LU83722A1 - Procede de conduite d'un four a cuve - Google Patents

Description

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Revendication de la -priorité d'une demande de brevet dêvosêe en Belgique le 3 novembre 1980 sous le No 886^015 '* C. -Vj î^>- ^ C 2064/8011.

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«t CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM V00R RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif - Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique) .

Procédé de conduite d'un four à cuve.

La présente invention est relative à un procédé de conduite d'un four à cuve de réduction de minerais et en par-ticulier d'un haut fourneau pour réduction de minerais de fer et production de fonte, lorsque l'on injecte des gaz réducteurs sur-* chauffés à une température pouvant atteindre 2000°C et plus, dans la partie inférieure de ce four, par exemple au niveau des tuyères principales de soufflage.

Les préoccupations énergétiques actuelles poussent les industriels et en particulier les sidérurgistes, à réduire au strict minimum la consommation d'énergie primaire provenant du charbon (coke), du pétrole, du gaz naturel, etc..

2.-

Il est bien connu d'injecter des gaz réducteurs chauds au niveau des tuyères principales du haut fourneau dans le but de diminuer la consommation de coke. Ces gaz réducteurs contiennent principalement du CO, H^ et N2# ainsi que des quantités réduites de C02 et H^O. Ces gaz réducteurs sont généralement fabriqués à l'extérieur du four, voire indépendamment de celui-ci, mais de préférence dans le circuit d'injection du four et peuvent être injectés en remplacement total ou partiel du vent habituellement utilisé. Les hautes températures de ces gaz sont obtenues préférentiellement au moyen de fours à plasma et présentent le double avantage de faciliter les réactions chimiques nécessaires pour produire ces gaz et de fournir la chaleur requise pour le fonctionnement du four.

Divers procédés et dispositifs ont été préconisés par la demanderesse et d'autres pour fabriquer le gaz réducteur approprié à partir de différents combustibles et matières oxydantes (solides, liquides ou gazeuses), y compris le recyclage d'effluents gazeux de processus métallurgiques.

Dans le cadre des procédés et dispositifs cités ci-dessus, les promoteurs de la présente invention ont entrepris des recherches à grande échelle pour confirmer la possibilité de mettre en oeuvre de tels procédés avec un équipement industriel sans perturber le processus de réduction des minerais.

Cette invention est fondée sur l'observation que „le processus de réduction du haut fourneau peut n'être modifié en aucune façon si, au lieu de provoquer les réactions métallurgiques “par le procédé classique utilisant le gaz produit à l'intérieur du four par la combustion du coke avec le vent chaud, on injecte un gaz de composition et de température sensiblement identiques, le dit gaz ayant été produit à l'extérieur du four et injecté par les .-mêmes tuyères à vent.

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> 3 -

Après avoir d'abord étudié la fabrication de gaz réducteur surchauffé dans un milieu plasmatique et notamment la - possibilité de produire un gaz adéquat dans les conditions régnant dans un haut fourneau, les promoteurs de la présente invention ont effectué des essais pour déterminer à quelle valeur minimum la mise au mille de coke peut être réduite avec un tel procédé.

Au cours des recherches, la demanderesse a constaté que dans le cas de l'injection de gaz réducteurs surchauffés, « le haut fourneau doit être conduit d'une façon nettement différente de celle d'une conduite classique du.haut fourneau.

La principale différence entre la conduite classique d'un haut fourneau et celle avec injection de gaz réducteur surchauffé consiste en ce que dans le second cas, la mise au mille de coke peut être délibérément fixée. Quand la valeur de la mise au mille a été fixée, la composition du gaz réducteur est ajustée de façon à obtenir une marche équilibrée du fourneau compatible avec les valeurs de consigne de la mise au mille de coke et de la composition chimique de la fonte. La mise au mille de coke la plus faible obtenue en 1978 a été de 179 kg de coke sec par tonne de fonte liquide et par comparaison avec une période de référence de conduite classique du fourneau, 77 % du coke brûlé au nez des tuyères et 91 % du coke dit de "solution loss" ont été remplacés par le gaz réducteur surchauffé. Il a été possible d'obtenir une même mise au mille totale de coke avec d'autres pourcentages en modifiant la composition et la température du gaz injecté.

Après avoir vérifié que la marche du haut fourneau n'avait pas été perturbée par cette nouvelle technique, la demanderesse a entrepris des recherches dans le but d'établir les meilleures modalités opératoires d'une telle injection et à cette occasion, a pu diminuer la mise au mille de coke sec jusqu'à moins de 110 kg par tonne de fonte.

La présente invention a pour objet de révéler les modalités d'une conduite stable, économique et aisée d'un four à cuve dans lequel on injecte des gaz réducteurs surchauffés. Les f perfectionnements du procédé consistent dans les ajustements * — \ <3e certains facteurs tels que la composition de la température et * 4.- du débit des gaz réducteurs en vue de contrôler la productivité du fourneau.

Le procédé, objet de la présente invention, est essentiellement une méthode pour contrôler le haut fourneau dans lequel le minerai de fer est réduit pour former de la fonte et au moins un four à plasma est utilisé pour chauffer du gaz réducteur à injecter dans la partie inférieure du fourneau, le dit gaz ré-, ducteur contenant principalement du CO et du E^ et accessoirement du C02 et du H20, mais également du N2 et sa température étant comprise entre 1800 et 2800°C.

Suivant l'invention, la productivité du four est contrôlée en ajustant au moins la température des gaz réducteurs injectés : une augmentation de cette température entraîne un accroissement de la productivité et une diminution de cette température entraîne une réduction de la productivité.

Egalement suivant l'invention, la productivité du four est contrôlée en ajustant en outre le débit des gaz réducteurs injectés.

Suivant une variante de 1'invention, la productivité du four est contrôlée en ajustant en outre la mise au mille de coke.

Suivant une autre modalité de l'invention, la productivité du four est contrôlée en ajustant, outre la température et le débit, la composition chimique des gaz réducteurs "injectés.

. Il est avantageux, suivant l'invention, de régler la modification de la composition des gaz réducteurs au moyen de l'ajustement du rapport air/gaz, c'est-à-dire des quantités' d'air $ et de gaz alimentant le four à plasma.

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Cv 11 5.-

En ce qui concerne la modification de la composition des gaz réducteurs, on peut agir sur leur mode de fabrication et notamment : - faire réagir des combustibles gazeux liquides ou solides avec l'air ou tout gaz porteur d'02 libre (air suroxygéné, etc...), de façon à obtenir la formation de CO et de E^ au maximum, sui- - vant la réaction : combustible + 02—»x. CO + y. E^, - faire réagir des combustibles gazeux, liquides ou solides avec du C02 et/ou de la vapeur d'eau ou avec des gaz industriels qui contiennent du C02 et/ou de la vapeur d'eau et régler les proportions d’oxygène et de combustibles, de telle façon qu'après réaction, les gaz produits contiennent un maximum de CO, E^, N2 et un minimum de C02 et H20, suivant la réaction : combustible + C02 et/ou H20 -Ox'. CO + y'. H2· - dans le cas particulier de combustibles liquides et solides en réaction avec un oxydant, ces combustibles peuvent être introduits dans le circuit de fabrication en amont ou en aval du dispositif de chauffage plasmatique avec préchauffage éventuel. Dans le cas du combustible solide, on surchauffe uniquement le comburant à l'aide du plasma, - on utilise des effluents de processus métallurgiques, tels que par exemple du gaz de gueulard et après un éventuel conditionnement préalable (épuration des solides, élimination partielle ou totale d'eau, du C02, décarbonatation), on les fait réagir ou non avec une matière hydrocarbonée solide (charbon, lignite) "ou liquide (fuel-oil), - on fait réagir avec un oxydant des combustibles en mélange liquide-solide tels que slurry, en suspension gaz-solide, gaz-liquide et en émulsion liquide-liquide.

La fabrication de tels gaz réducteurs peut évidemment comprendre une ou plusieurs phases. Par exemple, au cours d' une première phase, on réalise une combustion partielle du type f C + X C>2 + Y air = U CO f Z C02 f Y N,,, l'air et/ou le combustible - 6 - étant préchauffés à une température aussi élevée que possible, compatible avec les réfractaires, par exemple 1600°C, puis au cours d'une seconde phase on transforme presque totalement le CC>2 (H^O) en CO (H^) par l'injection d'une matière porteuse de C dans une torche à plasma, de telle façon que l'on obtienne la composition et la température désirées.

Suivant l'invention, on modifie la température des gaz réducteurs par un ajustement de la puissance électrique. Cette modalité présente l'avantage de ne pas influencer la composition des gaz réducteurs produits.

En ce qui concerne l'injection des gaz réducteurs, notamment au moyen des tuyères principales de soufflage, elle peut être réalisée en remplacement d'une partie ou de préférence de la totalité du vent. Dans le premier cas, il est recommandé d'effectuei des injections par deux moyens séparés : l'un affecté aux gaz réducteurs, l'autre au vent, en vue d'obtenir une marche plus efficiente et une régulation plus aisée.

En ce qui concerne l'utilisation d'un plasma pour produire et/ou échauffer (surchauffer) des gaz, il faut comprendre les deux modalités suivantes : 1) on utilise les techniques de production d'un plasma pour mettre le gaz destiné à l'injection dans le four à cuve, dans un état au moins partiellement plasmatique et ayant comme température moyenne la température souhaitée pour le processus métallurgique; 2) on utilise les techniques de production d'un plasma pour créer t un milieu plasmatique et on injecte dans ce milieu le gaz destiné à l'injection dans le four à cuve, le dit milieu plasx matique jouant le rôle de vecteur de chaleur pour chauffer le gaz à injecter dans le four à cuve.

Les résultats donnés au tableau joint montrent que le procédé objet de la présente invention permet de modifier , la production en ajustant la température et la composition du gaz réducteur injecté dans le haut fourneau.

"ί— - 7 -

Dans ce tableau, le cas A résulte de la conduite du haut fourneau avec injection de gaz réducteur surchauffé. On estime que le haut fourneau fonctionne de façon stabilisée, mais s non dans les meilleures conditions à cause de la production trop faible et de la température des gaz de gueulard qui est trop élevée (350°C).

Le cas B montre par comparaison avec le cas A qu'une augmentation de la production (162 tf/h —i>203 tf/h) est obtenue par une augmentation de la température du gaz réducteur (2100°C ->2460°C) et par une diminution de la quantité de C02 et H20 (4,53 % -5*2,36 %) du dit gaz. Ce cas B est considéré comme un fonctionnement stabilisé et acceptable aux points de vue économie, productivité, et qualité de la fonte produite.

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TABLEAU

«»

A B

.. o/oo coke sec (kg/tf) 168 169 gaz réducteur

Quantité GR (m3N/tf) 1500 985 Débit (x 103 m3N/h) 197 H20 + C02 {%) 4,53 2,36 N2 (%) 40 40

Température GR (°C) 2100 2460

Vent 3

Quantité vent (m N/tf)

Température vent (°C) -

Fonte

Si {%) 0,60 0,60

Température (°C) 1410 1410

Gaz gueulard

Température (°c) 350 68 ».

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Claims (5)

1. Procédé pour contrôler le haut fourneau dans lequel le minerai de fer est réduit pour former de la fonte et au moins un four à plasma est utilisé pour chauffer du gaz réducteur à injecter dans la partie inférieure du four, le dit gaz .réducteur contenant principalement du CO et du et accessoire-"ment du C02 et du H20, mais également du N2, caractérisé en ce que la productivité du four est contrôlée en ajustant au moins la température des gaz réducteurs injectés : une augmentation de cette température entraîne un accroissement de la productivité et une diminution de cette température entraîne une réduction de la productivité.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la productivité du four est contrôlée en ajustant en outre le débit des gaz réducteurs injectés.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la productivité du four est contrôlée en ajustant en outre la mise au mille de coke.

4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la productivité du four est contrôlée en ajustant en outre, la composition chimique des gaz réducteurs injectés. » »»

5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la température des gaz réducteurs injectés est comprise entre 1800 et 2800°C. _ X S' ' y •mS-