la densité apparente que de la résistance à la compression, On a également oonstaté que le charbon de Takamatsu ayant une plus forte teneur en carbone donne un produit ayant une plus grande densité apparente et une plus grande résistance à la compression.
Quand on a utilisé du charbon Shak8ugetsu, la résistance à la compression et la densité apparente se situaient en un point intermédiaire entre ces deuxcharbons et l'on en a conclu que le pouvoir adhésif du charbon non agglutinant augmentait avec la teneur en carbone.
Avec du charbon faiblement agglutinant, tel que ceux d'Ashibetsu et de Yubari, le ramollissement et la fusion devenaient très prononcés peu de temps après le début de la décomposition à chaud, de sorte qu'il est tout à fait impossible de fabriquer un charbon moulé dense à l'intérieur de leurs limites.de températures de ramollissement et de fusion.
En particulier, le charbon de Yubari a une fluidité et un coefficient de dilatation tellement élevée que sa manipulation est difficile. Le jeune charbon, y compris le charbon
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bitumeux, peut se subdiviser en charbon non agglutinant, charbon faiblement agglutinant et charbon fortement aggluti- nant et le charbon faiblement agglutinant peut à son tour se subdiviser en deux classée, l'une ayant une teneur en carbone de 80 à 83% et l'autre de 83 à 85%, qui possèdent des caractéristiques d'adhésivité, de ramollissement et de gonflement supérieures à celles de la première.
Contrairement au charbon faiblement agglutinant, le charbon fortement agglutinant Itmann des Etats-Unis ne se ramollit, ni ne se gonfle autant que celui-ci; il peut donc se mouler à la presse et possède un pouvoir de coké- faction prononcé. Sa densité apparente et sa résistance à la oompression sont maxima à 450. environ et quand le charbon moulé préparé à cette température est cokéfié à 1.000 C, il gonfle et se déforme avec une diminution de sa densité apparente et de sa résistance à la compression.
La teneur en matières volatiles du charbon moulé a diminué respectivement de 26 % dans le cas du charbon de Haboro
EMI20.1
moulè à 4000cri de 24% dans le charbon de 2akamatsu moulé à la même température et de 16 % dans le cas du charbon d'Itmann moulé à 450 C.
On a constaté d'après les résultats des expériences ci-dessus que quand on emploie un seul type de charbon, il est possible de produire du charbon moulé d'une résistance mécanique inférieure, convenant pour l'usage général comme combustible ou agent de réduction, mais il est impossible de produire un charbon moulé convenant comme matière première d'une matière carbonée de haute qualité et comme charge pour la fusion rapide mentionnée ci-dessus dans un haut fourneau.
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En conséquence, l'inventeur a effectué des expériences où une matière première constituée par un charbon non agglu- tinant et un charbon agglutinant ou une matière première si- milaire sont employés et il a réussi à produire des charbons moulés comme bases de charbons moulés industriels, qui ont une haute résistance et ont en outre la propriété de pouvoir se convertir en cokes moulés très résistants, sans craquage et sana collage, lorsqu'on les soumet à la distillation sèche à haite température. Le tableau III illustre ces exemples. Le charbon des groupes 1, 2 et 4 a la forme d'une courte colonne de 20 mm de diamètre et de 20 mm de hauteur, tandis que le charbon du groupe 3 a une forme ovale et des dimensions de 50 mm x 50 mm x 36 mm.
Les charbons moulés sous la forme d'une courte colonne et les cokes moulée à partir de ceux-ci ont été préparés dans les conditions de moulage décrites au tableau III et de la même manière qu'au tableau II. Les charbons de forme ovale furent prépasés en plaçant 65 gr environ du charbon matière première dans un petit tube en fer et en plaçant ce tube dans un tour moufle préchauffé, équipé d'un dispositif de réglage de la température à potentiomètre;
le tube a été maintenu à la température de moulage pendant 70 minutes, puis on l'a retiré du four et on a transféré la matière première, à la température de moulage, dans un moule métallique chauffé à cette température et muni d'un fil électrique chauffant à aa surface extérieure; on a ensuite appliqué une matrice de presse sur le charbon qui a été moulé sous une pression de 10 tonnes par pouce carré, dans une machine Amsler pour les essais de compression puis on a retiré immédiatement le produit du moule. Les charbons moulés ont été ookéfiés par le même procédé que les charbons du tableau II.
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Tableau I - Charbon utilisé comme matière première pour les charbons moules des tableaux II et III s.s.c. = sur base du charbon sec, sans cendres
EMI22.1
<tb> Charbon <SEP> s.s.s. <SEP> Analyse <SEP> industrielle
<tb> Type <SEP> Origine <SEP> Symbole <SEP> C% <SEP> Eau <SEP> Cendres <SEP> Matières <SEP> Carbone
<tb> % <SEP> % <SEP> volatiles <SEP> fixe
<tb> Charbon <SEP> Lignite <SEP> Shakubetsu <SEP> S <SEP> 75.6 <SEP> 7.23 <SEP> 10. <SEP> 63 <SEP> 44.77 <SEP> 37.29
<tb> non
<tb> agglutinant <SEP> Charbon <SEP> bitumeux <SEP> non <SEP> Takamatsu <SEP> T <SEP> 79.5 <SEP> 4. <SEP> 32 <SEP> 11.36 <SEP> 41.23 <SEP> 43.09
<tb> agglutinant.
<tb>
Charbon <SEP> bituCharbon <SEP> meux <SEP> faible- <SEP> Ashibetsu <SEP> A <SEP> 82. <SEP> 3 <SEP> 2. <SEP> 50 <SEP> 3. <SEP> 13 <SEP> 44.47 <SEP> 49. <SEP> 90
<tb> ment <SEP> agglutiaggluti- <SEP> nant
<tb>
EMI22.2
nant ############ ######### ####### ####### ###### ####### ######### ##########..
EMI22.3
<tb>
Carbon <SEP> bitumeux <SEP> faible- <SEP> Yubari <SEP> i <SEP> 84.5 <SEP> 1.25 <SEP> 5.68 <SEP> 41.07 <SEP> 52.00
<tb> ment <SEP> agglutinant
<tb> Charbon <SEP> bitumeux <SEP> fortement <SEP> Itmann <SEP> 1 <SEP> 88.7 <SEP> 1.18 <SEP> 9.06 <SEP> 19.28 <SEP> 70.48
<tb> agglutinant
<tb>
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Tableau II - Charbon moulé et produit cokéfié (préparé dans chaque cas à partir d'un seul type de charbon)
EMI23.1
<tb> Charbon <SEP> moulé <SEP> Produit <SEP> cokéfié
<tb>
EMI23.2
Charbon ##############-######-## -############# ################,
##################### -
EMI23.3
<tb> Tempéra- <SEP> Densité <SEP> Résistan- <SEP> Constituants <SEP> Densité <SEP> Résistance <SEP> à <SEP>
<tb> ture <SEP> de <SEP> apparen- <SEP> ce <SEP> à <SEP> la <SEP> volatiles <SEP> apparente <SEP> la <SEP> compression
<tb> moulage <SEP> te <SEP> compres- <SEP> Kg/cm
<tb> C <SEP> sion
<tb> Kg/cm
<tb> Haboro <SEP> 365 <SEP> 1.08
<tb> (lignite <SEP> 390 <SEP> 1.13
<tb> non <SEP> agglu- <SEP> 400 <SEP> 1. <SEP> 03 <SEP> 10 <SEP> 35.5 <SEP> 1.11 <SEP> 1
<tb> tinant) <SEP> 440 <SEP> Impossible <SEP> à <SEP> mouler <SEP> en <SEP> raison <SEP> du <SEP> manque <SEP> de <SEP> pouvoir <SEP> adhésif
<tb> Takamatsu
<tb> (charbon <SEP> 350 <SEP> 1.01 <SEP> 4 <SEP> 36.7
<tb> non <SEP> 365 <SEP> 1.08 <SEP> 28 <SEP> 35.0
<tb> aggluti- <SEP> 375 <SEP> 1.13. <SEP> 38 <SEP> 34.8
<tb> nant <SEP> 390 <SEP> 1.
<SEP> 21 <SEP> 89 <SEP> 31.2
<tb> nant <SEP> 400 <SEP> 1.16 <SEP> 42 <SEP> 31. <SEP> 0 <SEP> 1.27 <SEP> 40
<tb> 410 <SEP> 1.13 <SEP> 28 <SEP> 25.4
<tb> 440 <SEP> 1.10 <SEP> 14 <SEP> 24.8
<tb> 450 <SEP> 1.02 <SEP> 7
<tb> Ashibetsu
<tb> (faiblement <SEP> Impossible <SEP> à <SEP> mouler <SEP> en <SEP> raison <SEP> du <SEP> gonflement
<tb> agglutinant)
<tb> Yubari
<tb> (faiblement <SEP> Impossible <SEP> à <SEP> mouler <SEP> en <SEP> raison <SEP> du <SEP> gonflement <SEP> extrêmement <SEP> prononcé
<tb> agglutinant)
<tb> Itmann <SEP> 400 <SEP> 1. <SEP> 17 <SEP> 33 <SEP> 18. <SEP> 7 <SEP> 1. <SEP> 18 <SEP> 48
<tb> (fortement <SEP> 410 <SEP> 1.21
<tb> agglutinant) <SEP> 450 <SEP> 1.30 <SEP> 107 <SEP> 16.2 <SEP> 1.10 <SEP> 87-
<tb> 500 <SEP> 1.
<SEP> 03 <SEP> 24 <SEP> 12.4 <SEP> c
<tb>
EMI23.4
##############################################################################
<Desc/Clms Page number 24>
Tableau III Charbon moulé et produit cokéifié (préparés à partir d'un mélange de charbons) (1)
EMI24.1
<tb> Charbon-matière <SEP> Charbon <SEP> moulé <SEP> Produit <SEP> cokéfié
<tb>
EMI24.2
première ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯###
EMI24.3
<tb> Groupe <SEP> N <SEP> Compo- <SEP> Granulomé- <SEP> Temp.de <SEP> Pression <SEP> Densité <SEP> Résistance <SEP> Densité <SEP> Résistance <SEP> à.
<tb> sition <SEP> trie <SEP> mélange <SEP> de <SEP> Apparente <SEP> à <SEP> la <SEP> com- <SEP> apparente <SEP> la <SEP> compression
<tb> Tamis <SEP> BSS <SEP> C <SEP> moulage <SEP> pression <SEP> Kg/cm2
<tb>
EMI24.4
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯ cm2 Ks/cm2¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI24.5
<tb> 1 <SEP> TY20 <SEP> 400 <SEP> 300 <SEP> (matières <SEP> 138 <SEP> 1.46 <SEP> 400
<tb> volatiles
<tb> 35.4%)
<tb> 1. <SEP> 22
<tb> Groupe <SEP> 2 <SEP> TY30 <SEP> 400 <SEP> 300 <SEP> gonflé <SEP> 90.
<tb> roupe <SEP> 3 <SEP> TY30 <SEP> Inférieur <SEP> au <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> (matières <SEP> 56 <SEP> 1.30 <SEP> 158
<tb> 1 <SEP> tamis <SEP> 18 <SEP> volatiles
<tb> pour <SEP> T <SEP> et <SEP> H <SEP> 23,4)
<tb> 4 <SEP> TY20 <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1.08 <SEP> 44 <SEP> 1.24 <SEP> 76
<tb> 5 <SEP> TY40 <SEP> Inférieur <SEP> au <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1.10 <SEP> 60 <SEP> 1.29 <SEP> 177
<tb> tamis <SEP> 60
<tb> pour <SEP> y,I& <SEP> A
<tb> 6 <SEP> TI30 <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1. <SEP> 12 <SEP> 56 <SEP> 1. <SEP> 35 <SEP> 145
<tb> 7 <SEP> TA30 <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1. <SEP> 06 <SEP> 30 <SEP> 1. <SEP> 24 <SEP> 25
<tb> 8 <SEP> HY20 <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1.
<SEP> 04 <SEP> 36 <SEP> 1.23 <SEP> 65
<tb>
<Desc/Clms Page number 25>
(2)
EMI25.1
.===---- - -===-=--,....,...,.. .:..- .::... -:::....=...... -='=---'-'-.....;:1 r ol v ,.='1>:,.¯--- ¯hd\1i:.:kéi'U 1 Groupe NO Compo- Gr-,,",uIomô- :?9Dl ,.;le:.' ' ::?:'''Gs;:1.#J.
De..lsi ,;; RéJ::1.St2CQ j)1;ni t,Ó Eé3ia'tanae Bition 'o=1: ;élz";xo .1:> iL9paztentfi à. iÔ eon- aiil-én.i cozp.?estion -;::1;;; cdc m(Cle-g(' ,;;. boze Apparente ,fl & 1<J. ún.= apper/Slri;e à la co,"e8TY20 TC#1is ESS I t3(J l' 1:"'i?-::'$>ge 1)zoeasion :!:lion TY20 400 200 1.20 59 1.24 152 10 TY20 420 ZWO 1.13 49 1.21 132 Groupe Il TY25 In--Périeur o % Omo 2J\) J (Mat. \1"0- (Cendres 1.28 (Cendres
EMI25.2
<tb> au <SEP> tamis <SEP> S <SEP> latile <SEP> 10.75) <SEP> (cENDRES
<tb> pour <SEP> 30,5%) <SEP> 71 <SEP> 300
<tb> 12 <SEP> TY30 <SEP> 400 <SEP> 200 <SEP> 1.19 <SEP> 80 <SEP> 1.22 <SEP> 74
<tb> 13 <SEP> t160 <SEP> Inférieur <SEP> au <SEP> tamis <SEP> 18 <SEP> 450 <SEP> 200 <SEP> 1.21 <SEP> 86 <SEP> 1. <SEP> 35 <SEP> 86
<tb> au <SEP> tamis <SEP> 18
<tb> pour <SEP> Y,I&A
<tb> 14 <SEP> SA35 <SEP> 390 <SEP> 200 <SEP> latile <SEP> (Cendres <SEP> 1.
<SEP> 28 <SEP> 215
<tb> 31. <SEP> 5) <SEP> 10.45)
<tb> 1. <SEP> 24 <SEP> 108
<tb> 15 <SEP> S45 <SEP> 400 <SEP> 200 <SEP> 1.21 <SEP> 80 <SEP> 1.26 <SEP> 265
<tb> A35
<tb> 120
<tb> Groupe <SEP> 16 <SEP> TY25 <SEP> Inférieur <SEP> 400 <SEP> 300 <SEP> 1. <SEP> 19 <SEP> 61 <SEP> 1.26 <SEP> 130
<tb> au <SEP> tamis <SEP> 10
<tb>
EMI25.3
17 T'Y25 pour T et:
Y 400 200 1.20 59 1.24 152
EMI25.4
<tb> 18 <SEP> TY2 <SEP> 400 <SEP> 100 <SEP> .1 <SEP> 06
<tb> roupe <SEP> 19 <SEP> TI50 <SEP> Inférieur <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 82 <SEP> 101
<tb> 4 <SEP> au <SEP> tamis <SEP> 18
<tb>
EMI25.5
pour ce & 20 1 T160 pour GO 00 88 06
<Desc/Clms Page number 26>
Note : 1 Les compositions TY20, 845, A35, 120 représentent, respectivement, 80 % de charbon 1 + 20 % de charbon Y et 45 % de charbon S + 35 % de charbon A + 20 % de charbon I,, - etc...
Comme le montre le tableau III, puisque la composition constituée par du charbon non agglutinant agissant comme matière principale essentielle et le charbon agglutinant incorporé à celle-ci peut permettre un échappement facile du gaz, on a constaté qu'en choisissant correctement la composition, la température et la durée du chauffage, la dimension des grains de la matière première charbon et la pression de moulage, on peut empêcher des phénomènes défa- vorables comme la formation de fissures et de crevasses dues à l'extension et au retrait, tant qu moment du moulage qu'au moment de la cokéfaction.
En retirant du moule l'échantillon ne 2 contenant un pourcentage trop élevé de charbon Y, la partie centrale de la colonne cylindrique s'est dilatée de telle façon que, sur la partie extérieure qui s'est solidifiée la première, il s'est formé une large fissu- re horizontale. A l'exception de l'échantillon n 1, la densité apparente du charbon moulé du groupe 1 est inférieure à celle de l'autre groupe. Ceci est du au fait que quand du charbon non agglutinant et du charbon agglutinant sont mélan- gés uniformément et moulés à chaud à la presse, le gaz engendré à un passage trop étroit pour s'échapper, de sorte que le gaz restant rend difficile une compression suffisante du charbon, en raison de la plus fine dimension des grains et 4'une quantité considérable de charbon agglutinant.
L'échantillon n 1 a'pu être comprimé adéquatement, parce que le type de charbon, les pourcentages du mélange, la températu a de moulage, etc... sont corrects et sa densité
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apparente était supérieure à celle d'autres exemples du même groupe. En outre, la densité appar nte et la résistance à la compression du produit ookéfié sont considérablement plus élevées que celles des autres exemples. On suppose qu'il n'y avait pas .beaucoup de différence dans la porssité puisque le gaz engendré a été enlevé suffisamment par un chauffage rapide et que la densité effective est supérieure à celle du coke (environ 1.8), la polymérisation et la condensation se sont donc poursuivies normalement et en conséquence, la carbonisation a continué dans une large mesure.
De sorte que, quant au n 1, le transfert facile vers la série du graphite est considéré. On oroit que ceci est dû principalement à la petite dimension des grains de la matière première charbon. Dans une reoherohe récente pour préparer une matière carbonée de haute qualité, en utilisant une matière première préparée en moulant à la presse du charbon agglutinant à la température ambiante, sous une pression supérieure à 1.000 kg/om2, on a employé une poudre très fine (en-dessous de 200 mailles, tamis BSS) pour augmenter la résistance du produit enfourné. Toutefois, comme le présent procédé utilise l'effet favorable du moulage à chaud, la dimension de grains inférieure à 60 mailles tamis BSS semble pouvoir servir.
Tandis qu'on a proposé un procédé pour préparer des électrodes à partir d'un charbon agglutinant finement pulvérisé, où le charbon agglutinant est préchauffé à une température inférieure à 5000, dans la présente invention, la matière première charbonneuse qui contient un charbon non agglutinant comme constituant principal, pulvérisé de manière relativement grossière comme indiqué ci-dessus, est moulée à la presse après avoir été traitée à chaud de manière appropriée.
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La. raison pour laquelle la résistance de l'échantil- lon n 4 est très faible, est que, en raison de la haute température de moulage, le pouvoir adhésif du charbon T
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àiaparai% à peu près à 4 Ose .j, le du charbon Y commence à diminuer à la même tempér échantillon ne 2 moulé 40060 devrait être éoart'. , ,,"1 , 1 qu'il gonfle en raison d'un excès de charbon Y. Les échantillons n* 3 et 5 ont donné de bons produits ookéfiés en portant la température de moulage à 450 C à laquelle leur pouvoir adhésif diminue adéquatement, même s'ils contiennent une grande quantité de charbon Y.
Il est naturel de considérer que le produit cokéfié ne peut avoir une telle résistance, car à 450 C, le charbon T a perdu presque tout son pouvoir adhésif et en outre, le charbon Y est sur le point de commencer à perdre celui-ci. Le fort pouvoir liant de cet exemple est dû, - croit-on, au fait que le charbon non agglutinant, qui a été précédemment converti en une masse poreuse par décomposition à chaud, absorbe bien le liquide et la vapeur adhésifs avec l'aide de la pression du gaz; ce liquide et cette vapeur adhésifs ainsi que cette pression du gaz sont dûs à la chaleur de décomposition du charbon faiblement agglutinant.
L'échantillon n 6, préparé par la substitution du charbon 130 au charbon Y30 dans l'échantillon n 3, a une propriété adhésive inférieure, de sorte que le gaz s'échappe bien et que la matière peut être comprimée plus facilement, avec le résultat qu'on obtient une densité apparente élevée. De même que l'échantillon n 4, les échantillons 7 et 8 ont une résistance inférieure, en raison de leur propriété adhésive excessivement faible pour leur température de moulage, mais du fait que tous les petite grains sont bien agglomérés même avec un pouvoir adhésif faible, l'échappement du gaz au moment du moulage à la prenne
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est insuffisant et il en est de même de la compression. les groupes 2 et 3 ont une dimension de graina plus large que le groupe 1.
Si le grain de charbon a une forte dimension, il exige un tempe plus long pour que la chaleur parvienne au centre, du fait que la conductivité calorifique du charbon est médiocre. La. conséquence est une différence dans la décomposition à chaud entre les graina de charbon, une diminution dans la vitesse de décomposition et une suspension du faible pouvoir adhésif. les échantillons 9 et 1 sont représentatifs de l'effet intense de la dimension du grain sur la résistance, A l'exception de la dimension des grains, les conditions de moulage pour ces exemples, sont à peu près égales, mais la résistance de l'échantillon n 1, dont le grain est de plus petite dimension, eat beaucoup plus élevée.
Bn ce qui concerne la proportion entre les charbonsT et Y, pour le groupe 1, la composition TY 20 est la mieux appropriée et pour le groupe 2, la composition qui convient le mieux est la composition TY 25 où la proportion du charbon Y a été augmentée de 5 %. Ceci est dû à l'effet décrit ci-dessus de la dimension du grain.
Le m 12 comparé au n 11 et le n 13 comparé au n 6 ont respectivement un plus grand pouvoir adhésif de la matière préfère charbon et une résistance plus élevée des charbons moulés, mais les produite cokéfiés ont une résistance considérablement Inférieure. Ceci peut s'attribuer a. des microfissures possibles à l'intérieur du produit cokéfié, par suite d'un excès de charbon agglutinant.
L'échantillon n 14 de la composition SA 35 a une résistance très élevée du fait que, tandis que le charbon non agglutinant et le charbon agglutinant utilisés ici ont un pouvoir adhésif inférieur à celui de l'échantillon constitué de T et d'Y, le pourcentage de charbon agglutinant
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a été augmente et la température de moulage a été diminue à 390 C, oompte tenu de la teneur en carbone. Dame l'échan- tillon n 15, le charbon non agglutinant dans l'échantillon n 14 a été diminué de 20 % et remplacé par le charbon I fortement agglutinant; sa température de moulage a été choisie à 400 C.
Comme le charbon I commence à peine à se décomposer à cette température et n'est pas bien ramolli, la densité apparente et la résistance du charbon moule ont diminué, mais par suite du pouvoir cokéfiant du charbon I, la résistance du produit cokéfié a fortement augmenté.
Les trois exemples appartenant au groupe 3 avaient, la même composition, la même dimension de grains et la même température de moulage, mais la pression de moulage avait été modifiée et portée respectivement à 300, 200 et 100 kg/cm2. La densité apparente et la résistance du charbon moulé aussi bien que la densité apparente du produit ookéfié ont diminués en même temps que la pression, tandis que la résistance du produit cokéfié a augmenté.
Ceci peut s'expliquer comme suit. A mesure que la pression augmente pendant le moulage, les grains du charbon non agglutinant supportant cette pression sont broyés pour remplir les vides et les vides minuscules sont imprégnés de charbon agglutinant Y ramolli. Toutefois, avec 25 de charbon Y ayant une dimension de grains de 10 mailles, ce charbon ne peut pas s'imprégner complètement et des parties denses sont formées aux endroits occupés précédem- ment par de grandes particules de ce charbon. Le charbon moulé aura donc une structure contenant un grand nombre de parties denses, ce qui augmentera sa résistance.
D'autre part, avec une pression de moulage de 100 kg/cm2, les vides entre les pa Seules sont relativement grands et on obtien un charbon moulé d'une résistance quelque peu inférieure. A l'origine, quand on emploie une matière
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première avec un grdn de grande dimension quoique les graine soient broyés lors du moulage à la p esse, ses constituants, le charbon non agglutinant et le charbon agglutinant, sont mélangés de manière non homogène.
En conséquence, un charbon moulé fait de cette matière première présente une structure non homogène, qui est cause de tensions internes ou de petites fissures dans la masse du produit ookéfié, en raison du retrait irrégulier se produisant lorsque le charbon moulé est cokéfié% Toutefois, quand on adopte une pression de moulage de 100 kg/om2, comme les vides entre les particules du charbon moulé sont grands, ce charbon peut se contracter facilement avant qu'il se produise des tensions internes à la cokéfaction. Ceci veut dire que le prdduit ookéfié à partir du charbon moulé sous une pression de 100 kg/cm2 présente moins de tensions internes ou de fissures et il est donc plus résistant que le produit cokéfié obtenu à partir du charbon moulé sous une pression de 300 kg/cm2.
La résistance du produit ookéfié du n 20 est consi- dérablement supérieure à celle du n 13, parce que la dimension de grains du charbon non agglutinant du n 20 est inférieure à celle du ne 13.
Quoique les charbons moulés du groupe 3 ont été préparés pour avoir une dimension convenant pour leur usage pratique dans un haut-fourneau ou un four similaire, l'effet de la proportion de la composition, de la température de moulage et des autres facteurs était égal à celui obtenu dans le cas d'un charbon moulé de petite dimension appartenant aux groupes 1 et 2.
En. outre, oomme la surface de la section transversale du produit est grande, même si la dimension des grains de la matière première est augmentée, c'est-à-dire même dans les expériences utilisant des charbons agglutinante ; et non agglutinants dont chacun a une dimension de grains
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inférieure à 10 mailles BSS, ou utilisant un charbon non agglutinant dont la. dimension de grains est inférieure à 7 mailles BSS, on ne constate aucun changement appréciable.
Au lieu d'une partie ou de la totalité du charbon non agglutinant dans le charbon matière première, on peut utiliser un charbon agglutinant qui a été rendu non agglutinant par oxydation partielle, car les expériences faites en utilisant cette matière première ont donné de bons résultats.
Tandis que les tableaux II et III donnent la résis- tance à la compression, le haut-fourneau exige un indice d'essai au tambour supérieur à 90. Les produits ayant une grande résistance à la compression ont également un indice d'essai au tambour élevé. D'âpres les recherches concernant le coke employé dans l'opération effective, la résistance à la compression était de 136-163 kg/om2, tandis que l'indice 'd'essai au tambour était de 90.5-93.6. En général, les charbons moulés chargés dans un haut-fourneau sont soumis à un effort de broyage plus élevé à mesure qu'ils descendent dans le four. L'effort maximum de broyage à la partie supérieure du four est dû au choc résultant de la chute au moment du chargement.
Le charbon moulé de forme ovale qui a une résistance à la compression de 51 kg/cm2 n'a pas été broyé, même quand il est tombé cinq fois sur le gravier d'une hauteur de quatre mètres, de sorte que l'on considère comme satisfaisante une résistance à la compression de 40 à 50 kg/om2.
Quand la température des charbons moulés suivant l'invention est portée au-dessus de la température de moulage, après leur chargement, ces charbons se carbonisent facilement et augmentent de résistance, parce qu'ils ont une teneur en matières volatiles adéquate, que les matières
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volatiles à basse température ont été éliminées et que la. résistance à la compression du charbon moule introduit dans le four augmente aveo la température, suivant la nature du charbon, jusque 1100-1200 C. Il est donc facile de préparer des charbons moulés ayant une résistance suffisante à tous les efforts de broyage se manifestant dans le four.
En ce qui concerne les charbons moulée devant servir de matière première pour la préparation d'articles en carbone de haute qualité, tels que des électrodes, la matière première de cette invention est le charbon et il n'est pas nécessaire d'utiliser des produits coûteux tels que le coke de pétrole, le coke de brai ou le coke ordinaire, comme dans les méthodes anciennes.
En outre, comme cette invention utilise l'avantage du procédé de moulage à chaud, il n'est pas nécessaire d'utiliser des particules aussi fines que dans les procédés antérieurs. Le charbon non agglutinant utilisé comme constituant essentiel non seulement permet un échappement facile du gaz libéré mais assure en outre une combustion rapide sans formation de fissures, Jusqu'ici, la combustion était si lente qu'il fallait plusieurs jours, parfois 10 à 20 jours, pour les produits de grande dimension.
Le charbon moulé suivant cette invention se caractérise en ce que les micropores innombrables sont distribués plus uniformément que dans la matière première antérieure utilisée pour l'enfournement et que la paroi du pore est très minoe, ce qui facilite l'échappement du gaz, du fait que le charbon moulé est constitué en majeure partie de charbon non agglutinante La carbonisation et la graphitisation de ces pareois de pores s'effectuent sous basse pression.
Comme cette basse pression facilite le progrès de la modification chimique accompagnant le dégagement de gaz, la carbonisation est accélérée et améliorée, Ceci est prouvé par le fait que dans l'échantillon n 1 du tableau III, on a obtenu une densité apparente de 1,46 aveo
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une vitesse de chauffage rapide ?eG par minute, qui n'a jamais été atteinte dans les procédât antérieurs de fabrioa. tion de matières carbonées de haute qualité. Il est dono tout à fait naturel qu'un produit ookéfié de densité apparente supérieure soit obtenu, si le charbon moulé de l'échantillon n 1 a un si grand pouvoir coagulant lors de la cokéfaction avec chauffage lent.
Pour la production commerciale de masse de la matière carbonée de haute qualité de cette invention, il est avantageux d'utiliser un charbon ayant une teneur en cendres aussi faible que possible et une dimension de grains qui soit la même que celle de l'exemple n 1 du tableau III, ou inférisure à celle-ci. La pression de moulage est de préférence, la même que pour l'exemple 1, ou supérieure, et le chauffage se poursuit, de préférence, jusqu'à 800 C, à une allure de 2 à 3 C par minute et ensuite par passage direct d'un courant électrique lorsque la graphitisation est effectuée.
Dans la présente invention, quoiqu'il soit possible de produire du charbon moulé en employant du charbon seulement comme matière première, il est possible d'utiliser un mélange comprenant du charbon et d'autree matières charbonneuses, comme des morceaux de charbon moulé, de coke et des matières similaires.
De même, on peut employer presque toutes les sortes de charbon comme matières premières et la composition de celles-ci peut être choisie dans une gamme très large (ou presque librement), car l'invention peut conférer à la matière première le pouvoir liant désiré par un traitement thermique adéquat dans le four 3 et même faire absorber à une matière première traitée à chaud, ayant perdu son pouvoir liant, de la vapeur de goudron à basse température, comme liant adéquat, ainsi qu'on l'a décrit précédemment.
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Method and apparatus for the. prepared cast coal.
The present invention relates to a method and apparatus for the production of cast carbon from carbonaceous materials. Briefly, the process comprises feeding a pulverized volatile carbonaceous material into a metal rotary dry distillation furnace, at low temperature, axially equipped on its inner face with pick-up plates, indirect heating of the raw material up to at a temperature ranging from 370 ° C to 500 ° C inclusive, while mixing it during its passage through the furnace, to cause an intense decomposition by the heat, to remove the volatile matter at low temperature and to retain the major part of the volatile constituents and the molding of the raw material thus heat treated in a press,
in order to obtain a dense and rigid cast coal while it is still hot.
4 It is an object of the present invention to provide a novel method and apparatus for the production of
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charcoal cast from carbonaceous material *
Another object of the invention is to provide molded carbons suitable for a large number of uses.
It is also an object of the invention to reduce the production cost of molded carbon.
The cast carbon of the invention can be used as a premium carbonaceous material in blast furnace and other metallurgical furnaces, as a premium raw material for the preparation of high quality carbonaceous materials, such as. electrodes, structural carbon and the like and in general, as a fuel or as a reducing agent.
With regard to the softening of the caking carbon when heated, the following points have been considered to be important in the order of their description.
1. Thermal decomposition causes the formation of a liquid substance which determines the softening of charcoal.
2. The low molecular weight part of the charcoal melts.
3. Melting or decomposition by heat causes the formation of a movable surface film, providing a lubricant role for the structural members of coal. Oe -third mechanism has a more marked effect in the case of a carbon having a moderate clumping power than in water:. of a strongly agglutinating coal.
The softening of the caking charcoal which varies according to its type, rate of heating and other factors, begins between 350 and 400 C, and ends at about 500 C. Likewise, hot decomposition occurs at about the same time as softening.
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and when the latter ceases, the primary decomposition by heat, in which a strong gasification of volatile matter takes place, ceases almost completely. During this period, almost all the tar is carbonated. With non-caking charcoal, the decomposition by heat begins a little earlier and ends somewhat earlier than for caking charcoal.
Further, when it is heated, neither softening nor melting occurs, as in the case of caking carbon, and when pulverized non-caking coal is subjected to the dry distillation at high temperature, it does not convert to a mass of coke, owing to the absence of binding power. It is therefore generally believed that non-caking charcoal does not have caking power.
In order to study the properties of the coals, the inventor carried out experiments on the manufacture of cast coals, and of coked products, by a simple method described below. As explained in detail in the following description, the results of the experiments show (A) that strongly bonding carbon, or a mixture comprising strongly bonding carbon in an amount of 50% or as the main constituent and another carbonaceous material having a property less softening than strongly caking coal, at 50% or as a minor component, can be used to produce solid cast coal, but a coked product made from it is not very strong.
In order to produce strong cast coal having the property of converting into a very strong coked product when subjected to high temperature dry distillation, the pulverized coal feed material must be / mixture of non-caking coal, or slightly caking coal. axidized.
or these two coals and a
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charcoal and it should also have a low clumping power, so that the structure of the cast charcoal has countless pinholes, evenly distributed, allowing the gas released from the volatile matter to escape and preventing the formation of cracks large or microscopic due to gas pressure during press molding or shrinkage occurring during high temperature dry distillation or coking of the formed coal;
(B) that the strength of an ookified product obtained from this molded coal is much greater than that of the latter, owing to a chemical action occurring during the thermal decomposition of residual volatile material. found in cast charcoal, but on the other hand, the strength of the coked product may be lowered by shrinkage cracks occurring in a non-homogeneous manner and influenced by the homogeneity of the structure of cast charcoal, due to the homogeneous distribution of innumerable miorosoopic holes, which cause a homogeneous shrinkage of the cast carbon without the occurrence of cracks during the gasification of the residual volatiles, which results in a higher density of the coked product.
As to how to choose the raw material of cast coals, during experiments on the production of oval-shaped cast coals according to the invention, carried out with reference to the samples in Tables II and III of the specification, at By means of a test apparatus comprising a rotary metal kiln, it was found that the molding conditions such as the nature of the coal, the composition of the mixture of raw materials, the maximum temperature of the raw material in the rotary kiln, the duration of the heating thereof,
the grain size of the raw material and the molding pressure chosen according to the
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Examples of Tables II and III can be used with good results in the industrial manufacture of the cast coals of the invention. Accordingly, in the practice thereof, the raw material and its molding conditions can be selected by referring to the samples in Tables II and III, or it is advisable to choose them when making charcoal. mold and therefrom a coked product, in the form of a short column, with a raw material actually used in the same way as in the case of the samples in Tables II and III.
In this case, the coked product is preferably known with a sufficiently high heating rate, referring to the rate of descent of the load of the furnace, in particular of a blast furnace, with a view to fast fision. As references for the choice of molding conditions, the numerous experiments carried out by the inventor show that, as regards the particle size of the raw material, it is preferable to choose it below the 60 mesh BSS sieve;
'or finer for cast carbon as a raw material for high quality carbonaceous material and to choose a suitable size between less than 30 mesh and less than 18 mesh inclusive, in the case of a BSS screen, for a cast coal in the form of briquettea for other uses and, as to the duration of the heating of the raw material in the rotary kiln, to choose an appropriate time between 20 and 40 minutes for the grain size mentioned above, a duration excessively long decreasing the. production capacity of the rotary kiln.
As for the maximum temperature of the raw material in the latter, it is preferable to choose an appropriate temperature between 870 C and 460 C, inclusive, for a mixture of
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raw materials comprising a non-caking charcoal, or a slightly oxidized caking charcoal, or these two coals as a major constituent and a caking charcoal as a minor constituent, to choose an appropriate temperature between 380 C and 430 C inclusive, for a mixture of raw materials comprising a non-caking charcoal or a slightly caking charcoal or these two coals as an essential constituent and in a higher proportion than another constituent, a weakly clumping char as a possible constituent,
and a strongly caking charcoal or other charcoal material having a lower softening characteristic than weakly caking charcoal as a possible component, and to choose a suitable temperature between 440 C and 500 C inclusive, for a raw material comprising a strongly caking charcoal only or essentially, or a mixture of raw materials comprising a strongly caking carbon as the 50% or major component and another carbonaceous material having a lower softening characteristic than the strongly caking coal as the 50% or minor component, and to choose a appropriate temperature between 400 and 440 C inclusive,
for the mixture of raw materials comprising anthracite or other carbonaceous material having a volatile matter content lower than that of anthracite as a major constituent and a weakly binding carbon as a minor constituent, and to choose an appropriate temperature between 4500 and 500 C, inclusive, for a mixture of raw materials comprising a weakly binding carbon as a major constituent and a non-binding carbon, or a slightly oxidized binding carbon, or both of these coals as minor components. About the
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forming pressure, it is better to choose a suitable pressure of about 300 kg / cm2 or about 200 kg / cm2.
Cast coal made according to these indications, in accordance with the present invention, is strong and converts to a molded coke or a very strong coked product, when introduced into a metallurgical furnace or when coked by making a material. high quality carbon. In addition, like this cast coal already has. Having been stripped of its volatile matter at low temperature and still containing a great deal of residual volatiles, it offers the highly desirable advantage of rapid fision or combustion.
In an old process for producing cast coal or charcoal briquettes, the strength of a coked product made from cast charcoal or briquettes according to the method is not very important; as a result, the raw material of cast coal or briquettes contains a high proportion of agglutinating substances in order to facilitate its production. Cast charcoal or briquettes made by this anoien process are therefore not suitable for these two special uses.
The present inventor has found that in a process for producing iron or other metals by means of a vertical furnace into which the cast coal of the invention is charged instead of coke or the like, one can expect to remarkable results. Thus during the experiment, charcoal briquettes of oval shape made from raw materials oomprant 70% non-caking charcoal 23% weakly caking charcoal and 7% pitch and containing 43.17% of volatile matter and having the property of converting into a dense and rigid molded coke without
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cracking and without oolling when subjected to high temperature dry distillation,
were loaded into a small blast furnace having three 80 mm diameter sampling holes in the lower part of its opening, the central part of its belly and the central part of its display and three operations were performed; in case I, only coke was used as carbonaceous material, in case II, both ooke and briquettes were used in a proportion of each representing 50% of carbonaceous material and in case III, only briquettes.
In Case II, the pig iron production exceeded that of Case I by 39% and furthermore, an intensely reducing and stable furnace condition was obtained such that all the iron ore loaded, except for a very small part. escaping as dust from the blast furnace top, and even part (35) of the FeO in the canteen was charged / reduced to iron and no part of the charged iron ore escaped into the dairy.
In case III, although the operation was interrupted after 14 hours, which corresponds approximately to 7 times its residence time, and the intensity of the reduction in the furnace was less than that of case II, the whole charged iron ore, except a very small part escaping as dust from the blast furnace mouth, and part (3%) of the FeO in the charged limestone was reduced to the state of iron and as in the case II, no amount of loaded iron ore reached the slag. In case I, as in an ordinary blast furnace, part of the charged iron ore and all the FeO in the limestone escaped into the slag, which means that the high reduction intensity could not be obtained. as shown above.
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By examining the data of the experiment, the following facts were found. It is known that H2 or CO cannot burn or combine with O2 in a strictly dry atmosphere at such a low temperature that heat dissociation of H2 or O2 cannot occur, except if the atmosphere contains oxygen. humidity with a very small proportion of H and OH ions, H2 or CO can burn or combine with O2 and it is also known that when this occurs there is always an OH ion as an intermediate in the flame which brings 0 to H2 or to CO, or an intermediate product, to finally produce H2O and CO2 while simultaneously releasing atomic hydrogen,
which can combine with O2 following the 2H + O2 20H reaction, resulting in continued combustion. Likewise, in cases II and III, the active hydrogen having just been released from the volatiles of the charcoal briquettes, in the low temperature zone, where there is a lot of iron ore but no carbon sponge. iron, can act immediately on the oxygen in the neighboring iron ore, to produce OH as an intermediate, in very large quantities compared to the H and OH ions contained in humidity so that a high quantity of OR gives oxygen reacting with a lot of nascent H2, CO and C to give H2O, CO2 and CO while simultaneously releasing a lot of hydrogen in the atomic state.
These reactions continue repeatedly under the action of the reactivated atomic hydrogen, until all the oxygen in the iron ore charge is removed during the descent of the latter into the furnace. In case II, the extremely reducing and stable condition of the furnace, never encountered so far, indicates the possibility of a very rapid new melting by operating with a loading rate
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decreased carbonaceous material per tonne of cast iron produced, so that the intensity of the reduction decreases. This loading rate causes the furnace to contain a large amount of iron ore and naturally causes an increase in the rate of descent of the furnace contents, to constantly supply fuel to the blown air at the rate of 2.3 m3 / min.
The reason for the excessive disintegration of the briquettes in case III, which is one of the causes of the intorruption, is that as the briquettes used in the experiment have a calorific waviness lower than that of coke and that they furthermore have the property of absorbing a very large quantity of heat until their temperature reaches approximately 400 ° C., they descend into the melting zone at 1200-1600 ° C. before their temperature is sufficiently high and while they still contain a high proportion of volatile matter. As a result, the charcoal briquettes were disintegrated by the pressure due to severe and rapid gasification of the volatile matter in the briquettes subjected to the high heat of the melting zone.
The pressure in this was getting very high, to the point of making the operation difficult, because a very large amount (164.79 kg / 8 hours in the over 128,000 zone) of superheated steam was produced by the released hydrogen. volatile matter. It is therefore very important that the charged charcoal briquettes release as much hydrogen as possible in the low temperature zone and that all their volatiles be gasified before they descend into the melting zone of the furnace.
This means that it is important to use charcoal briquettes free of their volatile matter at low
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temperature and containing a lot of residual volatile matter and to load such briquettes at the rate of 100% of the carbonaceous matter in the furnace, because stick these give off a lot of heat by their decomposition and, quickly reach a high temperature and because the ratio from the charcoal briquettes to the cast iron produced in an effective operation is far less than 1.368 as in case II.
According to Experiments A and B, in order to make tough cast carbon that can convert to a very tough ookeified product, it is essential to prepare a heat-treated raw material containing a lot of residual volatile matter, but having only very limited clumping power. Choosing the right combination of the highest heating temperature for the raw material, the heating time of the raw material and its characteristics is only one way to meet these desiderata.
This favorable combination can be achieved by means of the present invention, wherein the raw material is selected according to the cast coal samples showing the properties of the raw material for briquetting and further, the maximum temperature and the heating time of the. Raw material can be easily controlled by the aotion of the special rotary kiln.
This means that thanks to the invention, the best combination of the above three important factors can be obtained and the raw material having a very limited agglutination property is made to absorb tar vapor at low temperature of gas. dry distillation, as an essentially important and adequate binder to obtain excellent cast coal.
In the invention, the selected maximum heat of the raw material can be easily achieved by making
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methodically advance the raw material in the rotary kiln towards the outlet, while the chosen time for heating the raw material in the latter can also be easily obtained by means of a simple control of the quantity of raw material , by varying the difference between the quantity of this arriving in the furnace and that which leaves it, the quantity of raw material in the furnace being constantly maintained when the condition is good, but adjusted when the thing proves necessary.
The invention makes it possible to obtain a lowering of the cost price of the cast coals, owing to many advantages offered by the furnace, which are, for example, simple construction, easy operation and high efficiency, due to the possibility of increasing the quantity of raw material therein. up to about 1/3 of its internal volume. In addition, the metal collecting plates not only allow the oven to perform an important function but also strongly contribute to the conduction of heat; by-products such as distillation gas and low temperature tar can be recovered.
Lifetime . of the furnace also appears to be very high, if we consider that a similar furnace with different pick-up plates was used for thirty years in the production of powdered semi-coke, heating to 450-5000 a non-carbonated coal. clumping.
In the accompanying drawing, figure 1 is a schematic view showing one form of apparatus for carrying out the method of the invention, while figure 2 is a schematic drawing showing an example of an apparatus for cooling hot briquettes and the preliminary processing of the raw material.
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Figure 3 is a cross-vertical section in a dry distillation oven following the binders A-A of Figure 1.
By ae referring to deaain and more particularly to. Figure 1 shows that a pulverized carbonaceous raw material is introduced, through a hopper 1 and a via conveyor 2, into a metal rotary kiln 3 axially equipped with long metal pick-up plates 4, distilled with aec , by indirect heating during its passage in the furnace 3, then introduced into a fixed end cover 5, extending slightly vera the bottom to contain the adequate amount of raw material and connected at its lower part, to a conveyor to via 9 .
The heat-treated raw material oontained in the cover 5 is thus brought by the conveyor 6 to a duct 7 from which it is introduced, by means of a blower 8, into a hopper 9 functioning as a cyclone separator and provided, at its lower part, a pressure screw 10. The material then passes through the hopper 9, the pressure screw 10 and a guide box 11 -to a briquetting machine 12. the hot charcoal briquettes formed by the latter fall, by a corridor 13, on an endless conveyor 14, at the same time as the waste, which arrives with the briquettes on a sieve 15.
The hot charcoal briquettes coming out of the end of the sieve 5 are introduced, through an ohute 16, into a mixing hopper 17 in which a dry coal raw material and pulverized to a chosen grain size is introduced through a duct 18, to form a mixture with the hot briquettes. The resulting mixture gradually descends and falls onto an endless conveyor 19, when its temperature is about 200.
To arrive on a sieve 20. The charcoal briquettes to
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About 200 coming out of the lower end of chipmunk 20 are introduced, through a chute 21, into a mixing hopper
22 where a powdered carbon raw material, .. coarse grain, and the waste passing through the sieve 15 and coming from the outlet fixed under it are introduced through a pipe 24 mixed with the charcoal briquettes at about 200 ° C.
The resulting mixture gradually descends, falls on an endless conveyor 25 at the moment when its temperature falls to a suitable level (about 90 ° C.) and the raw material as well as the briquettes fall on a sieve 26.
Cooled charcoal briquettes (at around 90 C for example) exit the lower end of the sieve 26, while the carbonaceous material passing through the sieve 20 passes through a chute 23 and is ready to be sent as raw material for charcoal briquettes. to hopper 1 already. crushed to the chosen grain size and preheated to
200 C approximately.
The powdered carbonaceous material, dried during its descent into the hopper 22, passes through the screen 26 and a charcoal outlet 27 and arrives in a crusher 28 which can bring it to the desired grain size (for example to pass in a BSS sieve less than 18-30 mesh) in order to send it to a pipe 18.
The low temperature dry distillation gas produced in the rotary kiln 3 is introduced, through the end cover 5, a duct 29, a duct 30 and a blower.
8, in a conduit 7 in the form of a gas stream which leaves with the raw material of the charcoal briquettes introduced into this stream inside the hopper 9 acting as a cyclone separat. The gas separating from the raw material is introduced through a pipe 31 into a condenser
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(not shown) in order to separate the gases and the low temperature tar contained in the dry distillation z.
If desired, part of the gas from line 31 can be recycled through line 32, line 30 and blower 8 into line 7 and the hot tar vapor specially produced as a binder for briquetting, from tar to low temperature, ordinary tar or another similar product, can be introduced into the duct 30, the duct 7 or the hopper 9.
In this case, it is even possible to use a raw material constituted by a weakly agglutinating carbon as the main constituent, for example TY70 to produce the molded coals of the invention by heating it to 450-500 C in the furnace 3, because the raw material heat treated having lost its binder properties can absorb the adequate binder constituted by the tar vapor; this should be noted for the choice of raw material for cast coal. When a valve 33 provided in the conduit 31 and a valve 34 mounted in the conduit 29 are properly adjusted, the gas pressure in the end cap 14 can be adequately maintained to prevent the entry of combustion gas from the flue. 39 in the cover 5.
The metallic rotary kiln 3 is fixed on a hollow cylindrical metallic block 35, mounted on a bearing 36, and supported by rollers 45 and 40, it is driven in rotation by a pulley 37 fixed to the block 35. The kiln 3 is surrounded a brick wall 38, to form a flue 39 and has a combustion chamber 40 equipped with a gas or oil burner 41 and a nozzle 42 through which part of the waste gases coming from the flue is blown into chamber 40, to adjust the temperature of the combustion gas which must be higher, to the appropriate extent,
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at the selected maximum temperature of the raw material in the rotary kiln.
The combustion gas at the set temperature is blown into the oarneau 39 through an orifice 43, to heat the furnace 3 and finally exits in the form of burnt gas through an orifice 44, provided at the end of the oarneau 39 in an external flue not represented.
Most of the flue gas can be used to preheat the combustion air.
During the experiment, even when the kiln 3 is installed horizontally, the seeds of the raw material move methodically towards the end cover 5, as a result of the rotation of the kiln, so that the long layers of raw materials arranged axially in the furnace do not swell, except for a pointed part formed by the cascade of grains falling from the orifice of the screw conveyor 2. Likewise, when the conveyors to no 2 and 6 are stopped and only the oven 3 turns, all inner and outer seeds are mixed and Heated evenly, but the order of their movement is not disturbed by the rotation.
As a result, when the rotary lathe is placed horizontally and the free ends of the pick-up plates are parallel to its axis, the raw material grains quickly reach the part of the furnace where the temperature is highest, quickly reach the temperature. maximum selected, in order of arrival, moreover, this temperature and the selected heating time of the raw material can be easily achieved.
The pick-up plates preferably comprise an end plate 47, pierced with a concentric hole of a size such that the ends of the pick-up plates emerge at the correct height in the hole, thus
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as orifices 48, partially delimited by the. interior surface of the oven. The collecting plates are thus held rigidly and the raw material ae in the oven comes out in the cover 5 of the. following way.
The upper surface of each layer of raw material in loo compartments of kiln 3 is an inclined plane in the aena of its rotation, as each shape of the cross sections of the layers is constantly changed by this rotation and the grains of raw material constantly rolling in the surface from which they are removed to fall on the surface of the layer in the next compartment while being sufficiently picked up by the rotation; all these movements take place in the opposite direction of rotation.
However, in the end part of the raw material layer, towards the end cover 5, the above flat surface is deformed and the raw material grains fall into the cover where the raw material descends as it goes. its removal by the screw conveyor 6. The emerged parts of the pick-up plates 5 above the end plate 47 are required when a large quantity of raw material is kept in the furnace to prolong its residence time.
When a small quantity is kept in the oven or when the rotation of the screw conveyor 2 is stopped to change the type of raw material, or for some other reason, the raw material in the oven 3 is removed through the holes 48 in lid 5 until the oven is essentially empty.
When producing cast carbon to be used as a raw material of high quality carbonaceous material, the apparatus shown in the drawing is modified to use the raw material from the conveyor at via 6 or that
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stored in the hopper 9. The drying of the pulverized coal raw material can only be carried out by a cyclone separator, by means of hot waste gas leaving the orifice 44, which is mixed with air to decrease its temperature and bring it back. from about 400 C to 200-250 C, or another drying method can be adopted.
In the event that the hopper 9 is not designed as a cyclone separator, the heat-treated raw material can be introduced therein by a suitable conveyor other than a gas stream. Instead of a cyclone separator, two or more of these arranged in series can be used.
In the development of the invention, experiments were first carried out using a raw material consisting in each case of a single type of coal, as indicated in Table 1. More particularly a coal in the form of a short column. 20 mm in diameter and 20 mm in height was prepared by placing 8-9 of the coal constituting the raw material below an 18-mesh PSS sieve in a metal mold heated to casting temperature; this mold was equipped with an electric heating wire on its inner surface and a press die was applied to the carbon while maintaining the temperature for 30 minutes;
The press molding was done under / pressure at ten tons per square inch in an Amsler compression testing machine and immediately removing the product from the mold. The cast carbon was coked or dry distilled by raising the temperature to 1000 ° C., at a rate of 7 ° C. per minute, in a muffle furnace equipped with a potentiometer adjustment device, and maintaining this temperature for 30 minutes. The bulk density, compressive strength and content
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the volatiles of the cast coal and the coked product were measured. The results obtained are shown in Table II.
As can be seen clearly from this table, non-caking coals, such as those from Takamatsu and Haburo, do not soften or melt like caking coal, even when heated to cause intense hot decomposition, but they acquire low adhesive power, so that by compressing them under a relatively low pressure of 2 to 300 kg / cm2, the charcoal grains are agglutinated together to form molded charcoals.
The bulk density as well as the compressive strength reach, in each case, a maximum at a temperature which causes the maximum decomposition rate (about 390 * C) and by raising or lowering the molding temperature, a gradual decrease is caused. , both in bulk density and compressive strength, It has also been found that Takamatsu coal having higher carbon content gives a product having higher bulk density and higher compressive strength.
When Shak8ugetsu charcoal was used, the compressive strength and bulk density were intermediate between these two charcoals and it was concluded that the stickiness of non-caking charcoal increased with increasing carbon content.
With weakly caking charcoal, such as Ashibetsu and Yubari, the softening and melting became very pronounced shortly after hot decomposition started, so that it is quite impossible to make charcoal. dense molded within their limits of softening and melting temperatures.
In particular, Yubari coal has such a high fluidity and coefficient of expansion that its handling is difficult. Young smut, including smut
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bituminous, can be subdivided into non-caking coal, weakly caking coal and strong caking coal and weakly caking coal can in turn be subdivided into two classified, one having a carbon content of 80 to 83% and the other from 83 to 85%, which have characteristics of tack, softening and swelling superior to those of the former.
Unlike weakly caking charcoal, US Itmann hard caking charcoal does not soften or swell as much as this one; it can therefore be molded in the press and has a pronounced coking power. Its bulk density and compressive strength are maximum at about 450. and when cast carbon prepared at this temperature is coked at 1000 ° C, it swells and deforms with a decrease in bulk density and compressive strength.
The volatile matter content of cast coal has decreased by 26% respectively in the case of Haboro coal
EMI20.1
cast at 4000cri of 24% in 2akamatsu charcoal cast at the same temperature and 16% in the case of Itmann charcoal cast at 450 C.
It has been found from the results of the above experiments that when only one type of coal is used, it is possible to produce cast coal of lower mechanical strength, suitable for general use as a fuel or reducing agent. , but it is impossible to produce a cast coal suitable as a raw material of high quality carbonaceous material and as a feed for the above-mentioned rapid melting in a blast furnace.
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As a result, the inventor carried out experiments where a raw material consisting of a non-caking carbon and a binding carbon or a similar raw material are employed and he succeeded in producing cast coals as the bases of industrial cast coals. , which have a high strength and furthermore have the property of being able to be converted into very strong molded cokes, without cracking and without sticking, when subjected to dry distillation at high temperature. Table III illustrates these examples. Coal in groups 1, 2 and 4 has the shape of a short column 20 mm in diameter and 20 mm in height, while coal in group 3 has an oval shape and dimensions of 50 mm x 50 mm x 36 mm.
The coals molded in the form of a short column and the cokes molded therefrom were prepared under the molding conditions described in Table III and in the same manner as in Table II. The oval-shaped coals were pre-mixed by placing approximately 65 g of the raw material coal in a small iron tube and placing this tube in a preheated muffle tower, equipped with a potentiometer temperature adjustment device;
the tube was kept at the molding temperature for 70 minutes, then it was removed from the oven and the raw material was transferred, at the molding temperature, into a metal mold heated to this temperature and fitted with a wire electric heater at the outer surface; A press die was then applied to the carbon which had been molded under 10 tons per square inch pressure in an Amsler machine for compression testing and the product immediately removed from the mold. The cast coals were ookified by the same process as the coals in Table II.
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Table I - Coal used as raw material for molded coals in Tables II and III s.s.c. = based on dry charcoal, without ash
EMI22.1
<tb> Coal <SEP> s.s.s. <SEP> Industrial <SEP> analysis
<tb> Type <SEP> Origin <SEP> Symbol <SEP> C% <SEP> Water <SEP> Ash <SEP> Material <SEP> Carbon
<tb>% <SEP>% <SEP> volatiles <SEP> fixed
<tb> Coal <SEP> Lignite <SEP> Shakubetsu <SEP> S <SEP> 75.6 <SEP> 7.23 <SEP> 10. <SEP> 63 <SEP> 44.77 <SEP> 37.29
<tb> no
<tb> binder <SEP> Bituminous <SEP> coal <SEP> no <SEP> Takamatsu <SEP> T <SEP> 79.5 <SEP> 4. <SEP> 32 <SEP> 11.36 <SEP> 41.23 <SEP> 43.09
<tb> clumping.
<tb>
Coal <SEP> bituCharbon <SEP> meux <SEP> low- <SEP> Ashibetsu <SEP> A <SEP> 82. <SEP> 3 <SEP> 2. <SEP> 50 <SEP> 3. <SEP> 13 < SEP> 44.47 <SEP> 49. <SEP> 90
<tb> ment <SEP> agglutiaggluti- <SEP> nant
<tb>
EMI22.2
nant ############ ######### ####### ####### ###### ####### # ######## ########## ..
EMI22.3
<tb>
Carbon <SEP> bituminous <SEP> low- <SEP> Yubari <SEP> i <SEP> 84.5 <SEP> 1.25 <SEP> 5.68 <SEP> 41.07 <SEP> 52.00
<tb> ment <SEP> clumping
<tb> Coal <SEP> bituminous <SEP> strongly <SEP> Itmann <SEP> 1 <SEP> 88.7 <SEP> 1.18 <SEP> 9.06 <SEP> 19.28 <SEP> 70.48
<tb> clumping
<tb>
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Table II - Cast coal and coked product (prepared in each case from a single type of coal)
EMI23.1
<tb> Cast <SEP> coal <SEP> Coked <SEP> product
<tb>
EMI23.2
Coal ############## - ###### - ## - ############# ############ #####,
##################### -
EMI23.3
<tb> Tempera- <SEP> Density <SEP> Resistance- <SEP> Constituents <SEP> Density <SEP> Resistance <SEP> to <SEP>
<tb> ture <SEP> of <SEP> apparent <SEP> this <SEP> to <SEP> the <SEP> volatiles <SEP> apparent <SEP> the <SEP> compression
<tb> molding <SEP> te <SEP> compres- <SEP> Kg / cm
<tb> C <SEP> sion
<tb> Kg / cm
<tb> Haboro <SEP> 365 <SEP> 1.08
<tb> (lignite <SEP> 390 <SEP> 1.13
<tb> no <SEP> agglu- <SEP> 400 <SEP> 1. <SEP> 03 <SEP> 10 <SEP> 35.5 <SEP> 1.11 <SEP> 1
<tb> tinant) <SEP> 440 <SEP> Impossible <SEP> to <SEP> to mold <SEP> into <SEP> reason <SEP> of <SEP> lack <SEP> of <SEP> adhesive power <SEP>
<tb> Takamatsu
<tb> (charcoal <SEP> 350 <SEP> 1.01 <SEP> 4 <SEP> 36.7
<tb> no <SEP> 365 <SEP> 1.08 <SEP> 28 <SEP> 35.0
<tb> aggluti- <SEP> 375 <SEP> 1.13. <SEP> 38 <SEP> 34.8
<tb> nant <SEP> 390 <SEP> 1.
<SEP> 21 <SEP> 89 <SEP> 31.2
<tb> nant <SEP> 400 <SEP> 1.16 <SEP> 42 <SEP> 31. <SEP> 0 <SEP> 1.27 <SEP> 40
<tb> 410 <SEP> 1.13 <SEP> 28 <SEP> 25.4
<tb> 440 <SEP> 1.10 <SEP> 14 <SEP> 24.8
<tb> 450 <SEP> 1.02 <SEP> 7
<tb> Ashibetsu
<tb> (weakly <SEP> Impossible <SEP> to <SEP> to mold <SEP> into <SEP> reason <SEP> of <SEP> swelling
<tb> clumping)
<tb> Yubari
<tb> (weakly <SEP> Impossible <SEP> to <SEP> mold <SEP> into <SEP> due to <SEP> of <SEP> swelling <SEP> extremely <SEP> pronounced
<tb> clumping)
<tb> Itmann <SEP> 400 <SEP> 1. <SEP> 17 <SEP> 33 <SEP> 18. <SEP> 7 <SEP> 1. <SEP> 18 <SEP> 48
<tb> (strongly <SEP> 410 <SEP> 1.21
<tb> agglutinant) <SEP> 450 <SEP> 1.30 <SEP> 107 <SEP> 16.2 <SEP> 1.10 <SEP> 87-
<tb> 500 <SEP> 1.
<SEP> 03 <SEP> 24 <SEP> 12.4 <SEP> c
<tb>
EMI23.4
################################################# ###########################
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Table III Cast coal and coked product (prepared from a mixture of coals) (1)
EMI24.1
<tb> Material coal <SEP> Molded <SEP> coal <SEP> Coked <SEP> product
<tb>
EMI24.2
first ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ###
EMI24.3
<tb> Group <SEP> N <SEP> Compo- <SEP> Granulom- <SEP> Temp.de <SEP> Pressure <SEP> Density <SEP> Resistance <SEP> Density <SEP> Resistance <SEP> à.
<tb> sition <SEP> sorts <SEP> mixture <SEP> of <SEP> Apparent <SEP> to <SEP> the <SEP> com <SEP> apparent <SEP> the <SEP> compression
<tb> Sieve <SEP> BSS <SEP> C <SEP> molding <SEP> pressure <SEP> Kg / cm2
<tb>
EMI24.4
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯cm2 Ks / cm2¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI24.5
<tb> 1 <SEP> TY20 <SEP> 400 <SEP> 300 <SEP> (materials <SEP> 138 <SEP> 1.46 <SEP> 400
<tb> volatiles
<tb> 35.4%)
<tb> 1. <SEP> 22
<tb> Group <SEP> 2 <SEP> TY30 <SEP> 400 <SEP> 300 <SEP> inflated <SEP> 90.
<tb> group <SEP> 3 <SEP> TY30 <SEP> Lower <SEP> than <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> (materials <SEP> 56 <SEP> 1.30 <SEP> 158
<tb> 1 <SEP> sieve <SEP> 18 <SEP> volatiles
<tb> for <SEP> T <SEP> and <SEP> H <SEP> 23.4)
<tb> 4 <SEP> TY20 <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1.08 <SEP> 44 <SEP> 1.24 <SEP> 76
<tb> 5 <SEP> TY40 <SEP> Less than <SEP> than <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1.10 <SEP> 60 <SEP> 1.29 <SEP> 177
<tb> sieve <SEP> 60
<tb> for <SEP> y, I & <SEP> A
<tb> 6 <SEP> TI30 <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1. <SEP> 12 <SEP> 56 <SEP> 1. <SEP> 35 <SEP> 145
<tb> 7 <SEP> TA30 <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1. <SEP> 06 <SEP> 30 <SEP> 1. <SEP> 24 <SEP> 25
<tb> 8 <SEP> HY20 <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 1.
<SEP> 04 <SEP> 36 <SEP> 1.23 <SEP> 65
<tb>
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(2)
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. === ---- - - === - = -, ...., ..., ...: ..-. :: ... - ::: .... =. ..... - = '= ---'-'-.....;: 1 r ol v,. = '1>:,. ¯ --- ¯hd \ 1i:.: Kéi'U 1 Group NO Compo- Gr - ,, ", uIomô-:? 9Dl,.; Le :. ' '::?:' '' Gs;: 1. # J.
De..lsi, ;; RéJ :: 1.St2CQ j) 1; ni t, Ó Eé3ia'tanae Bition 'o = 1:; élz "; xo .1:> iL9paztentfi à. IÔ eon- aiil-en.i cozp.?estion - ;: : 1 ;;; cdc m (Cle-g (', ;;. Boze Apparente, fl & 1 <J. Ún. = Apper / Slri; e à la co, "e8TY20 TC # 1is ESS I t3 (J l' 1: "'i? - ::' $> ge 1) zoeasion:!: Lion TY20 400 200 1.20 59 1.24 152 10 TY20 420 ZWO 1.13 49 1.21 132 Group Il TY25 In - Lower o% Omo 2J \) J ( Mat. \ 1 "0- (Ashes 1.28 (Ashes
EMI25.2
<tb> to <SEP> sieve <SEP> S <SEP> latile <SEP> 10.75) <SEP> (ASH
<tb> for <SEP> 30.5%) <SEP> 71 <SEP> 300
<tb> 12 <SEP> TY30 <SEP> 400 <SEP> 200 <SEP> 1.19 <SEP> 80 <SEP> 1.22 <SEP> 74
<tb> 13 <SEP> t160 <SEP> Lower <SEP> than <SEP> sieve <SEP> 18 <SEP> 450 <SEP> 200 <SEP> 1.21 <SEP> 86 <SEP> 1. <SEP> 35 < SEP> 86
<tb> to <SEP> sieve <SEP> 18
<tb> for <SEP> Y, I & A
<tb> 14 <SEP> SA35 <SEP> 390 <SEP> 200 <SEP> latile <SEP> (Ashes <SEP> 1.
<SEP> 28 <SEP> 215
<tb> 31. <SEP> 5) <SEP> 10.45)
<tb> 1. <SEP> 24 <SEP> 108
<tb> 15 <SEP> S45 <SEP> 400 <SEP> 200 <SEP> 1.21 <SEP> 80 <SEP> 1.26 <SEP> 265
<tb> A35
<tb> 120
<tb> Group <SEP> 16 <SEP> TY25 <SEP> Lower <SEP> 400 <SEP> 300 <SEP> 1. <SEP> 19 <SEP> 61 <SEP> 1.26 <SEP> 130
<tb> to <SEP> sieve <SEP> 10
<tb>
EMI25.3
17 T'Y25 for T and:
Y 400 200 1.20 59 1.24 152
EMI25.4
<tb> 18 <SEP> TY2 <SEP> 400 <SEP> 100 <SEP> .1 <SEP> 06
<tb> group <SEP> 19 <SEP> TI50 <SEP> Lower <SEP> 450 <SEP> 300 <SEP> 82 <SEP> 101
<tb> 4 <SEP> to <SEP> sieve <SEP> 18
<tb>
EMI25.5
for this & 20 1 T160 for GO 00 88 06
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Note: 1 Compositions TY20, 845, A35, 120 represent, respectively, 80% carbon 1 + 20% carbon Y and 45% carbon S + 35% carbon A + 20% carbon I ,, - etc. ..
As shown in Table III, since the composition consisting of non-caking charcoal acting as the essential main material and the caking charcoal incorporated therein can allow easy escape of the gas, it has been found that by correctly choosing the composition, the temperature and duration of heating, grain size of coal raw material and molding pressure, adverse phenomena such as the formation of cracks and crevices due to extension and shrinkage, as long as molding than at the time of coking.
By removing from the mold the sample not 2 containing too high a percentage of carbon Y, the central part of the cylindrical column expanded in such a way that, on the outer part which was the first to solidify, it collapsed. formed a large horizontal crack. With the exception of Sample No. 1, the bulk density of group 1 cast carbon is lower than that of the other group. This is because when non-caking charcoal and caking charcoal are mixed uniformly and hot-press molded, the gas generated has a passage too narrow to escape, so that the remaining gas makes difficult a sufficient compression of the charcoal, due to the finer grain size and a considerable amount of clumping charcoal.
Sample No. 1 could be compressed adequately, because the type of carbon, the mixing percentages, the molding temperature, etc. are correct and its density
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apparent was superior to that of other examples in the same group. Further, the bulk density and the compressive strength of the ookified product are considerably higher than those of the other examples. It is assumed that there was not much difference in the porssity since the gas generated was sufficiently removed by rapid heating and the effective density is greater than that of coke (about 1.8), polymerization and condensation. therefore continued normally and as a result, carbonization continued to a large extent.
So, as to n 1, easy transfer to the graphite series is considered. We can say that this is mainly due to the small size of the grains of the raw material coal. In a recent reoherohe to prepare a high quality carbonaceous material, using a raw material prepared by press-molding caking coal at room temperature, under a pressure greater than 1000 kg / om2, a very fine powder ( below 200 meshes, BSS sieve) to increase the resistance of the product in the oven. However, since the present process utilizes the favorable effect of hot molding, the grain size of less than 60 BSS screen mesh appears to be useful.
While there has been proposed a process for preparing electrodes from finely pulverized binder carbon, wherein the binder carbon is preheated to a temperature below 5000, in the present invention, the carbonaceous raw material which contains non-binder carbon as the main component, relatively coarsely pulverized as indicated above, is press molded after being suitably heat treated.
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The reason why the strength of Sample No. 4 is very low is that, due to the high molding temperature, the adhesive strength of the carbon T
EMI28.1
At iaparai% at about 4 Ose .j, the char Y begins to decrease at the same temperature sample only 2 cast 40060 should be eoart '. , ,, "1, 1 which it swells due to an excess of Y carbon. Samples 3 and 5 gave good ookefied products by bringing the molding temperature to 450 ° C. at which their adhesive power adequately decreases. , even if they contain a large amount of Y charcoal.
It is natural to consider that the coked product cannot have such strength, because at 450 C the T charcoal has lost almost all of its adhesive power and besides the Y charcoal is about to start losing it. The strong binding power of this example is due, - it is believed, to the fact that non-caking charcoal, which was previously converted into a porous mass by hot decomposition, absorbs adhesive liquid and vapor well with the help of gas pressure; this adhesive liquid and vapor as well as this gas pressure are due to the heat of decomposition of weakly bonding carbon.
Sample No. 6, prepared by substituting carbon 130 for carbon Y30 in sample No. 3, has an inferior adhesive property, so that the gas escapes well and the material can be compressed more easily, with the the result is that a high bulk density is obtained. Like Sample # 4, Samples 7 and 8 have lower strength, due to their excessively low adhesive property for their molding temperature, but because all small grains are well bonded even with low adhesive power. , the gas exhaust at the time of molding to take
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is insufficient and the same is true of compression. groups 2 and 3 have a larger grain size than group 1.
If the charcoal grain is large in size, it requires a longer temple for heat to reach the center, because the heat conductivity of charcoal is poor. The consequence is a difference in the hot decomposition between the charcoal grains, a decrease in the decomposition rate and a suspension of the low tackiness. Samples 9 and 1 are representative of the strong effect of grain size on strength, Except for grain size, the molding conditions for these examples, are about equal, but the strength of l Sample No. 1, which has a smaller grain size, is much larger.
As regards the proportion between T and Y charcoals, for group 1, composition TY 20 is most suitable and for group 2, the composition which is most suitable is composition TY 25 where the proportion of charcoal Y has been increased by 5%. This is due to the effect of grain size described above.
M 12 compared to # 11 and # 13 compared to # 6 respectively have greater adhesion of the material prefers carbon and higher strength of cast coals, but coked products have considerably lower strength. This can be attributed to. possible microcracks inside the coked product, as a result of excess clumping charcoal.
Sample No. 14 of composition SA 35 has a very high strength because, while the non-caking charcoal and the caking charcoal used here have a lower adhesive power than the sample consisting of T and Y, the percentage of clumping charcoal
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was increased and the molding temperature was decreased to 390 C, taking into account the carbon content. In Sample No. 15, the non-caking charcoal in sample No. 14 was decreased by 20% and replaced by strongly caking charcoal I; its molding temperature was chosen to be 400 C.
As charcoal I barely begins to decompose at this temperature and is not well softened, the bulk density and strength of mold charcoal has decreased, but as a result of the coking power of charcoal I, the strength of the coked product has greatly increased. increases.
The three examples belonging to group 3 had the same composition, the same grain size and the same molding temperature, but the molding pressure had been changed and increased to 300, 200 and 100 kg / cm2, respectively. The bulk density and strength of the cast carbon as well as the bulk density of the ookified product decreased along with the pressure, while the strength of the coked product increased.
This can be explained as follows. As the pressure increases during molding, the grains of the non-caking charcoal supporting this pressure are crushed to fill the voids and the tiny voids are impregnated with softened Y-bonded carbon. However, with 25 Y carbon having a grain size of 10 mesh, this carbon cannot be completely impregnated and dense parts are formed at the places previously occupied by large particles of this carbon. Cast carbon will therefore have a structure containing a large number of dense parts, which will increase its strength.
On the other hand, with a molding pressure of 100 kg / cm2, the voids between the only parts are relatively large and a cast carbon of somewhat lower strength is obtained. Originally, when we use a material
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first with a large dimension although the seeds are crushed during the casting with the weight, its constituents, the non-caking charcoal and the clumping charcoal, are mixed in a non-homogeneous manner.
As a result, a cast carbon made from this raw material exhibits an inhomogeneous structure, which causes internal stresses or small cracks in the mass of the ookified product, due to the irregular shrinkage occurring when the cast carbon is coked% However, When adopting a casting pressure of 100 kg / ², since the voids between the particles of the cast coal are large, this coal can easily contract before internal coking stresses occur. This means that the product ookified from the cast coal under a pressure of 100 kg / cm2 presents less internal stresses or cracks and it is therefore more resistant than the coked product obtained from the cast coal under a pressure of 300 kg. / cm2.
The strength of the ochified product of # 20 is considerably greater than that of # 13, because the grain size of the non-caking charcoal of # 20 is smaller than that of # 13.
Although the group 3 cast coals were prepared to be of a size suitable for their practical use in a blast furnace or similar furnace, the effect of the proportion of composition, molding temperature and other factors was equal. to that obtained in the case of a small-sized cast coal belonging to groups 1 and 2.
In. Moreover, since the cross-sectional area of the product is large, even if the grain size of the raw material is increased, that is, even in the experiments using coals of clumping; and non-agglutinants each of which has a grain size
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less than 10 BSS mesh, or using a non-caking carbon whose. grain size is less than 7 BSS meshes, no appreciable change is observed.
Instead of some or all of the non-caking charcoal in the raw material coal, one can use a caking charcoal which has been made non-caking by partial oxidation, since the experiments made using this raw material have given good results. .
While Tables II and III give the compressive strength, the blast furnace requires a drum test index greater than 90. Products with high compressive strength also have a drum test index. Student. According to research on the coke employed in the actual operation, the compressive strength was 136-163 kg / ², while the drum test index was 90.5-93.6. In general, cast coals loaded into a blast furnace are subjected to a higher crushing force as they descend into the furnace. The maximum crushing force at the top of the furnace is due to the shock resulting from the fall during loading.
The oval-shaped cast coal which has a compressive strength of 51 kg / cm2 was not crushed, even when it fell five times on the gravel from a height of four meters, so that we consider as satisfactory a compressive strength of 40 to 50 kg / om2.
When the temperature of the coals molded according to the invention is raised above the molding temperature, after their loading, these coals carbonize easily and increase in strength, because they have an adequate volatile content, that the materials
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volatiles at low temperature have been removed and the. compressive strength of the molded charcoal introduced into the furnace increases with temperature, depending on the nature of the charcoal, up to 1100-1200 C. It is therefore easy to prepare cast charcoals having sufficient resistance to all the grinding efforts occurring in the oven.
As for the cast coals to be used as a raw material for the preparation of high quality carbon articles, such as electrodes, the raw material of this invention is coal and it is not necessary to use products. expensive such as petroleum coke, pitch coke, or regular coke, as in old methods.
Further, since this invention utilizes the advantage of the hot molding process, it is not necessary to use particles as fine as in the prior processes. The non-caking coal used as an essential constituent not only allows easy escape of the liberated gas but also ensures rapid combustion without the formation of cracks, Until now the combustion was so slow that it took several days, sometimes 10 to 20 days , for large products.
The cast carbon according to this invention is characterized in that the innumerable micropores are distributed more evenly than in the previous raw material used for the charging and that the wall of the pore is very small, which facilitates the escape of gas, because that the cast carbon consists mainly of non-agglutinating carbon The carbonization and graphitization of these pore walls are carried out under low pressure.
As this low pressure facilitates the progress of the chemical modification accompanying the evolution of gas, the carbonization is accelerated and improved, This is proved by the fact that in the sample n 1 of Table III, an apparent density of 1 was obtained, 46 aveo
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a rapid heating rate of eG per minute, which has never been achieved in previous fabrioa procedures. tion of high quality carbonaceous materials. It is therefore quite natural that an ookified product of higher bulk density should be obtained, if the cast carbon of sample No. 1 has such a high coagulating power during coking with slow heating.
For the commercial mass production of the high-quality carbonaceous material of this invention, it is advantageous to use coal having as low an ash content as possible and a grain size which is the same as that of Example No. 1 of Table III, or inferisure thereof. The molding pressure is preferably the same as in Example 1, or greater, and the heating is preferably continued up to 800 C, at a rate of 2 to 3 C per minute and then by direct passage. of an electric current when the graphitization is carried out.
In the present invention, although it is possible to produce cast coal by using coal only as a raw material, it is possible to use a mixture comprising coal and other carbonaceous materials, such as pieces of cast coal, coke and similar materials.
Likewise, almost all kinds of coal can be used as raw materials and the composition of these can be chosen from a very wide range (or almost freely), since the invention can give the raw material the desired binding power. by an adequate heat treatment in the oven 3 and even make a heat-treated raw material, which has lost its binding power, absorb tar vapor at low temperature, as a suitable binder, as described above.