Le charbon métallurgique, également appelé charbon à coke, est utilisé pour produire du coke, la principale source de carbone utilisée dans la fabrication de l’acier. Le charbon métallurgique se distingue du charbon thermique, qui est utilisé pour l’énergie et le chauffage, par sa teneur en carbone et sa capacité de cokéfaction. La cokéfaction fait référence à la capacité du charbon à se transformer en coke, une forme pure de carbone qui peut être utilisée dans les fours à oxygène. Le charbon bitumineux – généralement classé dans la catégorie métallurgique – est plus dur et plus noir et contient plus de carbone et moins d’humidité et de cendres que les charbons de bas rang.

Le grade du charbon et sa capacité de cokéfaction sont déterminés par le rang du charbon – une mesure de la matière volatile et du degré de métamorphisme – ainsi que par les impuretés minérales et la capacité du charbon à fondre, gonfler et se resolidifier lorsqu’il est chauffé.

La fabrication du coke est effectivement la carbonisation du charbon à haute température. La production a normalement lieu dans une batterie de coke située près d’une aciérie intégrée. Dans la batterie, les fours à coke sont empilés en rangées. Le charbon est chargé dans les fours, puis chauffé en l’absence d’oxygène jusqu’à des températures d’environ 1 100 degrés Celsius (2 000 degrés Fahrenheit).

Sans oxygène, le charbon ne brûle pas ; il commence à fondre. Les températures élevées volatilisent les impuretés indésirables, comme l’hydrogène, l’oxygène, l’azote et le soufre. Ces gaz peuvent être soit collectés et récupérés comme sous-produits, soit brûlés comme source de chaleur.

Après refroidissement, le coke se solidifie sous forme de morceaux de carbone poreux et cristallin suffisamment grands pour être utilisés par les hauts fourneaux.

Les propriétés inhérentes au charbon d’entrée initial influencent fortement la qualité finale du coke produit. L’absence d’un approvisionnement fiable en catégories de charbon individuelles signifie que les cokeries utilisent aujourd’hui souvent des mélanges de jusqu’à 20 charbons différents afin d’offrir aux sidérurgistes un produit cohérent.

Environ 1.5 tonnes métriques de charbon métallurgique sont nécessaires pour produire 1 tonne métrique (1 000 kilogrammes) de coke.

Un haut fourneau est alimenté en coke, minerai de fer et fondants, et de l’air chaud est soufflé dans le mélange. L’air fait brûler le coke, portant la température à 1 700 degrés Celsius, ce qui oxyde les impuretés. Le processus réduit la teneur en carbone de 90 pour cent et aboutit à un fer fondu connu sous le nom de métal chaud.

Le métal chaud est ensuite évacué du haut fourneau et envoyé dans le fourneau à oxygène basique (« BOF ») où l’on ajoute de la ferraille et du calcaire pour fabriquer du nouvel acier. D’autres éléments, comme le molybdène, le chrome ou le vanadium, peuvent être ajoutés pour produire différentes qualités d’acier.

En moyenne, environ 630 kilogrammes de coke sont nécessaires pour produire 1 tonne métrique d’acier.

L’efficacité de la production dans le processus du haut fourneau dépend fortement de la qualité des matières premières utilisées. Un haut fourneau alimenté par du coke de haute qualité nécessitera moins de coke et de fondant, ce qui réduira les coûts de production et permettra d’obtenir un meilleur métal chaud.