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Procédé de traitement de minerais riches en fer par réduction directe dans un four à cuve.
La présente invention est relative à un procédé de traitement de minerais riches en fer par réduction directe dans un four à cuve, particulièrement intéressant lorsque les dits minerais de fer sont à l'état d'agglomérés ou de pellets.
Il a déjà été préconisé de réduire directement des minerais de fer à l'aide de gaz réducteurs ou de combustibles solides pulvérisés pour l'obtention soit d'éponges de fer soit môme de fonte affinée.
Ces procédés présentent toutefois certains inconvé- nients qui en restreignent le domaine d'application et en dimi-
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nuent l'intérêt.
En effet, par exemple la consommation de gaz réduc- teurs par tonne d'éponges de fer est assez élevée, ce qui a une incidence fâcheuse sur le prix de revient de ces procédés.
Dans le cas oû on utilise des minerais de fer sous forme de pellets, on constate que les pellets de fer réduit ont parfois tendance à adhérer les uns aux autres et à former des amas plus ou moins importants, ce qui présente certaines difficultés évidentes dans la marche de l'engin. Pour remédier à ce risque de collage des dits pellets entre eux, on préco- nise de réaliser l'opération de réduction directe à des tempé- ratures inférieures à celles pouvant entratner un tel risque, mais il en résulte que la vitesse moyenne de réduction est diminuée ainsi que la capacité de production de l'installation.
La présente invention a pour objet un procédé per- mettant de remédier notablement aux inconvénients mentionnés ci-dessus et de réaliser l'opération de réduction des minerais riches en fer sans consommation de coke ou avec une faible quantité de coke.
Le procédé, objet de la présente invention dans le- quel on traite des minerais riches en fer par réduction directe dans un four à,cuve est essentiellement caractérisé en ce que la charge à traiter est composée en outre d'au moins une ma- tière de complément peu ou pas ferrifère à point de fusion éle- vé, la proportion de cette matière ou gangue par rapport à celle des minerais de fer étant comprise entre 0,5 et 3, en ce que l'on préchauffe la totalité de la charge à une température comprise entre 1000 C et 1250 C, en ce que l'on introduit la dite charge dans le four à cuve par le haut pour lui faire tra- verser le dit four sur toute sa hauteur par simple gravité,
en ce que l'on introduit dans le dit four des gaz réducteurs préa- lablement chauffés à une température comprise entre 500 C et looo c, cette température étant d'autant plus élevée que la proportion de gangue dans la charge est plus faible, en ce que
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l'on récupère les gaz à leur sortie à la partie supérieure du four en vue d'en utiliser au moins une partie pour le préchauf- fage de la charge, en ce que l'on extrait les produits de la réduction dans la partie inférieure du four à un niveau infé- rieur à celui de l'introduction des gaz réducteurs, en ce que l'on sépare les produits ferrifères réduits de ceux de la gan- gue au moyen d'un procédé approprié,
en ce que l'on récupère les produits de la gangue en vue d'en réutiliser au moins une partie par réincorporation dans la charge en cours de préchauf- fage, en ce que l'on fait subir aux produits ferrifères réduits un traitement approprié à leur destination ultérieure.
Suivant l'invention, la charge composée de mine- rais riches en fer et de gangue est utilisée sous la forme d' agglomérés ou de préférence de pellets.
La gangue de préférence non ferrifère peut être composée de matières telles que par exemple de l'alumine, des sillicates, des aluminosilicates, ayant des points de fusion élevés.
Egalement suivant l'invention, la charge à traiter est composée en outre d'au moins une deuxième matière de com- plément sous forme de coke dont la quantité par rapport à celle des minerais de fer est comprise entre 2 % et 8 %, le rôle de ce coke étant de maintenir la quantité d'eau dans les gaz ré- ducteurs à une valeur aussi faible que possible.
Les gaz réducteurs sont constitués en majeure par- tie par de l'hydrogène ou du monoxyde de carbone ou un mélange de ces deux gaz. La proportion d'eau et de dioxyde de carbone dans ces gaz réducteurs doit être faible. Ces gaz peuvent con- tenir en outre une certaine proportion de gaz inerte, tel que par exemple de l'azote, dépendant d'une part de la nature du combustible de départ tel que par exemple fuel-oil, gaz naturel, charbon et d'autre part de la nature du comburant de départ tel que par exemple air, air enrichi en oxygène, oxygène.
Le préchauffage des minerais de fer, de la gangue et du coke est effectué en cuve, en bande ou tout autre'appareil
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approprié de telle façon qu'à la sortie de ce dispositif la charge préchauffée puisse être introduite directement dans le four à cuve par simple gravité. Bien entendu, les minerais de fer, la gangue et le coke peuvent être préchauffés ensemble dans un même appareil ou bien séparément dans des appareils dis- tincts. Il est à noter que cette opération de préchauffage est effectuée d'une façon aussi oxydante que possible dans le but de faciliter la réduction ultérieure des matières préchauffées.
On introduit les gaz réducteurs dans la partie in- férieure du four à cuve de façon à ce qu'ils traversent ce four de bas en haut sur toute sa hauteur dans le sens opposé à celui de la charge à traiter.
Suivant une variante de l'invention, on introduit les gaz réducteurs à plusieurs niveaux du four à cuve de façon à ce que l'opération de réduction se réalise sur toute la hau- teur du dit four.
Dans la zone de réduction proprement dite du four à cuve les gaz réducteurs s'échauffent en prenant de la chaleur sensible aux matières solides constituant la charge qui traver- sent la dite zone de haut en bas. Ces mêmes matières solides fournissent aussi la chaleur nécessaire à la réduction des oxy- des de,fer.
Les gaz sortant à la partie supérieure du four à cuve sont récupérés et au moins une partie de ces gaz sont uti- lisés avec un appoint de comburant pour le préchauffage de la charge.
La séparation des produits ferrifères réduits de ceux de la gangue est effectuée suivant un procédé basé sur une!, différence de dimensions et/ou de densité et/ou de propriétés magnétiques des constituants. Dans le cas où la charge traitée est composée de pellets, on peut récupérer par exemple des pel- lets de fer réduit dont le diamètre est d'environ 10 millimétrés en moyenne, le diamètre des pellets de gangue étant de l'ordre de 15 millimètres à 20 millimètres. Ce traitement peut encore être complété par une séparation magnétique effectuée à une
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température en dessous du point de Curie du fer.
La gangue séparée est réincorporée en tout ou en partie dans la charge à réduire, au cours de l'opération de préchauffage de cette dernière, soit en lit séparé soit en mé- lange.
Les produits de fer réduit séparés de la gangue peuvent être refroidis, éventuellement traités par compactageet destinés aux usages connus de produits préréduits.
Suivant une variante avantageuse de l'invention, les produits de fer réduit séparés de la gangue peuvent être introduits directement dans un four de fusion du type cubilot, la chaleur de fusion étant fournie par la combustion d'une partie des gaz chauds sortant de la zone de réduction directe du four à cuve avec addition éventuelle d'une faible quantité de coke solide pour la carburation de la fonte. De cette façon, il est possible de produire de la fonte liquide sans haut four- neau et pratiquement sans coke.
Suivant une autre variante avantageuse de l'inven- tion. les produits de fer réduit séparés de la gangue peuvent être introduits directement dans un four d'affinage tel que par exemple un four à sole ou un four électrique, la chaleur nécessaire à cette opération étant fournie en tout ou en par- tie par les gaz chauds sortant de la zone de réduction directe du four à cuve et soumis à combustion,
Dans le cas où les produits de fer réduit sont soumis à l'affinage, on effectue d'une façon continue l'opéra- tion de réduction directe dans le four à cuve ainsi que celles d'extractïon des produits réduits, de séparation des produits de fer et de gangue, d'alimentation du four d'affinage en pro- duits de fer réduit, ce qui permet d'assurer une fabrication continue et directe d'acier liquide.
Les principaux avantages du procédé de traitement de minerais riches en fer par réduction directe dans un four à cuve tel qu'il a été décrit ci-dessus sont les suivants :
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1) moindre consommation de gaz réducteurs par tonne d'éponges de fer produites ? 2) moindres risques de collage entre les pellets de fer réduit grâce à la présence de la gangue prévue; 3) possibilité de travailler à des températures moyennes plus élevées et donc à des vitesses plus grandes? 4) possibilité de fabriquer de la fonte liquide avec très peu de coke; 5) possibilité de fabriquer de l'acier liquide de façon conti- nue et directe.
REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement de minerais riches en fer par réduction directe dans un four à cuve caractérisé en ce que la charge à traiter est composée en outre d'au moins une matière de complément peu ou pas ferrifère à point de fu- sion élevé, la proportion de cette matière ou gangue par rap- port à celle des minerais de fer étant comprise entre 0,5 et 3, en ce que l'on préchauffe la totalité de la charge à une tem- pérature comprise entre 1000 C et 1250 C, en ce que l'on intro- duit la dite charge dans le four à cuve par le haut pour lui faire traverser le dit four sur toute sa hauteur par simple gravité, en ce que l'on introduit dans le dit four des gaz ré- ducteurs préalablement chauffés à une température comprise en- tre 500 C et 1000 C,
cette température étant d'autant plus éle- vée que la proportion de gangue dans la charge est plus faible, en ce que l'on récupère les gaz à leur sortie à la partie supé- rieure du four en vue d'en utiliser'au moins une partie pour le préchauffage de la charge, en ce que l'on extrait les produits de la réduction dans la partie inférieure du four à un niveau
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inférieur à celui de l'introduction des gaz réducteurs, en ce que l'on sépare les produits ferrifères réduits de ceux de la gangue au moyen d'un procédé approprié, en ce que l'on récu- père les produits de la gangue en vue d'en réutiliser au moins une partie par réincorporation dans la charge en cours de pré- chauffage, en ce que l'on fait subir aux produits ferrifères réduits un traitement approprié à leur destination ultérieure,
2.
Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la charge composée de minerais riches en fer et de gangue est utilisée sous la forme d'agglomérés.
3. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la charge composée de minerais riches en fer et de gangue est utilisée sous la forme de pellets.
4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la gangue est composée de matières telles que de l'alumine, des silicates, des alumino- silicates.
5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que la charge à traiter est composée en outre d'au moins une deuxième matière de complé- ment sous forme de coke dont la quantité par rapport à celle des minerais de fer est comprise entre 2 % et 8 %, le rôle de ce coke étant de maintenir,la quantité d'eau dans les gaz ré- ducteurs à une valeur aussi faible que possible.
6. Procédé suivant l'une ou-L'autre des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que le préchauffage de la charge est effectué d'une façon aussi oxydante que possible dans le but de 'faciliter la réduction ultérieure de la dite charge.
7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que les gaz réducteurs sont constitués en majeure partie d'hydrogène ou de monoxyde de carbone ou d'un mélange de ces deux gaz.
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8. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que l'on introduit les gaz réducteurs dans la partie inférieure du four à cuve de façon à ce qu'ils traversent ce four de bas en haut sur toute sa hauteur dans le sens opposé à celui de la charge à traiter.
9. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que l'on introduit les gaz réducteurs à plusieurs niveaux du four à cuve de façon à ce que l'opération de réduction se réalise sur toute la hauteur du dit four.
10. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 à 9, caractérisé en ce que la séparation des produits ferrifères réduits de ceux de la gangue est effectuée suivant un procédé basé sur une différence de dimensions et/ou de den- sité et/ou de propriétés magnétiques des constituants.
11. Procédé suivant la revendication 10, caracté- risé en ce que la gangue séparée est réincorporée en tout ou en partie dans la charge à réduire, au cours de l'opération de préchauffage de cette dernière,soit en lit séparé soit en mé- lange.
12. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 à 11, caractérisé en ce que lea produits de fer ré- duit séparés de la gangue sont introduits directement dans un four de fusion du type cubilot, la chaleur de fusion étant fournie par la combustion d'une partie des gaz chauds sortant de la zone de réduction directe du four à cuve avec addition éventuelle d'une faible quantité de coke solide pour la carbu- ration de la fonte.
13. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 à 11, caractérisé en ce que les produits de fer ré- duit séparés de la gangue sont introduits directement dans un four d'affinage tel que par exemple un four à sole ou un four électrique, la chaleur nécessaire à cette opération étant
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@ en tout ou en partie par les gaz chauds sortant de la one de réduction directe du four à cuve et soumis à combus- ,-ion.
14. Procédé suivant la revendication 13, caracté- risé en ce que dans le cas où les produits de fer réduit sont soumis à l'affinage, on effectue d'une façon continue l'opéra- tion de réduction directe dans le four à cuve ainsi que celles d'extraction des produits réduits, de séparation des produits de fer et de gangue, d'alimentation du four d'affinage en pro- duits de fer réduit, ce qui permet d'assurer une fabrication continue et directe d'acier liquide.