BE1010766A3 - Procede pour fabriquer une eponge de fer a faible teneur en soufre. - Google Patents

Abstract

D'une part, on forme des noyaux (N) à partir d'une matière finement divisée contenant essentiellement des oxydes de fer (1), et d'autre part on prépare un mélange (M) constitué essentiellement d'un agent réducteur carboné solide (5) et d'un agent désulfurant (6). On enrobe ces noyaux (N) avec le mélange (M) et on dépose les pellets (P) ainsi formés sur une sole mobile (11) en une couche mince (10). On chauffe la couche (10) pour provoquer la gazéification d'au moins une partie de l'agent réducteur carboné solide (5), ce qui provoque le dégagement de composés gazeux du carbone et du soufre. On effectue la réduction des oxydes de fer formant le noyau (N) des pellets (P) au moyen d'au moins une partie du monoxyde de carbone (CO) contenu dans les composés gazeux du carbone et on fixe, au moyen de l'agent désulfurant (6), au moins une partie du soufre des composés gazeux du soufre. Enfin, on libère et on sépare par criblage les noyaux (N) réduits des pellets (P) de leur enveloppe friable (E) contenant les résidus de l'agent réducteur carboné solide (5) et de l'argent désulfurant (6). Les noyaux (N) des pellets (P), ainsi que les matières d'enrobage (M) peuvent...

Description

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  Procédé pour fabriquer une éponge de fer à faible teneur en soufre. 



  La présente invention concerne un procédé pour fabriquer une éponge de fer à faible teneur en soufre. 



  Au sens de la présente invention, une éponge de fer est une matière ferreuse obtenue par une opération de réduction, dite directe, à partir d'oxydes de fer. Traditionnellement, les oxydes de fer proviennent des minerais, où ils sont accompagnés par diverses substances Indésirables formant la gangue. Actuellement, une source intéressante d'oxydes de fer est également constituée par les oxydes superficiels recueillis à divers stades des processus de fabrication sidérurgiques, tels que les pailles de laminoirs et les boues de décapage. Cette catégorie d'oxydes ne comporte pas de gangue, mais elle est fréquemment chargée d'impuretés telles que des résidus d'huiles ou de graisses. 



  La description qui suit fera référence au terme général d'oxydes de fer ; ce terme englobe ici aussi bien les minerais de fer habituels que les oxydes provenant des processus sidérurgiques, soit séparément soit sous forme de mélanges en proportions quelconques. 



  L'éponge de fer suscite actuellement un intérêt croissant, en particulier en vue de son utilisation dans les convertisseurs et surtout dans les fours électriques d'aciérie. Jusqu'à présent, la charge métallique de ces engins est principalement constituée de ferrailles. On constate cependant que la qualité de ces ferrailles a tendance à se dégrader, notamment en raison de leur teneur en éléments d'alliages qui peuvent être indésirables pour les aciers envisagés. Par ailleurs, le prix des ferrailles vane dans des proportions parfois considérables, en fonction non seulement de leur qualité mais aussi de leur disponibilité, ce qui peut compromettre l'approvisionnement des aciéries électriques en particulier. 



  On connaît dans la technique de nombreux procédés de fabrication d'éponge de fer. 



  Ces procédés sont basés sur l'utilisation d'un agent réducteur qui est en général soit 

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 gazeux sot solide. Le procédé de l'invention appartient à la catégorie des procédés basés sur l'utilisation d'un agent réducteur solide, qui est essentiellement un agent carboné et tout particulièrement du charbon finement divisé. 



  Les procédés connus dans ce domaine sont mis en oeuvre dans des fours de types divers tels que des fours à cuve, des fours à lit   fluidisé   ou des fours tournants, qui peuvent nécessiter des investissements importants et entraîner des frais de fonctionnement élevés. De plus, les procédés actuellement connus souffrent d'au moins un inconvénient sérieux ; certains de ces procédés requièrent une consommation de charbon très élevée, de l'ordre de 700 kg de charbon par tonne d'éponge ne fer, tandis que d'autres procédés conduisent à des teneurs en soufre très élevées dans l'éponge de fer, inacceptables pour les aciéries électriques. 



  Par le brevet US-A-4. 701.214 notamment, on connaît déjà un procédé de fabrication d'éponge de fer, dans lequel des pellets composés d'oxydes de fer finement divisés et d'un combustible carboné granulaire sont chauffés dans un four annulaire à sole tournante où ils sont réduits par une partie du CO dégagé par le charbon et cuits ensuite par la chaleur résultant de la combustion d'une partie du CO excédentaire et d'un combustible externe tel que le gaz naturel, le gaz de fours à coke ou le charbon. 



  L'éponge de fer produite par ce procédé présente cependant une teneur en soufre élevée qui ne permet pas l'utilisation économique de cette éponge de fer dans un four électrique. 



  La présente invention a pour objet un procédé pour fabriquer une éponge de fer, qui est basé sur l'utilisation économiquement acceptable d'un agent réducteur carboné solide et qui permet en même temps de limiter la teneur en soufre à un niveau compatible avec la marche du four à arc électrique d'aciérie. En outre, ce procédé ne requiert pas d'investissements importants et il permet une production continue d'éponge de fer. 



  Conformément à la présente invention, un procédé pour fabriquer une éponge de fer à faible teneur en soufre, dans lequel on utilise un agent réducteur carboné solide, est caractérisé en ce que l'on forme des noyaux à partir d'une matière finement divisée contenant essentiellement des oxydes de fer, en ce que l'on enrobe ces noyaux d'un 

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 mélange granulaire constitué dudit agent réducteur carboné solide et d'un agent désulfurant de manière à obtenir des pellets, en ce que l'on dépose sur une soie mobile une couche desdits pellets, en ce que l'on chauffe ladite couche pour provoquer la gazéification d'au moins une partie dudit agent réducteur carboné solide, ce qui provoque le dégagement de composés gazeux du carbone et du soufre,

   en ce que l'on effectue la réduction des oxydes de fer formant le noyau desdits pellets au moyen d'au moins une partie du monoxyde de carbone (CO) contenu dans lesdits composés gazeux du carbone, en ce que l'on fixe, au moyen dudit agent désulfurant, au moins une partie du soufre desdits composants gazeux du soufre, et en ce qu'on libère et sépare les noyaux réduits desdits pellets de leur enveloppe friable et contenant   lesésidus   dudit agent réducteur carboné solide et dudit agent désulfurant. 



  Au sens de la présente demande, le   terme "pellets" utilisé   ici désigne non seulement des pellets proprement dits, c. à. d. des corps sensiblement sphériques obtenus par bouletage, mais également tout corps de forme quelconque réalisé à partir d'une matière finement divisée et obtenu par briquetage, par compactage, par granulation ou par toute autre opération analogue. Ces pellets sont avantageusement déposés en une monocouche sur ladite sole mobile. 



  De façon connue en soi, la gazéification de l'agent réducteur carboné solide requiert un chauffage à haute température, de l'ordre d'au moins   900oC.   Ce chauffage est conduit de telle façon que les composés gazeux du carbone contiennent essentiellement du monoxyde de carbone (CO), qui est un gaz très réducteur.

   Le chauffage nécessaire à cette gazéification est avantageusement assuré par des brûleurs, de préférence installés dans la voûte du four contenant la sole mobile, qui produisent notamment le   CO   nécessaire au démarrage de la réaction de Boudouard : 
 EMI3.1 
 Dans la proposition qui fait l'objet de la présente invention, le CO résultant de ladite gazéification pénètre par diffusion dans le noyau des pellets où il assure la réduction desdits oxydes de fer par les réactions : 

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 EMI4.1 
 Le   CO2   ainsi produit diffuse à son tour vers la périphérie des pellets et revient dans l'enveloppe contenant notamment le charbon, où chaque mole   de CO2 donne à nouveau   naissance à deux moles de CO par la réaction de Boudouard rappelée plus haut.

   Une de ces deux moles de CO revient par diffusion dans le noyau des pellets pour y réduire un oxyde de fer, tandis que l'autre mole de CO s'échappe de l'enveloppe contenant l'agent réducteur carboné solide pour venir brûler au-dessus de la couche de pellets, contribuant ainsi au chauffage nécessaire à la gazéification de l'agent réducteur carboné solide. 



  Pour que les deux fonctions précitées de réduction et de chauffage puissent être assurées de manière satisfaisante, il convient que l'agent réducteur carboné solide soit présent en quantité suffisante dans l'enveloppe des pellets ; dans le cas du charbon fin, cette quantité est de préférence comprise entre 250 et 500 kg de carbone par tonne d'éponge de fer produite, selon la teneur en fer des oxydes constituant le noyau des pellets. 



  A cet égard, il va de soi que l'agent réducteur carboné solide utilisable dans le cadre du présent procédé n'est pas limité au charbon fin, mais qu'il comprend également d'autres substances carbonées telles que le coke, le poussier de coke, le charbon de bois, le brai, le lignite, le coke de lignite ou d'autres substances analogues. 



  Le soufre présent dans lesdits composés gazeux du soufre peut être fixé au moyen de tout agent désulfurant capable d'agir dans les conditions de l'opération. 



  Selon une mise en oeuvre particulière, on fixe au moins une partie du soufre desdits composés gazeux du soufre au moyen d'un agent désulfurant solide. Parmi les agents   désulfurants utilisables, certains   composés du calcium et notamment la chaux   (CaO),   la castine (CaC03) et la chaux hydratée [Ca (OH) 2] sont particulièrement indiquées en 

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 raison d'une part de leur efficacité à réagir avec les composés gazeux pour former des composés solides et d'autre part de leur caractère économique. 



  Dans ces conditions, la sole mobile est finalement couverte d'une couche de pellets dont le noyau réduit constitue une éponge de fer pratiquement pure et l'enveloppe friable comporte les cendres de l'agent réducteur carboné solide et les composés solides du soufre, en particulier des sulfures et des sulfates de calcium. 



  Ces pellets sont ensuite soumis à un criblage mécanique afin de libérer et séparer le résidu granulaire formé par les cendres de l'agent réducteur    carboné'solide   et les composés solides du soufre. Ce résidu granulaire est ensuite éventuellement soumis à une séparation magnétique pour récupérer les particules de fer qui pourraient avoir été entraînées. 



  L'éponge de fer, éventuellement refroidie, qui présente une faible teneur en soufre est utilisable sans difficultés dans les fours à arc électrique d'aciérie. 



  Suivant une caractéristique supplémentaire, lesdits oxydes de fer peuvent être additionnés d'un liant, par exemple la bentonite, avant d'être pelletisés, pour former le noyau des pellets, ces noyaux étant ensuite enrobés d'un mélange granulaire constitué de l'agent réducteur carboné solide et de l'agent désulfurant éventuellement additionnés d'un liant tel que la bentonite. Puis les pellets peuvent être séchés avant d'être déposés sur la sole du four. Le reste du procédé est identique à celui qui a été décrit plus haut. 



  Le procédé de l'invention sera expliqué de manière plus détaillée dans la description qui suit, où il est fait référence aux dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 illustre schématiquement les opérations constituant une vanante particulière du procédé de l'invention ; et la Fig. 2 représente une coupe transversale à travers la couche de matières déposée sur une soie tournante. 

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  Dans la variante illustrée dans la Fig. 1, des oxydes de fer finement divisés 1 et un liant 2 sont Introduits dans un premier mélangeur 3 ; les oxydes ainsi préparés sont pelletisés en 4, pour former les noyaux N. Parallèlement, un mélange M constitué de charbon fin 5 et de castine 6 est formé dans un second mélangeur 7. Les noyaux N sont enrobés du mélange M en 8. Puis les pellets P sont séchés en 9 et déposés en une couche mince 10 sur une soie tournante 11 disposée dans un four annulaire 12. La structure de la couche 10 est montrée schématiquement dans la coupe transversale A-A représentée dans la Fig. 2, où l'on peut voir les pellets P répartis en une monocouche. 



  Dans le four 12, la couche mince 10 est chauffée au moyen de brûleurs, non représentés, jusqu'à une température suffisante pour opérer la   gazéification   au moins partielle du charbon fin. Il se produit alors au sein de l'enveloppe E (constituée par les éléments 5 et 6) des pellets un dégagement de CO qui d'une part assure la réduction des oxydes de fer par les mécanismes rappelés plus haut et d'autre part contribue au chauffage de la couche mince 10 par la combustion ultérieure du CO excédentaire. 



  Simultanément, le chauffage de la couche mince 10 donne lieu à un dégagement de composés gazeux du soufre, provenant du charbon. Ces composés gazeux sont immédiatement mis en contact avec l'agent désulfurant 6, à savoir la castine, dispersé au sein de la matière enrobant les noyaux et le soufre est aussitôt fixé par l'agent désulfurant sous la forme de composés solides, par exemple CaS. La présence de castine permet de fixer d'autant mieux le soufre des composés gazeux du soufre que la castine est plus finement répartie dans la matière enrobant les noyaux.

   Une étape de criblage 13 est prévue à la sortie du four 12 pour libérer et séparer les noyaux réduits des pellets constituant l'éponge de fer Fe et les résidus R formant une enveloppe friable et comprenant notamment les cendres de l'agent réducteur carboné solide et les composés solides du soufre, tels que le sulfure CaS. Les noyaux réduits des pellets sont ensuite envoyés à un refroidisseur 14, d'où l'on soutire, en continu, une éponge de fer Fe à faible teneur en soufre.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer une éponge de fer à faible teneur en soufre, dans lequel on utilise un agent réducteur carboné solide, caractérisé en ce que l'on forme des noyaux (N) à partir d'une matière finement divisée (1) contenant essentiellement des oxydes de fer, en ce que l'on enrobe ces noyaux (N) d'un mélange granulaire (M) constitué dudit agent réducteur carboné solide (5) et d'un agent désulfurant (6) de manière à obtenir des pellets (P), en ce que l'on dépose sur une sole mobile (11) une EMI7.1 couche (10) desdits pellets (P), en ce que l'on chauffe ladite couche (10) pour 1 provoquer la gazéification d'au moins une partie dudit agent réducteur carboné solide (5), ce qui provoque le dégagement de composés gazeux du carbone et du soufre, en ce que l'on effectue la réduction des oxydes de fer formant le noyau (N) desdits pellets (P)

   au moyen d'au moins une partie du monoxyde de carbone (CO) contenu dans lesdits composés gazeux du carbone, en ce que l'on fixe, au moyen dudit agent désulfurant (6), au moins une partie du soufre desdits composés gazeux du soufre, et en ce qu'on libère et sépare les noyaux réduits (N) desdits pellets enrobés (P) de leur enveloppe friable et contenant les résidus dudit agent réducteur carboné solide (5) et dudit agent désulfurant (6).

   2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière finement divisée (1) contenant essentiellement des oxydes de fer est additionnée d'un liant (2) avant l'étape de pelletisation (4).

   3. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'agent réducteur carboné solide (5) et l'agent désulfurant (6) sont additionnés d'un liant (2).

   4. Procédé suivant les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le liant (2) est la bentonite.

   5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit agent désulfurant (6) est un dérivé du calcium. <Desc/Clms Page number 8>

   6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dérivé du calcium est la castine (CaC03).

   7. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dérivé du calcium est la chaux (CaO).

   8. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dérivé du calcium est la chaux hydratée [Ca (OH) 2].

   9. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits pellets (P) sont séchés (9) avant d'être déposés en ladite couche (10) sur ladite sole (11).

   10. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit agent réducteur carboné solide (5) est un charbon fin ou un mélange de charbons fins (5).

   11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ledit charbon fin, respectivement ledit mélange de charbons fins, (5) est utilisé dans l'opération d'enrobage (8) en une quantité comprise entre 250 et 500 kg de carbone par tonne d'éponge de fer produite.

   12. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on dépose lesdits pellets (P) en une monocouche formant ladite couche (10) sur ladite sole (11).

   1 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 1 2, caractérisé en ce que le noyau réduit (N) des pellets est libéré et séparé par criblage mécanique (13) de l'enveloppe friable contenant les résidus (R) de l'agent réducteur (5) et de l'agent désulfurant (6).