FR2461758A1 - Procede et appareil de production de fer fondu a partir d'oxyde de fer et avec du charbon et de l'oxygene - Google Patents

Abstract

ON REDUIT CHIMIQUEMENT DE L'OXYDE DE FER PARTICULAIRE EN FER METALLISE PARTICULAIRE DANS UN FOUR DE REDUCTION 10 PAR REACTION AVEC DES GAZ REDUCTEURS CHAUDS COMPRENANT DU MONO-OXYDE DE CARBONE ET DE L'HYDROGENE, ON DECHARGE LE FER METALLISE PARTICULAIRE CHAUD DANS UNE CHAMBRE DE FUSION 30 DANS LAQUELLE ON INJECTE UN COMBUSTIBLE FOSSILE ET DE L'OXYGENE POUR FAIRE FONDRE LE FER ET GAZEIFIER LE COMBUSTIBLE FOSSILE AFIN D'OBTENIR UN GAZ D'ECHAPPEMENT QUI EST REFROIDI ET HUMIDIFIE POUR ETRE ENSUITE A NOUVEAU INTRODUIT DANS LE FOUR A CUVE 10.

Description

La réduction directe d'oxyde de fer en fer métallique est devenue une

réalité connue dans le monde entier, et le fer réduit directement est un produit commercialement

accepté en tant que matériau d'alimentation pour la fabri-

cation d'acier. Le fer réduit directement, ou éponge de fer, convient particulièrement bien à son application à la technologie mettant en oeuvre le four à arc électrique. Il ne convient

pas aussi bien, en tant que matériau d'alimentation princi-

pal, à d'autres fours de fabrication d'acier, tels que ceux utilisés pour la mise en oeuvre du procédé à l'oxygène

soufflé par le bas et qui exigent comme matériau d'alimen-

tation un métal chaud ou un métal fondu. Actuellement, ce métal chaud n'est produit commercialement que par des hauts fourneaux qui sont limités économiquement et par leur nature même à l'utilisation de charbon de cokéfaction et à des installations de fabrication d'acier intégrées. Il est donc souhaitable de produire du fer fondu par des moyens de réduction directe convenant sur le plan économique à de

petites usines de fabrication d'acier et qui sont indépen-

dants de l'utilisation de charbon de cokéfaction.

La présente invention permet d'obtenir ce résultat en (a) produisant du fer chaud réduit directement et sous forme particulaire à partir d'oxyde de fer particulaire dans un four à contre-courant, (b) envoyant le fer chaud sous forme particulaire dans un fondeur contenant un bain de fer fondu, (c) injectant du charbon et de l'oxygène dans le fondeur pour fournir de la chaleur susceptible de fondre le fer sous forme particulaire et de gazéifier le charbon, et (d) introduisant les gaz chauds provenant du fondeur dans le four à cuve pour réduire l'oxyde de fer. Le procédé est simple, efficace, non polluant, économique pour de petites installations de fabrication d'acier, et il peut être utilisé avec des charbons non cokéfiants disponibles

dans le monde entier.

Le principal but de la présente invention est de créer un procédé de réduction directe d'oxyde de fer sous forme particulaire en fer fondu, dans lequel du combustible

solide est utilisé comme source réductrice.

Un autre but de l'invention est de créer un procédé efficace sur le plan énergétique pour convertir de l'oxyde de fer particulaire en fer fondu par échange de chaleur à contre-courant et réaction avec des réducteurs gazeux

produits à partir d'un combustible solide et d'oxygène.

Un autre but de l'invention est de créer un procédé de

production de fer fondu à partir d'oxyde de fer particulai-

re au moyen d'un procédé simple en une seule passe, sans retrait des constituants à base de dioxyde de carbone et de

soufre des gaz réducteurs.

Un autre but de l'invention est de créer un procédé de production simultanée de fer fondu et d'un combustible

gazeux propre de haute valeur thermique.

Un autre but également de l'invention est de créer un

appareil permettant de mettre en oeuvre les procédés ci-

dessus. L'invention permet d'atteindre ces buts en réduisant directement de l'oxyde de fer particulaire dans un four à cuve de manière à former des particules chaudes de fer

métallisé, en-fondant les particules chaudes dans un réci-

pient fondeur et gazéificateur dans lequel sont injectés le combustible solide et l'oxygène, les gaz chauds formés dans

le récipient et qui s'en échappent étant remis en circula-

tion dans le four à cuve pour réduire l'oxyde de fer parti-

culaire qu'il contient.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture

de la description détaillée qui suit et avec référence aux

dessins ci-annexés dans lesquels: la Fig. 1 est une représentation schématique d'un récipient de fusion de four à cuve et de l'équipement qui lui est associé, y compris l'injection du combustible solide et de l'oxygène dans le récipient de fusion, la Fig. 2 est une vue schématique d'un équipement semblable à celui de la Fig. 1, dans lequel le carburant solide et l'oxygène sont injectés en dessous de la surface du bain contenu dans le récipient de fusion, et la Fig. 3 est une vue schématique d'un four à cuve accouplé à un récipient de fusion et comprenant l'équipement associé, dans lequel le récipient de fusion est pourvu

d'une sole à lit à impact.

Référence étant faite maintenant à la Fig. 1, un four à cuve 10 pourvu d'une coquille d'acier 11 est revêtu de matériau réfractaire 12. Une trémie de chargement 14 est montée à la partie supérieure du four 10 pour y charger le

matériau d'alimentation 15 sous forme de particules solides.

Le matériau d'alimentation consiste en oxyde de fer sous forme de boulets ou de blocs. Le matériau d'alimentation descend par gravité par une ou plusieurs des tubulures d'alimentation 16 pour former un lit de fusion 18 compact en matériau d'alimentation sous forme de particules solides dans le four 10. Le matériau particulaire 21 une fois réduit est retiré du four 10 par la tubulure de décharge 22 pour être envoyé dans la chambre d'étanchéité 23, puis par la tubulure de décharge 25 pour être envoyé dans la chambre de transport 26 au moyen du transporteur de décharge 28 dont la vitesse commande la vitesse de descente du lit de fusion dans le four 10. Le transporteur de décharge 28 constitue le dispositif de dosage des solides porteurs de

fer du procédé.

Le matériau particulaire à l'état réduit 21 tombe librement du transporteur de décharge 28 par la tubulure 29 blindée et protégée contre les radiations pour parvenir dans le récipient fondeur-gazgificateur 30 qui comprend une

coquille d'acier 32 et qui est revêtu de matériau réfractai-

re 34. La tubulure 29 blindée et protégée des radiations sert à réduire les radiations thermiques provenant de l'intérieur du récipient fondeurgazéificateur 30, dont la température est d'environ 12001C, et protéger la chambre du transporteur dans laquelle la température est d'environ 8000C. Ceci empêche du matériau particulaire à l'état réduit de se surchauffer et de devenir collant, ce qui ne

lui permettrait pas de s'écouler librement.

Le matériau particulaire 21 à l'état réduit tombe dans le bain fondu 35 o il est fondu. Le produit fondu à l'état réduit est retiré du récipient de fusion 30 par la sortie de fer 37. L'élimination du produit fondu du récipient 30 est intermittente ou continue, mais coordonnée à la décharge

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de matériaux particulaires 21 à l'état réduit du four 10, qui est normalement continu, pour maintenir le niveau du liquide 38 dans le récipient 30 en dessous des tubulures d'injection de charbon et d'oxygène (dont l'une seulement est représentée), et bien en dessous des tubulures d'injec-

tion d'eau 42 (dont l'une seulement est représentée).

Comme décrit, tous les matériaux contenant du fer descendent par courant gravitationnel de la trémie de chargement 14 à la sortie de fer 37. Tous les matériaux ne contenant pas de fer montant dans le fondeurgazéificateur et le four à cuve 10 à contre-courant par rapport aux matériaux contenant du fer et descendant. Ceci permet une utilisation de l'énergie la plus efficace possible pour produire du fer fondu à partir de charbon et d'oxygène, et

ceci au moyen d'un procédé simple.

Chaque tubulure d'injection 40 est une tubulure à deux

passages comprenant un passage central destiné au- combus-

tible fossile et communiquant avec une source de combustible fossile 44 par la tubulure 45 et un passage annulaire d'oxygène communiquant avec une source d'oxygène 47 par la tubulure 48. Le charbon pulvérisé et autres matériaux charbonneux sont transportés dans la tubulure 45 vers la tubulure d'injection 40 qui passe par l'ouverture 50 de la paroi latérale du fondeur-gazéificateur 30, grâce à un petit courant de gaz sous pression provenant de la tubulure

51. De préférence, le gaz traité est comprimé par le com-

presseur 52 et utilisé comme agent transporteur. Le charbon pulvérulent ainsi transporté est injecté par la tubulure centrale de la tubulure d'injection 40 et sur la surface du bain fondu 35 en un point situé légèrement au-dessus du niveau liquide 38. Il est souhaitable de maintenir le niveau liquide légèrement au-dessous de la tubulure 40 de manière que le courant de charbon et d'oxygène vienne frapper la surface du produit fondu, assurant ainsi un bon

transfert thermique et une combustion stable du charbon.

L'oxygène provenant de la source 47 est comprimé à un niveau de pression approprié et injecté par la tubulure annulaire de la tubulure d'injection 40 de manière que les courants d'oxygène et de charbon pulvérulent se rencontrent aux sorties de leurs tubulures respectives au point de sortie de la tubulure d'injection 40. Le charbon est brûlé avec de l'oxygène sur et au-dessus de la surface 38 du bain fondu 35. La combustion du charbon et de l'oxygène est exothermique, et une chaleur suffisante est dégagée pour fondre le matériau particulaire chaud 21 contenu dans le récipient 30. Le rapport entre le charbon et l'oxygène est déterminé de manière que la combustion s'effectue à une température de flamme adiabatique théorique d'environ 19500C. La quantité de charbon brûlé est commandée en fonction de la quantité de matériau particulaire réduit telle qu'elle est mesurée au moyen du transporteur de décharge 28. Le rapport entre le charbon et le matériau particulaire réduit est réglé de manière a maintenir la

quantité correcte de gaz d'échappement provenant du fondeur-

gazéificateur pour réduire tout l'oxyde de fer en fer

métallique dans le four 10.

Les gaz d'échappement chauds, riches et réducteurs 54

quittent la surface 38 du bain de fer fondu 35 à une tempé-

rature d'environ 14000C. La qualité (rapport entre réducteur et oxydant) et la température des gaz sont toutes les deux

supérieures à ce qui est souhaitable dans le four à cuve.

C'est pourquoi de l'eau à l'état liquide provenant de la source 55 est injectée par les buses à eau 42 pour réduire la température des gaz d'échappement à environ 1200WC et humidifier les gaz d'échappement chauds pour obtenir la qualité désirée des gaz en vue de la réduction. Les gaz d'échappement humidifiés quittent la partie supérieure du fondeurgazéificateur 30 par la tubulure de sortie 56. Les matériaux solides chauds qu'ils contiennent sont séparés des gaz d'échappement humidifiés dans un séparateur à cyclone 57. Les solides séparés peuvent être recyclés dans le fondeur-gazéificateur en les injectant par la tubulure

58 dans la tubulure 45 ern même temps que le charbon pulvé-

risé.

Les gaz d'échappement humidifiés qui quittent le sépa-

rateur à cyclone 57 par l'intermédiaire de la tubulure 60 continuent à être refroidis jusqu'à la température désirée des gaz en vue de la réduction. Les gaz chauds passent par

un orifice restricteur 62 permettant seulement à une quanti-

té contrôlée de gaz de le traverser. Le reste, qui est également une quantité contrôlée de gaz, est dévié par la tubulure 64 puis passe par un échangeur de chaleur 66 à refroidissement à l'eau o les gaz sont refroidis. Une partie des gaz refroidis est déviée vers la tubulure 51 pour obtenir des gaz comprimés destinés à la conduite d'injection de charbon 45. Le reste des gaz refroidis passe par la tubulure 68 et-ils sont recombinés au courant de gaz

chauds dans la tubulure 69. La température des gaz réduc-

teurs dans la tubulure 69 est commandée par un réglage automatique du courant de gaz en dérivation et froids provenant de la tubulure 68. L'échangeur de chaleur 66 peut être du type direct ou indirect. On n'a pas besoin de vapeur pour ce procédé; cependant, si on souhaite obtenir

de la vapeur utilisée ailleurs, on peut employer une chau-

dière récupérant la chaleur. Si on ne souhaite pas engendrer de vapeur, on peut utiliser un simple refroidisseur direct

de l'eau à la place de l'échangeur de chaleur 66.

Les gaz de réduction recombinés et présentant la tempé-

rature, la qualité et la quantité désirées pour la réduc-

tion, pénètrent dans le four à cuve 10 par un système à

conduite annulaire et tuyère 70. Les gaz réducteurs s'écou-

lent vers l'intérieur et vers le haut en passant par le lit

de fusion descendant 18 pour chauffer l'oxyde de fer parti-

culaire et le réduire en fer métallique. Lors de la réac-

tion de réduction de l'oxyde de fer en fer, les gaz réduc-

teurs sont partiellement oxydés et refroidis. Les gaz partiellement oxydés et refroidis quittent le four à cuve

de réduction 10 par la tubulure de sortie 72 des gaz d'échap-

pement du four pour parvenir dans le laveur refroidi à l'eau 73 o ils sont refroidis et lavés des poussières qu'ils contiennent. Les gaz d'échappement du four qui sont froids et propres et qui sont évacués par la tubulure 75 contiennent du CO et de l'H2 et leur valeur thermique est d'environ 1900 Kcal/Nm3. Ceci constitue un combustible gazeux de valeur qui peut être utilisé dans l'usine de

fabrication d'acier ou ailleurs.

On introduit de l'oxygène et du charbon dans le fondeur-gazéificateur 30 à une pression suffisamment élevée pour surmonter la baisse de pression créée par le courant gazeux passant par les systèmes du fondeurgazéificateur et du four à cuve, et pour fournir des gaz d'échappement combustibles à une pression utilisable. La pression des gaz dans le fondeur-gazéificateur 30 est plus élevée que dans le four à cuve 10; c'est pourquoi on introduit une certaine quantité de gaz inertes froids par la tubulure d'entrée 77 dans la chambre 23 entre la tubulure de décharge 22 du four

et la tubulure de décharge 25 de la chambre d'étanchéité.

La pression dans la chambre 23 est maintenue à un niveau légèrement supérieur à la pression régnant au fond du four à cuve 10 et dans la chambre 26 du transporteur de décharge de manière qu'une certaine quantité de gaz inertes froids d'étanchéité monte dans le four à cuve 10 et descende dans la chambre 26 du transporteur de décharge. Ceci évite aux gaz dont la température est de 12000C et provenant du fondeurgazéificateur 30 de monter directement dans le fond

du four à cuve.

La présente invention met en oeuvre un procédé totale-

ment continu à contre-courant pour utiliser le plus effica-

cement possible des combustibles solides non cokéfiants

pour produire du fer fondu à partir d'oxyde de fer particu-

laire et, dans le même temps, pour produire un combustible

gazeux de valeur.

Pour démontrer la praticabilité du procédé inventé, la Demanderesse a mis au point une analyse du procédé résumé

sur les Tableaux 1, 2 et 3. L'analyse est basée sur l'uti-

lisation d'un charbon sous-bitumineux type Western U.S.A.

pour constituer le matériau carboné.(pages 13 et 14).

La qualité des gaz réducteurs est définie comme étant le rapport entre les réducteurs (CO plus H2) et les oxydants (CO2 plus H20) dans le mélange gazeux. Pour retirer un avantage complet du rendement chimique inhérent d'un four de réduction a cuve à contre-courant, la qualité des gaz

réducteurs chauds doit être d'au moins 8.

Les températures de fonctionnement d'un four à cuve varient entre 760 et 9000C et dépendent de l'oxyde de fer particulaire spécifique qui est réduit. Une température de fonctionnement pratique est de 8150C pour la plupart des matériaux. Du fait des caractéristiques thermodynamiques chimiques en cause lors de la réduction de l'oxyde de fer en fer métallique, seule une partie des réducteurs de départ (CO plus H2) peuvent être soumis à une réaction avant que les oxydants (CO2 plus H20) qui sont formés fassent cesser les réactions de réduction. Cette situation thermodynamique a

pour résultat que les gaz réducteurs consommés et s'échap-

pant du four à cuve par la sortie 72 présentent une qualité d'environ 1,5 pour un four fonctionnant à bon rendement. De

ce fait, on oxyde des gaz réducteurs dont la qualité est de-

8 pour parvenir à une qualité de 1,5 lors du processus de

réduction. La quantité de CO plus H2 ainsi consommée déter-

mine la quantité de gaz réducteurs nécessaires. Une quantité

de gaz réducteurs de 1800 à 2100 Nm3/t de fer réduit con-

vient à un fonctionnement à bon rendement.

Chaque tonne de fer fondu déchargé du fondeur-gazéifica-

teur 30 exige un chargement dans le fondeur-gazéificateur

de 1035 tonnes de matériau particulaire réduit directement.

Une métallisation typique d'un matériau réduit directement est de 92%. Le matériau est fourni au fondeur-gazéificateur à 7000C. Le fer fondu est déchargé à 13500C. Il faut donc

engendrer suffisamment de chaleur dans le fondeur-gazéifica-

teur pour chauffer le matériau réduit directement et parve-

nant à la température de 7001C pour le faire passer à 13500C, pour réduire le FeO résiduel en fer, réduire le SiO2, le MnO, le P205, etc., augmenter le carbone, faire passer la température des scories à 13500C, et compenser les pertes de chaleur du système. Ceci exige 403.000 Kcal par tonne de fer fondu. La chaleur nécessaire est fournie par réaction exothermique de charbon et d'oxygène dans le fondeur-gazéificateur et par refroidissement des produits

de la combustion à 1400'C.

Le Tableau 3 donne les analyses des gaz pour les

positions indiquées dans le procédé.

Bien que le combustible fossile préféré que l'on injecte par la conduite 45 soit du charbon non cokéfiant ou de la lignite, le procédé peut également fonctionner avec du charbon de cokéfaction, du charbon animal ou du coke. Le combustible fossile injecté doit être pulvérisé à une granulanotrie inférieure à 6,35 md. En variante, le procédé peut être mis en oeuvre avec du pétrole liquide dérivé d'un combustible fossile ou d'un combustible fossile gazeux tel

que du gaz naturel.

Dans un mode de réalisation différent de l'invention et représenté sur la Fig. 2, on injecte du charbon et de l'oxygène dans le récipient 30 en dessous de la surface 38 du bain 35. Le fer fondu et les scories sont éliminés de façon intermittente du récipient 30 pour maintenir un niveau liquide 38 au-dessus de l'extrémité de décharge des tubulures d'injection 80 (dont une seule est représentée) du charbon et de l'oxygène, et en dessous des tubulures

d'injection d'eau 42 (dont une seule est représentée).

L'élévation du niveau liquide 38 n'est pas d'importance critique et ne dépend que de la forme donnée au récipient

et de la distance verticale entre l'élévation des tubu-

lures 80 et 42. Il est souhaitable de minimiser l'élévation du niveau liquide au-dessus de la sortie de la tubulure 80 pour maintenir les pressions auxquelles le charbon et l'oxygène doivent être comprimés par injection aussi basses

que possible. Le charbon sous forme pulvérulente est injec-

té par une tubulure centrale des tubulures d'injection 80 et dans le bain fondu 35 en un point situé en dessous du niveau liquide 38. L'oxygène provenant de la source 47 est comprimé à la pression appropriée puis injecté par une tubulure annulaire 82 entourant la tubulure d'injection 80

de manière que les courants d'oxygène et de charbon pulvéru-

lent se rencontrent aux sorties de leurs tubulures respec-

tives au point de décharge des tubulures d'injection 81 et 82. Le charbon est brûlé avec l'oxygène dans le bain fondu

35. La combustion du charbon et de l'oxygène est exother-

mique et une chaleur suffisante est dégagée pour fondre les matériaux particulaires chauds 21 dans le bain. Le rapport entre le charbon et l'oxygène est commandé de manière que la combustion s'effectue à une température de flamme adiabatique théorique d'environ 19500C. La quantité de charbon brûlé est déterminée en fonction de la quantité de matériaux particulaires réduits telle qu'elle est mesurée

au moyen du transporteur de décharge 28.

Un second mode de réalisation différent est représenté sur la Fig. 3. Une chambre 110 de fondeur-gazéificateur, comprenant une coquille d'acier, est pourvue d'une chemise en matériaux réfractaires 112 du type à briques réfractaires dans la partie supérieure et de matériaux réfractaires 114 du type à briques au carbone dans la partie inférieure. La chambre 110 a de préférence une section transversale de forme générale circulaire. Une sole de fusion 116 surélevée

peut être prévue dans la région inférieure de la chambre.

Cette sole est située à l'intérieur de la chambre de manière à former un réservoir de fer fondu et de scories 118 o s'accumulent le fer fondu 119 et les scories 120. Une sortie de fer et de scories 37 est prévue en vue de retirer périodiquement le liquide chaud du réservoir 118. La sole 116 est de préférence constituée par un piédestal dressé, situé centralement et entouré d'un anneau de métal fondu 118. En variante la sole peut être constituée par une pile

de boulets ou autres matériaux sur le fond du four.

Une série-de tuyères 123 refroidies à l'eau sont dispo-

sées dans une partie de la chambre et inclinées vers le bas en direction de la partie supérieure de la sole de fusion 116. La partie supérieure de la chambre est pourvue d'une buse d'atomisation d'eau 42 qui pulvérise l'eau dans la chambre. Une tubulure de sortie de gaz 56 et une ouverture d'entrée 128 pour les boulets chauds de fer réduit sont

situées au sommet de la chambre.

Un four de réduction directe du type à cuve 10 est accouplé à la partie supérieure de la chambre 110 de fondeur-gazéificateur.

Les boulets chauds de fer réduit passent par la tubulu-

re de décharge 22 du four à une vitesse contrôlée par un dispositif d'alimentation de décharge 130 qui établit une descente par gravité de la charge 18 du four. Le dispositif d'alimentation de décharge 130 peut être constitué par tout type classique de dispositif d'alimentation de décharge à chaud tel qu'une barre à came en alliage résistant à la chaleur et effectuant un mouvement alternatif, ou un

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dispositif d'alimentation à tablier. Les boulets chauds de

fer réduit qui sont déchargés par le dispositif d'alimenta-

tion 130 tombent par gravité sur la sole 116 o se consti-

tue un empilement 132 à angle de pente naturel. Une petite quantité de coke en morceaux peut être ajoutée aux boulets d'oxyde dans la trémie de chargement 14 pour déterminer une source de carbone fixé et sacrifié mélangé au fer réduit directement et chaud, fondu sur la sole à lit à impact. Le

coke circule dans le four de réduction 10 sans réagir.

Quand il vient frapper contre le fond du four, qui n'a pas besoin d'être sous la forme d'un piédestal élevé dans ce cas, il forme avec les boulets de fer une sole à lit à impact dressé, Le coke détermine un environnement riche en

carbone à l'endroit o s'effectue la fusion.

Le charbon pulvérisé qui doit être gazéifié dans une chambre 110 de fondeur-gazéificateur est admis dans les tuyères 123 par une source 44 de charbon pulvérisé, et de l'oxygène nécessaire à la gazéification est envoyé aux tuyères 123 à partir d'une source d'oxygène 47. Les tuyères sont dirigées de manière que leur jet vienne frapper la

surface de la pile de boulets chauds de fer réduit directe-

ment sur la sole 116, Cet impact sert non seulement à accélérer la combustion et la gazéification mais également la fusion des boulets. A mesure que ces boulets fondent, le fer fondu et les scories surchauffés s'écoulent de façon continue par dessus le rebord de la sole 116 pour parvenir

dans le réservoir annulaire de fer fondu et de scories 118.

Le fer fondu et les scories sont périodiquement évacués par la sortie de fer 37.. A mesure que les boulets fondent dans la pile 132, et provoquent une réduction en dimensions de cette pile, une sonde de détection de niveau nucléaire, non représentée, sert à actionner le dispositif d'alimentation de décharge 130 du four de réduction pour remplacer les

boulets fondus par des boulets chauds de fer réduit prove-

nant du four de réduction 10.

Pour réguler la quantité de gaz chauds provenant de la

tubulure 60 et qui traversent le refroidisseur 66 en déri-

vation, on prévoit une soupape de commande de débit 140 qui répond à l'élément détecteur 142 de la température des gaz par le moyen d'une commande classique non représentée, cette soupape servant à déterminer la température des gaz

qui pénètrent dans la tubulure d'entrée 70.

Pour obtenir une fluidité nominale des scories fondues et un agent de désulfuration du fer, comme c'est le cas dans un haut fourneau classique, on alimente le four de préférence avec de la pierre à chaux ou de la dolomite en morceaux que l'on ajoute aux boulets d'oxyde de fer dans la trémie de chargement 14 du four de réduction. Un procédé différent consiste à injecter de la pierre à chaux ou de la

dolomite pulvérisée par les tuyères 123.

On peut voir à la lecture de ce qui précède que la présente invention consiste en un appareil et un procédé continu à contre-courant permettant la réduction directe d'oxyde de fer particulaire en fer fondu et utilisant avec efficacité des combustibles fossiles solides non cokéfiants comme source principale de réducteur, et qui produit simultanément un combustible gazeux de valeur pouvant être

utilisé ailleurs.

24 6 1758

PE

TYPES DE GAZ

Oxygène

Gaz du fondeur-

gazeificateur Gaz humidifiés du fondeur-gazéificateur Gaz de dérivation Gaz de réduction Gaz d'échappement du four Gaz combustible d'échappement propre

TABLEAU 1

DEBITS ET TEMPERATURES DES GAZ

EFERENCE DEBIT EN QUALITE

Nm3 * DES GAZ

- 576 -

16,9 8,0 8,0 8,0

TEMPERATURE

DES GAZ EN C

1,4

*Nm3 - mètres cubes normalisés.

TABLEAU 2

BESOINS EN ALIMENTATION ET EN ENERGIE

MATERIAU REFERENCE Nm3 kg Gcal Charbon 45 - 1055 6,71 Oxygène 48 576 - 1, 01*

Oxyde 15 - 1420 -

Eau d'humidification 55 - 117 -

Gaz comnbustible d'échappement 75 1850 - (3,47) Energie nette nécessaire - - 4,25 * Energie (HHV) de charbon nécessaire pour produire 576 Nm3(

rendement de 30%.

(HHV) 2 avec un

TABLEAU 3

ANALYSE DES GAZ AU CODURS DU PROCEDE

REERENCE %CO % O2 %H2 %H20

Gaz du fondeur- gazéificateur Gaz réducteurs Gaz d' échappement du four Gaz combustibles d'échappement propres

54 66,9

69 63,0

2,3 26,2

2,2 24,7

3,2 1,4

8,8 1,3

72 36,6 28,1 21,7 12,3

38,8 29,8 23,0 6,0

MATERIAU

246 175 8

1,3 2,4

Claims (30)

1. REVENDICATIONS

   1l Procédé de réduction d'oxyde de fer particulaire et

   de production de fer fondu, caractérisé en ce qu'il consis-

   te à: a) réduire chimiquement de l'oxyde de fer particulaire en fer métallisé particulaire sous forme solide dans un four de réduction du type à cuve, par réaction avec des gaz réducteurs chauds consistant principalement en monoxyde de carbone et en hydrogène, b) décharger le fer métallisé particulaire chaud dans une chambre de fusion contenant un bain de métal fondu, c) injecter du combustible fossile et de l'oxygène dans ladite chambre pour faire fondre le fer et gazéifier le

   combustible fossile de manière à obtenir des gaz d'échappe-

   ment chauds dans la chambre; d) refroidir et humidifier les gaz d'échappement chauds dans la chambre pour former des gaz réducteurs chauds, e) évacuer lesdits gaz réducteurs chauds de la chambre et introduire ces gaz réducteurs chauds dans le four à cuve en tant que réducteurs pour agir avec l'oxyde de fer particulaire et le réduire en fer particulaire; et

   f) recueillir le fer fondu de ladite chambre.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible fossile et l'oxygène sont projetés

   contre la surface du bain de métal fondu.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible fossile et l'oxygène sont injectés dans

   le bain de métal fondu en dessous de la surface de ce bain.
4. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

   qu'on utilise une sole à lit à impact dressée et générale-

   ment centrale, en fer particulaire, entourée par un bain de

   métal fondu.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, carac-

   térisé en ce que des gaz d'échappement de réaction sont formés dans le four à cuve, retirés de cette cuve, nettoyés

   et refroidis pour produire un combustible gazeux.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, carac-

   térisé en ce que le combustible fossile est sous forme solide.
7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce

   que le combustible solide est choisi dans le groupe consti-

   tué par le charbon, la lignite, le charbon animal et le coke.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 a 4, carac-

   térisé en ce que le combustible fossile est sous forme

   liquide ou gazeuse.
9. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, carac-

   térisé en ce qu'il consiste en outre à éliminer les maté-

   riaux particulaires des gaz chauds lorsque ces derniers ont

   été retirés de la chambre.
10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits matériaux particulaires qui ont été retirés

    sont renvoyés dans la chambre avec le combustible fossile.
11. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,

    caractérisé en ce qu'une partie des gaz réducteurs chauds est utilisée comme agent transporteur pour le combustible fossile.
12. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température des gaz chauds dans la chambre est réduite à environ 1200WC en introduisant de l'eau dans la chambre au-dessus du niveau auquel s'effectue l'injection du carburant fossile et en dessous du niveau o s'effectue

    le retrait des gaz chauds.
13. 13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz réducteurs sont retirés après réaction du four à cuve, nettoyés et refroidis pour constituer des gaz

    combustibles propres.
14. 14. Appareil de réduction d'oxyde de fer particulaire et de production de fer fondu, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un four à cuve généralement vertical, comprenant une entrée à particules destinée à admettre l'oxyde de fer particulaire à sa partie supérieure et une sortie destinée à décharger ce matériau particulaire à partir de son fond, une entrée de gaz située entre les extrémités du four et pour introduire des gaz réducteurs chauds dans le matériau qu'il contient, et une sortie de gaz destinée à retirer les gaz réducteurs utilisés à partir de sa partie supérieure, b) un récipient fondeur-gazéificateur comprenant à

    l'intérieur un bain de métal fondu, une conduite communi-

    quant avec la décharge de matériau dudit four à cuve et destinée à admettre le produit particulaire du four à cuve à la partie supérieure de ce récipient, des moyens pour faire fondre le matériau particulaire dans ledit récipient, et un trou de coulée pour retirer le produit fondu du récipient, ce récipient étant relié de façon étanche à l'extrémité de décharge du four à cuve; c) des moyens pour introduire de l'oxygène et du combustible fossile dans le récipient, d) une buse d'injection d'eau permettant d'introduire de l'eau à l'intérieur du récipient pour humidifier les gaz chauds qu'il contient; et e) une conduite de gaz réducteurs reliée au récipient et à l'entrée de gaz réducteurs dans le four à cuve, destinée à introduire des gaz d'échappement humidifiés provenant du récipient dans le four à cuve en tant que gaz réducteurs.
15. 15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend une sole à lit central à impact au fond

    du récipient, entourée par un bain de métal fondu.
16. 16. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens destinés à introduire l'oxygène et le combustible fossile sont dirigés contre la surface du bain de métal fondu, l'oxygène et le combustible fossile venant

    frapper cette surface.
17. 17. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens destinés à introduire l'oxygène et le combustible fossile se terminent en dessous de la surface

    du bain.
18. 18. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens destinés à introduire l'oxygène et le combustible fossile dans le bain sont constitués par une tubulure à deux passages comprenant un passage central pour le combustible fossile, entouré par un passage annulaire

    pour l'oxygène.
19. 19. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande du débit d'alimentation qui commande le débit d'alimentation du

    matériau particulaire réduit qui pénètre dans le récipient.
20. 20. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de refroidissement dans la conduite de gaz réducteurs pour refroidir les gaz dans

    ladite conduite de gaz réducteurs.
21. 21. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un cyclone à gaz chauds dans la conduite de gaz réducteurs pour éliminer les produits solides des

    gaz réducteurs.
22. 22. Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite de retour des matières solides reliée au cyclone et aux moyens d'introduction de combustible fossile pour injecter les particules ainsi récupérées dans la conduite de combustible fossile de manière à faire revenir dans le récipient les particules

    qui en ont été retirées.
23. 23. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite de gaz chauds reliée à la conduite de gaz réducteurs et aux moyens d'introduction de combustible fossile pour introduire une partie desdits gaz

    réducteurs dans lesdits moyens d'introduction de combusti-

    ble fossile pour aider à l'injection de combustible fossile

    dans le récipient.
24. 24. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une buse de pulvérisation d'eau dans la paroi du récipient, audessus du bain fondu, pour

    refroidir et humidifier les gaz provenant de ce bain.
25. 25. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en

    ce qu'il comprend une chambre d'étanchéité reliée à l'ex-

    trémité de décharge du four à cuve et à la partie supéri-

    eure du récipient, comprenant des moyens d'injection de gaz

    pour introduire un gaz inerte dans ladite chambre d'étan-

    chéité et éviter le passage des gaz entre le récipient et

    le four à cuve par ladite chambre d'étanchéité.
26. 26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour maintenir la pression dans la chambre d'étanchéité à un niveau plus important que

    la pression régnant dans le four ou dans le récipient.
27. 27. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de fusion sont dirigés vers la sole à lit à impact pour fondre le matériau métallique sur cette sole

    et constituer un gaz chaud.
28. 28. Appareil selon la revendication ce que lesdits moyens de chauffage sont brûleur.
29. 29. Appareil selon la revendication ce que lesdits moyens de chauffage sont

    tuyère à air chaud.
30. 30. Appareil selon la revendication ce qu'il comprend un orifice restrictif dans la conduite de gaz réducteurs, une tion de gaz reliée à la conduite de gaz 27, caractérisé en constitués par un 27, caractérisé en constitués par une 14, caractérisé en de passage des gaz

    conduite de dériva-

    réducteurs sur chaque côté de cet orifice, un refroidisseur en dérivation dans la conduite en dérivation, un détecteur de température des gaz dans la conduite de gaz réducteurs et adjacent à l'entrée de gaz réducteurs dans le four à cuve, et une soupape de commande de débit dans la conduite en dérivation reliée au détecteur et répondant à celui-ci, ce qui permet de commander la température des gaz réducteurs injectés

    dans le four à cuve.