BE1011186A3

BE1011186A3 - Procede de production de fonte liquide a partir d'eponge de fer et installation pour sa mise en oeuvre.

Info

Publication number: BE1011186A3
Application number: BE9700469A
Authority: BE
Inventors: Paul Nilles; Nikolas Ponghis
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1999-06-01
Also published as: WO1998054368A1; EP0929699A1; AU7017898A; JP2001518145A

Abstract

On utilise comme matière première de l'éponge de fer dont le taux de métallisation est supérieur à 80 %, celle-ci est extraite du four de production d'éponge de fer à une température supérieure à 900 degré C et a subi l'enlèvement d'une partie de la gangue qui l'accompagne à la sortie du four de production d'éponge de fer. On alimente en éponge de fer un récipient métallurgique dans lequel se trouve déjà une quantité de fonte liquide, appelée talon, on provoque la fusion, la réduction et la carburation de l'éponge de fer précitée, et on transfère plus de 60 % de la charge liquide de fonte produite au cours des opérations métallurgiques précitées dans un four électrique d'aciérie. Les récipients métallurgiques sont pourvus de moyens pour chauffer leur contenu, ainsi qu'y injecter diverses substances contenant du carbone et de la chaux. On recycle les gaz générés pendant les opérations métallurgiques aussi bien vers le four de production d'éponge de fer que vers le four d'aciérie pour préchauffer les matières qu'on y enfourne.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Procédé de production de fonte liquide à partir d'éponge de fer et installation pour sa mise en oeuvre. 



  La présente invention concerne un procédé pour produire de la fonte liquide à partir de minerais de fer préréduits, appelés aussi éponges de fer, en vue d'alimenter en fonte liquide un four d'aciérie, ainsi qu'une installation pour sa mise en oeuvre. 



  Dans le contexte économique actuel, le four électrique à arc connaît une grande expansion dans le domaine de la production d'acier et la charge classique traditionnelle de tels fours comprend principalement de la ferraille. 



  Actuellement la qualité de la ferraille est décroissante, car les composants de cette dernière sont de plus en plus porteurs d'éléments indésirables tels que l'étain, le nickel, le molybdène, le chrome, le zinc, le cuivre. Il en résulte que l'on doit de plus en plus compléter la charge du four électrique par des ajouts riches en fer vierge tels que du HBI (hot briquetted iron), du DRI (direct reduced iron), des carbures de fer,.... 



  Dans le contexte d'usines possédant une source de fonte liquide tels des hautsfourneaux, la charge du four électrique peut être d'origine mixte, à savoir une partie venant sous forme liquide du haut-fourneau et l'autre formée par une addition sous forme solide de ferraille, HBI, DRI, ou autre. 



  Un autre aspect économique non négligeable consiste en ce que l'ajout de fonte liquide constitue une source très intéressante de chaleur pour préchauffer divers composants entrant dans la charge des fours électriques, parce qu'elle contribue à une forte diminution de l'énergie électrique consommée. 



   Des considérations précédentes découle la constatation qu'il serait intéressant de disposer de fonte liquide, même dans un contexte de production d'acier au four électrique sans passage par la voie classique du haut-fourneau. 



   La présente invention apporte une solution à ce problème, en prenant pour point de départ le fait que les éponges de fer constituent, pour les fours électriques, une charge 

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 intéressante, sinon même plus intéressante que les ferrailles. En effet, ces matières contiennent beaucoup moins d'éléments indésirables que les ferrailles Au point de vue économique également, les éponges de fer sont généralement avantageuses parce que leur prix est non seulement plus constant, mais aussi souvent plus faible que celui des ferrailles. 



  En outre, il est évident que le chargement d'éponges de fer chaudes permet d'économiser des quantités appréciables d'énergie électrique lors de leur fusion. Cette façon de procéder est particulièrement intéressante dans le cas où l'unité de production des préréduits se trouve à proximité immédiate du four électrique de fusion. 



  Dans le contexte de la présente invention, nous nous plaçons dans le cadre de procédés produisant une éponge de fer propre, c'est-à-dire débarrassée de la majorité de la gangue qui l'accompagne lors de son passage dans le four de production d'éponge de fer, et disponible à la sortie de ce dernier sous forme propre à haute température, au moins supérieure à 9000 C. 



  Il va de soi que le procédé de l'invention est d'autant plus intéressant, économiquement parlant, que les distances entre four de production d'éponge de fer et four électrique d'aciérie sont réduites. 



  Enfin un dernier avantage non négligeable de notre procédé de production de fonte liquide à partir d'éponge de fer est qu'il apporte une solution au problème posé par la marche en continu de certains fours de production d'éponge de fer, avec pour effet une extraction continue de cette dernière, et par la marche discontinue des fours électriques qui est cadencée par le chargement, le traitement de la charge et le déchargement de l'acier liquide. 



  Conformément à la présente invention, un procédé de production de fonte liquide, dans lequel on utilise comme matière première de l'éponge de fer dont le taux de métallisation est supérieur à 80% et qui est extraite du four de production d'éponge de fer à une température supérieure à 9000 C, est caractérisé en ce qu'on alimente en éponge de fer précitée un récipient métallurgique dans lequel se trouve déjà une 

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 quantité de fonte liquide, appelée talon, en ce qu'on provoque la fusion, la réduction du FeO restant et la carburation de l'éponge de fer précitée, et en ce qu'on transfère une partie, de préférence plus de 60%, de la charge liquide de fonte produite au cours des opérations métallurgiques précitées dans un four électrique d'aciérie. 



  Suivant une modalité particulière du procédé de l'invention, on alimente cette fonte dans le four électrique d'aciérie d'une façon continue et sous charge électrique. 



  Suivant une modalité particulière du procédé de l'invention, après la fusion d'une charge d'acier dans un four électrique d'aciérie, on carbure une partie de ladite charge dans un récipient métallurgique de manière à produire de la fonte pour former le talon de fonte liquide. 



  Suivant une autre modalité particulière du procédé de l'invention, on alimente en éponge de fer chaude un récipient métallurgique, on fond par un moyen approprié ladite éponge de fer, on la réduit et on la carbure, pour produire la fonte pour former le talon de fonte liquide. 



  Les opérations précédentes permettent d'initialiser le procédé de l'invention de deux manières différentes, en créant dans un ou plusieurs récipients métallurgiques le talon nécessaire pour que ceux-ci puissent recevoir l'éponge de fer en vue de son traitement pour former de la fonte. 



  Suivant encore une autre modalité, on utilise une éponge de fer dont le taux de métallisation est compris entre 85 % et 90 %. 



  Suivant une modalité préférentielle du procédé de l'invention, on utilise de l'éponge de fer contenant moins de 2 % de C. 



  Suivant une autre modalité préférentielle du procédé de l'invention, on procède à l'enlèvement d'une partie de la gangue qui accompagne l'éponge de fer à la sortie du four de production d'éponge de fer. 

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  Suivant une autre modalité de l'invention, on alimente un récipient métallurgique en une éponge de fer dont la température est supérieure à   900oC,   de préférence supérieure à 1100 C. 



  Il est clair que l'économie du procédé incite à charger l'éponge de fer dès sa disponibilité à la plus haute température possible en vue de limiter l'apport d'énergie extérieur nécessaire vers un récipient métallurgique pour traiter sa charge. 



  Suivant une modalité de l'invention, on contrôle la concentration en carbone du bain 
 EMI4.1 
 de fonte présent dans un récipient métallurgique de sorte qu'elle soit supérieure à 3, 5 %. 



  Suivant une variante préférentielle de la modalité précédente de l'invention, on injecte dans le bain de fonte présent dans un récipient métallurgique du carbone ou des matières contenant du carbone, de préférence du charbon, au fur et à mesure de la fusion de l'éponge de fer. 



  Suivant une modalité de l'invention, on chauffe le bain de fonte présent dans un récipient métallurgique de manière à maintenir sa température supérieure à   1300 OC,   de préférence 1450  C. 



  Suivant une autre modalité de l'invention, le chauffage est du type électrique, de préférence du type électrique à induction ou du type électrique à arc. 



  Suivant encore une autre modalité de l'invention, le chauffage est du type à combus-   tibles   fossiles, de préférence du type thermique soit à flamme avec comme comburant de l'air, de l'air suroxygéné ou de l'oxygène, de préférence le comburant est préchauffé. 



  Suivant une modalité de l'invention, on utilise soit uniquement un combustible solide, soit liquide, soit gazeux, soit on combine différents combustibles pour optimaliser le rendement de l'opération de chauffage, préférentiellement on utilise du charbon pulvérisé ou non. 

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 Suivant une modalité de l'invention, on régule l'addition de matières carbonées et l'appoint calorifique de façon à produire dans un récipient métallurgique de la fonte contenant au moins 3,5% de C. 



  Suivant une modalité de l'invention, on régule la basicité de la scorie présente dans un récipient métallurgique de manière à obtenir un indice de basicité i, défini par le rapport du CaO au   Si02,   tous deux étant exprimés en pourcentage de poids, supérieur à 1, tout en produisant une fonte dont la concentration en S est inférieure à 0,05%, préférentiellement en injectant de la chaux dans le bain de fonte. 



  Suivant une modalité de l'invention, on confine et dirige vers le four de production de l'éponge de fer la plus grande partie des gaz générés pendant l'opération d'alimentation d'un récipient métallurgique en éponge de fer, lesdits gaz étant   presqu'exclusivement   constitués de CO. 



  Suivant une modalité préférentielle de l'invention, on utilise les gaz précités dans le four de production d'éponge de fer précité soit comme source de chaleur, soit comme agent réducteur de la charge du four, soit les deux. 



  Suivant encore une autre modalité de l'invention, on brasse le métal fondu présent dans un récipient métallurgique en insufflant un gaz inerte dans ce dernier, préférentiellement de l'argon ou de l'azote. 



  Suivant une modalité de l'invention, on utilise les gaz produits dans un récipient métallurgique pour préchauffer des matières introduites dans le four électrique d'aciérie. 



   Il convient de faire remarquer que le procédé de la présente invention présente globalement les avantages suivants : - il augmente la productivité du four de production de l'éponge de fer, car on ne doit pas pousser la métallisation trop haut, par exemple au-delà de 90 % ; - il permet, moyennant l'utilisation de plusieurs récipients métallurgiques, de résoudre le problème de continuité entre un four de production en continu d'éponge de fer et l'ensemble discontinu des opérations de fonctionnement d'un four électrique   d'aciérie :   

 <Desc/Clms Page number 6> 

 - il optimalise le rendement énergétique d'un ensemble dans lequel tant la chaleur encore disponible dans l'éponge de fer que celle des gaz générés dans le ou les récipients métallurgiques y sont recyclés ;

   - il permet d'améliorer la qualité de l'acier produit au four électrique. 



  La présente invention porte aussi sur une installation pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention. 



  L'installation de production de fonte liquide pour la mise en oeuvre du procédé, suivant une ou plusieurs des modalités précédentes, comporte au moins un four de production d'éponge de fer, un ou plusieurs récipients métallurgiques destinés à contenir un talon de fonte liquide, au moins un four électrique pour production d'acier liquide et des moyens pour transférer une quantité d'éponge de fer vers au moins un des récipients métallurgiques précités. 



  Suivant une modalité de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, au moins un des récipients métallurgiques comporte un moyen de chauffage par induction. 



  Suivant une modalité de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, au moins un des récipients métallurgiques est un four poche à chauffage par arc. 



  Suivant une modalité de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, au moins un des récipients métallurgiques est doté d'un moyen de chauffage avec au moins une torche à plasma, préférentiellement à arc transféré. 



  Suivant une modalité de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, le ou les récipients métallurgiques sont dotés de moyens d'introduction de matières tant solides que fluides, de préférence ils comportent au moins un dispositif à brique poreuse sise dans le fond du récipient et/ou au moins un dispositif avec une lance d'injection. 

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 Suivant une modalité de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, le ou les récipients métallurgiques sont dotés de moyens de chauffage comprenant une ou plusieurs électrodes. 



  Suivant une modalité de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, le ou les récipients métallurgiques sont dotés de moyens d'injection d'02. 



  Suivant une modalité de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, le ou les récipients métallurgiques sont dotés de brûleurs, de préférence à charbon avec ou sans appoint supplémentaire d'air ou d'oxygène. 



  Suivant une modalité de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, au moins un des récipients métallurgiques est doté de moyens de confinement des gaz issus de la fonte liquide qu'il contient et aussi de moyens pour recycler lesdits gaz vers le four de production d'éponge de fer. 



  EXEMPLE : Dans le cadre de l'application du procédé de l'invention dans une installation comportant un four à sole tournante de production en continu d'éponge de fer de l'ordre de 40 à 60 t/h, deux récipients métallurgiques d'une contenance chacun de 65 t et un four électrique d'aciérie d'une contenance de 150 t, on a travaillé avec les paramètres suivants :

   Récipients métallurgiques : caractéristiques initiales : 
 EMI7.1 
 
<tb> 
<tb> talon <SEP> : <SEP> t <SEP> 20.0 <SEP> 20.0
<tb> C <SEP> % <SEP> 4.70 <SEP> 4.70
<tb> S <SEP> % <SEP> 0.020 <SEP> 0.020
<tb> temp. <SEP>  C <SEP> 1350 <SEP> 1350
<tb> 
 Additions lors des opérations suivant le procédé : 
 EMI7.2 
 
<tb> 
<tb> charbon <SEP> t <SEP> 3.1 <SEP> 3.6
<tb> chaux <SEP> t <SEP> 1.8 <SEP> 1.8 <SEP> et
<tb> éponge <SEP> de <SEP> fer <SEP> t <SEP> 46.2 <SEP> 46.1
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 avec les caractéristiques suivantes : 
 EMI8.1 
 
<tb> 
<tb> Fe <SEP> tot <SEP> % <SEP> 94.0 <SEP> 94.0
<tb> Taux <SEP> métallisation <SEP> % <SEP> 93.4 <SEP> 89.3
<tb> temp. <SEP> oc <SEP> 1150 <SEP> 1150
<tb> 
 
 EMI8.2 
 1 Après traitement du contenu des récipients métallurgiques, on obtient une fonte présentant les caractéristiques suivantes :

   
 EMI8.3 
 
<tb> 
<tb> fonte <SEP> t <SEP> 65.0 <SEP> 65.0
<tb> C <SEP> % <SEP> 4.7 <SEP> 4.7
<tb> S <SEP> % <SEP> 0.02 <SEP> 0.02
<tb> temp. <SEP> oc <SEP> 1450 <SEP> 1450
<tb> laitier <SEP> kg/tHM <SEP> 60 <SEP> 61
<tb> 
 avec   tHM=   tonne de métal fondu. 



  La charge de 65 t de fonte est conduite au four électrique d'aciérie où on verse 45 t qui serviront avec ajout de mitrailles et des autres matières métalliques à la production de 150 t d'acier liquide ; le solde de 20 t de fonte constitue le talon pour le cycle suivant.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de production de fonte liquide, dans lequel on utilise comme matière première de l'éponge de fer dont le taux de métallisation est supérieur à 80% et qui est extraite du four de production d'éponge de fer à une température supérieure à 900oC, caractérisé en ce qu'on alimente en éponge de fer précitée un récipient métallurgique dans lequel se trouve déjà une quantité de fonte liquide, appelée talon, en ce qu'on provoque la fusion, la réduction et la carburation de l'éponge de fer précitée, et en ce qu'on transfère une partie de la charge liquide de fonte produite au cours des opérations métallurgiques précitées dans un four électrique d'aciérie.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on transfère plus de 60% de la charge liquide de fonte produite.
3. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on alimente cette fonte dans le four électrique d'aciérie d'une façon continue et sous charge électrique.
4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'après la fusion d'une charge d'acier dans un four électrique d'aciérie, on carbure une partie de ladite charge dans un récipient métallurgique de manière à produire de la fonte pour former le talon de fonte liquide.
5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on alimente en éponge de fer chaude un récipient métallurgique, en ce qu'on fond par un moyen approprié ladite éponge de fer, en ce qu'on la réduit et en ce qu'on la carbure, pour produire la fonte pour former le talon de fonte liquide.
6. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise une éponge de fer dont le taux de métallisation est compris entre 85 % et 90 %. <Desc/Clms Page number 10>
7. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise de l'éponge de fer contenant moins de 2 % de C.
8. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on procède à l'enlèvement d'une partie de la gangue qui accompagne l'éponge de fer à la sortie du four de production d'éponge de fer.
9. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on alimente un récipient métallurgique en une éponge de fer dont la température est supérieure à 900oC.
10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'on alimente un récipient métallurgique en une éponge de fer dont la température est supérieure à 1100 C.
11. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on contrôle la concentration en carbone du bain de fonte présent dans un récipient métallurgique de sorte qu'elle soit supérieure à 3,5 %.
12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'on injecte dans le bain de fonte présent dans un récipient métallurgique du carbone ou des matières contenant du carbone, au fur et à mesure de la fusion de l'éponge de fer.
13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'on injecte du charbon dans le bain de fonte présent dans un récipient métallurgique.
14. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'on chauffe le bain de fonte présent dans un récipient métallurgique de manière à maintenir sa température supérieure à 1300 OC.
15. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'on chauffe le bain de fonte présent dans un récipient métallurgique de manière à maintenir sa température supérieure à 1450 C. <Desc/Clms Page number 11>
16. Procédé suivant les revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le chauffage est du type électrique.
17. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé en ce que le chauffage est du type électrique à induction.
18. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé en ce que le chauffage est du type électrique à arc.
19. Procédé suivant les revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le chauffage est du type à combustibles fossiles.
20. Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que le chauffage est du type thermique soit à flamme avec comme comburant de l'air, de l'air suroxygéné ou de l'oxygène.
21. Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le chauffage est du type thermique à flamme avec le comburant préchauffé.
22. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 19 à 21, caractérisé en ce qu'on utilise soit uniquement un combustible solide, soit liquide, soit gazeux, soit qu'on combine différents combustibles pour optimaliser le rendement de l'opération de chauffage.
23. Procédé suivant la revendication 22, caractérisé en ce qu'on utilise du charbon pulvérisé ou non.
24. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 11 à 23, caractérisé en ce qu'on régule l'addition de matières carbonées et l'appoint calorifique de façon à produire dans un récipient métallurgique de la fonte contenant au moins 3,5% de C.
25. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 24, caractérisé en ce qu'on régule la basicité de la scorie présente dans un récipient métallurgique de manière <Desc/Clms Page number 12> à obtenir un indice de basicité i supérieur à 1 tout en produisant une fonte dont la concentration en S est inférieure à 0,05%.
26. Procédé suivant la revendication 25, caractérisé en ce qu'on injecte de la chaux dans le bain de fonte présent dans un récipient métallurgique pour réguler la basicité de la scorie.
27. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que la plus grande partie des gaz générés pendant l'opération d'alimentation d'un récipient métallurgique en éponge de fer, lesdits gaz étant presqu'exclusivement constitués de CO, est confinée et dirigée vers le four de production de l'éponge de fer.
28. Procédé suivant la revendication 27, caractérisé en ce qu'on utilise les gaz précités dans le four de production d'éponge de fer précité soit comme source de chaleur, soit comme agent réducteur de la charge du four, soit les deux.
29. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 28, caractérisé en ce qu'on brasse le métal fondu présent dans un récipient métallurgique en insufflant un gaz inerte dans ce dernier.
30. Procédé suivant la revendication 29, caractérisé en ce qu'on utilise comme gaz inerte de l'argon ou de l'azote.
31. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 30, caractérisé en ce qu'on utilise les gaz produits dans un récipient métallurgique pour préchauffer des matières introduites dans le four électrique d'aciérie.
32. Installation de production de fonte liquide pour la mise en oeuvre du procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 31, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un four de production d'éponge de fer, un ou plusieurs récipients métallurgiques destinés à contenir un talon de fonte liquide, au moins un four électrique pour production d'acier liquide, et des moyens pour transférer une quantité d'éponge de fer vers au moins un des récipients métallurgiques précités. <Desc/Clms Page number 13>
33. Installation suivant la revendication 32, caractérisée en ce qu'au moins un des récipients métallurgiques comporte un moyen de chauffage par induction.
34. Installation suivant la revendication 32, caractérisée en ce qu'au moins un des récipients métallurgiques est un four poche à chauffage par arc.
35. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 32 à 34, caractérisée en ce qu'au moins un des récipients métallurgiques est doté d'un moyen de chauffage avec au moins une torche à plasma.
36. Installation suivant la revendication 35, caractérisée en ce que la ou les torches à plasma sont du type à arc transféré.
37. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 32 à 36, caractérisée en ce que le ou les récipients métallurgiques sont dotés de moyens d'introduction de matières tant solides que fluides.
38. Installation suivant la revendication 37, caractérisée en ce que le ou les récipients métallurgiques comportent au moins un dispositif à brique poreuse sise dans le fond du récipient.
39. Installation suivant les revendications 37 ou 38, caractérisée en ce que le ou les récipients métallurgiques comportent au moins un dispositif avec une lance d'injection.
40. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 32 à 39, caractérisée en ce que le ou les récipients métallurgiques sont dotés de moyens de chauffage comprenant une ou plusieurs électrodes.
41. Installation suivant une ou plusieurs des revendications 32 à 40, caractérisée en ce que le ou les récipients métallurgiques sont dotés de moyens d'injection d'02.
42. Installation suivant une ou plusieurs des revendications 32 à 41, caractérisée en ce que le ou les récipients métallurgiques sont dotés de brûleurs. <Desc/Clms Page number 14>
43. Installation suivant la revendication 42, caractérisée en ce que le ou les récipients métallurgiques sont dotés de brûleurs à charbon avec ou sans appoint supplémentaire d'air ou d'oxygène.
44. Installation suivant une ou plusieurs des revendications 32 à 43, caractérisée en ce qu'au moins un des récipients métallurgiques est doté de moyens de confinement des gaz issus de la fonte liquide qu'il contient et aussi de moyens pour recycler lesdits gaz vers le four de production d'éponge de fer.