BE887764A

BE887764A - Procede et dispositif de preparation de metaux, notamment d'acier, a partir de minerais, notamment de fer, contenant des oxydes

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Publication number: BE887764A
Application number: BE0/203986A
Authority: BE
Original assignee: Elsentooling Ireland Ltd
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1981-03-03
Publication date: 1981-07-01

Description


  Procédé et dispositif de préparation de

  
métaux, notamment d'acier, à partir de

  
minerais, notamment de fer, contenant des

  
oxydes La présente invention concerne un procédé de préparation de métaux, notamment d'acier, à partir

  
de minerais contenant des oxydes, par exemple de minerais de fer, dans lequel on réduit le minerai, par exemple le minerai de fer, en y ajoutant un agent de réduction approprié, de préférence du carbone, et dans

  
 <EMI ID=1.1> 

  
de la gangue, ries agents d'affinage étant de préférence ajoutés après élimination des scories, pour que

  
tous les éléments indésirables du bain métallique, par exemple du bain de fer fondu, soient limjtés à une fraction courante, et dans lequel, par ailleurs, on ajoute encore au bain, éventuellement, d'autres éléments d'alliage. Par ailleurs, l'invention concerne un dispositif pour l'exécution du procédé suivant l'invention.

  
D'après l'état actuel de la technique métallurgique, on fabrique l'acier en partant des matières

  
 <EMI ID=2.1> 

  
manières de procéder antérieurement connues, et en fait toujours dans deux enceintes de réaction diffé rentes. Comme le fer dans le minerai se présente principalement en combinaison oxydée en présence d'éléments d'accompagnement indésirables et de gangue, il faut procéder d'abord à la séparation du fer et de l'oxygène.

  
Pour séparer le fer de l'oxygène, on connaît deux procédés, à savoir ce que l'on appelle le

  
 <EMI ID=3.1> 

  
rect" , on limite supérieurement la température du processus dans une &#65533;csure telle que le produit intermédiaire se présente à l'état solide. On a alors l'inconvénient que le fer ne peut être séparé simultanément de la gangue restante et des autres éléments indésirables. Il faut pour cela un deuxième processus. Par ailleurs, les exigences de qualité imposées au minerai pour cette manière de procéder sont très sévères.

  
Dans le procédé de réduction indirect on choisit la température finale du processus assez élevée pour que le produit intermédiaire (fonte) se présente à l'état liquide. Ce qui est avantageux dans ce cas, c'est qu'avec ce procédé, non seulement on extrait le fer de sa combinaison oxydée, mais encore qu'on le sépare complètement de sa gangue. Par ailleurs, les éléments d'accompagnement indésirables sont partiellement éliminés. Dans le procédé de réduction indirect aussi, il faut un deuxième processus pour fabriquer de l'acier.

  
Tant le procédé de réduction direct que le procédé de réduction indirect sont exécutés chaque fois dans un four à but unique, tandis que la fabrication de l'acier proprement dite doit être entreprise dans un processus ultérieur, dans un deuxième four. C'est pourquoi on donne au premier processus le nom de "procédé d'obtention de fer" et au processus qui lui fait suite, le nom de " procédé de préparation d'acier".

  
En raison de la nature similaire de la réduction proprement dite suivant les deux procédés décrits ci-dessus (le minerai se présentant à l'état solide

  
et l'agent de réduction se présentant à l'état gazeux),

  
 <EMI ID=4.1> 

  
soient satisfaites les mêmes conditions géométriques en ce qui concerne la grandeur des morceaux de minerai , par exemple du minerai de fer. La grandeur des morceaux souhaitée se situe là où la perméabilité aux gaz, d'une part, et le temps de réaction, d'autre part, présentent leur optimum commun. Car la perméabilité aux gaz s'améliore lorsque le calibre des grains augmente, tandis que le temps de réaction devient, en même temps, moins favorable. De gros calibres de grains sont donc à interdire en raison des temps de réaction plus grands ,et de plus petits calibres de grains ne sont plus admissibles en raison d'un défaut de perméabilité aux gaz. La limite inférieure en matière de grosseur de grains se situe; pour le minerai de fer.

  
à environ 10 mm. Des minerais de fer de grains plus fins sont ordinairement soumis à un processus de frit-

  
 <EMI ID=5.1>  alors comme produit du processus de frittage ou de granulation correspond alors de nouveau à la grosseur de grains minimale souhaitée qui est supérieure à 10 mm.

  
On connaît aussi un procédé, sans importance par son volume, pour le traitement en usines de minerais de fer, dans lequel on n'amène pas le gaz par d'innombrables canaux de pores à travers le minerai, mais où, au contraire, on ramène toujours le minerai

  
de fer en grains fins à un courant gazeux. Donc, au lieu de répartir le gaz lui-même en courants de gaz

  
 <EMI ID=6.1> 

  
lement vers le haut à travers tous les pores, on rapproche toujours un nombre infiniment grand de particules de minerai, par rotation, d'un courant de gaz d'allure horizontale. Comme ce procédé est sans importance du point de vue quantitatif, on peut constater que:

  
 <EMI ID=7.1> 

  
pas, sous cette forme, d'application dans le processus de réduction "direct" ou "indirect", avec l'exception indiquée, et

  
(2) tant pour le procédé direct que pour le procédé indirect, il faut chaque fois faire intervenir ensuite un deuxième processus dans une deuxième enceinte de

  
 <EMI ID=8.1> 

  
Les deux enceintes de réaction, celle destinée au processus de réduction direct et celle destinée au processus de réduction indirect, sont donc des ensem-

  
 <EMI ID=9.1>  

  
L'invention a donc pour but tout d'abord de procurer un procédé pour la préparation de métaux, notamment d'acier, à partir de minerais contenant des oxydes, par exemple à partir de minerais de fer, dans lequel n'existent plus les inconvénients de l'état de la technique, comme eu égard au choix à faire d'après la présence du minerai en gros morceaux.

  
Au surplus, le but de l'invention est de procurer un dispositif avantageux pour la mise en oeuvre du procédé.

  
On part d'un procédé de préparation de métaux, en particulier d'acier à partir de minerais contenant des oxydes, par exemple de minerais de fer, dans lequel on réduit le minerai, par exemple le minerai de fer, en y ajoutant un agent de réduction approprié, de préférence du carbone, et dans lequel on sépare ensuite le métal, par exemple le fer, de la gangue, des agents d'affinage étant de préférence ajoutés après élimination des scories, pour que tous les éléments indésirables du bain métallique, par exemple du bain de fer fondu, soient limités à une fraction courante, et dans lequel, par ailleurs, or. ajoute encore au bain, éventuellement, d'autres éléments d'alliage. Le but

  
de ce procédé est atteint par le fait qu'on introduit le minerai en grains fins, par exemple du minerai sous forme de sable, en particulier du minerai de fer, avec

  
 <EMI ID=10.1> 

  
ce d'une grosseur de grains de 50 à 2000 &#65533; en même temps que l'agent de réduction qu'on y mélange, par exemple , notamment du carbone, dans un bain de métal

  
(2) caractéristique, à l'état fondu liquide, notamment dans un bain de fer à l'état fondu liquide, de telle sorte que le processus d'échauffement et de réduction pour, par exemple, le fer et l'agent de réduction,

  
ait lieu bien en dessous du niveau de bain (6) du bain métallique caractéristique (2).

  
Un procédé suivant l'invention convient non seulement pour la fabrication directe immédiate 3'acier, dans une seule et même enceinte de réaction et de fu-

  
 <EMI ID=11.1> 

  
 <EMI ID=12.1> 

  
de métaux à partir d'autres minerais contenant des oxydes, par exepple pour la préparation de chrome. L'invention possède cependant des avantages particuliers par l'emploi exclusif de minerais à grains fins, jusqu'à grains très fins, notamment de minerais de fer, où il est indifférent que la grosseur de grains ait été obtenue par broyage du minerai ou qu'elle provienne de l'état naturel du minerai. C'est précisément par

  
la communauté des petites grosseurs de grains comme dénominateur commun, qu'il est possible de transformer en acier; économiquement et sans restrictions, indépendamment de la grandeur des morceaux, tous les minerais, en particulier les minerais de fer à grains fins et très fins.

  
Si , même, il semble avantageux de procéder au traitement du minerai, en particulier du minerai de fer, dans un four seulement, il n'y a cependant pas d'inconvénients à exécuter tous les processus de réaction décrits, comme :

  
(1) séparation de l'oxygène d'avec le minerai,

  
 <EMI ID=13.1> 

  
(3) séparation des éléments indésirables du minerai par affinage;

  
(4) fabrication de l'alliage souhaité,

  
dans plus d'un four, par exemple dans deux fours. Dans ce cas, il est recommandable de faire se dérouler, suivant l'invention, les processus suivant les points

  
 <EMI ID=14.1> 

  
 <EMI ID=15.1> 

  
Si l'on considère comme modèle pour le processus de réduction un morceau unique mais représentatif de minerai de fer avec une grosseur de grains moyenne d'environ 50 mm, on constate par exemple un temps de réaction se chiffrant en heures. Les temps pour l'échauffement de cette particule de minerai et le temps pour sa réduction se correspondent l'un l'autre. Si, maintenant, par l'emploi de grosseurs de grains plus petites, de moins de 1 mm, on voulait réduire le temps de réduction proprement dit, théoriquement seul, la perméabilité aux gaz insuffisante décrite, ferait seule déjà échouer le procédé.

   Si l'on abaisse - cependant, malgré cela, le temps nécessaire au déroulement de la réduction pour de petites parti-cules de minerai , à quelques secondes, il faut que tous les processus consécutifs aient lieu dans ce court intervalle de temps et, par ailleure, au même endroit.

  
Ceci signifie que:

  
(1) la quantité de chaleur nécessaire pour a) l'échauffement,et b) la réaction, doit être amenée à chaque particule individuelle de minerai de manière accélérée; et que

  
(2) cette quantité de chaleur peut pénétrer plus rapidement dans chaque particule en passant par la surface relativement beaucoup plus grande ; et que

  
(3) le gaz de réduction nécessaire doit s'écouler

  
 <EMI ID=16.1> 

  
viduelle, de la même façon.

  
Comme chaque exigence individuelle (soit petite particule de minerai, soit écoulement accéléré du gaz réducteur ambiant) est mutuellement exclusive,

  
les façons de procéder connues antérieurement et décrites au début du présent mémoire ne sont plus applicables. Bien plutôt, on propose, suivant l'invention, de traiter directement, pour en faire de l'acier, dans un environnement entièrement nouveau, de petites particules de minerai, par exemple des particules de minerai de fer, ce qui fait que simultanément aussi toutes les conditions pour le temps de réduction réduit d'heures à des secondes sont à remplir. 

  
Les nouvelles conditions dans lesquelles ceci doit se produire sont décrites dans la revendication 1.

  
Le changement de principe par rapport à la technique antérieure consiste ainsi à extraire le lieu de la réduction des petites particules de l'environnement gazeux/solide et, au lieu de cela, de le déplacer dans un bain de métal liquide caractéristique, par exemple dans un bain de fer. Par suite de la transmission de chaleur notablement améliorée du liquide au solide, on va, en économisant de façon correspondante de l'énergie thermique , amener aussi cette chaleur aux particules de minerai à traiter, par exemple aux particules de minerai de fer, pour assurer le processus

  
de chauffage accéléré (condition précédente (1) a) ).

  
La surface relative croissant suivant la loi

  
du carré assure alors qu'avec cet accroissement de surface et avec la transmission de chaleur meilleure dans le bain métallique caractéristique (liquide/solide contre gazeux/solide), il y ait une transmission de chaleur importante vers les particules de minerai à grains fins, notamment des particules de minerai de fer, introduites (condition (2) ).

  
Dans le cas le plus simple, toutes les particules de minerais, en particulier les particules de minerai de fer, doivent être mélangées dans le rapport stoechiométrique avec des particules de réduction plus petites, par exemple,d'un ordre de grandeur. Dans le traitement de particules de minerai de fer, les petites particules de carbone peuvent atteindre 50 à 100 &#65533;, en sorte que, avec au moins la même vitesse d'échauffement des particules plus petites au même endroit , au même moment, par la réaction du carbone avec l'oxygène, il apparaisse assez de gaz de réduction autour de la particule de minerai à réduire qui cède, par ailleurs, en même temps, à cet endroit, de la chaleur par formation de gaz , suivant la formule

  

 <EMI ID=17.1> 


  
(condition suivant (3) ). Beaucoup de particules d'agent de réduction , par exemple des particules de carbone pour le minerai de fer, entourent donc une particule de minerai comme des satellites, de sorte que les partenaires de la réaction, liés ensemble mécaniquement, peuvent réagir particulièrement vite

  
les uns avec les autres. Ceci est également assuré par l'emploi d'agents de réduction liquides, par exemple, ou de combinaisons d'agents de réduction solides et liquides. En raison des trajets de diffusion très raccourcis, la réduction peut se faire elle-même plus rapidement, de façon correspondante (condition (1)b) ).

  
Un autre avantage réside en ce que les gaz CO dans le bain métallique caractéristique montent tout

  
à fait librement vers la surface de ce bain et peuvent, de cette façon, réduire jusqu'au bout les particules de minerais montant également vers le haut du bain.

  
Ce processus devrait être terminé avant que les gaz

  
CO n'atteignent la scorie. L'introduction des parti-cules de minerais, par exemple sous forme de sable, peut être exécutée par exemple avec un gaz porteur comme moyen de transport, avec une pression de gaz assez grande et une lance introduite à profondeur convenable dans le bain métallique. De cette façon, toutes les particules de minerai de fer et de carbone, par exemple, seront entourées de bain fondu, de la même façon. Cependant, d'autres procédés appropriés pourraient être choisis aussi pour introduire dans le bain métallique le minerai et l'agent

  
 <EMI ID=18.1> 

  
soit satisfaite l'exigence de maintenir les mêmes conditions pour toutes les parties et que le temps de réaction soit plus court que le temps de remontée dans le bain métallique.

  
Un autre procédé avantageux apparaît à la revendication 2. Il s'ensuit que le lieu de commencement du processus doit être choisi si profondément en dessous de la surface du bain liquide, par exemple du baie de fer , que le temps de séjour en cet endroit et le

  
 <EMI ID=19.1> 

  
moitié de la profondeur du bain, soient plus longs que le temps de réaction total jusqu'à dissolution, décrite plus haut, de la particule de minerai . D'après cela, des particules de minerais plus grandes doivent aussi être enfoncées plus profondément dans le bain

  
de métal fondu liquide que des particules plus petites. Dans tous les cas, il faut éviter largement une forte teneur en FeO de la scorie. La réduction résiduelle de la scorie prolonge de temps demandé pour la réduction des oxydes, de fer par exemple.

  
Si, comme décrit dans la revendication 3, on introduit encore dans le bain métallique de l'oxygène pur, les gaz CO montant dans le bain métallique sont brûlés, de sorte que par le fait de cette postcombustion encore plus poussée, il se dégage de la chaleur supplémentaire qui peut être cédée immédiatement au bain métallique fondu liquide environnant.

  
 <EMI ID=20.1> 

  
l'agent de réduction peuvent être insufflés dans le bain à l'aide d'un gaz porteur approprié. La pression du gaz porteur peut être réglée suivant la profondeur de pénétration désirée dans le bain métallique, les particules de minerai les plus grosses pénétrant déjà davantage dans ce bain du fait de leur poids plus grand. On satisfait ainsi Salement à la condition d'après laquelle le temps de séjour dans le bain mé tallique caractéristique et le temps de remontée de

  
la particule de minerai sur la demi-profondeur du bain doivent être plus grands que le temps de réaction total jusqu'à dissolution de la particule de minerai correspondante.

  
Il est cependant possible aussi, d'après la revendication 5, d'introduire dans le bain métallique le minerai à traiter et/ou l'agent de réduction sous forme de barreaux, par exemple sous forme de saucisses, lequel minerai et/ou agent est retransformé en ses particules lors de son entrée dans le bain, ou peu auparavant, par exemple par un gaz comprimé, notamment de l'air.

  
La revendication 6 décrit un autre mode de procéder avantageux de l'invention.

  
La deuxième partie de la tâche proposée à l'invention trouve sa solution dans les particularités décrites par la revendication 7. Si l'on n'utilise qu'un four pour l'exécution du procédé suivant l'in-

  
 <EMI ID=21.1> 

  
façon correspondante.

  
La revendication 8 décrit une autre forme de réalisation avantageuse. La lance peut être revêtue d'une enveloppe réfractaire en chamotte et/ou peut être refroidie, par exemple par le fait qu'on y conduit de l'eau froide à travers un espace annulaire.

  
 <EMI ID=22.1> 

  
sation avantageuse de l'invention.

  
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à la considération des dessins joints au présent mémoire, sur lesquels l'invention est représentée dans un exemple de forme de réalisation, en partie schématiquement. Sur ces dessins,on voit en:
- figure 1, une enceinte de réaction pour la fusion, suivant l'invention, en coupe ; et en 
- figure 2, une autre forme de réalisation, également en coupe. Sur les dessins, l'invention est illustrée dans son application à un procédé de fabrication d'acier à partir de minerais de fer à grains fins, par exemple

  
à partir de minerais de fer sous forme de sable. Dans le récipient 1 d'un four se trouve un bain caractéristique 2, à l'état fondu liquide, sur lequel flotte une couche de scorie 3.

  
On a désigné par 4 un dispositif pour l'apport de chaleur, par exemple de chaleur d'origine électrique.

  
Dans le bain de métal 2 plonge une lance 5 constituée d'un tuyau rendu réfractaire, dans la &#65533;orme de réalisation représentée, par exemple en étant entourée de chamotte. Le tuyau peut aussi être refroidi, par exemple par le fait qu'il est à double paroi et qu'un liquide froid s'écoule dans un espace annulaire.

  
Par la lance 5, on introduit profondément en dessous de la surface libre 6 du bain métallique fon-

  
 <EMI ID=23.1> 

  
duction, par exemple du carbone. En dessous du niveau du bain 6 se déroule le processus d'échauffement des particules de fer et de carbone. Le processus de réac-

  
 <EMI ID=24.1> 

  
du milieu de la hauteur du bain de métal 2, le gaz CO qui monte étant brûlé après coup, par exemple par l'amenée d'oxygène pur. La chaleur qui se dégage alors

  
 <EMI ID=25.1> 

  
donne lieu à une nouvelle amélioration du bilan thermique. 

  
Dans la forme de réalisation suivant la figure 2, on a utilisé les mêmes numéros de référence pour les parties de mêmes fonctions . Dans cette forme de réalisation, on emploie deux fours 7 et 8. Dans le four 7 se fait la séparation de l'oxygène du minerai

  
 <EMI ID=26.1> 

  
que dans le four 8, on procède à la séparation des éléments indésirables du minerai par affinage et à la fabrication de 1 'alliage désiré.

  
Les particularités décrites dans la description et dans les revendications et représentées aux dessins peuvent être importantes pour la réalisation de l'invention, aussi bien isolément qu'en diverses combinaisons.

Claims

REVENDICATIONS

1.- Procédé de préparation de métaux, en particulier d'acier à partir de minerais contenant des oxydes, par exemple de minerais de fer, dans lequel on

réduit le minerai, par exemple le minerai de fer, en

y ajoutant un agent de réduction approprié, de préférence du carbone, et dans lequel on Répare ensuite le

métal, par exemple le fer, de le gangue, des agents

d'affinage étant de préférence ajoutés après élimina -

tion des scories, pour que tous les éléments indésirables du bain métallique, par exemple du bain de fer

fondu, soient limités à une fraction courante et dans

lequel, par ailleurs, on ajoute encore au bain, éventuellement, d'autres éléments d'alliage, caractérisé

en ce qu'on introduit le minerai en grains fins, par

exemple du minerai sous forme de sable, en particulier

du minerai de fer, avec une grosseur de grains de 1 <EMI ID=27.1>

qu'on y mélange, par exemple notamment du carbone,

dans un bain de métal (2) caractéristique, à l'état

fondu liquide, notamment dans un bain de fer à l'état

fondu liquide, de telle sorte que le processus d'échauffement et de réduction pour, par exemple le fer

et l'agent de réduction, ait lieu bien en dessous du

niveau de bain (6) du bain métallique caractéristique

(2). 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit le minerai de fer et l'agent de réduction solide, liquide ou gazeux, si profondément en dessous de la surface libre (6) du bain que le temps de séjour en cet endroit et le temps de remontée sur à peu près la moitié de la profondeur du bain, sont plus grands que le temps de réaction total jusqu'à dissolution, respectivement réduction, de la particule de minerai considérée.

3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour améliorer les vitesses de réaction, on ajoute aux particules de minerais des agents d'activation, de réaction et de mouillage avant l'introduction dans le bain.

4.- Procédé suivant la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications suivantes, caractérisé en ce qu'on insuffle le minerai et/ou l'agent de réduction dans le bain métallique (2) à l'aide d'un gaz porteur, ou en ce qu'on projette ces constituants dans la bain métallique (2).

5.- Procédé suivant la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications suivantes, caractérisé en ce qu'on introduit le minerai et/ou l'agent de ré-

le bain métallique (2).

6.- Procédé suivant la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications suivantes, caractérisé en ce qu'on amène de la chaleur au bain métallique (2).

7.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications suivantes, caractérisé en ce que, par exemple, un four unique (1) ou plusieurs fours servent comme enceintes de réaction pour la fusion pour fabriquer le produit final à partir du minerai, par exemple pour fabriquer de l'acier.

8.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que dans le bain de métal (2) plonge une lance (5) en forme de tuyau, à travers laquelle

on peut introduire dans le bain de métal (2) le mélange de minerai et d'agent de réduction.

9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que, dans un premier four a lieu la séparation de l'oxygène du minerai et la séparation de la gangue d'avec le minerai , et en ce que, dans un second four. a lieu la séparation des éléments indésirables du minerai par affinage et la fabrication de l'alliage d'acier désiré.