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PROCEDE POUR LA REDUCTION DES MINERAIS AU FOUR A CUVE La présente invention concerne un procédé de reduction de minerais dans un four à cuve. La description qui va suivre vise plus particulièrement la conduite d'un haut fourneau de fabrication de fonte par réduction de minerais de fer, mais ce n'est là qu'une simple illustration des applications de l'invention.
On sait que, dans un haut fourneau, la charge se compose traditionnellement de couches alternées de minerai de fer et de coke charges successivement par le gueulard. Un courant d'air chaud injecte par les tuyères à vent, situees 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 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 role de source de chaleur et d'agent réducteur, le coke remplit encore une troisième fonc- 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 mille de coke au haut fourneau, c'est-à-dire la quantité de coke nécessaire à la production d'une tonne de fonte.
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Une telle diminution de la consommation de coke est généralement obtenue par l'injection de combustibles auxiliaires au niveau des tuyères à vent, combinée le plus souvent à une augmentation de la température et/ou à une suroxygenation du vent.
Certaines techniques particulières, par exemple l'utilisation de torches plasma, permettent d'atteindre des réductions de la mise au mille de coke dépassant de loin celles qu'on peut obtenir par une injection classique de combustibles auxiliaires au niveau des 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 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.
Par 11expression "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.
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 constitue d'hydrogène et de monoxyde de carbone.
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
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de fonte, ce qui permet d'abaisser la mise au mille de coke jusqu'Åa environ 350 kg.
Dans le cas de l'injection de charbon, on a aussi proposé d'utii liser de l'oxygène pur, en vue d'augmenter la quantité de charbon
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injectés ; cette technique peut être une introduction de d'adapter temperature.
I La présente invention a précisément pour objet de proposer un procédé de réduction des minerais au four à cuve basé sur l'uti-
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lisation de combustibles solides dans des conditions particulierrement intéressantes.
Conformément à la présente invention, le procédé de réduction des minerais au four à cuve, dans lequel on injecte du combustible solide pulverise et un comburant très riche en oxygène, au niveau des tuyères principales, est caractérisé en ce que l'on insuffle I 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 80 en volume ; de preference, on injecte ce comburant à 1'état froid, c'est-à-dire que sa température n'a pas été élevée dans un échan- geur de chaleur.
Suivant l'invention, l'azote insufflé dans la zone de réserve est avantageusement préalablement porté à une température comprise entre 800 et 10000C.
Suivant l'invention, on ajuste la température de flamme résultant de la réaction combustible solide/oxygène et/ou on règle la quan- tité spécifique traversant la charge en insufflant dans le four à
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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 gaz combustible tel que du gaz de four 6 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 utilise 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 ) 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 tech- nique actuelle et, d'autre part, sur une mise en oeuvre du 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- )que (référenceI);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 un gaz de réglage de la température de flamme (reference II) ; la
Fig. 3 illustre le procédé conforme à l'invention.
Ces figures sont des représentations schématiques dans lesquelles on s'est volontairement limité aux éléments directement nécessai- res 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.
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La 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".
Cette marche de référence est un procédé de conduite dans lequel on injecte, 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 1200DC, enri-
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chi à 27 K en oxygène.
Le charbon injecte est un charbon non cokéfiable, sec, contenant 11 o de cendres et 25, 8 % de matières volatiles.
Cette marche requiert une mise au mille de 349 kg de coke, introduit en (4), et elle produit 1392 m3N de gaz de gueulard (5) dont une partie peut être utilisée pour réchauffer le vent dans les cowpers (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 haut fourneau (1), au niveau des tuyères principales (2) et (3), du charbon pulverise (350 kg/tonne de fonte produite) et un comburant à teneur en oxygène de 80 %, se trouvant à la température ambiante ; ce comburant est constitue d'un mélange d'oxygène d'une pureté de 99 % (324 m3N/tonne de fonte produite) 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.
Dans ce procédé de reference 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-
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dire de 26 o est de 108 par rapport à la référence I.
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La figure 3 illustre le procédé de l'invention. Selon cette mise en oeuvre, on injecte dans le haut fourneau (1), au niveau des tuyères principales (2) et (3), du charbon pulvérisé (300 kg/tonne de fonte produite) et de l'oxygène d'une pureté de 99 do se trouvant à la température ambiante (335 m3N/tonne de fonte produite).
En 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 C 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 48 kg de coke par rapport à la marche de référence, c'est-à-dire de 13, 7 %j dans cet exemple de marche, la productivité est de 130 % par rapport à la productivité de la marche de reference I (procédé classique).
Le tableau ci-après permet de comparer les principales données de marche des deux procédés de references 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 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 (réféI rence II)
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<tb> Réfé- <SEP> Réfé- <SEP> Procédé <SEP> de
<tb> rence <SEP> I <SEP> rence <SEP> II <SEP> l'invention
<tb> Cake <SEP> sec. <SEP> kg/tf <SEP> 349 <SEP> 257 <SEP> 301 <SEP> 208
<tb> Charbon <SEP> sec. <SEP> kg/tf <SEP> 140 <SEP> 350 <SEP> 300 <SEP> 375
<tb> Vent <SEP> quant. <SEP> m3N/tf <SEP> 890 <SEP> 110
<tb> ) <SEP> temp.
<SEP> C <SEP> 1200 <SEP> 25
<tb> 02 <SEP> % <SEP> 27 <SEP> 21
<tb> Oxygène <SEP> quant. <SEP> m3N/tf-324 <SEP> 335 <SEP> 327
<tb> temp. <SEP> C <SEP> - <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25
<tb> 3 <SEP> O2 <SEP> % <SEP> - <SEP> 99 <SEP> 99 <SEP> 99
<tb> Fonte <SEP> Si <SEP> % <SEP> 0,60 <SEP> 0,20 <SEP> 0,30 <SEP> 0,30
<tb> temp. <SEP> oc <SEP> 1506 <SEP> 1490 <SEP> 1505 <SEP> 1511
<tb> Laitier <SEP> quant. <SEP> kg/tf <SEP> 292 <SEP> 312 <SEP> 305 <SEP> 310
<tb> CaO/SiO2 <SEP> S. <SEP> D. <SEP> 1, <SEP> 16 <SEP> 1, <SEP> 16 <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Gaz <SEP> gueulard
<tb> quant. <SEP> m3N/tf-120
<tb> 5 <SEP> temp. <SEP> C <SEP> - <SEP> 25
<tb> Azote <SEP> quant. <SEP> m3N/tf--300 <SEP> 220
<tb> temp. <SEP> OC <SEP> 900 <SEP> 900
<tb> Productivité <SEP> ? <SEP> 100 <SEP> 108 <SEP> 130 <SEP> 142
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