Qu’est-ce que le coke ?
Le coke est utilisé comme combustible et comme agent réducteur dans la fusion du minerai de fer. Il est produit en cuisant le charbon jusqu’à ce qu’il devienne du carbone en brûlant les impuretés sans brûler le charbon lui-même. Lorsque le coke est consommé, il génère une chaleur intense mais peu de fumée, ce qui le rend idéal pour la fusion du fer et de l’acier. Avant les années 1880, l’acier était produit à l’aide de charbon de bois. En 1920, près de 90% de l’acier américain était produit à l’aide de coke.

Procédés de fabrication du coke
Le coke est fabriqué par des méthodes de sous-produit ou de non-récupération.

Dans le coke de sous-produit, les impuretés sont cuites à une température comprise entre 1800 et 3600 degrés Fahrenheit pour laisser du carbone presque pur. Les fours utilisés ne doivent admettre aucun oxygène pour éviter toute réaction avec d’autres éléments qui pourraient laisser des impuretés. Lorsque le charbon est « cokéfié », il se ramollit pour devenir liquide, mais se solidifie en un matériau poreux lors du refroidissement. Les gaz produits dans le processus de cokéfaction sont acheminés vers une usine de sous-produits où ils peuvent être collectés pour d’autres utilisations.

Dans la non-récupération (ou récupération de chaleur), les fours sont empilés en forme de ruche et chauffés par le haut alors que l’air est introduit par le bas pour la combustion. Les gaz résiduels chauds sont envoyés vers une chaudière pour créer de la vapeur (récupération de chaleur) ou ne sont pas utilisés du tout (non-récupération).

Injection dans le haut fourneau
Les années 1960 ont vu l’injection de charbon pulvérisé lors de la fusion de l’acier ou du fer dans un haut fourneau. Cela fournissait une énergie supplémentaire pour brûler les gaz et prévenir l’oxyde de fer (rouille), ainsi que pour réduire la consommation de coke. Dans les années 1990, l’utilisation du charbon est devenue la norme.

Typiquement, la préparation du charbon implique le séchage et le broyage du charbon en minuscules particules de moins de 1 mm pour l’injection. Les particules de charbon sont séparées des gaz libérés dans un cyclone. Le gaz résiduel, et parfois le gaz naturel, peuvent être utilisés pour sécher du charbon supplémentaire, qui est généralement maintenu à une teneur en humidité inférieure à 6 %. Des gaz inertes sont utilisés pour minimiser le risque d’incendie ou d’inflammation des particules de charbon.

Qualité du charbon
Dans le coke ou le charbon non cokéfié, la qualité du charbon affecte la qualité de l’acier. Le coke métallurgique est fabriqué à partir de charbons bitumineux par un procédé de distillation. Les cendres déposées par le charbon doivent être réduites au minimum, de préférence en dessous de 10% de la masse initiale. Les cendres peuvent abaisser la température des fours et laisser des matériaux incombustibles. Les charbons sont également choisis pour leur teneur élevée en soufre volatil ou en alcali, qui les aide à brûler plus complètement. Dans la pratique, cependant, le charbon utilisé dépend souvent de la disponibilité et du prix.

Bien que l’industrie du charbon ait eu mauvaise presse au fil des ans, le charbon est essentiel à la production d’acier, et notre civilisation dépend fortement de l’acier. Sans lui, nous n’aurions pas nos véhicules, nos grands bâtiments, nos appareils électroménagers, ou beaucoup d’outils et d’ustensiles que nous prenons pour acquis chaque jour.