BE1010986A3

BE1010986A3 - Procede d'enrichissement en carbone d'une eponge de fer.

Info

Publication number: BE1010986A3
Application number: BE9500461A
Authority: BE
Inventors: Jean Borlee; Rene Munnix; Didier Steyls
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 1999-03-02

Abstract

On expose une éponge de fer chaude à gaz contenant un hydrocarbure gazeux, tel que du méthane, par exemple dans un four à cuve à contre-courant. On réalise le craquage thermique de l'hydrocarbure gazeux au contact de l'eponge de fer chaude et on dépose au moins une partie des particules de carbone résultant du craquage thermique à la surface de l'éponge de fer chaude. On refroidit ensuite l'éponge de fer jusqu'à une température comprise entre 600 degré C et 800 degré C, et de préférence voisine de 700 degré C. Une partie de l'enrichissement en carbone de l'éponge de fer peut consister en la formation de cémentite (Fe3C) par réaction directe du fer avec le carbone à la température du craquage thermique.

Description


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  Procédé d'enrichissement en carbone d'une éponge de fer. 



  La présente invention concerne un procédé d'enrichissement en carbone d'une éponge de fer. 



  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. Ces oxydes de fer peuvent être constitués aussi bien par des minerais traditionnels que par des oxydes superficiels produits à différents stades des processus de fabrication sidérurgiques. 



  L'éponge de fer suscite actuellement un intérêt croissant, en particulier en vue de son utilisation dans les fours électriques d'aciérie. Jusqu'à présent, la charge métallique de ces engins est principalement constituée de ferrailles, avec un complément d'autres matières ferrifères telles que de la fonte solide ou liquide. On constate cependant que la qualité de ces ferrailles a tendance à se dégrader progressivement, notamment en raison de leur teneur croissante en éléments d'alliage divers, qui peuvent être indésirables pour les aciers à fabriquer. Par ailleurs, le prix de ces ferrailles varie 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. 



  On connaît actuellement dans la technique de nombreux procédés de fabrication d'éponge de fer. Par les demandes BE-A-09400652, BE-A-09400653 et BE-A-09500430, le présent demandeur a récemment proposé des procédés de fabrication d'une éponge de fer à faible teneur en soufre, particulièrement intéressante à utiliser dans les fours électriques d'aciérie, notamment dans les fours à arc. 



  Quelle que soit la composition de la charge métallique d'un four à arc d'aciérie, la fusion de cette charge requiert la consommation d'une grande quantité d'énergie électrique et entraîne donc des coûts de fonctionnement élevés. 



  Pour réduire cette consommation d'énergie électrique, il est bien connu d'utiliser des brûleurs d'appoint utilisant de l'air, éventuellement suroxygéné, avec un combustible liquide ou gazeux. 



  Une telle solution ne s'avère cependant pas nécessairement plus économique que la fusion purement électrique, si l'on considère la consommation d'énergie globale. 



  Une autre solution connue consiste à injecter un combustible solide pulvérulent, tel que du charbon fin ou du poussier de coke, et de l'oxygène dans le bain fondu ; ces Injections 

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 provoquent un dégagement de CO qui brûle au-dessus du laitier flottant sur le bain de métal en fusion. La chaleur produite par cette postcombustion de CO permet d'une part de diminuer la consommation d'énergie électrique et l'usure des électrodes et d'autre part d'augmenter la productivité du four en réduisant la durée du cycle de coulée. De plus, le dégagement gazeux assure une bonne agitation du bain d'acier et contribue ainsi à réduire les teneurs en azote et en hydrogène de   l'acier,   ce qui améliore sa qualité.

   Enfin, il se forme sur le bain d'acier un laitier moussant qui protège les électrodes et les parois réfractaires du four contre le rayonnement de l'arc électrique, ce qui prolonge la durée de vie du four. Ce procédé connu présente cependant le sérieux inconvénient d'incorporer à l'acier des quantités non négligeables de soufre provenant du charbon ou du coke injecté, ce qui a pour effet de dégrader, parfois dans des proportions importantes, la qualité de l'acier. 



  La présente invention a pour objet de proposer un procédé d'enrichissement en carbone d'une éponge de fer afin que celle-ci renferme une source d'énergie suffisante pour faire baisser, dans des proportions appréciables, la consommation d'énergie requise pour sa fusion dans un four électrique. Cet apport de carbone est réalisé à l'aide de moyens simples, à partir d'hydrocarbures gazeux,   éventuellement récupérés   dans divers processus industriels. Il présente l'avantage important de ne pas introduire de soufre dans l'éponge de fer, et de ce fait il une influence favorablement la qualité de l'acier produit à partir de cette éponge de fer. 



  Conformément à la présente invention, un procédé d'enrichissement en carbone d'une éponge de fer est caractérisé en ce que l'on expose une éponge de fer chaude à un gaz contenant un hydrocarbure gazeux, en ce que l'on réalise le craquage thermique dudit hydrocarbure gazeux au contact de ladite éponge de fer chaude, en ce que l'on dépose au moins une partie des particules de carbone résultant dudit craquage thermique à la surface de l'éponge de fer chaude, et en ce que l'on refroidit ladite éponge de fer jusqu'à une température comprise entre 6000C et   800 C,   et de préférence voisine de   700 C.   



  L'exposition de l'éponge de fer chaude audit hydrocarbure gazeux est de préférence réalisée en continu, notamment dans un four à cuve parcouru à contre-courant par le gaz contenant ledit hydrocarbure gazeux. 



  L'hydrocarbure gazeux contenu dans le gaz précité est un gaz capable de produire des particules de carbone, telles que du graphite ou des suies, par craquage thermique aux températures auxquelles se trouve initialement l'éponge de fer chaude ; en général, ces températures sont comprises entre   900 C   et   1300 C   environ. 

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  On pourrait cependant prévoir un chauffage d'appoint de l'éponge de fer pour favoriser le craquage thermique de cet hydrocarbure gazeux. 



  Suivant une mise en oeuvre particulière, il a été trouvé intéressant d'utiliser un hydrocarbure gazeux tel que le méthane (CH4), qui est généralement disponible dans les usines sidérurgiques, notamment sous la forme de gaz naturel. Ledit hydrocarbure gazeux peut être présent en toute proportion dans ledit gaz et même être injecté substantiellement à l'état pur. 



  Le craquage thermique dudit hydrocarbure gazeux est une opération fortement endothermique. 



  En plus du dépôt de particules de carbone, elle provoque dès lors un refroidissement sensible de l'éponge de fer. Ce refroidissement peut être suffisant pour abaisser la température de l'éponge de fer à la valeur visée valeur comprise entre 6000C et 800 C, et de préférence voisine de   700 C.   S'il s'avérait toutefois que le refroidissement dû au craquage ne permette pas d'atteindre cette température, il pourrait être prolongé en poursuivant t'injection dudit hydrocarbure gazeux jusqu'à l'obtention de la température désirée. 



  En règle générale, le refroidissement n'est pas poursuivi jusqu'à la température ambiante, car il peut être avantageux soit de charger l'éponge de fer chaude directement au four électrique soit de l'utiliser pour fabriquer des briquettes dans une presse à chaud. 



  En raison de la porosité de l'éponge de fer, le gaz de traitement peut pénétrer au sein de la masse métallique et le craquage thermique entraîne le dépôt de particules de carbone réparties dans cette masse. Au sens de la présente demande, le dépôt de carbone à la surface de l'éponge de fer englobe le dépôt sur les surfaces intérieures des pores, au sein de la masse d'éponge de fer. 



  Le carbone ainsi déposé présente l'avantage d'être propre, c'est-à-dire de ne pas être contaminé par des substances indésirables telles que le soufre, comme cela est fréquemment le cas avec des particules de charbon. Une partie de l'enrichissement en carbone peut consister en la formation d'une certaine quantité de cémentite Fe3C, qui résulte de la réaction directe du fer avec le carbone à la température du craquage thermique. 



  Le procédé de l'invention est particulièrement intéressant lorsqu'il est appliqué à une éponge de fer chaude, immédiatement à la sortie de son processus de fabrication. Il peut cependant s'appliquer également à une éponge de fer déjà refroidie qu'il faut alors réchauffer sous atmosphère neutre, jusqu'à la température requise, éventuellement après son transport vers une autre installation de traitement. 

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 Enfin, le gaz chaud résiduel, riche en hydrogène, quittant l'étape de craquage thermique, peut être directement recyclé, de préférence dans le processus de fabrication de l'éponge de fer elle-même, notamment dans l'étape de réduction de ce processus où il sert non seulement d'agent réducteur mais aussi de générateur de chaleur par combustion.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé d'enrichissement en carbone d'une éponge de fer, caractérisé en ce que l'on expose une éponge de fer chaude à un gaz contenant un hydrocarbure gazeux, en ce que l'on réalise le craquage thermique dudit hydrocarbure gazeux au contact de ladite éponge de fer chaude, en ce que l'on dépose au moins une partie des particules de carbone résultant dudit craquage thermique à la surface de l'éponge de fer chaude, et en ce que l'on refroidit ladite éponge de fer jusqu'à une température comprise entre 6000C et 800 C.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite éponge de fer se trouve à une température initiale comprise entre 9000C et 1300 C.
3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit hydrocarbure gazeux est constitué par du méthane.
4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on réalise en continu l'exposition de l'éponge de fer chaude audit gaz contenant un hydrocarbure gazeux.
5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on refroidit l'éponge de fer jusqu'à une température voisine de 700 C.
6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une partie dudit enrichissement en carbone de l'éponge de fer consiste en la formation de cémentite (Fe3C).