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Procédé de réduction directe de minerais ou de matières analogues.
La présente invention est relative à un procédé pour la réduction directe de minerais ou de matières analogues dans un four à cuve, applicable notamment au cas des minerais ou pellets de fer.
Dans les procédés actuellement connus de fabrication directe de fér au four à cuve à partir de minerais de fer, on introduit dans le four les minerais ou pellets, éventuellement mélangés à de la chaux ou des fondants adéquats et on les soumet à l'action d'un gaz réducteur, la circulation des produite solides ou liquides d'une part, gazeux d'autre part, se faisant à contre- courant.
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Le gaz réducteur ou le gaz comburant étant introduit dans la partie inférieure de l'enceinte, la répartition des tempéra- tures est souvent peu judicieuse. En effet, il se produit facilement une surchauffe des produits réduits qui peut conduire à des collages.
Pour cette même raison, la température de l'air de combustion ou du gaz réducteur introduit dans l'enceinte ne peut être aussi élevée qu'on le voudrait. Enfin, en raison de la vitesse relative entre les deux courants de matières - solides et gazeuses- la chaleur dispo- nible dans les fumées n'est pas utilisée au maximum pour le préchauffage de la charge solide.
La présente invention a pour objet un procédé de réduction directe des minerais permettant de mieux répartir les zones calorifiques dans le four, tout en assurant une meilleure utilisation des calories fournies.
Le procédé de réduction directe au four à cuve, objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que l'on assure la circulation en parallèle des matières solides à réduire et des gaz réducteurs.
Suivant la présente invention, les gaz réducteurs nécessaires peuvent être injectés directement dans le four ou produits à l'intérieur même de la cuve par combustion partielle d'un combustible. L'introduction du combustible éventuel est effectuée dans la partie supérieure du four séparément ou avec le gaz comburant nécessaire. Le combustible peut être soit du carbone qu'il est alors intéressant d'enfourner avec les matières à réduire, soit du fuel oil, du gaz naturel, etc...
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Dams ces conditions, le dit four présente les zones suiva@tes de haut en bas : 1) une zone de préparation dans laquelle la charge est préchauffée soit par le gaz comburant (air éventuellement enrichi d'oxygène), soit par le gaz réducteur ; 2) éventuellement une zone de combustion partielle du combustible introduit, dans laquelle sont produits l'oxyde de carbone et l'hydrogène nécessaires à la réduction ; 3) une zone de réduction où, dans le cas du fer, a lieu la transfor- mation de Fe203 en FeO4 puis en FeO et Fe ; 4) à la partie inférieure du four, une zone de refroidissement du produit réduit.
Le cas échéant, il peut être avantageux d'insuffler un gaz - par exemple un gaz inerte tel que de l'azote - dans la zone de refroidissement pour accélérer celui-ci. Dans le cas où cette injection d'agent refroidissant est effectuée à l'extrémité inférieure du four, les gaz résiduels après réduction peuvent être soutirés de l'enceinte avant d'atteindre l'extrémité inférieure du four. Dans la zone de refroidissement les produits réduits circulent alors à contrecourant avec le gaz de refroidissement.
Le procédé objet de la présente invention peut être mis en oeuvre dans un four à cuve simple, pourvu - à son extrémité supérieure, d'un dispositif d'enfournement des minerais (ou pellets) et éventuellement de carbone et/ou de fondants, ainsi que d'un@dispositif d'insufflation soit de gaz comburant, soit de gaz réducteur ;
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- éventuellement dans sa partie supérieure, d'un dispositif d'injection de combustible liquide ou gazeux ; - éventuellement dans sa partie inférieure ou à son extrémité inférieure, d'un dispositif d'insufflation d'un agent refroidissant.
Suivant une variante avantageuse de l'invention, le procédé de réduction directe est mis en oeuvre à l'aide de deux fours à cuve couplés par des conduites reliant la partie supérieure de la zone de refroidissement du premier four à la partie inférieure de la zone de préparation du second four et vice-versa.
Les deux cuves sont remplies toutes deux de minerai ou de pellets à réduire ; gaz réducteur nécessaire à la réduction esc introduit ou produit dans un seul des deux fours tandis que la partie supérieure de l'autre four est chauffée par les gaz résiduels du premier, amenés par la conduite de liaison disposée entre les deux cuves. De cette façon, on utilise au maximum la chaleur sensible ' des gaz résiduels pour préchauffer le minerai ou les pellets à réduire dans l'autre cuve. En outre, en mélangeant ces gaz partiel- lement oxydés à un gaz comburant, on augmente encore la quantité de chaleur disponible. Périodiquement, on inverse les opérations dans les cuves qui servent ainsi alternativement de réchauffeur de charge et de four de réduction directe.
Le gaz réducteur ou le gaz comburant constitué de préfé- rence par de l'air enrichi en oxygène, est introduit par le gueulard dans celle des deux cuves utilisée: pour la réduction. Dans la zone de préparation, il se réchauffe au contact du minerai ou des pellets chauffés précédemment par les fumées de l'autre four. Si l'on n'a
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pas enfourné du carbone à l'extrémité supérieure du four et que l'on produit le g@@ réducteur à l'intérieur même du four, on injecte du combustible dans le four par exemple à l'aide d'une rampe de ruissellement.
Le gaz refroidisseur est introduit à l'extrémité in- férieure de la ou des deux cuves, le gaz insufflé dans le four où est effectuée la réduction directe quitte ce fouavec les fumées de combustion pour gagner l'autre four par la conduit@ ad hoc de liaison entre les cuves. A l'endroit de la cuve utilisée comme préchauffeur où sont introduits les gaz résiduels provenant de l'autre cuve, on peut insuffler un gaz comburant destiné à permettre de brûler complètement ces gaz en H2O et CO2.
Dans le four où a lieu la réduction, c'est-à-dire dans le four où est introduit ou. produit le gaz réducteur, la circulation des matières solides se fait bien parallèlement à la circulation des gaz utilisés pour effectuer la réduction suivant la caractéristique du procédé objet de la présente invention.
Dans le cas de l'utilisation de deux cuves couplées, on limite avantageusement la température du préchauffage du minerai à 1200 C.
Le procédé de réduction directe au four à cuve dans lequel on fait. circuler à courants parallèles, les matières solides et gazeuses, permet de porter les minerais ou pellets non réduits à des températures supérieures à celles atteintes dans les procédés connus jusqu'ici, grâce à la récupération très poussée de la chaleur sensible et de la chaleur latente des gaz après réduction des produits.
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Enfin, le procédé présente l'avantage de pouvoir être mis en oeuvre au moyen d'un appareillage simple, statique, pouvant être aisément rendu automatique.
Il ne sort pas du cadre de la présente invention d'utiliser un dispositif comportant plus de deux fours à cuve en liaison l'un avec l'autre.
Sur la figure ci-annexée est schématiquement représentée, à titre purement exemplatif, une installation de mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention, comportant deux fours à cuve 1 et II, reliés entre eux et dans lesquels les gaz réducteurs néces- saires sont produits par combustion de fuel oil.
Lorsque le four 1 est utilisé pour la réduction directe, ce qui est le cas air la figure, le gaz comburant (1) et le minerai (2) sont introduits par l'extrémité supérieure de ce four et pénètrent dans la zone de préparation (A) puis dans la zone (B) de combustion pardelle du fuel oil introduit: dans la cuve à l'aide d'une rampe de ruissellement (3). Le minerai est réduit dans la zone de réduction (C) à la base de laquelle les gaz résiduels, riches en CO et H2, sont soutirés du four 1 et envoyés au four n par la conduite (4) .
A leur sortie de la zone de réduction, les produits pénètrent dans la zone de refroidissement (D) où leur température est abaiesée par. l'action d'un courant d'azote (5) avant leur sortie du four. Dans les conditions représentées sur la figure, le four II est utilisé comme réchauffeur de minerai à réduire. A l'endroit où débouche la cana- lisation (4) amenant au four H les gaz résiduel de la réduction au four 1. on assure une arrivée d'air (6) pour permettre la combustion complète de ces gaz en H2O et CO2. Les gaz brûlés pénètrent
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dans la zone de réchauffage (E) où ils élèvent la température des minerais enfournés dans le four II.
Les fonctions des fours 1 et II sont périodiquement inversées, ce qui s'effectue en arrétant l'arrivée d'air (1) et l'injection de fuel (3) dans le four 1 et en pratiquant dans le four II l'injection d'air (1) et l'injection de fuel (3) par des dispositifs similaires à ceux décrits pour le four I, tandis que l'on insuffle dans le four I l'air comburant (6) par un dispositif du genre de celui utilisé dans le four II au cours du cycle précédent.
REVENDICATIONS. de matières
1. Procédé de réduction directe de minerais ou/analogues au four à cuve,caractérisé en ce que l'on assure la circulation en pa- rallèle des matières solides à réduire et des gaz réducteurs.