BE883667A - Procede de conduite d'un four a cuve - Google Patents

Description

  Brocédé de conduite d'un four à cuve.

  
La présente invention est relative à un procédé de conduite d'un four à cuve de réduction de minerais et en particulier

  
d'un haut fourneau, lorsque l'on injecte des gaz réducteurs surchauffés à une température pouvant atteindre 2000[deg.]C et même plus,

  
dans la partie inférieure de ce four, par exemple au niveau des

  
tuyères principales de soufflage.

  
Les préoccupations énergétiques actuelles poussent

  
les industriels, et en particulier les sidérurgistes, à réduire au

  
strict minimum la consommation d'énergie primaire provenant du

  
 <EMI ID=1.1>  

  
Or, il est bien connu d'injecter des gaz réducteurs chauds au niveau des tuyères principales du four dans le but de diminuer la consommation de coke. Ces gaz réducteurs contiennent

  
 <EMI ID=2.1> 

  
 <EMI ID=3.1> 

  
extérieur du four, voire indépendamment de celui-ci, mais de préférence dans le circuit d'injection du four et peuvent être injectés en remplacement total ou partiel du vent habituellement utilisé le plus souvent. Les hautes températures auxquelles ces gaz sont portés sont obtenus préférentiellement au moyen de la technique des plasmas et présentent le double avantage de faciliter les réactions de fabrication éventuelle de ces gaz et de fournir la chaleur requise pour le fonctionnement du four.

  
En conséquence, les promoteurs de la présente inention ont entrepris de multiples et importantes recherches dans le but d'établir les meilleures modalités opératoires d'une telle injection.

  
Cette invention est fondée sur l'hypothèse que le processus de réduction du four à cuve peut n'être modifié en aucune façon si, au lieu de provoquer les réactions métallurgiques par le procédé classique utilisant le gaz produit à l'intérieur du four par la combustion du coke avec le vent chaud, or. injecte un gaz de composition et de température sensiblement identiques, le dit gaz ayant été produit à l'extérieur du four et injecté au moyen des mêmes tuyères à vent.

  
Toutefois, il a été constaté que dans le cas d'une injection de tels gaz réducteurs surchauffés, le four à cuve doit être. conduit d'une façon notablement différente de celle d'un four à cuve à conduite classique.

  
La présente invention a précisément pour objet de révéler les modalités d'une conduite stable,économique et aisée d'un four à cuve dans lequel on injecte des gaz réducteurs surchauffé s. 

  
Le procédé, objet de la présente invention, est  essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes :

  
 <EMI ID=4.1> 

  
 <EMI ID=5.1> 

  
rieures à 10 % et de préférence inférieures à 5 %, cette fabrication étant réalisée à l'extérieur du four et de préférence dans le circuit d'injection et avantageusement à proximité des tuyères de soufflage; 

  
b. on porte ces gaz réducteurs, soit directement au cours de leur

  
fabrication- soit après, à une température comprise entre 1500[deg.]C et 2800[deg.]C. et de préférence entre 1950[deg.]C et 2350[deg.]C;

  
 <EMI ID=6.1> 

  
et de préférence au niveau des tuyères principales de soufflage;

  
d. on choisit les valeurs de la mise au mille de coke, de la productivité, de la température et de la teneur en silicium de la fonte;

  
 <EMI ID=7.1> 

  
façon délibérée, les facteurs d'injection tels que composition, débit et température des gaz réducteurs.

  
Suivant une mise en oeuvre préférentielle de 1' invention, la température élevée des gaz est assurée au moyen d'au moins une torche ou four à plasma.

  
Suivant une première modalité de l'invention, on modifie principalement la composition des gaz réducteurs pour obtenir la mise au mille de coke désirée de la façon suivante : on

  
 <EMI ID=8.1> 

  
autres composants pour accroître la mise au mille, et cela d'autant plus que l'on veut accroître plus fortement cette mise au mille, le coefficient de proportionnalité dépendant des autres facteurs et de la marche particulière du four. 

  
Si l'on désire une mise au mille de coke encore  plus élevée sans devoir injecter des gaz très oxydés, on peut avantageusement, suivant l'invention, injecter les gaz réducteurs par un certain nombre de tuyères et du vent chaud par les autres tuyères, le dit vent étant chauffé aux températures normales de marche ou surchauffé éventuellement avec la technique des plasmas.

  
Il est avantageux, suivant l'invention, de régler

  
la modification de la composition des gaz réducteurs au moyen de l'ajustement du rapport air/gaz,c'est-à-dire des quantités d'air

  
et de gaz alimentant le four à plasma.Cet ajustement peut influencer simultanément la mise au mille de coke et/ou la composition de la

  
fonte. En ce qui concerne la modification de la composition des gaz réducteurs, on peut agir sur leur mode de fabrication et notamment : <EMI ID=9.1>  <EMI ID=10.1> 

  
 <EMI ID=11.1> 

  
 <EMI ID=12.1> 
- faire réagir des combustibles gazeux, liquides ou solides avec du

  
 <EMI ID=13.1> 

  
 <EMI ID=14.1> 

  
d'oxygène et de combustibles, de telle façon qu'après réaction,

  
 <EMI ID=15.1> 

  
 <EMI ID=16.1> 

  
 <EMI ID=17.1> 

  
- dans le cas particulier de combustibles liquides et solides en réaction avec un oxydant,ces combustibles peuvent être introduits dans le circuit de fabrication en amont ou en aval du dispositif de chauffage plasmatique avec préchauffage éventuel. Dans le cas du combustible solide, on surchauffe uniquement le comburant à l'aide du plasma,
- on utilise des effluents de processus métallurgiques, tels que par exemple du gaz de gueulard et après un éventuel conditionnement préalable (élimination d'eau, épuration des solides, décarbonatation) , on les fait réagir avec une matière hydrocarbonée solide (charbon, lignite) ou liquide (fuel-oil) ,
- on fait réagir avec un oxydant des combustibles en mélange liquide-solide tels que slurry, en suspension gaz-solide, gazliquide et en émulsion liquide-liquide.

  
La fabrication de tels gaz réducteurs peut évidemment comprendre une ou plusieurs phases. Par exemple, au cours d' une première phase on réalise une combustion partielle du type

  
 <EMI ID=18.1> 

  
étant préchauffés à une température aussi élevée que possible, compatible avec les réfractaires, par exemple 1600[deg.]C, puis au cours

  
 <EMI ID=19.1> 

  
 <EMI ID=20.1> 

  
modifie principalement le débit des gaz réducteurs pour obtenir la productivité désirée de la façon suivante : on augmente le débit pour accroître la productivité et cela d'autant plus que l'on veut accroître la productivité, le coefficient de proportionnalité dépendant des autres facteurs et de la marche particulière du four.

  
Il doit être bien entendu qu'il existe une corrélation entre les trois facteurs : composition, débit, température des gaz réducteurs injectés et que la modification du débit telle que mentionnée ci-dessus est valable pour une composition et une température déterminées. Dans le cas d'une autre composition et d'une autre température, la modification du débit sera donc différente.

  
Suivant une troisième modalité de l'invention, on modifie principalement la température des gaz réducteurs pour obtenir une température et une teneur en Si désirées de la fonte de la façon suivante : on augmente cette température pour accroître

  
la température et la teneur en Si de la fonte. 

  
D'une façon générale, la modification de la température des gaz réducteurs influence toutes les performances du four et pour ne pas perturber la marche du four, on augmente d' autant plus la température des gaz réducteurs que la somme des

  
 <EMI ID=21.1> 

  
(C02 + H20)net' il faut entendre la somme CO2 + H20 existant lorsque les produits de réaction sont exempts d'hydrocarbure après réaction avec les composés carbonés ou hydrocarbonés du gaz.

  
Par ailleurs, on modifie également la température des gaz réducteurs quand on veut optimiser le processus au point de vue thermique. Ainsi on augmente cette température quand on veut diminuer la température des gaz de gueulard ou quand on veut diminuer les pertes en chaleur sensible.

  
Suivant l'invention, on modifie la température des gaz réducteurs

  
 <EMI ID=22.1> 

  
formation du plasma utilisé pour l'opération de chauffage,

  
soit par un ajustement du rapport combustible/oxydant dans le cas

  
où on effectue un reformage (oxydation partielle en vue de la

  
 <EMI ID=23.1> 

  
soit les deux à la fois.

  
La première modalité présente l'avantage de ne pas influencer la composition des gaz réducteurs produits.

  
Il est évident que dans le cas où on dispose d'un gaz réducteur de composition déterminée à injecter, seul l'ajustement de la puissance électrique est applicable pour modifier sa température.

  
En ce qui concerne l'injection des gaz réducteurs, notamment au moyen des tuyères principales de soufflage, elle peut être réalisée en remplacement d'une partie ou de préférence de la totalité du vent. Dans le premier cas, il est recommandé d'effectuer des injections par deux moyens séparés : l'un affecté aux

  
fi gaz réducteurs, l'autre au vent. Cependant, une telle séparation n'est pas nécessaire si le vent est surchauffé en milieu plasmatique et si l'injection est effectuée avec du combustible solide (charbon, lignite) .

  
En ce qui concerne l'utilisation d'un plasma pour produire et/ou échauffer (surchauffer) des gaz, il faut comprendre les deux modalités suivantes :

  
1) on utilise les techniques de production d'un plasma pour mettre

  
le gaz destiné à l'injection dans le four à cuve, dans l'état d'un plasma dont on connaît très bien les propriétés et notamment la température,

  
2) on utilise les techniques de production d'un plasma pour créer

  
un milieu plasmatique et on injecte dans ce milieu, le gaz destiné à l'injection dans le four à cuve, le dit milieu plasmatique jouant le rôle de vecteur du gaz à injecter dans le four à cuve.

  
Dans le cas des dispositifs à plasma nécessitant un gaz pilote, on ne doit pas perdre de vue que les chalumeaux

  
à plasma constitutifs des fours à plasma équipant les tuyères principales peuvent être détériorés par des rentrées de gaz corrosifs en cas d'arrêt d'injection de gaz réducteurs chauds dans le four à cuve. Pour éviter cet inconvénient, il est avantageux, dans ce cas, de maintenir les dits chalumeaux sous la pression d'un gaz inerte, par exemple de l'azote.

  
Dans le cas où l'on utilise un courant triphasé ou n-phasé, il a été trouvé avantageux de grouper les tuyères d' injection et/ou les dispositifs plasmatiques trois à trois ou n

  
à n, suivant les sommets d'un polygone régulier ayant un nombre de côtés égal à 3 ou à n, le nombre total des tuyères et/ou des dispositifs plasmatiques étant un multiple de trois ou de n. Avec cette disposition, on peut en effet aisément provoquer d'une part, la circulation d'un courant alternatif intense dans le ou les jets de plasma émis, avec pour conséquence de porter à une température élevée, comprise entre 1500[deg.]C et 2800[deg.]C, la colonne gazeuse traversant les dispositifs plasmatiques et les tuyères, et d'autre part la circulation d'un autre courant alternatif intense à travers la charge entre les colonnes gazeuses sortant des tuyères.

  
Un tel résultat peut être obtenu en établissant une liaison électrique entre les trois (n) tuyères et/ou dispositifs plasmatiques de chaque groupe, cette liaison comprenant une source de courant alternatif appropriée. Relativement à la circulation des courants alternatifs provoqués dans les jets plasmatiques, on sait que ces courants doivent être en phase pour obtenir les effets additionnels visés .

  
Suivant une modalité particulièrement intéressante de l'invention, on contrôle de façon indépendante la température

  
du gaz injecté et du potentiel réducteur de ce gaz dans le but d' obtenir une mise au mille de coke désirée, inférieure à celle qu' il est possible d'obtenir par les meilleures méthodes conventionnelles et simultanément de produire un métal liquide à faibles teneurs en soufre et en silicium tout en assurant un mouvement régulier de descente de la charge, le dit procédé comprenant une première phase consistant à fixer la valeur de consigne pour la mise au mille de coke, une seconde phase consistant à régler la composition du gaz réducteur par ajustement du rapport de l'oxygène contenu dans la charge au carbone contenu dans le gaz réducteur,

  
de façon à réaliser une marche équilibrée du four compatible avec la dite valeur de consigne de la mise au mille de coke et la composition désirée du métal liquide, et une dernière phase consistant à régler la température du gaz réducteur injecté dans le four, par une modification appropriée de la puissance électrique fournie aux fours'à plasma d'arc adjacents aux tuyères au travers desquelles passe ledit gaz réducteur.

  
Le procédé de l'invention présente ainsi vis-à-vis des procédés antérieurs de conduite du four à cuve une nouveauté importante : le choix préalable de la mise au mille de coke, en fonction des disponibilités, et, si on le veut, nettement inférieure à tout ce qui pouvait être réalisé jusqu'ici, par exemple moins de

  
fi 400 kg/tonne fonte; on peut également présélectionner les teneurs en soufre et silicium de la fonte, choisir l'allure du four à cuve et La modifier à volonté; cette conduite et ce contrôle sont réalisés en ajustant la composition, le débit et la température des gaz réducteurs injectés dans le four à cuve. L'intérêt de ce procédé est évident et sa souplesse de mise en oeuvre permet enfin de réaliser une réelle conduite optimale simultanément au point de vue technique et économique, du four à cuve.

EXEMPT'<1>*

  
Plusieurs campagnes ont été entreprises en vue de déterminer les limites de réduction de coke dans la charge quand on injecte des gaz réducteurs surchauffés au moyen des tuyères principales.

  
La charge était composée de 100 % d'agglomérés auto-fondants de la composition suivante : Fe total : 56 %,

  

 <EMI ID=24.1> 


  
L'aggloméré a été broyé à 15 mm et passé au crible de 5 mm. En vue de contrôler la basicité du laitier, des fondants acides (gravier et alumine) ont été ajoutés pendant les périodes à injection de gaz pour lesquelles la mise au mille de coke était. très basse. Le coke avec une teneur en carbone de 88,9 % avait une granulométrie telle que 98 % des morceaux étaient compris entre 10 mm et 20 mm.

  
Le gaz réducteur était produit dans un milieu  plasmatique avec oxydation partielle de gaz naturel en présence d'air. La chaleur pour porter le gaz réducteur à la température d'injection d'environ 2000[deg.]C &#65533; été fournie au moyen d'un four à plasma.

  
Les campagnes ont débuté en soufflant dans le four du vent chauffé au moyen du four à plasma jusqu'à 750[deg.]C (au nez de la tuyère). Pour une production d'environ 1,3 tonne métrique de métal liquide par jour et une teneur en silicium de la fonte de 0,5 %, la mise au mille de coke s'est stabilisée à 717 kg de coke sec par tonne métrique de métal liquide. Après cette période

  
n de base, pour laquelle les résultats principaux sont donnés au tableau ci-dessous, on a débuté progressivement l'injection du gaz réducteur chaud.

  
Pour trois campagnes avec injection de gaz réducteurs, les principaux résultats obtenus sont donnés également au tableau 1 ci-dessous. La plus faible mise au mille de coke obtenue a été de 179 kg de coke sec par tonne métrique de métal liquide. Au peint de vue du processus une telle mise au mille de coke ne semble pas constituer une limite.

  
La tableau 2 ci-dessous montre la répartition de la mise au mille de coke suivant les postes de carburation du métal, coke brûlé aux tuyères et coke pour les réactions "solution loss". On constate que 77 % du coke brûlé aux tuyères et 91 % du coke des réactions "solution loss" ont été remplacés par le gaz réducteur surchauffé.

  
Ces campagnes ont montré que l'injection de gaz réducteur surchauffé ne modifie pas fondamentalement le processus du haut fourneau, à la condition que la mise au mille de coke visée, la quantité ainsi que la température et le degré d'oxydation du gaz soient bien équilibrés. Dans ces conditi.ons, la conduite

  
du four est très régulière comme illustré à la figure 1 ci-jointe. En ce qui concerne la qualité de la fonte produite, il est intéressant de noter que sa teneur en silicium peut être facilement

  
 <EMI ID=25.1> 

  
ment instantanée). 

TABLEAU _!_;.

  

 <EMI ID=26.1> 


  
TABLEAU _2_1.

  

 <EMI ID=27.1> 
 

REVENDICATIONS

  
1. Procédé de conduite d'un four à cuve de réduction de minerais et en particulier d'un haut fourneau, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes :

  
 <EMI ID=28.1> 

  
 <EMI ID=29.1> 

  
fabrication étant réalisée à l'extérieur du four et de préférence dans le circuit d'injection et avantageusement à proximité des tuyères de soufflage:

  
b. on porte ces gaz réducteurs, soit directement au cours de leur

  
fabrication soit après, à une température comprise entre 1500[deg.]C

  
 <EMI ID=30.1> 

  
 <EMI ID=31.1> 

  
et de préférence au niveau des tuyères principales de soufflage;

  
d. on choisit les valeurs de la mise au mille de coke, de la productivité, de la température et de la teneur en silicium de la fonte;

  
e. on règle la conduite du four en adaptant en conséquence, de

  
façon délibérée, les facteurs d'injection tels que composition,

  
 <EMI ID=32.1> 

Claims (1)

1. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé

   en ce que la température élevée des gaz est assurée au moyen d'au moins une torche au four à plasma.

   3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on modifie principalement la composition des gaz réducteurs pour obtenir la mise au mille de coke désirée de la <EMI ID=33.1>

   au détriment des autres composants pour accroître la mise au mille, et cela d'autant plus que l'on veut accroître plus fortement cette mise au mille, le coefficient de proportionnalité dépendant des autres facteurs et de la marche particulière du four.

   4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, si l'on désire une mise au mille de coke encore plus élevée, sans devoir injecter des gaz très oxydés, on injecte les gaz réducteurs par un certain nombre de tuyères et du vent chaud par les autres tuyères, le dit vent étant chauffé aux températures normales de marche ou surchauffé éventuellement avec la technique des plasmas.

   5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on règle la modification de la composition des gaz réducteurs au moyen de l'ajustement du rapport air/gaz,, c'est-à-dire des quantités d'air et de gaz alimentant le four à plasma.

   6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on modifie la composition des gaz réducteurs en faisant réagir des combustibles gazeux, liquides

   <EMI ID=34.1>

   géné, etc...), de façon à obtenir la formation de CO et de H2 au

   <EMI ID=35.1>

   7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendica-

   <EMI ID=36.1>

   gaz réducteurs en faisant réagir des combustibles gazeux, liquides ou solides avec du CO- et/ou de la vapeur d'eau ou avec des gaz in-

   <EMI ID=37.1>

   réglant les proportions d'oxygène et de combustibles de telle façon qu'après réaction les gaz produits contiennent un maximum de CO,

   <EMI ID=38.1>

   <EMI ID=39.1>

   8. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on modifie la composition des gaz réducteurs, dans le cas particulier de combustibles liquides et solides en réaction avec un oxydant, en introduisant ces combustibles dans le circuit de fabrication en amont ou en aval du dispositif de chauffage plasmatique avec préchauffage éventuel.

   9. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on modifie lacomposition

   des gaz réducteurs en utilisant des effluents de processus métallurgiques,tels que par exemple du gaz de gueulard et après un éventuel conditionnement préalable (élimination d'eau, épuration des solides décarbonatation), en les faisant réagir avec une matière hydrocarbonée solide (charbon, lignite) ou liquide (fuel-oil) .

   10. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on modifie la composition des gaz réducteurs en faisant réagir avec un oxydant des combustibles en mélange liquide-solide tels que slurry, en suspension gazsolide, gaz-liquide et en émulsion liquide-liquide.

   11. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on modifie principalement le débit des gaz réducteurs pour obtenir la productivité désirée

   de la façon suivante : on augmente le débit pour accroître la productivité et cela d'autant plus que l'on veut accroître la productivité, le coefficient de proportionnalité dépendant des autres facteurs et de la marche particulière du four.

   12. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on modifie principalement la température des gaz réducteurs pour obtenir une température et une teneur en Si désirées de la fonte de la façon suivante : on augmente cette température pour accroître la température et la teneur en Si de la fonte.

   13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que l'on augmente d'autant plus la température des gaz <EMI ID=40.1>

   importante.

   14. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'on augmente la température des gaz réducteurs quand on veut diminuer la température des gaz de gueulard ou quand on veut diminuer les pertes en chaleur sensible.

   15. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'on modifie la température des gaz réducteurs

   soit par un ajustement de la puissance électrique nécessaire à la

   formation du plasma utilisé pour l'opération de chauffage, soit par un ajustement du rapport combustible/oxydant dans le cas

   où on effectue un reformage (oxydation partielle en vue de la

   <EMI ID=41.1>

   soit les deux à la fois.

   16. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 15 pour contrôler, de façon indépendante, la température du gaz injecté et du potentiel réducteur de ce gaz dans le but d' obtenir une mise au mille de coke désirée, inférieure à celle qu'il est possible d'obtenir par les meilleures méthodes conventionnelles et simultanément de produire un métal liquide à faibles teneurs en soufre et en silicium tout en assurant un mouvement régulier de descente de la charge, le dit procédé comprenant une première phase consistant à fixer la valeur de consigne pour la mise au mille de coke, une seconde phase consistant à régler la composition du gaz réducteur par ajustement du rapport de l'oxygène contenu dans la charge au carbone contenu dans le gaz réducteur,

   de façon à obtenir une marche équilibrée du four compatible avec la dite valeur de consigne de la mise au mille de coke et la composition désirée du métal liquide, et une dernière phase consistant à régler la température du gaz réducteur injecté dans le four par une modification appropriée de La puissance électrique fournie aux fours à plasma d'arc adjacents aux tuyères au travers desquelles passe le dit gaz réducteur.