BE1029161B1 - Procédé de recyclage de matériaux résiduels générés dans un processus de fabrication d’acier inoxydable dans une aciérie d’acier inoxydable - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de recyclage de matériau résiduel généré dans un processus de fabrication d'acier inoxydable dans une aciérie d’acier inoxydable. La plupart des matériaux résiduels sont déjà recyclés, comme les scories d'acier et les poussières de filtration collectées au-dessus des différents fours. Les revêtements réfractaires des différents fours et poches utilisés dans le processus de fabrication d’acier doivent être remplacés régulièrement et produisent une quantité considérable de réfractaires usés. Une partie peut être réutilisée pour produire de nouvelles briques réfractaires, mais une grande partie doit être mise en décharge dans des conditions contrôlées en raison de leur teneur trop élevée en métaux lourds. Une quantité encore plus importante de matériau résiduel est constituée par le matériau résiduel mixte particulaire recueilli sur le sol de l’aciérie. Ce matériau a également une teneur trop élevée en métaux lourds, de sorte qu'il doit également être mis en décharge. En raison de leurs propriétés de gonflement, ils ne sont pas non plus adaptés pour être incorporés dans des matériaux de construction. Selon l'invention, ces matériaux fins sont agglomérés en morceaux plus gros et sont introduits comme fondant de scorification FAE dans le four à arc électrique. En raison de leur teneur relativement élevée en MgO, ils peuvent être utilisés pour remplacer la dolomie comme agent de fondant de scorification FAE.

Description

-1- « Procédé de recyclage de matériaux résiduels générés dans un processus de fabrication d’acier inoxydable dans une aciérie d'acier inoxydable »

La présente invention concerne un procédé de recyclage de matériau résiduel généré dans un processus de fabrication d'acier inoxydable dans une aciérie d'acier inoxydable.

Le processus de fabrication d’acier comprend les étapes suivantes :

- charger et fondre au moins des ferrailles d'acier inoxydable, éventuellement des éléments d'alliage et des fondants de scorification FAE dans un four à arc électrique pour produire de l'acier inoxydable fondu recouvert d'une couche de laitier d'acier fondu dans le four à arc électrique ;

- soutirer l'acier fondu dans au moins une poche de transfert;

- transporter l'acier fondu avec la poche de transfert vers une cuve d'affinage ;

- charger l'acier fondu de la poche de transfert dans la cuve d'affinage et charger en outre les fondants de scorification OD dans la cuve d'affinage ;

- affiner l'acier fondu selon un processus de décarburation à l'oxygène dans la cuve d'affinage ;

- soutirer l'acier fondu affiné dans au moins une poche de coulée et y ajouter des fondants de scorification de poche ;

- transporter l'acier fondu affiné avec la poche de coulée vers un poste de finition ;

- réaliser la finition de l'acier inoxydable dans la poche de coulée en y ajoutant, si nécessaire, d'autres éléments d'alliage ;

- transporter l'acier inoxydable fini avec la poche de coulée vers un répartiteur de coulée ;

- couler et solidifier l'acier inoxydable fini au moyen du répartiteur de coulée ;

- démonter périodiquement les revêtements réfractaires du four à arc électrique, de la cuve d'affinage, de la poche de transfert, de la poche de coulée et du répartiteur de coulée dans l’aciérie et les doter de nouveaux revêtements réfractaires ; et

- recueillir périodiquement les matériaux qui ont été utilisés ou produits dans le processus de fabrication d'acier et qui sont arrivés sur le sol de l’aciérie sous la

-9- forme d'un matériau résiduel mixte particulaire provenant du sol de l’aciérie, lequel matériau résiduel mixte particulaire est composé d'une fraction métallique et d'une fraction non-métallique.

La fraction non-métallique du matériau résiduel mixte peut contenir en particulier des fondants de scorification, des matériaux de laitier et des matériaux réfractaires, tandis que la fraction métallique comprend des particules d'acier inoxydable.

Le processus de fabrication d’acier inoxydable génère une quantité importante de résidus ou de sous-produits. Il est généralement admis que la production de trois tonnes d'acier inoxydable génère une tonne de résidus/sous-produits d'acier inoxydable. En raison de la quantité élevée de résidus générés et des préoccupations évidentes quant à l'impact environnemental et économique de ces résidus, le recyclage des matériaux résiduels est un enjeu de longue date dans l'industrie de l'acier inoxydable. La plupart des matériaux résiduels sont déjà recyclés, mais certains d'entre eux doivent encore être mis en décharge.

Les matériaux résiduels générés dans un processus de fabrication d'acier inoxydable peuvent être divisés en plusieurs catégories qui sont chacune collectées séparément. Le chargement des fondants de scorification dans les fours et les cuves est une condition préalable au processus de fabrication d'acier. Ils sont généralement ajoutés de manière à créer une couche de laitier flottant sur le bain de fusion afin de le protéger de l'oxydation. En outre, le laitier agit également comme une couverture thermique, réduisant les pertes de chaleur, et contribue à protéger le revêtement réfractaire. Enfin, le laitier est utilisé pour retirer les contaminants de l'acier inoxydable en fusion, comme les impuretés présentes dans la ferraille. Le laitier solide résultant est traité comme un matériau résiduel, qui peut par exemple être recyclé en récupérant la fraction métallique, c'est-à-dire la fraction d'acier inoxydable, et en convertissant la fraction non-métallique, c'est-à-dire la fraction minérale, en matériaux de construction de grande valeur. Les matériaux de construction comprennent par exemple des agrégats grossiers et fins, et des matériaux de charge encore plus fins, pour la production de béton ou d'asphalte. Les fines générées lors de la récupération de la fraction métallique et de la production des agrégats peuvent en outre être utilisées comme liants qui peuvent être durcis avec du dioxyde de carbone. Ces liants peuvent être utilisés pour remplacer le ciment.

Au lieu de provoquer des émissions de dioxyde de carbone, ils séquestrent le dioxyde de carbone.

-3- La température élevée des processus de fabrication d’acier inoxydable dans les différents fours conduit aussi inévitablement à la formation de fumées et à la génération de poussières entraînées par ces fumées. Pour limiter l'émission de telles poussières dans l'atmosphère, elles sont capturées dans des sacs filtrants. La poussière collectée dans les sacs filtrants est un matériau très fin. Cette poussière dite poussière de filtre contient beaucoup d'oxydes métalliques, comprenant principalement de l'oxyde de fer mais aussi de l'oxyde de chrome, de l'oxyde de zinc, de l'oxyde de nickel, de l'oxyde de manganèse et de l'oxyde d'aluminium. La poussière de filtre peut être recyclée dans le four à acier inoxydable où ces oxydes peuvent être réduits pour produire les métaux correspondants.

Des efforts ont donc été faits pour recycler les matériaux résiduels ou sous-produits susmentionnés. La plupart d'entre eux peuvent être recyclés efficacement. Cependant, il existe encore des matériaux résiduels générés lors de la production d'acier inoxydable qui ne peuvent pas être recyclés ou du moins pas dans une large mesure.

Un premier matériau résiduel comprend les matériaux de revêtement réfractaires démantelés. Bien que les fondants de scorification interviennent dans la protection des installations d’acier inoxydable, la température élevée et les contraintes mécaniques dans les fours et les cuves entraînent inévitablement l'usure de leurs revêtements réfractaires. Les revêtements réfractaires doivent donc être démantelés et remplacés périodiquement. Les plus gros fragments du revêtement réfractaire usé peuvent être réutilisés dans la production de nouvelles briques réfractaires, par exemple les fragments de plus de 60 mm. Les plus petits fragments, au contraire, ne peuvent pas être réutilisés pour fabriquer de nouvelles briques réfractaires. Comme ils sont contaminés par des métaux lourds tels que le chrome, le nickel et le molybdène, ils doivent actuellement être mis en décharge dans des conditions strictement contrôlées.

Dans une aciérie d’acier au carbone, où des fours à arc électrique (FAE) sont utilisés pour produire du fer directement réduit (DRI, acronyme des termes anglo-saxon « Directly Reduced Iron »), les matériaux réfractaires sont parfois recyclés en les réintroduisant comme fondants de scorification dans le FAE. On peut se référer par exemple à l'article « Recycling MgO-C refractory in the EAF of IMEXSA » de R. G. Lule et al. Il ressort clairement de cet article que la possibilité d'ajouter un matériau réfractaire au FAE dépend du fait que cela ne perturbe pas la chimie du laitier. La basicité et la viscosité du laitier sont par exemple importantes pour

-4- les propriétés moussantes requises du laitier FAE. Lors de la production d'acier ordinaire, c'est- à-dire d'acier au carbone, le laitier FAE a une teneur élevée en oxyde de fer. Cela a non seulement un effet important sur la viscosité du laitier mais aussi sur le niveau de saturation de l'oxyde de magnésium dans le laitier. De plus, en raison de la teneur en carbone plus élevée de l'acier au carbone par rapport à l'acier inoxydable, des quantités plus importantes de carbone et d'oxygène peuvent être utilisées dans les fours à acier au carbone par rapport aux fours à acier inoxydable, ce qui génère plus de chaleur et permet d'utiliser des fondants de scorification ayant une teneur en carbone plus élevée.

La chimie du laitier FAE de l'acier inoxydable est sensiblement différente. Sa basicité est plus faible et, surtout, sa teneur en oxyde de fer est beaucoup plus faible. Une différence importante entre les réfractaires usés provenant de la production d'acier au carbone et les réfractaires usés provenant de la production d'acier inoxydable est que ces derniers contiennent de l'oxyde de chrome, en particulier quelques pour cent d'oxyde de chrome, alors que les réfractaires usés provenant de la production d'acier au carbone sont exempts de chrome (à l'exception des briques réfractaires qui seraient à base de chrome). En plus d'au moins 10 % en poids de chrome, l'acier inoxydable peut également contenir du nickel et du molybdène ainsi que d'autres métaux lourds toxiques. En raison de la présence de ces métaux lourds dans les réfractaires usés des cuves de fabrication d'acier inoxydable, ces réfractaires usés ne peuvent pas être recyclés dans un FAE d'une aciérie d’acier au carbone.

Dans la pratique, une grande partie des réfractaires usés produits dans les usines d’acier inoxydable doit donc être mise en décharge.

Un autre matériau résiduel, généré en quantités encore plus importantes dans une aciérie d’acier inoxydable, est constitué par les matériaux particulaires qui arrivent sur le sol de l’aciérie et qui sont périodiquement rassemblées sous la forme d'un matériau résiduel particulaire mixte. Ce matériau résiduel mixte contient différents matériaux qui sont utilisés ou produits dans le processus de fabrication d’acier. Il peut comprendre par exemple différents fondants de scorification, différents matériaux de laitier, des particules d'acier inoxydable, des particules ou de la poussière de revêtements réfractaires, etc. Il peut être déversé sur le sol lors du soutirage de l'acier liquide ou du laitier liquide dans une poche ou lors de l'écumage du laitier liquide d'une poche. Les fondants de scorification peuvent également être rejetés hors du four ou de la poche de coulée lors du chargement des fondants de scorification dans le four

-5- ou la poche, chauds et ouverts. Le démantèlement des fours et des poches génère également une grande quantité de poussière qui peut arriver sur le sol avec les fines réfractaires laissées sur le sol lors de l'enlèvement du revêtement réfractaire démantelé au moyen d'un bulldozer. Ce matériau résiduel mixte balayé doit actuellement encore être mis en décharge. Il contient en effet également des métaux lourds, de sorte qu'il ne peut pas, par exemple, être utilisé comme conditionneur de sol.

Un objet de la présente invention est donc de fournir un nouveau procédé qui permet de recycler le matériau résiduel généré dans une aciérie d’acier inoxydable qui comprend le matériau résiduel mixte particulaire recueilli sur le sol de l’aciérie d’acier inoxydable et/ou la fraction plus fine d’agrégats des réfractaires démantelés.

À cette fin, le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce que ledit matériau résiduel comprend ledit matériau résiduel mixte particulaire, ladite fraction d’agrégats ou un mélange de ceux-ci et sont agglomérés en morceaux plus gros ; et lesdits morceaux plus gros sont introduits comme l'un desdits fondants de scorification FAE dans ledit four à arc électrique.

Conformément à la présente invention, il a été constaté que la fraction non- métallique du matériau résiduel mixte particulaire collecté sur le sol de l'aciérie d'acier inoxydable a une teneur en dioxyde de silicium qui est beaucoup plus faible que la teneur en silicium des différents laitiers d'acier inoxydable. En outre, il présente une teneur relativement élevée en oxyde de magnésium et une teneur élevée en oxyde de calcium. Il a été constaté que, grâce à ces propriétés, il pouvait être utilisé pour remplacer au moins une partie de la dolomie (mélange d'oxyde de calcium et d'oxyde de magnésium) qui est aujourd'hui utilisée comme l'un des fondants de scorification FAE. De cette façon, on peut économiser des coûts importants pour la mise en décharge du matériau résiduel mixte. Les ressources naturelles, en particulier la dolomite, peuvent également être économisées. Enfin, les émissions de dioxyde de carbone causées par la combustion nécessaire de la dolomite peuvent être réduites.

Il a également été constaté que la fraction fine d’agrégats des revêtements réfractaires démantelés peut également être utilisée comme l'un des fondants de scorification FAE, à condition qu'elle soit agglomérée en morceaux plus gros. Dans le FAE, ces morceaux se désagrègent à nouveau en particules fines d'agrégats qui, contrairement aux briques de revêtement réfractaire d'origine, peuvent être fondues ou dissoutes suffisamment rapidement

-6- dans le FAE. Cette fraction fine d’agrégats a également une teneur relativement élevée en magnésium, de sorte qu'elle peut également être utilisée pour remplacer au moins une partie de la dolomie qui est actuellement utilisée comme l'un des fondants de scorification FAE. Elle a également une faible teneur en dioxyde de silicium.

Une faible teneur en dioxyde de silicium semble être essentielle pour pouvoir utiliser le matériau résiduel mixte et le matériau réfractaire usé comme un fondant de scorification FAE. Au cours du processus de fabrication d’acier inoxydable, la teneur en silicium de l'acier fondu est réduite par oxydation du silicium et par la collecte du dioxyde de silicium produit dans le laitier. Dans un FAE, la basicité du laitier, c'est-à-dire le rapport CaO/SiO,, est un paramètre important qui doit être maintenu dans des limites étroites, par exemple en raison des propriétés moussantes requises du laitier FAE et afin de maintenir la quantité de laitier à un niveau minimum. On a cependant constaté que, en raison de la teneur relativement faible en dioxyde de silicium du matériau résiduel mixte et du matériau réfractaire usé, les deux matériaux peuvent être utilisés comme fondants de scorification FAE sans réduire la basicité du laitier liquide dans une trop large mesure. Plus la teneur en oxyde de calcium et de magnésium du matériau résiduel est élevée, moins il est nécessaire d'utiliser de la chaux vive et/ou de la dolomie comme fondant de scorification FAE, et plus le matériau résiduel peut être utilisé.

Dans le procédé selon la présente invention, le matériau résiduel est aggloméré en morceaux plus gros, c'est-à-dire en morceaux qui sont plus gros que les particules du matériau résiduel, de sorte que le matériau résiduel peut être chargé facilement, par exemple au moyen d'un convoyeur, dans le FAE. Des systèmes d'injection de poudre délicats et coûteux ne sont donc pas nécessaires et de grandes quantités de fondants de scorification peuvent être chargées facilement et rapidement dans le FAE.

Dans un premier mode de réalisation du procédé selon la présente invention, le matériau résiduel qui est aggloméré dans lesdits morceaux plus gros comprennent au moins une partie dudit matériau résiduel mixte particulaire.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le premier mode de réalisation, la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte a une teneur en dioxyde de silicium comprise entre 1,0 et 25,0 % en poids, et de préférence une teneur en dioxyde de

-7- silicium qui est inférieure à 20,0 % en poids et plus préférablement inférieure à 15,0 % en poids ou même inférieure à 10,0 % en poids.

Ces teneurs en dioxyde de silicium sont inférieures à la teneur en dioxyde de silicium du laitier FAE à la fin du processus de fusion/affinage dans le FAE. La fraction non- métallique peut donc absorber du silicium oxydé supplémentaire provenant de l'acier inoxydable fondu. Plus la teneur en dioxyde de silicium de la fraction non-métallique est faible, plus la quantité de dolomie qui peut être remplacée par la fraction non-métallique est importante.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le premier mode de réalisation, la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte a une teneur en oxyde de magnésium supérieure à 5,0 % en poids, de préférence supérieure à 7,5 % en poids et plus préférablement supérieure à 10,0 % en poids.

L'oxyde de magnésium contenu dans le matériau résiduel mixte est un composé précieux, car l'oxyde de magnésium est nécessaire dans le FAE pour diminuer la dégradation du revêtement réfractaire. La teneur en oxyde de magnésium dans le laitier liquide doit être ajustée de préférence à une teneur comprise entre 10,0 et 12,0 % en poids.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le premier mode de réalisation, la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte a une teneur en oxyde de magnésium et en oxyde de calcium supérieure à 45,0 % en poids, de préférence supérieure à 50,0% en poids et plus préférablement supérieure à 55,0 % en poids.

L'oxyde de calcium est le principal composant du laitier dans un FAE. Il est essentiel de maintenir la basicité du laitier à un niveau suffisamment élevé. Le rapport CaO/Si0; du laitier de FAE doit notamment rester supérieur à 1,2. Une basicité aussi élevée du laitier est par exemple importante pour obtenir un bon moussage du laitier dans le FAE. L'oxyde de magnésium est également un composant basique du laitier qui a un effet sur la viscosité et donc sur le moussage de celui-ci.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le premier mode de réalisation, ledit matériau résiduel mixte a une valeur Dso inférieure à 4,0 mm, de préférence inférieure à 3,0 mm et plus préférablement inférieure à 2,0 mm.

-8- Une telle taille de particule plus petite permet de liquéfier rapidement le matériau résiduel mixte dans le FAE en le faisant fondre et/ou en le dissolvant dans un ou plusieurs des autres fondants de scorification.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le premier mode de réalisation, ledit matériau résiduel mixte a une valeur Dso (taille médiane des particules mesurée conformément à la norme ASTM D6913/D6913M-17) supérieure à 20 um, de préférence supérieure à 0,40 um et plus préférablement supérieure à 0,60 um.

Une taille de particule plus grande est avantageuse car le matériau est ainsi plus facile à manipuler lorsqu'on l'agglomère en morceaux plus gros. En outre, lorsqu'un liant est utilisé, sa quantité peut être réduite.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le premier mode de réalisation, la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte a une teneur en oxyde de fer inférieure à 20,0 % en poids, de préférence inférieure à 15,0 % en poids et plus préférablement inférieure à 12,5 % en poids.

Contrairement au laitier de FAE dans un processus de fabrication d'acier au carbone, le laitier liquide d'un FAE de fabrication d'acier inoxydable contient beaucoup moins d'oxyde de fer, en particulier tout au plus quelques pour cent. Le matériau résiduel mixte ne doit donc pas contenir d'oxyde de fer, ou seulement une quantité relativement faible, d'autant plus que l'oxyde de fer diminue la viscosité de scorie et modifie donc ses propriétés moussantes. Une plus grande quantité d'oxyde de fer augmente également la quantité de laitier et donc aussi la quantité d'énergie nécessaire pour faire fondre les matériaux de laitier.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le premier mode de réalisation, la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte a une teneur en oxyde de chrome supérieure à 1,0 % en poids, de préférence supérieure à 2,0 % en poids.

La teneur en oxyde de chrome est une indication claire que le matériau résiduel mixte est produit dans un processus de fabrication d'acier inoxydable. Le matériau résiduel mixte ayant une telle teneur en oxyde de chrome est très polluant et est donc de préférence recyclé selon le procédé selon la présente invention. En outre, une partie de l'oxyde de chrome peut être réduite à nouveau dans le FAE, notamment lors de l'ajout de silicium métallique, tel que le ferrosilicium, dans le FAE.

-9- Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le premier mode de réalisation, au moins une partie de ladite fraction métallique est retirée du matériau résiduel mixte, de préférence après avoir broyé le matériau résiduel mixte.

En retirant la fraction métallique, la composition du matériau résiduel mixte devient plus uniforme car elle ne dépend plus de leur teneur en métal. En outre, la fraction métallique peut être réutilisée telle quelle dans le FAE, de sorte que la quantité de ferrailles introduites dans le FAE, et surtout sa composition, peut également être contrôlée plus facilement. La fraction métallique est de préférence retirée de la fraction de matériau résiduel mixte après avoir broyé le matériau résiduel mixte. De cette façon, des morceaux ou des particules métalliques plus nombreux et plus propres peuvent être retirés du matériau résiduel mixte.

Dans un deuxième mode de réalisation du procédé selon la présente invention, ou selon ledit premier mode de réalisation de celui-ci, ledit matériau résiduel comprend au moins une partie de ladite fraction d’agrégats des revêtements réfractaires démantelés.

Dans ce deuxième mode de réalisation, la au moins une partie de la fraction d’agrégats des revêtements réfractaires démantelés est recyclée éventuellement en combinaison avec le matériau résiduel mixte.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le deuxième mode de réalisation, ladite fraction d’agrégats est maintenue sèche avant d'être mélangée au matériau résiduel mixte.

En maintenant le matériau réfractaire sec, il ne s'hydratera pas. Le matériau nécessitera donc moins d'énergie pour être fondu dans le FAE puisque la déshydratation des hydrates nécessite une énergie supplémentaire.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le deuxième mode de réalisation, au moins ladite partie de la fraction d’agrégats est désintégrée en la traitant avec de l'eau avant de l'agglomérer en lesdits morceaux plus gros. De préférence, ladite fraction d’agrégats contient un matériau de revêtement réfractaire à base d'oxyde de magnésium - oxyde de calcium.

Il a été constaté que le matériau de revêtement réfractaire peut gonfler lorsqu'il est mis en contact avec de l'eau et peut se désagréger en particules relativement petites, en particulier en particules inférieures à 2,0 mm, ou même en particules inférieures à 1,0 mm.

-10- Cela s'est avéré être particulièrement le cas pour les matériaux de revêtement réfractaires à base d'oxyde de magnésium - oxyde de calcium. Dans ce mode de réalisation, une taille de particule plus petite peut donc être obtenue sans avoir à broyer le matériau, mais un peu plus d'énergie est nécessaire dans le FAE pour décomposer les hydrates produits.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le deuxième mode de réalisation, ladite fraction d’agrégats est concassée ou broyée avant de l'agglomérer en lesdits morceaux plus gros.

La réduction de la taille de particules de la fraction d’agrégats permet de recycler davantage de particules métalliques à partir de cette fraction d’agrégats. De plus, la fraction d’agrégats peut être agglomérée plus facilement en lesdits morceaux plus gros.

Dans un troisième mode de réalisation du procédé selon la présente invention, ou selon ledit premier ou ledit deuxième mode de réalisation de celui-ci, le matériau résiduel qui est aggloméré en lesdits morceaux plus gros comprennent un mélange dudit matériau résiduel particulaire et de ladite fraction d’agrégats des revêtements réfractaires démantelés.

La fraction d’agrégats des revêtements réfractaires démantelés a une composition chimique différente de celle du matériau résiduel mixte. Elle contient souvent plus d'oxyde de magnésium et moins de dioxyde de silicium. Le fait de mélanger une partie de la fraction d’agrégats réfractaires avec le matériau résiduel mixte permet donc d'augmenter la teneur en magnésium et de diminuer la teneur en dioxyde de silicium du mélange.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon le troisième mode de réalisation, la fraction d’agrégats contenue dans ledit mélange a une teneur en oxyde de magnésium plus importante que la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte qui y est contenue.

La plus grande teneur en oxyde de magnésium de l'agrégat réfractaire permet d'augmenter la teneur en magnésium du mélange de sorte qu'une plus grande partie de la dolomie peut être remplacée par ce mélange recyclé.

De préférence, les revêtements réfractaires démantelés sont collectés en différents groupes ayant des teneurs en oxyde de magnésium différentes, la fraction d’agrégats contenue dans ledit mélange étant prélevée au moins d’un groupe de revêtements réfractaires qui a une teneur en oxyde de magnésium plus élevée que la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte contenu dans ledit mélange.

- 11 - Dans un mode de réalisation du procédé selon la présente invention, ou selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, après avoir été agrégés dans lesdits morceaux plus gros, ledit matériau résiduel a une valeur Dso inférieure à 4,0 mm, de préférence inférieure à 3,0 mm et plus préférablement inférieure à 2,0 mm.

Une telle taille de particules plus petites permet de liquéfier rapidement le matériau résiduel dans le FAE en les faisant fondre et/ou en les dissolvant dans un ou plusieurs des autres fondants de scorification.

Dans un mode de réalisation du procédé selon la présente invention, ou selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, ledit matériau résiduel est mélangé avec un liant avant de l’agglomérer en lesdits morceaux plus gros. De préférence, ledit liant comprend du ciment, de l'amidon et/ou une combinaison de mélasse avec de la chaux.

L'utilisation d'un liant permet de produire des morceaux de plus grande taille suffisamment résistants sans avoir à broyer les différents matériaux qu'ils contiennent pour obtenir une petite taille de particules et sans avoir à appliquer une pression de compactage relativement élevée sur les morceaux. Ces morceaux peuvent ainsi être réalisés facilement par un processus de granulation, par exemple dans un bac de granulation. Le liant comprend de préférence de l'amidon et/ou de la mélasse car, contrairement au ciment, ces liants ne contiennent pas de silicates (dioxyde de silicium). Un autre avantage de l'utilisation de mélasse et d'amidon est qu'ils produisent de la chaleur lorsque de l'oxygène est insufflé dans le FAE.

L'amidon est de préférence utilisé en une quantité de 3 à 8 % en poids (en poids sec), par rapport au poids total du mélange (morceaux).

Dans un mode de réalisation du procédé selon la présente invention, ou selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, ledit matériau résiduel est aggloméré dans lesdits morceaux plus gros sans y ajouter de liant.

Un avantage de ne pas utiliser un liant est qu'aucun autre matériau indésirable n'est ajouté au FAE, comme le ciment qui introduit des silicates (dioxyde de silicium) dans le FAE ou des liants organiques qui introduisent du carbone dans le FAE, ce qui peut ainsi augmenter la teneur en carbone de l'acier inoxydable.

De préférence, après avoir été agrégés en morceaux plus gros, ledit matériau résiduel a une valeur Dso inférieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 0,25 mm, plus préférablement inférieure à 0,125 mm et plus préférablement inférieure à 0,063 mm.

-12- On a constaté qu'en utilisant un matériau résiduel qui a été broyé à une taille de particule plus fine, il est plus facile de presser le matériau en morceaux suffisamment solides sans avoir à utiliser un liant. En outre, une taille de particule plus petite augmente la vitesse de fusion ou de dissolution des particules réfractaires dans le FAE. Plus vite le matériau résiduel est liquéfié dans le FAE, plus vite le métal est recouvert de laitier liquide et plus vite le revêtement réfractaire est protégé contre les arcs électriques produits dans le FAE.

De préférence, ledit matériau résiduel est broyé par voie humide avant d'être aggloméré en morceaux plus gros.

Le broyage humide est une technique efficace pour produire un matériau fin. Le matériau peut être broyé assez finement et permet de récupérer plus de particules métalliques à partir du matériau broyé.

De préférence, lors de l'agglomération dudit matériau résiduel, la teneur en humidité est d'au moins 2,0 % en poids, de préférence d'au moins 4,0 % en poids, plus préférablement d'au moins 6,0 % en poids et encore plus préférablement d'au moins 8,0 % en poids.

De telles teneurs en humidité permettent d'agglomérer le matériau résiduel en morceaux plus solides sans avoir à utiliser de liant.

Après avoir aggloméré le matériau résiduel en morceaux plus gros, les morceaux plus gros sont de préférence séchés.

Il a été constaté qu'en séchant les plus gros morceaux, la résistance à la compression des morceaux augmente encore. En outre, une quantité moindre d'eau doit être évaporée dans le FAE, de sorte qu'une quantité moindre d'énergie doit être fournie au FAE.

Lorsqu'ils sont introduits dans le four à arc électrique, lesdits morceaux plus gros ont de préférence une teneur en humidité inférieure à 5,0 % en poids, de préférence inférieure à 4,0 % en poids et plus préférablement inférieure à 3,0 % en poids.

Dans un mode de réalisation du procédé selon la présente invention, ou selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, lesdits Morceaux plus gros sont réalisés par granulation.

La granulation des gros morceaux permet de les produire assez facilement et à moindre coût. Il n'est pas nécessaire d'exercer des pressions de compactage élevées sur les morceaux et ceux-ci peuvent être produits à une vitesse relativement élevée.

- 13 -- Dans un autre mode de réalisation du procédé selon la présente invention, ou selon l'Un quelconque des modes de réalisation précédents, lesdits morceaux plus gros sont fabriqués par briquetage.

Un avantage du processus de briquetage est que, grâce aux pressions de compactage plus élevées qui peuvent être appliquées pour produire les morceaux plus gros, il est nécessaire d'utiliser moins ou pas de liant, surtout lorsque le matériau à briqueter a une granulométrie suffisamment fine. Il n'est donc pas nécessaire d'introduire du carbone ou des silicates dans le FAE via un quelconque liant.

De préférence, lesdits gros morceaux sont briquetés avec une pression de compactage d'au moins 3,0 MPa, de préférence d'au moins 4,0 MPa et plus préférablement d'au moins 5,0 MPa, ladite pression de compactage étant de préférence inférieure à 10,0 MPa, plus préférablement inférieure à 9,0 MPa.

Il a été constaté qu'avec de telles pressions de compactage, les morceaux les plus solides peuvent être produits.

Dans un mode de réalisation du procédé selon la présente invention, ou selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, les différentes fractions dans lesquelles les revêtements réfractaires démantelés sont séparés comprennent une fraction d’agrégats supplémentaire qui est plus grossière que ladite fraction d’agrégats, au moins une partie de ladite fraction d’agrégats supplémentaire étant introduite comme l'un desdits fondants de scorification FAE dans ledit four à arc électrique.

La fraction d’agrégats réfractaire plus grossière n'a pas besoin d'être agglomérée en morceaux plus gros mais peut être recyclée telle quelle dans le FAE. On a constaté que, malgré la nature réfractaire de cette fraction d’agrégats plus grossière, elle se liquéfie pratiquement entièrement dans le FAE dans le temps requis pour produire l'acier inoxydable liquide, c'est-à- dire généralement en une heure ou moins. Cela peut être dû au fait que, contrairement à la fraction de briques réfractaires, qui comprend des morceaux encore plus gros de matériau réfractaire, la fraction d’agrégats réfractaires plus grossière comprend du matériau réfractaire détérioré qui ne possède plus les propriétés réfractaires requises et qui n'est donc pas adapté pour être réutilisé dans la fabrication de nouvelles briques réfractaires.

De préférence, ladite fraction d’agrégats supplémentaire a une taille de particule supérieure à 5,0 mm, de préférence supérieure à 7,5 mm et plus préférablement supérieure à

-14- 10,0 mm, mais inférieure à 100,0 mm, de préférence inférieure à 80,0 mm et plus préférablement inférieure à 60,0 mm.

Il a donc été constaté que cette autre fraction d’agrégats, tamisée à partir du matériau de revêtement réfractaire tel que produit par l'étape de démantèlement, est liquéfiée suffisamment rapidement dans le FAE, malgré la taille relativement grande des particules de cette autre fraction d’agrégats.

D'autres avantages et particularités de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de certains modes de réalisation particuliers du procédé de recyclage de matériaux résiduels générés dans un processus de fabrication d'acier inoxydable dans une aciérie d’acier inoxydable, selon l'invention. Cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple et ne vise pas à limiter la portée de l'invention. Les numéros de référence utilisés dans la description se rapportent aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un diagramme schématique d'un exemple de fonctionnement d'une aciérie d’acier inoxydable générant du matériau résiduel pouvant être recyclé conformément à la présente invention.

Dans le présent texte, les termes pourcentage (%) et pourcentage en poids (% en poids) font référence au pourcentage en poids sec, sauf indication contraire.

La présente invention concerne en général un procédé de recyclage de matériau résiduel généré par un processus de fabrication d'acier inoxydable dans une aciérie d’acier inoxydable. Le fonctionnement d'un exemple d'une telle aciérie d’acier inoxydable est illustré schématiquement à la figure 1.

L'aciérie d’acier inoxydable comprend un ou plusieurs fours à arc électrique 1 (FAE) qui ont un fond, une paroi et un couvercle amovible. Pour démarrer la production de l'acier inoxydable, le couvercle amovible est retiré du FAE et une quantité de ferrailles d'acier inoxydable est introduite au moyen d'un pont de déchargement à partir d'une trémie de ferrailles 2 dans le FAE. Des éléments d'alliage sont également chargés dans le FAE. La première charge de ferrailles est fondue au moyen d'arcs électriques produits par les électrodes dans le FAE et le couvercle amovible est à nouveau retiré pour charger d'autres ferrailles dans le FAE. Le fond, la paroi et le couvercle amovible du FAE sont tous pourvus d'un revêtement réfractaire construit in situ en briques réfractaires. Pour protéger le revêtement réfractaire contre les arcs électriques et isoler l'acier inoxydable en fusion, une couche de

-15- laitier fondu est formée au-dessus de l'acier en fusion. Le laitier fondu doit avoir une certaine viscosité afin de pouvoir être transformé en mousse par l'oxyde de carbone produit par la réaction entre le carbone encore contenu dans l'acier liquide ou ajouté au four et l'oxygène qui y est soufflé. Les fondants de scorification FAE sont chargés dans le FAE ouvert à partir d'un ou de plusieurs silos 3 au moyen d'un ou de plusieurs convoyeurs à bande 4. En raison des forts courants d'air convectif au-dessus du FAE ouvert, les fondants de scorification doivent être constitués de morceaux plus gros. Ils peuvent par exemple être granulaires ou sous forme de briquettes. Lors du chargement des fondants de scorification dans le FAE et pendant le processus de fabrication d’acier dans le FAE, une partie des fondants de scorification et du laitier liquide sont projetés hors du FAE et arrivent autour et en dessous du FAE sur le sol de l’aciérie.

Dans et au-dessus du FAE, l'air est aspiré au moyen de ventilateurs. Les poussières ainsi évacuées sont collectées dans des filtres. La poussière générée dans le FAE et par exemple, lors du chargement des ferrailles et des fondants de scorification dans le FAE, est ainsi capturée. Cette poussière contient beaucoup de métaux et d'oxydes métalliques qui peuvent être réduits pour recycler les métaux contenus dans la poussière.

L'acier inoxydable produit dans les FAE est soutiré dans des poches de transfert 5. Le laitier liquide présent au-dessus de l'acier en fusion est ensuite déversé hors du FAE dans l'une des cuves à laitier 6. Une partie du laitier liquide arrive également dans la poche de transfert 5. Une partie est écumée ou versée de la poche de transfert 5 dans une benne qui est vidée dans une autre des cuves à laitier 6. Au cours de ces manipulations du laitier liquide, une partie de celui-ci est à nouveau déversée sur le sol de l’aciérie.

L'acier en fusion est ensuite transporté au moyen de la poche de transfert 5 vers une cuve d'affinage 7. Il peut s'agir d'un four VOD (four de « décarburation à l'oxygène sous vide », VOD étant l’acronyme des termes anglo-saxon « Vacuum Oxygen Decarburization), qui consiste principalement en un couvercle placé sur la poche de transfert, mais dans la pratique, la cuve d'affinage est aujourd'hui le plus souvent un four AOD (four de « décarburation à l'oxygène sous argon », AOD étant l’acronyme des termes anglo-saxon « Argon Oxygen Decarburization »). Le four AOD 7 est constitué d'une cuve extérieure dans laquelle se trouve un revêtement réfractaire, constitué de briques réfractaires. Le revêtement réfractaire forme

-16- une cuve intérieure qui est construite à l'extérieur du four AOD 7 et qui est positionnée, dans son ensemble, dans la cuve extérieure.

Outre l'acier en fusion, des fondants de scorification OD et des éléments d'alliage supplémentaires sont chargés dans le four AOD 7. Cette opération s'effectue à nouveau au moyen de convoyeurs à bandes 8 à partir de silos 9. Le laitier du four AOD 7 n'est pas un laitier moussant. Il est uniquement destiné à absorber les impuretés de l'acier en fusion et à isoler l'acier en fusion. La basicité du laitier, c'est-à-dire le rapport CaO/SiO2, du laitier AOD est généralement beaucoup plus élevée que la basicité du laitier de FAE, par exemple environ 1,6 à 1,7 au lieu de 1,2 à 1,3 pour le laitier FAE. Dans le four AOD, la composition de l'acier en fusion est encore ajustée et sa teneur en carbone est encore réduite. La chaleur est générée par l'oxydation du carbone contenu dans l'acier en fusion. Du ferrosilicium peut être ajouté pour réduire des éléments tels que le chrome, de sorte qu'une quantité moindre d'oxyde de chrome est perdue par le biais du matériau de laitier.

Le laitier liquide est d'abord soutiré du four AOD, en le faisant basculer, dans l'une des cuves à laitier 6. Ensuite, l'acier en fusion est soutiré du four AOD, en le faisant à nouveau basculer, dans l'une des poches de coulée 10. Lors du chargement des fondants de scorification dans le AOD et également pendant le processus de fabrication d’acier dans le AOD, le soutirage du laitier liquide et le soutirage de l'acier en fusion, une partie du laitier et des fondants de scorification ainsi que de l'acier en fusion arrive autour et en dessous du AOD sur le sol de l’aciérie.

La poche de coulée 10 est transportée vers un poste de finition 11 où des éléments d'alliage supplémentaires sont ajoutés à la poche de coulée 10 pour obtenir la composition finale de l'acier inoxydable. Des fondants de scorification sont également ajoutés pour retirer les dernières impuretés. Si la composition de l'acier en fusion n'est pas correcte, la poche de coulée 10 peut être renvoyée dans le four AOD 7 pour retraiter l'acier liquide. Après l'étape d'affinage dans le poste de finition 11, le laitier de la poche est retiré du haut des poches de coulée 10 et versé dans l'une des cuves à laitier 6. Le laitier de la poche a également une basicité relativement élevée. C'est également à ce stade du processus de production de l'acier inoxydable, réalisé au moyen de la poche de coulée 10, que des matériaux résiduels et de l'acier liquide sont déversés sur le sol de l’aciérie.

-17- La poche de coulée est ensuite transportée vers la section de coulée continue de l'acier 13 où l'acier liquide est versé de la poche de coulée 10 dans un répartiteur de coulée 12. Le répartiteur de coulée 12 possède une ou plusieurs sorties par lesquelles l'acier en fusion s'écoule dans la machine de coulée où l'acier liquide est solidifié sous la forme de grandes brames d'acier inoxydable.

Les FAE 1, le four AOD 7, les poches de transfert 5, les poches de coulée 10 et le répartiteur de coulée 12 sont tous équipés de revêtements réfractaires qui doivent être remplacés de temps en temps, par exemple tous les quelques mois. Le démantèlement des revêtements réfractaires est effectué dans l’aciérie au moyen de marteaux de démolition. Les revêtements réfractaires détruits sont enlevés à l'aide d'un bulldozer. La fraction fine et la poussière sont laissées sur le sol de l’aciérie et sont balayées ensemble lors du nettoyage du sol. Le matériau résiduel mixte particulaire qui est périodiquement collecté sur le sol de l’aciérie comprend donc toute une série de matériaux comprenant des fondants de scorification, des matériaux de laitier, des particules d'acier inoxydable et des matériaux réfractaires usés.

Dans l’aciérie décrite en référence à la figure 1, le principal sous-produit généré est le laitier d'acier. Ce matériau peut être entièrement recyclé comme agrégat de construction et comme liant carbonatable pour la production de matériaux en pierre artificielle.

Les matériaux résiduels plus problématiques sont les matériaux de revêtement réfractaire produits par le démantèlement des revêtements réfractaires et le matériau résiduel mixte particulaire qui est collecté périodiquement sur le sol de l’aciérie. Pour 10 000 tonnes de scories d'acier, l’aciérie produit environ 550 tonnes de matériau de revêtement réfractaire usés et environ 430 tonnes de matériau résiduel mixte.

Les plus gros morceaux du matériau de revêtement réfractaire, en particulier la fraction de briques réfractaires contenant des morceaux de plus de 60 mm, peuvent être réutilisés pour produire de nouvelles briques réfractaires. Ils peuvent être récupérés manuellement à partir de cette fraction plus grande du matériau de revêtement réfractaire. Elles doivent être triées car les briques réfractaires sont de compositions différentes. Cela peut être fait manuellement en se basant sur l'aspect visuel/la couleur des morceaux réfractaires.

Un premier type de briques réfractaires est à base de MgO-CaO. Elles comprennent des briques de dolomite trempées contenant environ 40 % en poids de MgO, environ 60 % en

-18- poids de CaO et environ 2 % en poids de C et des briques de dolomite cuites qui contiennent de 65 % en poids à 73 % en poids de MgO et de 20 à 32 % en poids de CaO. Le four AOD est entièrement revêtu de ces briques réfractaires.

Un deuxième type de briques réfractaires est à base d’Al:O3, un troisième type de briques réfractaires est à base de MgO (MgO-C ou MgO fritté) et un quatrième type de briques réfractaires est à base de SiO2.

Afin de réduire la dégradation du revêtement réfractaire du FAE, le laitier liquide du FAE doit contenir environ 10 à 12 % en poids de MgO. Une partie du matériau de revêtement réfractaire démantelé peut être utilisée comme fondants de scorification FAE, en particulier pour remplacer au moins une partie de la dolomie utilisée pour fournir le MgO dans le laitier FAE.

Après avoir retiré les morceaux de matériau de revêtement réfractaire qui peuvent être réutilisés pour produire de nouvelles briques réfractaires, c'est-à-dire la fraction de briques réfractaires, il reste un agrégat. Cet agrégat a, par exemple, une taille de particule allant jusqu'à 60 mm. La qualité de cet agrégat n'est pas assez bonne pour utiliser cette fraction également pour la production de nouvelles briques réfractaires. Il a une résistance et une densité plus faibles et une porosité plus élevée que le matériau réfractaire vierge.

Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon la présente invention, l'agrégat qui reste après avoir récupéré la fraction de brique réfractaire est séparé en une fraction d'agrégats et en une autre fraction qui est plus grossière que la fraction d'agrégats. La fraction supplémentaire comprend par exemple des particules/Morceaux plus gros que 10 mm, en particulier de 10 à 60 mm, tandis que la fraction d’agrégats comprend des particules/morceaux plus petits que 10 mm, en particulier de 0 à 10 mm. Lorsque l'on indique des plages de tailles de particules dans la présente description et dans les revendications, on se réfère à des tailles de tamis, ce qui signifie que la plupart des particules/morceaux se situent dans la plage de tailles de particules indiquée, en particulier au moins 90 % en volume ou même au moins 95 % en volume de celles-ci, mais que certaines particules plus grandes et surtout plus petites peuvent encore être présentes.

Au moins une partie de la fraction supplémentaire plus grossière est de préférence réutilisée comme fondant de scorification FAE. En raison de la taille plus grande de particule, elle peut être transférée dans l'un des silos 3 et chargée au moyen de l'un des convoyeurs à

- 19- bandes 4 dans le FAE 1. Il a été constaté que, nonobstant le fait que le matériau réfractaire vierge ne se dissout que très lentement dans le laitier d'acier fondu, cette fraction quelque peu dégradée des réfractaires usés se dissout pratiquement complètement dans le laitier fondu de FAE dans le temps, inférieur à une heure, nécessaire pour produire l'acier inoxydable dans le FAE.

En pratique, la quantité de la fraction plus grossière qui peut être ajoutée au FAE est limitée.

Une petite quantité peut être dissoute dans le laitier liquide de FAE, mais des quantités plus importantes posent des problèmes.

La quantité restante de la fraction plus grossière est de préférence broyée en un matériau plus fin qui peut être ajouté à la fraction d’agrégats, en particulier à la fraction d’agrégats de O à 10 mm.

Cette fraction plus fine d’agrégats réfractaires usés, c'est-à-dire des revêtements réfractaires démantelés, se dissout ou fond encore plus rapidement dans le laitier liquide de FAE.

Afin de pouvoir réutiliser cette fraction plus fine d’agrégats comme fondant de scorification FAE, elle est agglomérée en plus gros morceaux.

Cette fraction d’agrégats peut être maintenue sèche avant d'être agglomérée en plus gros morceaux.

De cette façon, il ne se forme pas d'hydrates dans la fraction d’agrégats, ce qui permet de réduire la perte d'énergie dans le FAE pour déshydrater la fraction d’agrégats.

D'autre part, il a été constaté que la fraction d’agrégats peut également être désintégrée en la traitant avec de l'eau de sorte qu'elle gonfle par la formation d'hydrates.

Cela s'est avéré être particulièrement le cas lorsque la fraction d’agrégats contient un matériau de revêtement réfractaire usé à base de MgO-CaO, par exemple le matériau de revêtement réfractaire provenant du AOD.

Il a été constaté que la fraction 0-10 mm des réfractaires usés provenant du couvercle/cône du AOD s'est désintégrée en particules entre O et 2 mm (Dso était compris entre 0,1 et 0,2 mm), la fraction 0-10 mm des réfractaires usés provenant de la paroi du AOD s'est désintégrée en particules entre 0 et 6 mm (Ds, était égal à environ 0,6 mm) et la fraction 0-10 mm des réfractaires usés provenant du fond du AOD s'est désintégrée en particules entre 0 et 7 mm (Ds, était égal à environ 1,0 mm). Puisque le couvercle du AOD est composé de matériaux réfractaires en dolomite trempée, il semble que les réfractaires MgO- CaO-C usés étaient les plus aptes à être désintégrés en un matériau fin au moyen d'eau.

L'agrégat réfractaire usé est de préférence concassé ou broyé avant d'être aggloméré en morceaux plus gros, en particulier lorsqu'il n'a pas été traité à l'eau.

Même après avoir été désintégré avec de l'eau, il peut être broyé davantage pour obtenir une taille de

- 20 - particule plus petite. Plus la taille des particules est petite, plus le matériau réfractaire peut être liquéfié/dissous rapidement dans le FAE. Après avoir été agrégé en morceaux plus gros, le matériau réfractaire usé a de préférence une valeur Dso inférieure à 4,0 mm, de préférence inférieure à 3,0 mm et plus préférablement inférieure à 2,0 mm.

La fraction fine d’agrégats réfractaires usés peut être agglomérée en morceaux plus gros sans y ajouter de liant. Dans ce cas, la fraction fine doit de préférence avoir une valeur Dso inférieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 0,25 mm, plus préférablement inférieure à 0,125 mm et encore plus préférablement inférieure à 0,063 mm. De telles particules peuvent être extraites de la fraction fine d’agrégats par tamisage ou la fraction fine d’agrégats peut être broyée jusqu'à l'obtention de cette petite taille de particule. La technique de broyage la plus efficace est une technique de broyage humide. Un avantage de cette technique est que les particules ne sont pas seulement broyées suffisamment finement, mais qu'elles ont également absorbé une certaine quantité d'eau. Il a été constaté que les particules doivent avoir une teneur en eau minimale afin de pouvoir produire des morceaux plus gros et suffisamment solides sans devoir utiliser un liant. La fraction qui est agglomérée doit de préférence avoir une teneur en humidité d'au moins 2,0 % en poids, de préférence d'au moins 4,0 % en poids, préférablement d'au moins 6,0 % en poids et plus préférablement d'au moins 8,0 % en poids.

Des essais ont été réalisés avec la fraction 0-10 mm telle quelle, dont la teneur en humidité est de 2,4 à 2,8 %, et avec la fraction 0-2 mm qui a été tamisée à partir de la fraction 0-10 mm et dont la teneur en humidité est de 3,9 %. Lorsque ces fractions ont été compactées/briquetées sous une pression relativement élevée, les briquettes obtenues étaient suffisamment solides pour être introduites dans le FAE via l'un des silos 3 et l'un des convoyeurs à bandes 4. Elles ont été soumises à un test de chute dans lequel respectivement 96% et 76% des briquettes sont restées intactes.

Des essais ont également été réalisés pour fabriquer des briquettes avec un liant. Comme liant, on a utilisé de l'amidon à 4 % et de l'eau à 4 %, de l'amidon à 5 % et de l'eau à 4 %, de l'amidon à 6 % et de l'eau à 4 %, de l'amidon à 6 % et de l'eau à 6 %, et de l'amidon à 6 % et de l'eau à 1 %. Un matériau supplémentaire a été utilisé, à savoir la fraction 0-10 mm broyée à une taille de particule de 0 à 0,5 mm. Cette fraction avait une teneur en humidité de 0,3 %. Pour la fraction 0-10 mm, une quantité d'amidon de 6% a donné les meilleurs résultats et pour

- 91 - la fraction 0-2 mm, une quantité d'amidon de 4%. La fraction 0-0,5 mm a été compactée sous une pression deux fois plus élevée et a donné, avec 4% d'amidon et 2%, des briquettes qui avaient la plus grande résistance contre la fissuration dans le test de chute.

Au lieu d'un amidon comme liant, d'autres liants pourraient être utilisés, par exemple du ciment ou une combinaison de mélasse et de chaux. Le ciment est de préférence un ciment à durcissement rapide, en particulier un ciment d'aluminium.

En particulier lorsqu'un liant est utilisé, il n'est pas nécessaire que les gros morceaux soient fabriqués par un processus de compactage, notamment par un processus de briquetage, mais ils peuvent également être fabriqués par un processus de granulation, par exemple dans un bac de granulation ou dans un mélangeur de granulation.

Comme décrit ci-dessus, un autre matériau résiduel, produit en plus grande quantité, est le matériau résiduel mixte particulaire qui est collecté sur le sol de l’aciérie. Ce matériau résiduel a une taille de particule généralement inférieure à 10 mm. Il comprend une fraction métallique et une fraction non-métallique. La composition chimique de la fraction _non-métallique peut varier dans une mesure relativement importante.

En pratique, le matériau résiduel mixte est mélangé aux réfractaires usés et une fraction fine mixte, en particulier une fraction de 0 à 10 mm, peut être tamisée. Ce mélange présente par exemple les compositions chimiques, mesurées sur cinq mois consécutifs, comme indiquées dans le Tableau 1.

Tableau 1 : Composition chimique de la fraction non-métallique mixte du matériau résiduel mixte particulaire collecté sur le sol de l’aciérie d’acier inoxydable et de la fraction fine des réfractaires usés [Moi | 339 | 22 | 168 | 85 | 6 | + | 15 | wos2 | 346 | 265 | 126 | 84 | 51 | 44 | 181; | Mois3 | 342 | 229 | 113 | 88 | 99 | 8 | 15 | woss | 341 | 22 | 122 | 85 | a | 81 | 14;

-99- Ce matériau résiduel mixte contient beaucoup d'oxyde de chrome et constitue donc un matériau résiduel dangereux qui doit être mise en décharge dans des conditions contrôlées. Il est cependant très adapté à une utilisation dans le procédé selon la présente invention car il contient une quantité relativement élevée de CaO et de MgO. D'autre part, sa teneur en SiO, est relativement faible ou, en d'autres termes, sa basicité est relativement élevée, de sorte que, lorsqu'il est utilisé comme fondant de scorification FAE, il peut absorber une bonne partie du silicium qui a été oxydé dans l'acier inoxydable en fusion dans le FAE. Le carbone présent dans le matériau peut être facilement oxydé et peut ainsi fournir de l'énergie supplémentaire dans le FAE et contribuer au moussage du laitier liquide par l'oxyde de carbone produit. S'il est réduit, l'oxyde de chrome peut également être au moins partiellement récupéré dans l'acier inoxydable en fusion.

Il est possible de retirer d'abord une partie de la fraction métallique du matériau résiduel mixte, mais ce n'est pas nécessaire. La fraction métallique peut en effet être réintroduite dans le FAE avec la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte. Elle _ fondra dans le FAE et arrivera ainsi dans l'acier en fusion. La granulométrie moyenne de neuf échantillons de résidus mixtes particulaires (mélange de résidus provenant du sol et de la fraction fine de réfractaire usé), ainsi que les valeurs minimales et maximales, sont indiquées dans le Tableau 2.

Tableau 2 : Granulométrie moyenne de neuf échantillons de résidus mixtes et leurs valeurs minimales et maximales Taille du tamis (mm) | Minimum Maximum Moyenne % de passage 100,0 |. 8 | TS4 | 884 | 926 | |. 63 | TB& | 949 | 885 | |. 4 | 683 | 867 | 796 | 0,125 0,063 |. 40 | 128 | 67 |

- 93- Afin de pouvoir charger le matériau résiduel mixte dans le FAE, il faut l’agglomérer en morceaux plus gros. Cette opération peut être réalisée de la même manière que celle décrite ci-dessus pour la fraction d’agrégats réfractaires usés. De préférence, un mélange est fait du matériau résiduel mixte et de la fraction d’agrégats réfractaires usés, en particulier des réfractaires usés de AOD afin d'augmenter la teneur en MgO du mélange. Ce mélange peut ensuite être aggloméré de la même manière que celle décrite ci-dessus pour la fraction d’agrégats réfractaires usés. Un mélange de toutes les fractions d’agrégats réfractaires usés peut être utilisé (ayant une composition chimique telle qu'indiquée par exemple dans le tableau 1). Cependant, les revêtements réfractaires démantelés sont de préférence collectés en différents groupes ayant des teneurs en oxyde de magnésium différentes. La fraction des réfractaires usés qui est utilisée pour faire le mélange est alors prise au moins dans un groupe de revêtements réfractaires qui a une teneur en oxyde de magnésium plus élevée que la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte. De cette manière, la teneur en oxyde de magnésium peut être portée à une valeur plus élevée, de sorte que les gros morceaux (briquettes ou granulés) qui en sont issus conviennent mieux pour remplacer la dolomie.

Le matériau résiduel mixte particulaire est de préférence broyé pour réduire la taille des particules. Il est de préférence broyé à une valeur Ds, inférieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 0,25 mm, plus préférablement inférieure à 0,125 mm et encore plus préférablement inférieure à 0,063 mm. Le processus de broyage est de préférence un processus de broyage humide. Les particules métalliques, c'est-à-dire les particules d'acier inoxydable, sont de préférence retirées de la fraction non-métallique broyée. La granulométrie moyenne de six échantillons de résidus mixtes broyés par voie humide dont la fraction métallique a été retirée est indiquée dans le Tableau 4.

Tableau 3 : Granulométrie moyenne de six échantillons de résidus mixtes broyés par voie humide % de passage

- 24 - Il a été constaté que ce résidu mixte finement broyé peut être aggloméré sans avoir à utiliser de liant. Le matériau a été compacté en morceaux cylindriques d'un diamètre de 40 mm et d'une hauteur de 40 mm. Une pression de compactage de 90 bars s'est avérée trop élevée car les cylindres se sont fissurés. Cependant, avec une pression de compactage légèrement inférieure, des cylindres suffisamment solides ont pu être obtenus. La résistance moyenne à la compression (de 3 échantillons), mesurée après le compactage et après 7 jours, est indiquée dans le Tableau 5.

Tableau 4 : Résistance moyenne à la compression, après le pressage, et 7 jours plus tard, de cylindres pressés à partir de la fraction non-métallique d'échantillons de résidus mixtes broyés par voie humide ayant une granulométrie moyenne comme indiqué dans le tableau 4 compactage (MPa) après pressage (%) après 7 jours (%) compression (MPa) |. 6, | 1,7 | | 4678 | | 6 qq | 297 8488 | 7 | 1182 || 31867 | 7 | | 297 8035 | 8 | 1081 | 4974 | 8 | | 297 | 8,065 | Après le compactage, les morceaux cylindriques avaient déjà une certaine résistance. De manière assez surprenante, cette résistance augmente considérablement, et sensiblement du double, après un stockage supplémentaire de sept jours. Au lieu de gonfler et de se désagréger, les morceaux cylindriques ont gagné en résistance.

Exemple pratique Afin d'illustrer l'importance de l'application du présent procédé de recyclage, certains calculs ont été effectués sur la base de données pratiques.

Dans une aciérie d'acier inoxydable telle qu'illustrée à la figure 1, dans laquelle les différents fours peuvent contenir chacun plus de 100 tonnes d'acier inoxydable en fusion, environ 8000 tonnes de matériau résiduel mixte (0-10 mm), y compris la fraction fine (0-10

-95- mm) des réfractaires usés (ne provenant pas du AOD), environ 3500 tonnes de réfractaires usés de AOD et environ 6000 tonnes de réfractaires usés d'autres sources, à savoir des FAE, des poches de transfert, des poches de coulée et des répartiteurs de coulée, sont produites par an. À partir de ces matériaux, environ 1700 tonnes de fraction de briques réfractaires, principalement de la dolomite, peuvent être réutilisées pour produire de nouvelles briques réfractaires, tandis qu'environ 1600 tonnes de la fraction de réfractaires usés 10/60 pourraient être réintroduites, en tant que fondants de scorification FAE, dans les FAE. Le matériau résiduel restant contenait environ 12300 tonnes de la fraction 0-10 mm (= total du matériau résiduel mixte et de la fraction des réfractaires usés 0-10 mm) et environ 1900 tonnes de la fraction des réfractaires usés 10/60.

Dans cet exemple, un mélange de matériaux réfractaires usés de AOD et de matériau résiduel mixte (collecté à partir du sol et de la fraction fine des réfractaires usés) est réalisé, en particulier un mélange qui a une teneur en MgO similaire à celle de la dolomie, c'est-à-dire qui contient environ 40 % en poids de MgO. Compte tenu de cette teneur relativement élevée en MgO, on réalise des mélanges de matériau résiduel mixte avec les réfractaires usés collectés dans le AOD. Comme décrit ci-dessus, ces réfractaires usés comprennent un mélange de différentes briques réfractaires de MgO-CaO. La composition moyenne du matériau résiduel mixte, des réfractaires usés de AOD et de certains mélanges de ceux-ci est indiquée dans le Tableau 5.

Tableau 5 : Composition moyenne du matériau résiduel mixte de 0 à 10 mm, des réfractaires usés de AOD et de leurs mélanges Matériau résiduel Réfractaires | Mélange | Mélange | Mélange | Mélange mixte comprenant | usés de AOD | 50/50 60/40 65/35 70/30 des réfractaires usés 0-10 MgO (% en | 24 57 40,5 37,2 35,6 33,9

PI CaO (%en | 34 39 38 37,5 37 a zene je JE [Ee je

- 96 -

CE Quantite variable 3500 7000 8750 10000 11667

IN Si tous les refractaires du AOD sont broyes et melanges au materiau residuel mixte, y compris la fraction fine des refractaires uses, dans un rapport de 50/50, pour produire des morceaux plus gros qui peuvent être utilisés pour remplacer la dolomie, environ 3500 tonnes de matériau résiduel mixte peut être recyclé, en plus des 3500 tonnes de réfractaires usés du AOD, dans les FAE. Le mélange comprend un peu moins de CaO que la dolomie, à savoir seulement environ 39 % en poids alors que la dolomie contient environ 60 % en poids de CaO. Dans la pratique, une quantité un peu plus importante de chaux vive doit donc être ajoutée au FEA, à savoir environ 50 % du mélange du matériau résiduel mixte et des réfractaires usés de AOD.

L'utilisation de chaux vive supplémentaire est avantageuse dans la mesure où elle dilue la quantité d'autres éléments dans ce mélange recyclé, en particulier la quantité de SiO2. Cette quantité doit de préférence être inférieure à 5 % en poids afin de limiter les besoins énergétiques pour la fusion de ce SiO». En ajoutant 50 % de chaux vive, la teneur en SiO, du mélange 50/50 est réduite à environ 4 % en poids et la teneur en SiO; du mélange 60/40 à environ 4,8 % en poids.

Claims (34)

- 97 - REVENDICATIONS

1. Procédé de recyclage de matériau résiduel généré dans un processus de fabrication d'acier inoxydable dans une aciérie inoxydable, lequel processus de fabrication d'acier comprend les étapes consistant à : - charger et faire fondre au moins des ferrailles d'acier inoxydable et des fondants de scorification FAE dans un four à arc électrique (1) pour produire de l'acier inoxydable fondu recouvert d'une couche de laitier d'acier FAE fondu dans le four à arc électrique (1) ; - soutirer l'acier fondu dans au moins une poche de transfert (5) ; - transporter l'acier fondu avec la poche de transfert (5) vers une cuve d'affinage (7); - charger l'acier fondu de la poche de transfert (5) dans la cuve d'affinage (7) et charger les fondants de scorification OD dans la cuve d'affinage (7) ; - affiner l'acier fondu selon un processus de décarburation à l'oxygène dans la cuve d'affinage (7); - soutirer l'acier fondu affiné dans au moins une poche de coulée (10) et y ajouter des fondants de scorification de poche ; - transporter l'acier fondu affiné avec la poche de coulée (10) vers un poste de finition (11) ; - réaliser la finition de l'acier inoxydable dans la poche de coulée (10) en y ajoutant, si nécessaire, d'autres éléments d'alliage ; - transporter l'acier inoxydable fini avec la poche de coulée (10) vers un répartiteur de coulée (12) ; - couler et solidifier l'acier inoxydable fini au moyen du répartiteur de coulée (12) ; - démonter périodiquement les revêtements réfractaires du four à arc électrique (1), de la cuve d'affinage (7), de la poche de transfert (5), de la poche de coulée (10) et du répartiteur de coulée (12) dans l’aciérie et les doter de nouveaux revêtements réfractaires ; et - recueillir périodiquement les matériaux qui ont été utilisés ou produits dans le processus de fabrication d’acier et qui sont arrivés sur le sol de l’aciérie sous la forme d'un matériau résiduel mixte particulaire provenant du sol de l’aciérie, lequel matériau résiduel mixte particulaire est composé d'une fraction métallique et d'une fraction non-métallique,

- 98 - procédé dans lequel les revêtements réfractaires démantelés sont séparés en différentes fractions comprenant une fraction de briques réfractaires, qui comprend des morceaux des revêtements réfractaires démantelés qui peuvent être réutilisés pour produire des briques réfractaires, et au moins une fraction d’agrégats qui est plus fine que ladite fraction de briques réfractaires, caractérisé en ce que ledit matériau résiduel comprend ledit matériau résiduel mixte particulaire, ladite fraction d’agrégats ou un mélange de ceux-ci et sont agglomérées en morceaux plus gros ; et lesdits morceaux plus gros sont introduits comme l'un desdits fondants de scorification FAE dans ledit four à arc électrique (1).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau résiduel comprend au moins une partie dudit matériau résiduel mixte particulaire.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite fraction non- métallique a une teneur en dioxyde de silicium comprise entre 1,0 et 25,0 % en poids, et de préférence une teneur en dioxyde de silicium qui est inférieure à 20,0 % en poids et plus préférablement inférieure à 15,0 % en poids.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite fraction non- métallique a une teneur en oxyde de magnésium supérieure à 5,0 % en poids, de préférence supérieure à 7,5 % en poids et plus préférablement supérieure à 10,0 % en poids.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite fraction non-métallique a une teneur en oxyde de magnésium et en oxyde de calcium supérieure à 45,0 % en poids, de préférence supérieure à 50,00 % en poids et plus préférablement supérieure à 55,0 % en poids.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit matériau résiduel mixte a une valeur Dso inférieure à 4,0 mm, de préférence inférieure à 3,0 mm et plus préférablement inférieure à 2,0 mm.

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7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit matériau résiduel mixte a une valeur Dso supérieure à 20 um, de préférence supérieure à 0,40 um et plus préférablement supérieure à 0,60 um.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ladite fraction non-métallique a une teneur en oxyde de fer inférieure à 20,0 % en poids, de préférence inférieure à 15,0 % en poids et plus préférablement inférieure à 12,5 % en poids.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que ladite fraction non-métallique a une teneur en oxyde de chrome supérieure à 1,0 % en poids, de préférence supérieure à 2,0 % en poids.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite fraction métallique est retirée du matériau résiduel mixte, de préférence après avoir broyé le matériau résiduel mixte.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit matériau résiduel comprend au moins une partie de ladite fraction d’agrégats.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite fraction d’agrégats est maintenue sèche avant de l'agglomérer en lesdits morceaux plus gros.

13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'au moins ladite partie de la fraction d’agrégats est désintégrée en la traitant avec de l'eau avant de l'agglomérer en lesdits morceaux plus gros.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite partie de la fraction d’agrégats contient un matériau de revêtement réfractaire à base d'oxyde de magnésium - oxyde de calcium.

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15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que ladite fraction d’agrégats est concassée ou broyée avant de l'agglomérer en lesdits morceaux plus gros.

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que ledit matériau résiduel comprend un mélange dudit matériau résiduel particulaires et de ladite fraction d’agrégats.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la fraction d’agrégats contenue dans ledit mélange a une teneur en oxyde de magnésium plus importante que la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte qui y est contenue.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les revêtements réfractaires démantelés sont collectés en différents groupes ayant des teneurs en oxyde de magnésium différentes, la fraction d’agrégats contenue dans ledit mélange étant prélevée au moins dans un groupe de revêtements réfractaires qui a une teneur en oxyde de magnésium plus élevée que la fraction non-métallique du matériau résiduel mixte contenue dans ledit mélange.

19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que, après avoir été agrégés en morceaux plus gros, ledit matériau résiduel a une valeur Dso inférieure à 4,0 mm, de préférence inférieure à 3,0 mm et plus préférablement inférieure à 2,0 mm.

20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que ledit matériau résiduel est mélangé avec un liant avant d'être aggloméré en lesdits morceaux plus gros.

21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que ledit liant comprend du ciment, de l'amidon et/ou une combinaison de mélasse avec de la chaux.

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22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que ledit matériau résiduel est aggloméré en lesdits morceaux plus gros sans y ajouter de liant.

23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que, après avoir été aggloméré en lesdits Morceaux plus gros, ledit matériau résiduel a une valeur Dso inférieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 0,25 mm, plus préférablement inférieure à 0,125 mm et le plus préférablement inférieure à 0,063 mm.

24. Procédé selon la revendication 22 ou 23, caractérisé en ce qu'avant d'agglomérer ledit matériau résiduel, ceux-ci sont broyés par voie humide.

25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'après avoir été broyé par voie humide, les particules métalliques contenues dans le matériau résiduel sont retirées de celui-ci.

26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 22 à 26, caractérisé en ce que, lors de l'agglomération dudit matériau résiduel, celui-ci présente une teneur en humidité d'au moins 2,0 % en poids, de préférence d'au moins 4,0 % en poids, plus préférablement d'au moins 6,0 % en poids et tout particulièrement d'au moins 8,0 % en poids.

27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, caractérisé en ce qu'après avoir aggloméré le matériau résiduel en lesdits morceaux plus gros, les morceaux plus gros sont séchés.

28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 27, caractérisé en ce que, lorsqu'ils sont introduits dans le four à arc électrique, lesdits morceaux plus gros ont une teneur en humidité inférieure à 5,0% en poids, de préférence inférieure à 4,0% en poids et plus préférablement inférieure à 3,0% en poids.

29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, caractérisé en ce que lesdits morceaux plus gros sont réalisés par granulation dudit matériau résiduel.

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30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, caractérisé en ce que lesdits morceaux plus gros sont réalisés par briquetage dudit matériau résiduel.

31. Procédé selon la revendication 30, caractérisé en ce que lesdits morceaux plus gros sont briquetés avec une pression de compactage d'au moins 3,0 MPa, de préférence d'au moins 4,0 MPa et plus préférablement d'au moins 5,0 MPa, ladite pression de compactage étant de préférence inférieure à 10,0 MPa, plus préférablement inférieure à 9,0 MPa.

32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 31, caractérisé en ce que lesdites différentes fractions dans lesquelles les revêtements réfractaires démantelés sont séparés comprennent une fraction d’agrégats supplémentaire qui est plus grossière que ladite fraction d’agrégats, au moins une partie de ladite fraction d’agrégats supplémentaire étant introduite comme l'un desdits fondants de scorification FAE dans ledit four à arc électrique.

33. Procédé selon la revendication 32, caractérisé en ce que ladite fraction d’agrégats supplémentaire a une taille de particule supérieure à 5,0 mm, de préférence supérieure à 7,5 mm et plus préférablement supérieure à 10,0 mm, mais inférieure à 100,0 mm, de préférence inférieure à 80,0 mm et plus préférablement inférieure à 60,0 mm.

34. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 33, caractérisé en ce que lesdites morceaux plus gros ont une teneur en MgO d'au moins 30 % en poids, de préférence d'au moins 35 % en poids et plus préférablement d'au moins 37,5 % en poids.