LU87330A1 - Procede pour la reduction des minerais au four a cuve - Google Patents

Description

87^^(] GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG

/ J w V BL 4153

Ultvtl ΧΊ- .................................................... * , , .. , .

if'fWPf* Monsieur le Ministre du .....^ ........... çÈjÊÊj ^Économie et des Classes Moyennes ,,.. , 3¾¾ Service de la Propriété Intellectuelle

Titre delivre ._.......................................

_~_ LUXEMBOURG

Demande de Brevet d’invention ---------------------------------------------------------------------------------........... (1) I. Requête

Centre de Recherches Métallurgiques - Centrum voor research in de ^ ^

Metallurgie, Association sans But lucratif- Vereniging zonder winstoogmerk 47-.,......r.ue...Mo.ntQ.ye.r...B.=.lû4Q^....BRUXELLE.S._______________________________________________________________________________________________-..................................

R.epr.és.en.t.ê.e...p.a,r.....:.....E.X......EREY.L.I.N..GER.&.......E______MEY.ER.S^.l.ng^_...cons_____en P..L·............... ( 3) ..................................................................4.6..,.....cu.e....du....Q.ime.tièr.e.......L.UXE.MB..QURG_^ ......................................................................

déposent)ce......deux.Septembre mil neuf cent quatre vingt huit________________________:.................................... ( 4) à.................JJ?.·OQheures, au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, à Luxembourg: 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant: .............................................................7.......,.........................................-....................................................................................................-...............................................................-......... _ _ ( 5) " Procédé pour la réduction des minerais au four à cuve" 2. la description en langue..............!..?.?..................................................................de l’invention en trois exemplaires; 3. ...........................3 .............................planches de dessin, en trois exemplaires; 4. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le ........3.1.....Août 19.8.8 ____________________; 5. la délégation de pouvoir, datée de ................................................................ le .............................23 ^out 1988 - 6. le document d’ayant cause (autorisation); déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont): ( 6) DECKER Alfred........15,.....rue B a ïeux 8- 4920 CHAUDFÔNTAÏNE.......................BELG I QUE...........................

revendiquent) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de ( 7) ......................................brevet ,.d1 inven t.i on..............................................déposée(s) en (8).................B.e. Igique.................................................................................

le (9) ........................4 .septembre...198.7........................................................................................................................................................................................................................................................

sous le N° (10) ............................08700998..............................................................................................................................................................................................................................................................

au nom de (11).................Centre .de Recherches ..Mé.t.a..lJ..u.c.gi.q.u.es..............................................................................................................................................

élit(élisent) domicile pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg...........................................................................................

.........................................................................................................................................46, rue du Cimetière......................................................................................................................... ( 12) $oIIicite(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, avec ajournement de cette délivrance à ........................................................................................................................................................................................ mois. (13)

Le déposant / mandataiK^^L^ . 1................................................................................................................................................................................... (14) ______* Π. Procès-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété IntelledtueSe-à Luxembourg, en date du: 2 Septembre 1988 / ^ fS \ Pr. le Ministre de PÉcodWfe eudes Classes Moyennes, à I.5....OO........heures jf/' /1/ V*1. ïK'e**? ië Le chef du seryâée de la propriété intellectuelle, \\ 7/i λ«™__'l/i _ EXPLICATIONS RELATIVES AU FORMULAIRE DE DÉPÔT.

* (I) s’il y a lieu "Demande de certificat d’addition au brevet principal, à la demande de brevet principal No............du............" - (2) inscrire les nom. prénom, profession.

f / A uL adresse du demandeur, lorsque celui-ci est un particulier ou les dénomination sociale, forme juridique, adresse du siège social, lorsque le demandeur est une personne morale - (3) inscrire * ; BL 4153

Revendication de la priorité de la demande de brevet déposée en Belgique le 4 septembre 1987 No 08700998 Mémoire descriptif déposé à l'appui d'une demande de brevet d'invention pour : "Procédé pour la réduction des minerais au four à cuve"

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES

Centrum voor Research in de Metallurgie Association sans but lucratif Verenïgîng zonder winstoogmerk 47, rue Montoyer B-1040- BRUXELLES

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PROCEDE POUR LA REDUCIIüN DES MINERAIS AU TOUR A CUVE

I a présente invention concerne un procédé de réduction de minerais dans un four à cuve. La description qui va suivre vise plus partieuIièromont la conduite d'un haut fourneau de fabrication de fonte par réduction de minerais de Fer, mais ce 5 n'est là qu'une simple illustration des applications de II .invention.

On sait que, dans un haut fourneau, la charge se compose traditionnellement de couches alternées de minerai de fer et de 10 coke chargés successivement par le gueulard. Un courant d'air chaud injecté par les tuyères à vent, situées un peu au-dessus de la base du haut fourneau, assure la combustion du coke.

Cette combustion du coke fournit, d'une part, le gaz réducteur lr> requis pour assurer la réduction des oxydes de fer et, d'autre part, une quantité de chaleur suffisante pour couvrir les besoins thermiques des réactions chimiques et pour assurer la fusion du métal et de la gangue. Outre ce double rôle de source de chaleur et d'agent réducteur, le coke remplit encore une troisième fonc-20 tion, d'ordre mécanique, qui est de constituer une grille de support assurant le mouvement à contre-courant des gaz et des matières fondues.

Depuis de nombreuses années déjà, on cherche à réduire la mise au 25 mille de coke au haut fourneau, c'est-à-dire la quantité de coke nécessaire à la production d'une tonne de fonte.

» « 2

Un» telle diminution de la consommation de coke est généralement obtenue par l'injection de combustibles auxiliaires au niveau des tuyères à vont, combinée le plus souvent à une augmentation de la température et/ou à une suroxygénation du vent.

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Certaines techniques particulières, par exemple l'utilisation de torches plasma, permettent d’atteindre des réductions de la mise rui mille de coke dépassant de loin celles qu'on peut obtenir par une injection classique de combustibles auxiliaires au niveau des 10 tuyères à vent.

On connaît également, notamment par le brevet LU-A-62.882, des procédés de réduction de minerais de fer dans un four à cuve, dans lesquels on injecte des agents réducteurs (combustibles 1 3 auxiliaires) au niveau des tuyères principales correspondant à la partie supérieure du creuset du haut fourneau, où sont situées les tuyères à vent, et du gaz réducteur chaud au niveau de la zone de réserve dudit four à cuve.

20 Par l'expression "zone de réserve", bien connue des praticiens, il faut entendre la région de la cuve du haut fourneau dans laquelle la charge se trouve à une température d'environ 1000°C. Dans cette zone de réserve, la charge est donc encore à l'état solide.

2'3

Dans les divers procédés, les combustibles auxiliaires étaient en général des hydrocarbures liquides ou gazeux. Le gaz réducteur chaud injecté au niveau de la zone de réserve était principalement constitué d'hydrogène et de monoxyde de carbone.

30 A l'heure actuelle, les hydrocarbures liquides ou gazeux ont perdu une bonne partie de leur intérêt économique au profit des combustibles solides, charbon ou lignite. Ainsi, dans de nombreux hauts fourneaux, on injecte jusqu'à 140 kg de charbon par tonne t \ 3 de Tonte, ce qui permet d'abaisser la mise au mille de coke jusqu'à environ 350 kg.

Dans le cas de l'injection de charbon, on a aussi proposé d'uti-5 User de l'oxygène pur, en vue d'augmenter le quantité de charbon injectée; cette technique peut être combinée à une introduction tic gaz (réducteur ou oxydant) dans la zone de réserve, en vue d'adapter les apports thermiques aux besoins, à chaque niveau de température.

10 la présente invention a précisément pour objet de proposer un procédé de réduction des minerais au four à cuve basé sur l'utilisation de combustibles solides dans des conditions particulièrement intéressantes.

J 5

Conformément à la présente invention, le procédé de réduction des minerais ou Tour à cuve, dans lequel on injecte du combustible solide pulvérisé et un comburant très riche en oxygène, au niveau des tuyères principales, est caractérisé en ce que l'on insuffle 20 de l'azote dans la zone de réserve dudit four à cuve.

Par comburant très riche en oxygène, on entend ici un gaz comburant dont la teneur en oxygène est d'au moins 00 % en volume; de préférence, on injecte ce comburant à l'état froid, 25 e'est-à-dire que sa température n'a pas été élevée dans un échangeur de chaleur.

Suivant l'invention, l'azote insufflé dans la zone de réserve est avantageusement préalablement porté à une température comprise 30 entre 800 et 1000°C.

Suivant l'invention, on ajuste la température de flamme résultant de la réaction combustible solide/oxygène et/ou on règle la quantité spécifique traversant la charge en insufflant dans le four à * » cuve, au niveau des tuyères principales, un gaz dont la teneur en oxygène est sensiblement nulle, par exemple de la vapeur d'eau ou un qnz eombustib.le Loi que du gaz de four à coke ou du gaz de haut fourneau.

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Selon une variante intéressante de mise en oeuvre de l'invention, une partie au moins du gaz utilisé pour le réglage de la température de flamme et/ou de la quantité spécifique de gaz traversant la charge est utilisée comme gaz porteur pour IG l'injection du combustible solide pulvérisé.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui porte, d'une part sur un procédé de la technique actuelle et, d'autre part, sur une mise en oeuvre du 15 procédé de la présente invention. Dans cette description, il est fait référence aux dessins annexés, dans lesquels la

Fig. 1 illustre un procédé de conduite d'un haut fourneau avec injection de charbon, suivant l'état actuel de la techni-20 que (référence I); la

Fig. 2 illustre un procédé de conduite d'un haut fourneau dans lequel on injecte, au seul niveau des tuyères principales, du charbon pulvérisé, un gaz comburant riche en oxygène et 25 un gaz de réglage de la température de flamme (référence II); la

Fig. 5 illustre le procédé conforme à l'invention.

30 Ces figures sont des représentations schématiques dans lesquelles on s'est volontairement limité aux éléments directement nécessaires à la bonne compréhension du procédé de l'invention. En outre, des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes repères numériques dans toutes les figures.

* * 5 l.a figure 1 illustre un procédé qui appartient à l'état actuel de la technique et qui sera désigné dans la suite de la présente description par l'expression "marche de référence". telle niorrhe de référence est un procédé de conduite dans lequel, on injecte, 5 dans le haut fourneau (1), au niveau des tuyères principales (2) et (3), du charbon pulvérisé (140 kg/tonne de fonte produite), en même temps que du vent chaud, à une température de 12üü°C, enrichi à 27 Ίά en oxygène.

10 le charbon injecté est un charbon non cokéfiable, sec, contenant 11 Ä de cendres et 23,8 % de matières volatiles.

fette marche requiert une mise au mille de 349 kg de coke, introduit en (4), et elle produit 1392 m3N de gaz de gueulard (3) dont 15 une partie peut être utilisée pour réchauffer le vent dans les cowipers (6). Le reste du gaz de gueulard est envoyé dans le réseau de distribution habituel.

La figure 2 illustre un procédé dans lequel on injecte dans le 20 haut fourneau (1), au niveau des tuyères principales (2) et (3), du charbon pulvérisé (350 kg/tonne de fonte produite) et un comburant à teneur en oxygène de 00 Ta, se trouvant à la température ambiante; ce comburant est constitué d'un mélange d'oxygène d'une pureté de 99 % (324 m3N/ tonne de fonte produite) 25 et de vent froid (110 m3N/tonne de fonte produite). En même temps, on injecte en (7) du gaz de gueulard (5) dans le circuit d'arrivée du comburant très riche en oxygène avant son mélange avec le combustible solide.

30 Dans ce procédé de référence II, le gain de mise au mille est ici de 92 kg de coke par rapport à la marche de référence I, c'est-à-dire de 26 %; la productivité est de 108 % par rapport à la référence I.

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Ln figure 3 illustre le procédé de l'invention. Selon cette mise on oeuvre, on injecte dans le haut Tourneau (1), nu niveau des tuyères principales (2) et (3), du charbon pulvérisé (30(1 kq/tonno de fonte produite) et de l'oxygène d'une pureté de 99 %

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ne trouvant a la température ambiante (335 m3N/ tonne do fonte produite).

fn même temps, on injecte en (8), dans la zone de réserve, de l'azote (300 m3N/tonne de fonte produite) porté à la température de 900 DC dans le réchauffeur (9).

Dans cet exemple, le procédé de l'invention conduit à une mise au mille de 301 kg de coke. Le gain de mise au mille est ici de 40 kg de coke par rapport à la marche de référence, c'est-à-dire de 13,7 %) dans cet exemple de marche, la productivité est de 130 % par rapport à la productivité de la marche de réference I (procédé classique).

le tableau ci-après permet de comparer les principales données de 20 marche des deux procédés de références I et II avec deux exemples du procédé de l'invention.

Comme le montrent ces exemples, le procédé de l'invention permet donc de réaliser d'importantes économies de coke et une grande 25 augmentation de productivité par rapport à la technique actuelle d'injection de charbon (référence I); il assure également un gain de productivité intéressant par rapport au procédé d'injection, au seul niveau des tuyères principales, de charbon, comburant froid riche en oxygène et gaz à teneur nulle en oxygène (réfé-30 rence II).

7 Réfé- Réfé- Procédé de rence I rence II l'invention 5 Coke sec. kg/tf 349 257 301 208

Charbon sec. kg/LT 140 350 300 375

Vent quant. m3N/tr 890 110 1[] teinfi. °C 1200 25 02 % 27 21

Oxygène quant. rn3N/tr - 324 335 327 temp. °C - 25 25 25 15 02 % - 99 99 99 tonte Si % 0,60 0,20 0,30 0,30 temp. °C 1506 1490 1505 1511 20 Laitier quant. kg/tt 292 312 305 310

Ca0/Si02 S.D. 1,16 1,16 1,1 1,0

Gaz gueulard quant. m3N/tf - 120 25 temp. °C - 25 -

Azote quant. m3N/tf - - 300 220 temp. °C - 900 900 30 Productivité % 100 108 130 142

Claims (4)

1. 8 REVENDICATIONS. L Procédé de réduction des minerais au four à cuve, dans lequel on injecte du combustible solide pulvérisé et un comburant très riche en oxygène, au niveau des tuyères principales, caractérisé en ce que l'on insuffle de l'azote dans la zone de réserve du '> dit four à cuve.
2. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz comburant injecté a une teneur en oxygène d'au moins 80 % en volume.
3. 5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'azote insufflé dans la zone de réserve est à une température comprise entre 800 et 1000°C.
4. 4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on ajuste la température de flamme résultant de la réaction combustible solide/oxygène et/ou on règle la quantité spécifique de gaz traversant la charge, en insufflant dans le four à cuve, au niveau des tuyères principales, un gaz 20 dont la teneur en oxygène est sensiblement nulle, par exemple un gaz combustible tel que du gaz de haut fourneau.