FR2507624A1 - Procede pour la gazeification du charbon et la fabrication de fonte et installation pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE GAZEIFICATION DE CHARBON ET DE FABRICATION DE FONTE ET UNE INSTALLATION POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. DANS UN FOUR DE FUSION ET DE GAZEIFICATION COMPORTANT UNE COUCHE REMPLIE DE COKE, DU CHARBON EST GAZEIFIE PAR DE L'OXYGENE SOUFFLE A TRAVERS DES TUYERES 4 POUR FORMER UN GAZ CHAUD REDUCTEUR QU'ON FORCE A MONTER A TRAVERS LA COUCHE REMPLIE DE COKE POUR FAIRE FONDRE DU FER REDUIT SUPPORTE SUR LE DESSUS DE LADITE COUCHE. LE FER FONDU RESULTANT S'ECOULE VERS LE BAS A TRAVERS LA COUCHE REMPLIE DE COKE ET SE TROUVE RECUEILLI DANS LA REGION LA PLUS BASSE DE LADITE COUCHE ET DECHARGE DE CELLE-CI TANDIS QUE LE GAZ CHAUD EST RECUPERE. CELUI-CI ALIMENTE UN FOUR DE REDUCTION A PUITS 20A POUR REDUIRE LES MINERAIS DE FER ET LE FER AINSI FORME EST FOURNI A UN FOUR DE FUSION ET DE GAZEIFICATION 1A. EN PLUS DU CHARBON, ON PEUT UTILISER POUR LA GAZEIFICATION D'AUTRES VARIETES DE COMBUSTIBLE, HUILE LOURDE, GAZ NATUREL, ETC., QUI SONT SOUFFLES A TRAVERS LES TUYERES 4 OU CHARGES PAR DES ORIFICES MOYENS 15 AU-DESSUS DE CELLES-CI. APPLICATION A LA METALLURGIE DES FONTES.

Description

La présente invention concerne un procédé et une installation pour la

production de fonte par la fusion

de fer semi-réduit ou de fer réduit avec une grande effi-

cacité en utilisant un combustible composé principalement de carbone et d'hydrogène et en même temps d'un gaz ré-

ducteur composé principalement d'oxyde de carbone et d'hy-

drogène Le four selon la présente invention est dénommé

ci-après four de fusion et de gazéification.

La présente invention concerne également un pro-

cédé et une installation pour la production de fonte avec lesquels on obtient une grande productivité et une efficacité

thermique comparables à celles obtenues avec un procédé.

avec haut fourneau en utilisant des matières premières d'une qualité aussi basse que possible par la combinaison d'un four de fusion et de gazéification pour gazéifier du charbon etc et fondre du fer réduit et d'un four de réduction

capable de réduire les minerais de fer.

La présente invention concerne également un procédé et une installation impliquant un four de fusion et de gazéification capable de produire un gaz réducteur à partir de combustibles composés principalement de carbone et

d'hydrogène, avec une grande efficacité.

L'art antérieur concernant la fusion de fer réduit par un gaz réducteur produit in situ dans un four ainsi que la récupération du gaz réducteur est représenté par les procédés suivants 1 Four cubilot Du coke est brûlé avec de l'air chaud pour produire un gaz chaud qui passe ensuite vers le haut à travers une

couche remplie de coke de façon à fondre une certaine quan-

tité de fer retenu sur celle-ci Le gaz obtenu comme sous-

produit est un gaz à peu de calories riche en N 2 et en C 02.

2 Procédé allemand de Korfstahl (demande japonaise publiée

N O 55-94408).

Du charbon et un combustible du type hydrocarbure sont gazéifiés par de l'oxygène et de la vapeur de façon à former un gaz chaud qui à son tour passe vers le haut à travers un lit fluidisé de produit de carbonisation de façon à faire fondre du fer semi-réduit dans la partie

supérieure, et le gaz chaud est récupéré.

3 Procédé suédois de Stiftersen (demande de brevet japonais publiée No 49110519) Un combustible du type oxygène et hydrocarbure, ainsi que du fer semi-réduit sont soufflés dans une couche remplie de coke ou une couche carbonée remplie d'un agent réducteur et dans laquelle l'oxygène et le combustible sont brûlés pour produire un gaz chaud servant à faire fondre le fer La reformation du gaz est ensuite effectuée par de la vapeur et du carbone en utilisant la chaleur

substantielle du gaz chaud.

Ces procédés de l'art antérieur ont les inconvénients

suivants: dans le procédé avec cubilot, le gaz sous-

produit obtenu est un gaz de peu de calories riche en N 2 et C 02 et ne peut être utilisé comme un gaz combustible

ou réducteur.

Le second procédé qui a pour but de faire fondre le fer semi-réduit revient à un système dans lequel on forme un lit fluidisé de produit de carbonisation tandis qu'une quantité de fer semi-réduit dans la partie supérieure est

chauffée;et fondue par le gaz chaud montant.

Cependant, le lit fluidisé de produit de carboni-

sation est instable et n'a pas beaucoup de capacité de retenir le fer semi-réduit En conséquence, on ne peut s'attendre à maintenir le fer semiréduit sur le lit fluidisé

deproduit de carbonisation pendant une assez longue période.

Il en résulte que le fer doit être fondu aussi rapidement que possible avec une grande quantité de gaz chaud, ce qui veut dire que l'efficacité thermique de la fusion est faible. Le troisième procédé fait appel à un système dans lequel du fer semi-réduit ainsi que de l'oxygène et un combustible à base d'hydrocarbure sont soufflés dans une couche remplie d'un agent réducteur carboné à travers des tuyères pour brûler le combustible d'hydrocarbure avec oxygène, de façon à obtenir le gaz chaud, et le fer est fondu par la chaleur substantielle du gaz chaud résultant Le gaz consumé pour faire fondre le fer semi-réduit a une température plus élevée que son point de fusion Par conséquent, la chaleur de- combustion de l'oxygène et des hydrocarbures n'est

pas utilisée effectivement pour faire fondre le fer semi-

réducteur Comme il est bien connu dans cette technique, la production de fonte par la réduction et la fusion de

minerais de fer est effectuée selon deux systèmes de pro-

duction: l'un d'après lequel les minerais de fer sont réduits en gaz à l'état solide, avec ensuite une fusion et l'autre d'après lequel les minerais de fer sont chauffés et fondus et ensuite réduits à l'aide d'un agent réducteur solide Le premier systèmeest le procédé typique avec haut fourneau et le second est le procédé typique de fusion et

de réduction.

Cependant, le procédé de fusion et de réduction a les inconvénients que la réduction de minerais de fer fondus avec l'agent réducteur solide implique une réaction considérablement endothermique qui rend très difficile une fourniture stable de chaleur vers un bain de réaction,et que les matières réfractaires subissent une érosion marquée en raison des minerais de fer fondus Il en résulte que dans la technique aucun procédé ne permet une productivité et une économie qui peuvent se comparer à celle obtenue par

le procédé avec haut fourneau.

Tout comme le procédé avec haut fourneau, le système de production selon lequel les minerais de fer sont réduits à l'aide de gaz et ensuite fondus est par contre avantageux du fait que la réduction par le gaz des minerais de fer est une réaction exothermique qui se développe d'une manière stable et du fait que la matière fondue a un contenu réduit d'oxydes de fer, ce qui pose peu de problèmes ou aucun problème du tout en relation -avec l'érosion des matières réfractaires si on fait une comparaison avec le procédé de fusion et de réduction De plus, le procédé avec haut fourneau a une efficacité thermique très grande du fait que la réduction par gaz et la fusion des minerais de fer sont effectuées dans le même récipient, tandis que la

consommation d'énergie est réduite si un gaz comme sous-

produit est récupéré dans d'autres buts.

Comme il est bien connu dans la technique cependant le procédé avec haut fourneau nécessite l'utilisation de coke de haute qualité, ayant une grande résistance ou une réactivité faible pour assurer une bonne perméabilité dans le four et une descente stable de la matière première qu'il contient La production de ces cokes nécessite inévitablement la fourniture de charbon cokéfiant de grande qualité et d'énergie élevée pour la cokéfaction Les minerais de fer agglomérés utilisés doivent également avoir une résistance élevée et des qualités de ramollissement excellentes aux

températures élevées.

Actuellement on demande de plus en plus un procédé

pour la production de fonte ayant la productivité et l'effi-

cacité thermique qui peuvent se comparer avec celles du procédé à haut fourneau tout en ayant la possibilité d'emploi de matières premières de faible qualité Un tel procédé aura une grande importance si on considère les ressources naturelles futures et de nombreuses tentatives ont été

faites pour développer un tel procédé nouveau.

Dans le procédé pour la production de gaz par combustion de combustibles solides tels que le coke et le charbon, il est à noter en général que plus élevée est la température de réaction meilleur sera le rendement de gazéification Avec le four de gazéification de l'art antérieur cependant il est impossible d'effectuer une combustion à température élevée car à mesure que s'élève la température de réaction, les cendres résultantes sont converties en une masse fondue qui est très difficile à traiter Un exemple typique du procédé de gazéification mentionné ci-dessus est le procédé Lurgi utilisant un four à lit statique fonctionnant sous pression Ce procédé est caractérisé par l'utilisation d'un four à lit statique

et comporte les avantages que la température de gazéifica-

tion est faible, et de l'ordre de 1100 'C, que l'enlèvement des cendres est relativement facile, que la quantité de poussière produite est bien plus faible que dans le cas d'un four à lit fluidisé, etc Cependant, ce système a les désavantages suivants: la production de méthane est faible si bien qu'il existe un problème de méthanisation et qu'aucun gaz donnant beaucoup de calories ne peut être obtenu; on ne peut utiliser ni du charbon fin ni du charbon cokéfiant; des difficultés sont rencontrées lors- qu'on cherche à augmenter les dimensions du système; et d'autres difficultés analogues surviennent Il est à noter sous cet aspect que la température de combustion dans le procédé de Lurgi est faible, de 11000 C et que l'efficacité de gazéification est en conséquence faible tandis que le gaz résultant contient environ 30 % de CO 2 et ainsi est

remarquablement riche en C 02.

Un des buts de la présente invention est de fournir un nouveau procédé et une installation (four de fusion et de gazéification) pour produire un gaz chaud réducteur in situ de façon à pouvoir fondre du fer réduit et à récupérer le gaz réducteur Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour produire de la fonte en rendant possible une diminution de'la consommation totale d'énergie avec une grande efficacité en récupérant un ga 7 z réducteur

utile obtenu en tant que sous-produit.

Un autre but encore de la présente invention est de fournir un nouveau procédé et une installation pour produire de la fonte en partant de minerais de fer en -effectuant la production du fer réduit et la fusion du fer réduit résultant à l'aide d'un gaz réducteur produit dans le four de fusion et de gazéification, avec une capacité d'économiser de l'énergie, de diminuer la proportion de coke et d'utiliser des matières premières de qualité plus

basse.

Un autre but encore de la présente invention est de fournir un procédé et une installation pour la production efficace d'un gaz réducteur composé principalement d'oxyde de carbone et d'hydrogène enutilisant un combustible composé principalement de carbone et d'hydrogène, tel qu'un

combustible solide, par exemple du charbon et du coke.

D'autres buts et caractéristiques de la présente

invention apparaîtront plus clairement dans la suite du texte.

On désigne ci-après par "fer réduit" le fer

semi-réduit, à moins qu'on n'indique expressément autre chose.

L'expression "four de fusion et de gazéification" décrit généralement un four ayant pour but essentiel de gazéifier in situ du combustible pour produire un gaz chaud réducteur par de l'oxygène pour faire fondre du fer réduit à l'aide d'une couche remplie de coke et pour récupérer le gaz réducteur, à moins qu'on ne dcnne d'autres indications dans

le présent mémoire.

Contrairement aux procédés classiques mentionnés, la présente invention a pour but de brûler et de gazéifier

une certaine quantité de combustible comprenant principale-

ment du carbone et de l'hydrogène, par de l'oxygène pour produire un gaz chaud réducteur composé principalementlde CO et de H 2 dans un four de fusion et de gazéification et de faire fondre le fer réduit à l'aide d'une couche remplie de coke pour produire du fer fondu en utilisant la chaleur

substantielle dudit gaz chaud.

En particulier, le premier procédé pour la pro-

duction de fer fondu selon la présente invention utilise le four de fusion et de gazéification fourni avec une couche remplie de coke comprenant des espaces vides dans lesquels le gaz s'écoule à contre- courant par rapport au fer fondu et au laitier, tandis que la couche remplie de coke supporte une certaine quantité de fer non fondu dans sa partie

supérieure, le procédé impliquant le brûlage et la gazéifica-

tion de combustible comprenant principalement du carbone

et de l'hydrogène, par de 1 'oxygène et, en option,de la vapeur.

dans la partie basse de la couche remplie de coke pour former un gaz chaud comprenant principalement de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, le fait de forcer le gaz chaud à s'élever à travers la couche remplie de coke pour faire fondre le fer réduit et ensuite la récupération du gaz chaud, et le fait de faire s'écouler le fer fondu formé par fusion du fer réduit ainsi que le laitier contenant de l'oxyde de fer, en contact à contre-courant, avec le gaz chaud passant vers le haut à travers la couche remplie

de coke, ce qui permet d'obtenir de la fonte fondue.

Lors du contact à contre-courant, les oxydes de fer et les autres oxydes métalliques du laitier sont réduits par le coke et le carbone du coke est dissous dans le fer

fondu La fonte fondue et le laitier résultants sont re-

cueillis dans la zone la plus basse du four de fusion et

de gazéification o ils sont soutirés.

Le premier four de fusion et de gazéification pour la mise en oeuvre du premier procédé de la présente invention et qui a pour but de produire de la fonte fondue et de gazéifier du combustible comprend une partie principale de four, une entrée supérieure pour l'introduction de fer réduit, de coke et de matières auxiliaires, et une sortie de gaz, qui se trouvent dans la partie supérieure de la partie principale de four, des sorties pour décharger la fonte fondue et le laitier et se trouvant dans la partie inférieure de la partie principale-de four, une couche remplie de coke prévue dans une partie majeure de la partie principale de four, cette couche comportant des espaces vides à travers lesquels un gaz s'écoule en contact à contre-courant avec le fer fondu et le laitier, et ladite couche supportant une matière première

non fondue chargée par ladite entrée de la partie supé-

rieure,

une tuyère ou des tuyères pour souffler de l'oxy-

gène, un combustible comprenant principalement du carbone et de l'hydrogène et, si nécessaire,une matière formant laitier et/ou de la vapeur, la ou les tuyères se trouvant dans la

partie de paroi latérale correspondant à la région infé-

rieure de la couche remplie de coke, et une zone ou des zones de combustion se trouvant à l'avant de la ou des tuyères, une section de fusion portée par la couche remplie de coke et comprenant un stock de fer réduit, de coke et de matières auxiliaires chargées par l'entrée supérieure, et un creuset formé dans la partie la plus basse

de la partie principale de four.

Le second procédé de la présente invention est

une modification du premier, d'après laquelle la gazéifi-

cation de combustible est effectuée sensiblement à l'exté- rieur de la périphérie externe de la zone inférieure de

la couche remplie de coke.

Le four pour la mise en oeuvre du second procédé

selon la présente invention comporte une ou plusieurs ouver-

tures centrales prévues dans la paroi latérale au-dessus de la ou des tuyères et à travers lesquelles sont introduits du combustible solide etsi nécessaire, une matière formant laitier, etc, et une ou plusieurs zones de combustion formées par une charge de combustible solide et se trouvant sensiblement à l'extérieur de la périphérie externe de la

région inférieure de la couche remplie de coke.

Le troisième et le quatrième procédés selon la présente invention pour la gazéification du combustible sont fondamentalement analogues aux premier et second procédés de gazéification respectivement, les cendres provenant du combustible étant fondues, transformées en

laitier et s'écoulant vers le bas avec le fer fondu, c'est-à-

dire à l'aide de celui-ci, et le fer fondu et le laitier résultants étant recueillis dans la région inférieure du

four pour en être soutirés Ces procédés modifiés sont uti-

lisés au mieux pour la gazéification de combustibles solides tels que charbon, coke, etc, et mis en oeuvre en utilisant

le premier ou le second four de fusion et de gazéification.

Le gaz réducteur résultant est un gaz chaud comprenant principalement de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, qui est utile comme gaz caobustible, réducteur, ou d'alimentation sous forme de matière première Le cinquième ou le sixième procédé selon la présente invention utilise une combinaison du premier ou du second four de fusion et de gazéification et d'un four de réduction à puits (premier ou second système) pour introduire le gaz réducteur récupéré du four de fusion et de gazéification dans le four de réduction à puits dans lequel les minerais de fer sont réduits en fer réduit, et pour admettre le fer réduit dans le four de fusion et de gazéification o il est converti en fonte fondue Le four de réduction à puits peut être soit du type à lit mobile soit du type à lit statique. Avec le cinquième et le sixième procédés, il est possible de produire du fer fondu avec une quantité d'énergie analogue ou inférieure à celle nécessaire selon

le procédé à haut fourneau et avec l'utilisation d'une ali-

mentation en matières premières de qualité et/ou de degré inférieurs à ceux des matières nécessaires dans le procédé avec haut fourneau, la proportion de coke étant alors

réduite par comparaison avec ce procédé.

La présente invention va maintenant être expliquée en référence aux formes de réalisation illustrées dans les dessins annexés, qui ne constituent que des exemples de

réalisation et n'ont pas pour but de limiter l'invention.

Sur les dessins: la figure 1 est une coupe longitudinale d'une forme de réalisation du four de fusion et de gazéification utilisé dans la présente invention; la figure 2 est une coupe longitudinale d'une

autre forme de réalisation du four de fusion et de gazéifica-

tion; la figure 3 est une vue schématique du système pour la production de fonte comprenant une combinaison de four de fusion et de gazéification avec four de réduction à puits; la figure 4 constitue un exemple pratique du système de la figure 3 dans lequel le four de fusion et de gazéification de la figure 2 est appliqué-; la figure 5 est une vue montrant une autre forme de réalisation du four de fusion et de gazéification;et la figure 6 constitue un graphique montrant

les relations entre divers paramètres comprenant les quan-

tités de coke, de chaux, de fonte produite, de gaz produits et de gaz de combustion par m 3 d'oxygène, qui varient

en fonction de la quantité de charbon fournie.

Une couche remplie de coke supporte une certaine quantité de fer réduit sur sa partie supérieure, le fer réduit étant fondu par un gaz chaud ascendant, le tout étant utilisé pour réaliser un emploi effectif de la chaleur substantielle du gaz chaud La couche remplie de coke sert à maintenir le fer réduit à un niveau élevé et à produire du fer fondu satisfaisant, lorsque le fer fondu formé par la fusion du fer réduit et le laitier contenant de l'oxyde de fer s'écoulent vers le bas à travers la couche remplie

de coke en contact à contre-courant avec le gaz chaud ascen-

dant pour effectuer la réduction des oxydes de fer et la

carburation du fer fondu.

Selon la présente invention, le combustible composé principalement de carbone-et d'hydrogène est gazéifié

en un gaz de combustion composé principalement ou préfé-

rentiellement de CO et de H 2, par de l'oxygène et si désiré par de la vapeur, pour les raisons principales suivantes

1 Le gaz formé est un gaz ayant beaucoup de calo-

ries, chaud et réducteur, composé principalement de CO et de H 2 On préfère ne pas utiliser d'air car le gaz résultant

a un pourcentage élevé de N 2.

La récupération et l'utilisation ultérieure de

ce gaz réducteur chaud contribuent grandement à l'améliora-

tion de l'efficacité énergétique globale.

2 Si on utilise de l'oxygène, il est possible d'obtenir un gaz ayant une température élevée suffisante pour faire fondre le fer réduit en le soufflant dans le four à une température normale L'utilisation de l'air par contre nécessite un chauffage préliminaire à environ 5000 C

ou plus.

3 La vapeur est utilisée si on a besoin de commander la température du gaz produit, ce qui peut être attribué à une augmentation de la proportion d'hydrogène dans le gaz produit lorsqu'un combustible riche en carbone tel que

le charbon ou le coke est utilisé.

L'expression "combustible(s)" se réfère à un combustible solide tel que le charbon ou le coke, un combustible liquide tel qu' une huile lourde ou du bitume, et un combustible gazeux tel que le gaz naturel, le gaz de coke de four ou analogues A titre de combustible, du charbon, du coke (en particulier du charbon pulvérisé, du poussier de coke), etc, c'est-à-dire du combustible solide peuvent être utilisés avantageusement. Lorsque le combustible utilisé est du charbon, le gaz chaud formé dans les zones de combustion et composé principalement d'oxyde de carbone et d'hydrogène a la composition suivante: CO: 60 75 %, H 2: 25 35 % et

CO 2 plus N 2: environ 5 %.

Il est à noter ici que la composition du gaz chaud peut varier plus ou moins en fonction des quantités de combustible et de vapeur introduites etc Les températures maximales dans les zones de combustion sont de l'ordre de 2000 à 25000 C et habituellement d'environ 23000 C Dans ce cas, le gaz récupéré après fusion du fer réduit a une proportion de CO quelque peu plus grande que celle du gaz chaud mentionné (produit dans les zones dé combustion) et il a une composition depar exemple CO: 65 80 %, C 02 plus N 2: 5 % et H 2: 20 30 % Le gaz récupéré devrait également avoir une température allant normalement de 900 à 1000 C, de préférence environ 9500 C, en fonction de la température de la charge, des conditions de fonctionnement et d'autres facteurs Ce gaz chaud ayant beaucoup de calories et récupéré est utilisé avantageusement comme un gaz réducteur, combustible ou de matière chimique ou

gaz analogue dans les procédés successifs.

Habituellement, le fer fondu formé s'écoule vers le bas à travers la couche remplie de coke (fonctionnant comme une section de-chauffage) à une température allant de 1500 à 16000 C et généralement a une composition résultante de C: 4,5 %, Si: 0,2 %, Mn: 0,2 %, P: 0,12 % et S 0,03 % (dans le cas d'utilisation de charbon pulvérisé en tant que combustible et de fer semi-réduit en tant que matière première) Pendant qu'il s'écoule vers le bas à

travers la couche remplie de coke, le fer fondu est désul-

furisé par le laitier dont la basicité est ajustée à un degré approprié (environ de 1,0 à 1,5) et il est finalement recueilli dans un creuset formé dans la région la plus inférieure de la partie principale de four qui peut inclure

la région de fond de la couche remplie de coke.

La matière première chargée estdu fer réduit et une quantité additionnelle de coke est fournie pour compenser une perte de coke de ladite couche remplie de coke, tandis qu'une quantité donnée de matière formant laitier (flux) telle que de la chaux qui est énumérée parmi les matières auxiliaires ci-après est ajoutée pour le réglage de la fluidité et de la basicité du laitier Les

matières auxiliaires comprennent également d'autres addi-

tifs connus qui sont utilisés pour fabriquer de la fonte.

Le fer réduit qui est utilisé avantageusement avec le four de fusion et de gazéification selon la présente invention est un fer ayant un rapport de métallisation (fer métal/fer total) d'environ 75 % ou plus et peut être

un mélange de fer réduit avec des minerais.

L'oxygène utilisé est de préférencede l'xcygène pur (pureté: 99 % ou plus) mais de l'oxygène industriel ayant une proportion d'oxygène de 96 à 97 % ou même d'environ % ou plus peut être utilisé pour des raisons économiques

et autres.

Les vides ou les espaces intersticiels dans la couche remplie de coke peuvent être tels que le gaz chaud ascendant vienne en contact à contrecourant avec un écoulement vers le bas du fer fondu formé par la fusion

de fer réduit et du laitier contenant de l'oxyde de fer.

Le coke utilisé peut avoir un diamètre de 30 mm ou plus qui varie en fonction de la dimension du four employé, des

conditions de fonctionnement et d'autres facteurs La hau-

teur de la couche remplie de coke est déterminée en prenant en considération la carburationdu fer fondu, c'est-à-dire la dissolution du carbone du coke dans le fer fondu, la réduction des oxydes dans le laitier et d'autres facteurs, et peut être d'environ 4 x 5 m, la mesure étant prise

à partir du niveau des tuyères, dans le cas d'un four ayant.

une capacité de production journalière de 2000 tonnes.

La couche remplie de coke a une résistance suffisante pour maintenir le stock de fer réduit, de coke et de matières auxiliaires telles que chaux, etc,sur la

partie supérieure, et occupe une partie majeure dans le four.

Il est évident qu'on peut utiliser du semi-coke. Un nombre approprié de zones de combustion pour la gazéification du coebustible sont produites en avant

de la tuyère ou des tuyères formées préférablement radiale-

ment dans la paroi latérale du four qui correspond à la

région inférieure de la couche remplie de coke Les tempé-

ratures des zones de combustion sont commandées pour obtenir des valeurs données au moyen d'une certaine quantité de

vapeur injectée à travers les tuyères.

La couche remplie de coke peut être habituellement d'une forme circulaire ou polygonale en section transversale

horizontale en fonction de -a section transversale du four.

La tuyère est ouverte à l'extérieur de chaque zone dé combustion à travers laquelle sont soufflés du combustible et de l'oxygène et si nécessaire de la vapeur ainsi que, si désiréJ une matière formant laitier telle que de la chaux

en poudre.

La couche remplie de coke supporte une charge à partir de sa région supérieure au centre de sa région inférieure et comporte des vides d'une dimension appropriée pour permettre l'écoulement à la fois du gaz et du laitier à travers elle Dans la région la plus inférieure du four, on trouve un creuset pour recueillir le fer fondu et le laitier. La couche remplie de coke forme les parois des zones de combustion et est consommée pendant la combustion et la gazéification du combustible De ce fait, une quantité additionnelle de coke est généralement fournie à travers 1 'entrée supérieure, de nâme qu'une quantité additionnelle

de fer réduit.

Si nécessaire, une matière formant laitier telle que de la chaux est fournie par l'entrée supérieure pour ajuster la basicité, la fluidité, l'effet désulfurant, etc,

du laitier.

La couche remplie de coke prend habituellement une température d'environ 1800-20000 C dans la région inférieure et une température d'environ 16001650 'C dans la région supérieure Le fer réduit et le coke sont alternativement ou en mélange chargés par le haut du four de façon à former une couche de fer réduit (ou un mélange de celui-ci avec

du coke) au-dessus de la couche remplie de coke, et il est en-

suite fondu graduellement par le gaz chaud montant Le

fer réduit peut être choisi pour avoir une dimension granu- laire de 5 mm ou plus pour assurer une bonne perméabilité

et empêcher qu'il ne soit entraîné par le flux de gaz.

Lorsqu'on utilise le système de base mentionné ci-dessus, les paramètres fondamentaux appliqués dans le premier procédé selon l'invention sont par exemple ceux donnés aux exemples 1 et 2 (oxygène pur, charbon pulvérisé en tant que combustible, et fer semi-réduit comme matière première). En fonctionnement, la pression dans le four peut être à un niveau bas de par exemple 98 k Pa ou plus si on néglige la pression de l'utilisation ultérieure du gaz récupéré, mais peut varier entre 294 et 490 k Pa

dans les utilisations habituelles.

Selon la présente invention, il est ainsi possible de gazéifier-un combustible composé principalement de carbone et d'hydrogène, tel que du charbon ou de l'huile lourde, au moyen d'oxygène et si besoin est de vapeur, de façon à faire fondre du fer réduit sur la partie supérieure de la couche remplie de coke pour produire du fer fondu, et pour récupérer un gaz chaud composé principalement d'oxyde de carbone et d'hydrogène La présente invention est efficace non seulement pour faire fondre du fer réduit etc, mais aussi pour utiliser du combustible tel que du charbon au moyen d'une combustion et d'une gazéification directes de celui-ci, et le gaz récupéré est utilisé avantageusement

dans d'autres buts intéressants.

La présente invention se distingue du procédé antérieur avec haut fourneau du fait qu'une quantité plus grande de combustible tel que du charbon pulvérisé, du bitume ou de l'huile lourde est gazéifiée par de l'oxygène

pur pour faire fondre du fer réduit.

D'autres avantages de la présente invention sont les suivants: 1 Environ 60 % ou plus du combustible total d'entrée

peuvent être un combustible autre que le coke.

2 Des quantités plus importantes de charbon pulvérisé et d'autres combustibles peuvent être soufflées à travers

les tuyères.

3 Il n'y a aucune détérioration dans la réaction

du coke car la fusion de fer (semi) réduit est recherchée.

Ceci rend possible l'utilisation de coke à faible résistance.

4 On peut également utiliser du semi-coke Un semi-

coke quittant l'étape de production de fer réduit qui est.

encore mélangé avec celui-ci peut être utilisé en tant

que tel.

Le four utilisé a une construction simple et une taille réduite 6 Le contenu en soufre du fer fondu peut être mainteni à 0,03 % ou moins en commandant la composition du laitier par l'addition d'une matière formant laitier telle que chaux, etc. 7 L'efficacité thermique de ce procédé est renforcée car l'échange de chaleur à contre-courant entre le gaz de combustion chaud et le fer fondu et le laitier a lieu à l'aide de la couche remplie de cokec'est-à-dire à travers elle. 8 Les essais pratiques ont révélé que la proportion résultante de C 02 est de 1-2 % dans le gaz récupéré (charbon pulvérisé soufflé à travers les tuyères, proportion de 02

par rapport au charbon pulvérisé = 1 m 3: 1 kg).

La présente invention va maintenant être expliquée plus avant en référence aux exemples suivants Dans les exemples suivants, les formes de réalisation de la présente

invention sont illustrées sous la forme de fours ou d'ins-

tallations ou alors comne calculs des données de fonctionnement pour une utilisation pratique sur la base des résultats d'essai

EXEMPLE 1

En référence à la figure 1, un four montré généralement en 1 comporte une entrée 2 pour l'introduction de fer semi-réduit et de coke et une sortie de gaz 3 dans la partie supérieure, plusieurs tuyères 4 pour l'injection d'oxygène et de vapeur ainsi que de charbon pulvérisé et si nécessaire de la chaux en poudre dans la paroi latérale, et des sorties 5, 6 de fer fondu et de laitier dans la

partie inférieure Le four 1 est un four sensiblement cylin-

drique dont la partie inférieure a un diamètre légèrement

plus grand, tandis que la partie supérieure comporte l'en-

trée 2 et la sortie 3 des gaz Les tuyères 4 se trouvent dans la paroi latérale de la partie supérieure de la partie de four d'un diamètre plus grand, et la sortie de fer fondu (trou de soutirage) 5 et la sortie de laitier (rigole de laitier) 6 (à partir du haut) se trouvent dans la paroi

latérale du four en dessous du niveau des tuyères 4.

Une quantité de coke est chargée dans le four 1 à

travers l'entrée supérieure 2 Le four 1 est chargé préala-

blement d'une couche remplie de coke b retenant des vides.

Sur la couche b est placée une couche a dans laquelle une quantité de fer réduit est chargée à l'état non fondu, et en dessous de la couche b sont placées une couche de laitier fondu c et une couche de fer fondu d Plusieurs zones de combustion e sont formées à l'avant des tuyères 4,dans la

partie inférieure de la couche remplie de coke.

Ce four'a typiquement les dimensions suivantes.

Diamètre interne des tuyères: 190 mm Nombre de zones de combustion à l'avant des tuyères: 4 Section supérieure, diamètre interne de la couche remplie

de coke: 4 m.

Section inférieure, diamètre intérieur de la couche remplie de coke: 6 m Distance entre la couche chargée de fer réduit et le niveau

de la tuyère: 5 m.

De l'oxygène 9 et du charbon fin 10 sont soufflés dans le four 1 à travers les tuyères 4, et du fer réduit 7 et du coke 8 (ayant une dimension de particules de 40 mm ou plus sont chargés avec la chaux 13 à travers l'entrée supérieure 2 Le four fonctionne avec une pression interne

(à l'intérieur des zones de combustion) de 490 k Pa.

Le gaz produit 12 est récupéré à travers la sortie de gaz 3, et le fer fondu à 1500 C est déchargé par la sortie 5 ménagée dans le creusetd Le laitier est déchargé par moment à travers la sortie 6 Les données de fonctionnement montrant les quantités des matières et-de combustible à utiliser et les produits qu'on peut obtenir sont résumées

au tableau I.

Le fer réduit 7 a une dimension de particules de 5-15 mm et un rapport de métallisation (Fe M /Fe T) de

%, l'oxygène utilisé a une pureté de 99 %, le coke uti-

lisé a uneteneurfixe en carbone de 88,9 % et une teneur en cendres de 10, 6 %, et le charbon pulvérisé utilisé a une teneur en carbone de 52,1 %, une teneur en matières volatiles de 30 %, une teneur en cendres de 15 % et une teneur en humidité de 2,2 % La composition du fer réduit

est indiquée au tableau II.

TABLEAU I

Oxygène Charbon pulvérisé Chaux en poudre Fer réduit Coke Gaz récupéré CCO

C 2

H 2 N 2 Température Chaleur Fonte fondue

ONNEES DE FONCTIONNEMENT

pour 1 t de Fe en fer fondu) 373,2 m 1 456,1 kg soufflés p 108,9 k 1288,8 kg Chargés pa 241,2 kg rieure 2 1209,7 m 3 récupéré p ,4 % 1,9 %

22,3 %

0,4 %

950 'C

11 927 k J/m 3 1048 kg déchargé p ar tuyères 4

r entrée supé-

ar sortie gaz 3 ar entrée 5 C Si Mn P S Laitier

TABLEAU II

Composition

EXEMPLE 2

EXEMPLE 2

4 % 0,2 % 0,2 %

0,12 %

0,03 %

408,8 kg Fe T. 77,6 Basicité: 1,2 Feo Fe M. 69,8 Si O 2 7,06 Le four>qui est semblable au four 1 de l'exemple 1, fonctionne principalement avec du fer réduit (Fe M /Fe T: %) et du semi-coke ( 81,5 % de carbone fixé, 8 % de

matières volatiles et 10,5 % de cendres).

Additionnellement, on souffle de la vapeur à

* travers les tuyères Les résultats sont donnés au tableau III.

TABLEAU III

Oxygène 328 m 3/t Fe Fer fondu formé 1050 kg

Charbon pulvé-

risé 393,5 kg/t Fe C 4,5 % Vapeur 7,2 kg/t Fe Si 0,2 % Fer réduit Semicoke Gaz récupéré lCO kg/t Fe kg/t Fe 1082 m 3/t Fe

67,6 %

Mn 0,2 %

P 0,12 %

S 0,03 %

Température 1500 C Quantité de laitier CO 2 2,0 % Fer semi-réduit H 2 30, 0 % Fe T 74,15 % N 2 0,4 % Fe M 63,03 % Température 950 C Fe O 14,3 % Chaleur 11 772 k J/m 3 Si O 2 6,8 % Ca O 10,2 % Le second procédé selon la présente invention est une modification du premier procédé d'après laquelle la gazéification du combustible est effectuée dans une zone ou plusieurs zones de combustion situées sensiblement à l'extérieur de la région inférieure de la couche remplie Ca O 6,89 387 kg i î de coke Le four développé pour la réalisation du second procédé comprend un orifice ou des orifices médians prévus dans la paroi du four au-dessus de la tuyère ou des tuyères pour l'introduction du combustible solide et si nécessaire de matières formant laitier, etc, et une zone ou des zones de combustion formées dans une couche du combustible solide chargé par les orifices médians(désignée ci-après

comme "charge de combustible solide") sensiblement à l'ex-

térieur de la région inférieure de la couche remplie de

coke.

La figure 2 est une vue schématique du second four de fusion et de gazéification désigné généralement par la qui est une modification du premier four de la figure 1 Comme indiqué dans les grandes lignes cidessus, le four la comporte plusieurs orifices médians 15 formés audessus des tuyères 4 pour l'introduction du combustible solide tel que du coke ou du charbon, de matières formant laitier telles que de la chaux et analogues A l'avant des tuyères 4, on trouve plusieurs zones de combustion e formées de la charge de combustible solide fournie par les orifices 15 Le coke (c'est-à-dire le coke combustible) fourni par l'orifice 15 peut être de la qualité disponible

pour le combustible.

ES tant que combustible solide, seul du charbon peut être chargé par les orifices 15 Cependant, il faut prendre garde de ne pas suspendre la charge de combustible solide, c'est-à-dire d'avoir une couche remplie de charbon g à cause de son surchauffage en soufflant de la vapeur 11

par les orifices 15 ou dans leur voisinage si nécessaire.

Comme pour le premier four, du combustible en poudre tel que du charbon en poudre ou du poussier de coke ou un autre combustible liquide ou gazeux peuvent être soufflés par les tuyères 4 en tant que de besoin et selon les préférences) On préfère en particulier souffler du charbon fin ou pulvérisé Dans le cas de l'injection de charbon pulvérisé, de poussier de coke, etc,à travers les tuyères 4, une matière formant laitier 13 a telle que de la chaux en poudre est soufflée en même temps pour accélérer la formation du laitier, pour améliorer sa fluidité et pour faciliter sa décharge à partir des zones de combustion e. Le second procédé (four) fournit des avantages additionnels du fait que le combustible solide tel que le charbon, le coke et analogues est utilisé en une quantité plus grande que lors du premier procédé de gazéification; la consommation de coke de la région inférieure de la couche remplie de coke est réduite du fait que les zones de combustion sont formées des couches g (et entourées de celles-ci) remplies de combustible solide fourni par les orifices moyens 15; etc. Les zones de combustion mentionnées ci-dessus sont formées comme suit: Dans le cas o, pour décroître la consommation de coke constitué de charbon cokéfiant, du charbon pulvérisé est brûlé,par soufflage de charbon pulvérisé en même temps que d'oxygène et de vapeur à travers les tuyères, le gaz de combustion prend des teneurs en C 2 et en H 20 très élevées si les zones de combustion-ne sont pas remplies de coke ou de charbon, ce qui provoque une consommation de coke dans la couche remplie de coke par une réaction avec

celle-ci Dans le cas o les zones de combustion sont rem-

plies de façon dense par du coke ou du charbon, au contraire, le C 02 et le H 20 du gaz de combustion sont convertis en CO et H 2 par réaction avec le coke ou le charbon dans la zone de combustion, ce qui permet d'atteindre une valeur

calorifique élevée; cependant, l'écoulement du gaz produi-

sant la combustion rencontre une résistance ou un obstacle dans les zones de combustion et perturbe les trajets de mouvements à former dans la région frontale des nez des tuyères dans une mesure telle que l'on ne peut assurer une combustion stable Ces problèmes sont résolus dans le second procédé dans lequel les zones de combustion sont formées ou remplies de coke de charbon (combustible solide) pour obtenir un gaz de combustion très calorifique, et un trajet frontal et des trajets inférieurs de mouvements des zones de combustion sont formés par la couche remplie de coke (chargée par l'entrée supérieure) dont la dimension des grains est plus importante que celle du coke se trouvant dans les zones de combustion, de façon à stabiliser la combustion et à procéder à la réaction du C 02 produit dans le gaz de combustion dans lesdites zones ayant du coke, pour former un gaz riche en CO avec une proportion de CO 2

extrêmement faible.

La couche remplie de coke b devrait toujours être maintenue constante en fournissant une quantité renouvelée

de coke de remplissage par l'entrée supérieure 2.

Les cendres provenant du combustible solide sous

forme de coke, charbon et analogues dans les zones de com-

bustion sont transformées en laitier d'une manière stable par une quantité de matière formant laitier 13 telle que chaux ou chaux vive fournie depuis le dessus des zones de combustion et descendant vers le fond du four à travers les zones de combustion La proportion d'alimentation en chaux peut être réglée par exemple jusqu'à environ 1,5 en régulant si désiré la proportion de Ca O formé par la décomposition thermique de la chaux en Si O 2, ce qui est la composante principale des cendres résultant de coke,

charbon et analogues.

Le gaz de combustion monte à travers la couche remplie de coke d'une dimension de grain de 50 mm ou moins, et fond le fer réduit sur sa partie supérieure En même temps, le laitier formé s'écoule à travers la couche remplie de coke vers le bas au fond du four Dans ce but, un creuset d est formé sur le plancher du four qui est divisé en une partie supérieure recevant les laitiers c résultant du fer réduit et des cendres venant des zones de combustion,

et une partie inférieure recevant la fonte fondue.

La figure 2 est une vue schématique du four la

(le second four) pour la mise en oeuvre du second procédé.

Le second four la est un four du type puits comprenant une partie principale de four, plusieurs tuyères 4 pour le soufflage d'oxygène, de vapeur et de charbon pulvérisé dans la paroi latérale, plusieurs orifices médians 15 ménagés

dans la paroi latérale au-dessus des tuyères pour l'intro-

duction de combustible solide tel que coke, charbon, chaux, etc, une entrée supérieure 2 pour charger la matière comprenant du fer réduit 7, du coke 8 et analogue et une sortie de gaz 3 dans la partie supérieure, ainsi qu'une sortie de fer fondu 5 et une-sortie de laitier 6 dans la partie inférieure Devant les tuyères 4, on trouve plusieurs zones de combustion e formées de couches 1 remplies de coke, charbon, chaux et analogues, fournis à travers les orifices médians 15, dans lesquels le charbon pulvérisé soufflé à travers les tuyères est brûlé, en même temps que le coke et le charbon fournis,par de l'oxygène et de la vapeur qui sont simultanément introduits à travers les tuyères 4 Devant les zones de combustion, il y a une section de chauffage comprenant une partie de la couche remplie

de coke b qui reçoit son coke par l'entrée supérieure 2.

Au-dessus de la-section de chauffage, il y a une section de fusion formée de la couche remplie de fer réduit chargé par l'entrée supérieure 2 Un creuset d est formé pour recevoir la fonte fondue et le laitier s'écoulant vers le bas à partir de la section de chauffage ainsi que les cendres

fondues formées dans les zones de combustion.

Il est à noter que la pression du gaz dans le four mentionné ci-dessus est réglable par une soupape de

régulation de pression fournie sur une conduite de récupéra-

tion de gaz s'étendant à partir de la sortie 3.

Selon le second procédé de la présente invention,

le gaz chaud réducteur ayant une proportion de C 02 extrême-

ment faible peut être produit et récupéré et le fer fondu peut être converti en fonte ayant une teneur faible en soufre en utilisant l'installation comportant les zones pour la combustion du coke, du charbon, de la chaux et du charbon pulvérisé et la section de chauffage formée de la couche remplie de coke, c'est-à-dire la section dans laquelle le gaz vient en contact à contre-courant avec la masse fondue, devant les zones de combustion En outre, la gazéification du charbon et la fusion de fer réduit peuvent être effectuées de façon continue pendant une période étendue grâce à l'utilisation du lit mobile dont les contenus subissent momentanément des renouvellements et

des remplissages.

Le second four peut fonctionner dans les conditions différentes de fonctionnement suivantes

ETAPE N O I.

Fonctionnement pour la conversion de fer réduit fourni par l'entrée supérieure en fer réduit en poudre: Bien que cette étape subisse des variations en fonction de la vitesse à laquelle le gaz s'écoule à travers la section de fusion, il n'y a aucune possibilité-pour qu'à une vitesse d'écoulement de gaz de 1 m/smême du fer réduit granulaire ayant une dimension de grain de 10 mm ou moinspuisse être entraîné dans le gaz et quitter la sortie de gaz Au contraire, un tel fer réduit est fondu plus rapidement que du fer réduit en boulettes à cause de sa petite dimension de grain Le four selon la présente

invention doit donc s'appliquer suffisamment à la réalisa-

tion de cette étape Lorsque du fer réduit ayant une dimension de grain plus petite est utilisé, des résultats satisfaisants sont obtenus si la quantité de gaz à produire est diminuée en diminuant la quantité d'oxygène soufflé à travers les tuyères, ou si la vitesse d'écoulement du gaz passant à travers la section de fusion est diminuée

en maintenant la pression dans le four à 490 k Pa/cm 2 ou plus.

ETAPE No Il

Le four selon la présente invention peut fonction-

ner sans qu'il y ait une alimentation en coke et en charbon

à travers les orifices médians, c'est-à-dire dans une condi-

tion o les zones de-combustion ne sont pas remplies Dans cette forme de réalisation, il est possible de brûler du charbon pulvérisé fourni par les tuyères d'une manière

stable à l'aide de la chaleur irradiée de la région infé-

rieure de la couche remplie de coke de la section de.

chauffage située dans la partie frontale des zones de combustion, Dans cette forme de réalisation, cependant le charbon pulvérisé devrait être utilisé autant que possible car le coke formant partie de la section de chauffage est

consommé par le gaz C 02 produit dans les zones de combustion.

Un accroisïseimnt de la quantité de charbon pulvérisé provoque une diminution considérable de la quantité d'un tel coke à consommer, allant jusqu'à la moitié de celle-ci Ceci a lieu parce que 1 & fourniture seule de coke dans la section de chauffage suffit pour obtenir les résultats désirés. ETAPE No III Le four selon la présente invention s'applique à une réalisation dans laquelle de la&chaux est soufflée à travers les tuyères Selon cette étape, de la chaux en poudre ou de la chaux vive est fournie par soufflage à travers les tuyères 4 au lieu d'alimenter en chaux etc. par les orifices médians ou bien pour ajuster la quantité de chaux fournie par les orifices moyens La chaux en poudre est fondue rapidement et mélangée avec des cendres fondues provenant de charbon pulvérisé, etc,pour améliorer la fluidité des cendres fondues Ceci a pour conséquence, que la quantité de chaux à utiliser peut être diminuée d'environ -20 % par comparaison avec le cas o la chaux serait

fournie par les orifices médians.

ETAPE No IV Le four selon la présente invention s'applique à une réalisation d'après laquelle du combustible liquide tel que de l'huile lourde, ou du combustible gazeux tel que du gaz naturel ou du combustible en poudre tel que du

brai d'asphalte en poudre sont employés en tant que combus-

tibles De tels combustibles peuvent être utilisés en

remplacement du charbon pulvérisé ou en mélange avec celui-

ci. Dans le cas o on utilise de l'huile lourde en

tant que combustible, il est nécessaire de diminuer la quan-

tité de vapeur soufflée à travers les tuyères car elle absorbe plus *de chaleur de décomposition que le charbon pulvérisé Cependant, la quantité d'huile lourde utilisée est inférieure à celle du charbon pulvérisé car on y trouve

de plus grandes quantités de carbone et d'hydrogène.

On peut-utiliser le gaz naturel ou le brai dispha lte si la quantité de vapeur utilisée fournie à travers les tuyères est régulée pour maintenir le gaz

produit dans les zones de combustion à une température appro-

priée supérieure à 1800 C.

Le second procédé selon la présente invention va maintenant être expliqué en référence à l'exemple 3.

EXEMPLE 3

En utilisant l'installation de four selon la figure 2, le charbon est gazéifié et le fer réduit est fondu pour faire de la fonte selon les données de fonctionnement suivantes Le tableau IV montre la composition du charbon pulvérisé, du coke et du fer réduit employés, et le tableau V montre la composition, la quantité, la température,

etc,de la fonte fondue résultante et des gaz récupérés.

DONNEES DE FONCTIONNEMENT

1 INSTALLATION DE FOUR

Nombre de zones de combustion (tuyères): 4 Hauteur effective (du bas vers la sortie de gaz): 10 m Diamètre de la section de fusion: 5 m Volume effectif du four: 350 m 3

2 FOURNITURE DE MATIERES ET DE COMBUSTIBLES

Oxygène: 28 103 m 3/h Vapeur: 1 t/h Charbon pulvérisé: 28 t/h Coke (chargé par les orifices médians 15): 10 t/h Coke (chargé par l'entrée supérieure): 8 t/h Charbon (chargé par les orifices moyens 15): 3 t/h Chaux: 7 't/h Fer réduit: 110 t/h Pression dans le four: 490 k Pa/cm 2

TABLEAU IV

Charbon pulvérisé C:75 %, HI: 5 %

Coke (chargé par les ori-

fices médians 15) Coke (chargé par l'entrée supérieure) Fer réduit ouverture-du tamis: 0,074 mm = 70 % C: 88 %, dimension des grains: 15 mm C: 88 %, dimension des grains métallisation: 85 %, Ca O/Si O 2 dimension des grains: 10 mm : 50 mm : 1,3

TABLEAU V

Fonte fondue C:4,5 %, Si:0,5 %, S:< 0,02 % Température: 15000 C Gaz récupéré CO: 76 %, H 2:22 %; S: < 200 ppm Température = environ 10000 C, chaleur: environ 12 345 k J/m 3, contenu en poussière: < 10 g/ma Selon la présente invention, on obtient de la

fonte de haute qualité pour faire de l'acier ayant des pro-

portions de carbone, silicium et soufre de 4,5 %, 0,5 % et de 0,02 % ou moins, respectivement, et on récupère un gaz de haute qualité ayant un pouvoir calorifique d'environ 12 435 k J/m 3, un contenu de poussière de 10 g/m 3 ou moins et une proportion de soufre de 200 ppm ou moins, ce qu'on peut voir d'après les résultats du tableau V. Le premier et le second procédés (fours) ont pour but d'effectuer la gazéification d'un combustible et

la récupération du gaz résultant concurremment ou simulta-

nément avec la fusion de fer réduit et la production de fer fondu Cependant, les fours selon la présente invention

peuvent être utilisés pour la gazéification de combustibles.

La figure 5 montre une forme de réalisation des

fours développés dans ce but.

Le four représenté ressemble fondamentalement au second four du fait qu'il comporte plusieurs tuyères 4, plusieurs orifices 15 placés au- dessus des tuyères 4 et plusieurs zones de combustion e situées sensiblement à l'extérieur de la partie inférieure de la couche remplie de coke b et à l'avant des tuyères 4, et formées de couches 2 remplies de combustible solide chargé par les orifices moyens 15 Le gaz obtenu est à nouveau un gaz réducteur

chaud composé principalement d'oxyde de carbone et d'hydro-

gène Pour permettre la-gazéification effective du combus-

tible, tel que du charbon, il faut enlever les cendres

fondues quidans l'art antérieurne pouvaient pas facile-

ment être déchargées du four Selon la présente invention, les cendres fondues sont entraînées vers l'intérieur ou vers l'extérieur par un écoulement vers le bas de fer réduit fondu, et déchargées du four en tant que laitier

en même temps que le fer fondu.

Les zones de combustion e sont formées par l'in-

jection d'oxygène ou de vapeur à travers les tuyères 4.

Des quantités données de coke, de charbon et de chaux sont introduites par les orifices moyens 15 dans les zones e ou elles sont brûlées Le gaz chaud résultant passe vers le haut à travers la couche remplie de coke b supportant un coke à faible réactivité pour permettre la fusion du

fer réduit par sa chaleur substantielle Le gaz de combus-

tion réducteur chaud ainsi produit composé principalement d'oxyde de carbone et d'hydrogène est récupéré à-la sortie de gaz 3 Par ailleurs, les cendres fondues formées dans

les zones e, la masse de fusion comprenant du Ca O, compo-

sant principal de chaux, et le fer réduit fondu sur le haut de la couche remplie de coke b s'écoulent vers le bas à travers la couche b dans le creuset d et sont déchargés

à travers les sorties 5 et 6.

Les problèmes rencontrés dans la technique

antérieure à propos de la gazéification du coke ou du char-

bon par de l'oxygène ou de l'air ont été éliminés par la présente invention qui a pour but de remplir les zones de combustion e par des couches chargées de coke ou de charbon g pour obtenir un gaz à pouvoir calorifique élevé et pour former la couche b remplie d'un coke hautement perméable mais faiblement réactif dans la partie frontale des zones e pour ainsi obtenir une combustion stable, ce

qui fait que le gaz de combustion passe directement à tra-

vers les zones e Lorsque la gazéification du combustible est le but principal, des billes de graphite peuvent à la

place du coke remplir la couche b.

Dans le système de gazéification à lit statique selon la présente invention, il est possible d'obtenir un gaz hautement calorifique ayant une température allant jusqu'à 2000 'C par la comubstion stable d'un charbon non cokéfiant ou d'un coke à faible résistance obtenu par un charbon semi-cokéfiant ou non cokéfiant durci par un agent de liaison En plus, par la chaleur substantielle du gaz chaud produit, du fer réduit peut être converti en fer fondu, ce qui entraine avec lui les cendres résultant du coke et du charbon non cokéfiant et il est déchargé en tant que tel d'une manière stable Il est à noter que l'expression "lit statique" n'exclut pas une refourniture de coke à la couche remplie de coke, comme mentionné ci- dessus. Selon la présente invention, il est également possible de commander la température du gaz de combustion dans les zones de combustion remplies de coke ou de charbon

à une valeur appropriée soit en régulant la vitesse d'écou-

lement de la vapeur à injecter par les tuyères 4 soit

en soufflant de la vapeur par une tuyère 16 montée séparé-

ment Lorsqu'il y a une augmentation de la concentration de C 02 du gaz de combustion récupéré, il est possible de réguler les quantités d'oxygène, d'air à une température normale et du gaz pulvérisé à souffler à travers les tuyères 4. La réalisation correspondante va maintenant être

expliquée à la lumière de l'exemple suivant.

EXEMPLE 4 Avec le four de fusion et de gazéification selon la figure 5, le charbon

est gazéifié et le fer réduit est

fondu pour donner de la fonte La figure 6 montre la quan-

tité de gaz de combustion récupéré, la fonte produite, la chaux chargée, la vapeur soufflée et le coke utilisé pour une charge de charbon et la valeur calorifique du

gaz de combustion.

A la figure 6, on constate que plus est élevée

la quantité de charbon, plus grande est la valeur calori-

fique du gaz obtenu, ce qui correspond à une différence de volume de gaz résultant entre le charbon et le coke,

et plus élevée est la puissance de fusion du gaz.

On se réfère maintenant au procédé pour fabriquer de la fonte en utilisant une combinaison constituée par le four précédent de fusion et de gazéification avec le

four de réduction à puits.

Ci-après l'expression "minerais de fer" comprendra les minerais en morceaux et des minerais agglomérés tels que des oxydes de fer en forme granulaire ou morcelés comme par exemple des boulettes ou des briquettes ou analogues, à moins d'indications contraires. Comme déjà mentionné, les procédés de fusion du

fer de l'art antérieur,à part ceux impliquant un haut four-

neau/laissent beaucoup à désirer en tant que tels et ont l'inconvénient que le gaz récupéré du four de fusion est inapproprié pour ce qui concerne une réduction efficace

des minerais de fer.

Un exemple typique des fours de réduction à gaz de la technique antérieure appliqués aux minerais de fer est un four de réduction à puits Le four à puits nécessite une installation de production d'un gaz réducteur qui est spécifiquement développé dans ce but En d'autres termes, un combustible spécial tel que du gaz naturel reformé par de la vapeur (par exemple, produit par la compagnie

Foster Wheeler Co, Ltd A doit être utilisé dans ce four.

Le cinquième et le sixième procédés selon la pré-

sente invention sont réalisés pour diminuer la consommation d'énergie et la proportion de coke par rapport au procédé avec haut fourneau et pour utiliser une alimentation de qualité basse et/ou de degré inférieur Selon les présents procédés, ce but est atteint par un procédé de fabrication <de fonte utilisant une combinaison d'un four de réduction à gaz avec un four de fusion et de gazéification pour faire

fondre du fer réduit et pour produire un gaz réducteur.

Le four de réduction à puits utilisé peut être du type à lit mobile ou du type à lit statique, mais on préfère le four du type à lit mobile Cependant, plusieurs des fours à lit statique peuvent être employés alternativement lors d'un fonctionnement continu Des procédés selon la présente invention vont maintenant être expliqués en référence à

un four de réduction à puits du type lit mobile.

Le four de réduction du type lit mobile comprend une partie principale de four ayant une entrée de minerai de fer et une sortie de gaz dans la partie supérieure, un orifice d'injection de gaz dans la paroi latérale et une sortie de fer réduit dans la partie inférieure Dans la partie principale du four, il y a une couche remplie d'oxydes de fer granulaire fournis par l'entrée de minerai de fer. Le gaz réducteur soufflé par l'entrée de gaz s'écoule vers le haut à travers la couche remplie d'oxyde de fer et réduit les oxydes de fer granulaire ce qui produit un fer granulaire réduit Le gaz réducteur est récupéré à travers la sortie de gaz tandis que le fer réduit résultant

est déchargé par la sortie inférieure.

Dans le système combiné du four de réduction à puits du type à lit mobile et du four de fusion et de gazéification, le gaz formé dans ce dernier est utilisé comme gaz réducteur dans le four de réduction à puits et récupéré,tandis que le fer réduit formé dans le four de réduction à puits est fondu dans le four de fusion et de gazéification De cette manière, la consommation

totale d'énergie est réduite ou limitée tandis qu'une ali-

mentation de qualité ou de degré peu élevés peut être mise

en oeuvre.

En particulier, le procédé selon la présente invention pour la production de fonte comprend la réduction des minerais de fer dans le four de réduction à puits avec un gaz réducteur récupéré à partir du four de fusion et de gazéification, et la fusion du fer ainsi réduit pour

former de la fonte dans le four de fusion et de gazéifica-

tion Dans ce dernier, le combustible composé principalement de carbone et d'hydrogène est brûlé et gazéifié par de

l'oxygène pour produire un gaz chaud réducteur composé prin-

cipalement d'oxyde de carbone et d'hydrogène Le gaz chaud peut s'écouler vers le haut à travers la couche remplie de coke ce qui fond le fer réduit à la partie supérieure de celle-ci Le fer fondu s'écoule vers le bas à travers la couche remplie de coke et est converti en fonte Le gaz réducteur est récupéré par la sortie supérieure et fourni au four de réduction Il est entendu qu'une quantité supplémentaire de gaz réducteur est déchargée à l'extérieur i i i i i i i i i i i i i i i 1 î i

de l'installation et utilisée pour d'autres buts.

Le fer réduit dans ce four à puits a une propor-

tion de métallisation (Fe M /Fe V)d'environ 75 % ou plus,

comme utile pour alimenter le four de fusion et de gazéifi-

cation Si nécessaire, un mélange de fer réduit avec de nouveaux minerais de fer peut être fourni au four de fusion et de gazéification en prenant en compte l'équilibre entre la-métallisation de ce qui est fourni et la capacité

du four de réduction.

Le four de réduction à puits peut être du type

capable d'effectuer une réduction sous pression élevée.

Ceci a lieu parce que le gaz de réduction recherché à pression élevée peut être récupéré en réglant la pression dans le four de fusion et de gazéification Le four de réduction à puits est de préférence du type à lit mobile (ou continu) mais le four de réduction du type lit statique peut être mis en oeuvre si nécessaire Le four de réduction du type lit mobile approprié pour l'utilisation de la présente invention est par exemple un four du type utilisé

dans les procédés Midrex, Armco, Purofer ou Nippon Steel.

Comme montré dans le schéma de la figure 3 qui représente le système principal de la présente invention, une quantité de fer 7 réduit dans un four de réduction à puits 20 alimente un four 1 de fusion et de gazéification après réfrigération en tant que de besoin Lors de la réduction, le four à puits fonctionne avec une température interne de 800950 VC, de préférence 9000 C, et avec une pression interne de 202,65 à 253,31 k Pa à condition qu'un système de réduction de préférence à haute pression soit appliqué Si nécessaire, une quantité de nouveaux minerais de fer 14 est chauffée préalablement L'un ou l'autre du premier et du second fours de fusion et de gazéification

est appliqué également (le cinquième et le sixième pro-

cédés respectivement).

La figure 4 est une vue schématique de l'installa-

tion selon la présente invention (sixième procédé) dans laquelle un four de fusion et de gazéification la est combiné avec un four de réduction à puits 20 a du type à lit mobile Du fer réduit 7 déchargé par un orifice de fond' 24 du four 20 a est refroidi si désiré (non représenté) et il est dirigé et emmagasiné dans une trémie 25 par

une conduite d'alimentation 29.

Lé coke 8 provient de l'entrée supérieure 2 à travers une gtulotte 26 d'alimentation en direction du four de fusion et de gazéification la dans lequel sont fournies des matières auxiliaires 13 comprenant une matière formant

laitier telle que de la chauxet analogues,par l'intermé-

diaire d'une goulotte 27.

En fonction de l'utilisation du gaz produit dans le four de fusion et de gazéification en tant que-gaz réducteur dans le four de réduction à puits ou dans d'autres buts, le four de fusion et de gazéification est maintenu à une pression interne élevée allant de 196 à 490 k Pa

ou plus, de préférence environ 49 Ok Pa.

Le four de réduction à puits 20 a du type lit mobile comporte un lit mobile f Des minerais de fer ou

des oxydes de fer granulaire chargés sur la partie supé-

rieure du lit f sont chauffés graduellement et fondus par un courant ascendant de gaz réducteur 12 pour former de la fonte, et concurremment, des minerais de fer descendent à travers le lit mobile et sont déchargés par l'orifice de sortie du fond 24 Le gaz réducteur passe par une sortie de gaz 22 et un purificateur 28}, et est récupéré en

tant que gaz sous-produit.

Dans le cas d'un four de réduction à puits du type

lit statique, la réduction a lieu dans le lit statique.

Le four de réduction à puits, qu'il soit du type à lit mobile ou du type à lit statique,peut de préférence comporter une zone de refroidissement dans la partie inférieure ou

bien,alternativementun dispositif externe de refroidisse-

ment pour enlever la chaleur substantielle du fer réduit déchargé. Le four de réduction du type lit mobile est de

préférence utilisé car le four de fusion et de gazéifica-

tion peut fonctionner de façon continue Cependant, plusieurs des fours de réduction à puits du type lit statique peuvent fonctionnersi désiré,en leur fournissant une alimentation

successive de gaz réducteur.

Dans l'installation selon la présente invention, le gaz réducteur qui doit être préparé séparément pour le four de réduction à puits classique peut être préparé

in situ, c'est-à-dire dans le four de fusion et de gazéifi-

cation, et se trouve récupéré à une température et une pression élevées à partir de celui-ci, ce qui mène à-une économie considérable d'énergie par comparaison avec le four classique de réduction à puits Ainsi, même un four de faible dimension selon la présente invention peut se comparer à un haut fourneau à grande dimension du point de

vue de l'efficacité thermique.

Le gaz réducteur composé principalement d'oxyde is de carbone et d'hydrogène et sensiblement exempt de N 2 et formé dans le four de fusion et de gazéification est un gaz chaud fortement réducteur qui contribue grandement

à améliorer l'efficacité de réduction du four de réduction.

La pression d'une alimentation en gaz réducteur peut être

réglée dans le four de fusion et de gazéification en asso-

ciation avec la pression requise pour le four de réduction

à puits.

Le four de fusion et de gazéificaction est effi-

cace non seulement pour faire fondre du-fer réduit mais également pour l'utilisation directe de combustibles tels que charbon, coke (particulièrement de faible qualité),

etc,par combustion et gazéification.

La présente invention se distingue fondamentalement du procédé avec haut fourneau de l'art antérieur du fait qu'une grande quantité de combustible solide tel que du charbon pulvérisé ou du poussier de coke ou du combustible liquide tel que de l'huile lourde ou du bitume,d'une part est gazéifié pour faire fondre du fer réduit et,d'autre part, le gaz récupéré du four de fusion et de gazéification est utilisé comme gaz réducteur dans un four de réduction à

puits pour réduire les minerais de fer.

Dans le système selon la présente invention, le four de fusion et de gazéification est combiné avec le four de réduction à puits à une certaine distance pour les

raisons suivantes.

Comme pour le haut fourneauodans la présente inventionon envisage de produire de la fonte d'une manière stable avec une grande efficacité par réduction par le gaz des minerais de fer avec ensuite leur fusion Lorsque la réduction par le gaz et la fusion des minerais de fer ainsi que la combustion et la gazéification du coke ont

lieu dans un seul réacteur comme dans le cas d'un' haut four-

neau, le coke et le charbon reçoivent des chocs et d'autres charges lorsqu'ils sont fournis sur le c 8 té supérieur du four et descendent à l'intérieur, car l'intervalle (hauteur) entre le haut du four et le niveau de la tuyère est d'environ 25 m Les minerais sont réduits au gaz en haut du four et fondus dans la section de fusion à environ 20 m en desssous du haut du four de telle sorte qu'une charge d'environ 25 t/m 2 est appliquée sur eux Etant donné cette charge, les minerais chaudspendant la processus de fusion se contractent pour former une couche qui manque fortement de perméabilité, et qui est appelée zone cohérente et provoque des difficultés lors de la descente, à savoir une suspension ou un glissement, etc Ceci est la raison pour laquelle des minerais massifs qui sont excellents-quant à leurs propriétés de ramollissement aux températures élevées et ne forment pas une zone cohérente importante devraient être utilisés Le coke reçoit également des chocs ou d'autres charges de manière semblable et s'il se détériore au moment

o il brûle sur les nez des tuyères, la perméabilité ren-

contre des obstacles Ceci est une raison pour laquelle

un coke très résitant devrait être utilisé.

Dans ce but, la présente invention s'applique à un procédé selon lequel les minerais sont tout d'abord réduits dans le four de réduction à puits et ensuite fondus dans le four 1 de fusion et de gazéification Dans ce dernier, des minerais dont les propriétés de ramollissement à des températures élevées sont inférieures peuvent être utilisés également/car le fer réduit est fondu sans charge dans la section de fusion a placée audessus de la i i i i i i section de chauffage b formée de la couche b remplie

de coke On peut utiliser également du coke à faible résis-

tance car le coke chargé par les orifices moyens 16 placés au-dessus des tuyères brûle rapidement dans les zones de combustion devant les tuyères Une autre raison pour la- quelle du coke à faible résistance est applicable est que le coke chargé par l'entrée supérieure 2 définissant la section de chauffage b n'est consommé que par-la réaction de carburation avec le fer fondu et le laitier, ces deux matières s'écoulant vers le bas à travers la couche remplie de coke, et la réaction de réduction de Si O 2, etc, ce qui fait qu'il n'y a pas réception de charges et de chocs

provoqués par la descente comme dans le haut fourneau.

D'autres avantages des cinquième et sixième pro-

cédés selon la présente invention sont les suivants: 1 Le soufflage d'oxygène à travers les tuyères du four de fusion et de gazéification permet le soufflage en grande quantité de charbon pulvérisé (qui est applicable

en une quantité de 1 à 1,5 kg/m 3 de 2) et d'autres combus-

tibles Ainsi, environ 60 % ou plus du combustible total, c'est-à-7 dire du coke pour le haut fourneau, peuvent être

remplacés par d'autres combustibles.

2 La fusion du fer réduit ne provoque aucune dété-

rioration dans la réaction du coke, ce qui permet d'utiliser

du coke à faible résistance ou du semi-coke pour le charge-

ment du four.

3 Le four de fusion et de gazéification peut être d'une structure simple et d'une dimension faibleset le four de-réduction à puits peut être réduit en dimensions à cause du gaz réducteur hautement calorifique, ce qui

provoque également une diminution des coûts d'installation.

4 On obtient une efficacité thermique élevéecar le transfert de chaleur a lieu du gaz chaud réducteur au fer granulaire réduit sur la couche remplie de coke de façon à faire fondre le fer réduit gtanulaire dans le four de fusion et de gazéification, et l'échange de chaleur à contre- courant entre le gaz et les minerais a lieu dans

le four de réduction à puits.

Seule une petite zone cohérente ou pas de zone du tout est formée dans les fours de réduction à puits et de fusion et de gazéification à cause de la fusion rapide du fer réduit Ainsi, des minerais de fer ou des minerais agglomérés d'une qualité basse peuvent être utilisés. 6 Même si on utilise des minerais de fer de qualité basse, il est possible d'obtenir du fer réduit granulaire qui a une métallisation élevée de 85 à 96 % ou plus et qui peut être fourni en tant que tél dans le four de fusion et de gazéification, car le four de réduction à puits est

incorporé à l'installation.

7 Le système global y compris le four de réduction

à puits est stable en fonctionnement et facile à commander.

8 Le gaz réducteur récupéré depuis le four de fusion et de gazéification peut être fourni en tant que tel dahs le four de réduction à puits de telle sorte qu'on n'a pas

besoin d'une production et d'un traitement séparés (refor-

mation, traitement pour amener le gaz réducteur à une pression et à une température élevées) du gaz réducteur, ce qui mène à une économie considérable d'énergie et à des

frais réduits.

En bref, le système dans lequel le four de fusion et de gazéification est séparé du four de réduction du type lit mobile permet d'utiliser du coke à faible résistance

et des minerais de fer de qualité inférieure dont les pro-

* priétés de ramollissement aux températures élevées sont

plus faibles.

Les raisons pour lesquelles on utilise de l'oxygène

et du charbon pulvérisé dans le four de fusion et de gazéifi-

cation sont les suivantes.

La combustion de charbon pulvérisé varie largement

en fonction de la température de combustion et de la concen-

tration en oxygène du gaz de combustion Une augmentation de 1 % de la concentration en oxygène provoque environ 6 % d'augmentation de l'efficacité de la combustion Ainsi, du moment que le souffle du haut fourneau est une quantité d'air ayant une proportion d'oxygène d'environ 21 % comme pour le cas du haut fourneau, la quantité de charbon pulvérisé utilisée par mètre cube d'oxygène est limitée à environ 0,3-0,4 kg Dans la présente invention, cependant, il est possible d'utiliser du charbon pulvérisé en une quantité

d'environ 1-1,5 kg/m 3 d'oxygène, ce qui mène à une considé-

rable réduction de la consommation de coke à brûler. Le gaz impliqué dans la combustion devrait avoir une température d'au moins 1500 'C pour faire fondre le fer réduit Par conséquent, dans le cas du haut fourneau, l'air utilisé devrait être chauffé dans un four à haut fourneau Dans le cas o l'oxygène est utilisé, comme dans la présente invention, cependant, le gaz produit a une température suffisamment élevée du fait que la quantité de gaz produite est limitée ou réduite par réaction de combustion unitaire Ceci offre un avantage additionnel du is fait qu'aucun four chaud n'est nécessaire contrairement

au procédé avec haut fourneau.

De plus, on peut également souffler de l'oxygène dans le four de fusion et de gazéification en utilisant de l'oxygène liquide en tant que source d'oxygène et en le gazéifiant de manière à obtenir un gaz ayant une pression manométrique de 196 à 490 k Pa sans qu'on ait besoin de soufflante, laquelle est inévitable lorsqu'on utilise

un procédé impliquant un haut fourneau.

Comme mentionné ci-dessus, la présente invention présente les avantages suivants par rapport au procédé à haut fourneau: la consommation des énergies est réduite, la proportion de coke descend considérablement; des matières de qualité inférieure sont utilisées grace à l'absence de la zone cohérente et du fait que la préparation du fer réduit et sa fusion ont lieu dans des fours séparés, etc. Cette forme de réalisation du procédé selon la présente invention va maintenant être expliquée en référence

à l'exemple 4.

EXEMPLE 4

De la fonte est préparée avec le système de combinaison de la figure 4, en appliquant un four de fusion et de gazéification et deux fours de réduction du type à lit mobile Les caractéristiques des fours appliqués sont les suivantes

CARACTERISTIQUES DES FOURS

A Four de fusion et de gazéification Volume effectif du four: 350 m 3 Nombre de tuyères: 4 Entrée supérieure pour le coke et pour le fer réduit: 1 Entrée moyenne pour le coke, le charbon et la chaux: 1 Zones de combustion: 4 Diamètre interne de la section inférieure: 5 m Diamètre interne de la section de fusion 5 m Hauteur de la section de fusion: 10 m Sortie de gaz: 1 Pression interne: 294 à 490 k Pa B Four de réduction à puits et à lit mobile Volume effectif du four: 150 m 3 Diamètre interne: 5 m Entrée du minerai: 1 Entrée du gaz (environ 10 m en dessous de l'entrée du minerai): 1 Sortie du fer réduit: 1 Sortie de gaz: 1 Pression interne: 294 à 490 k Pa 28.103 m 3/h, 1 t/h de vapeur et 28 t/h de charbon

pulvérisé sont soufflés dans un four de fusion et de gazéi-

fication à travers les tuyères A partir des orifices moyens, on charge dans les zones de combustion 10 t/h de coke (C: 88 %, dimension de grain: 40 mm ou moins, indice de tambour DI 15 = 85 %, 3 t/h de charbon (C: 75

dimension de grain: 40 mm ou moins) et 5 t /h de chaux.

Des quantités égales de fer réduit sont déchargées à partir des sorties de fer réduit des deux fours de réduction pour

maintenir à environ 9500 C la température du gaz de combus-

tion quittant le four de fusion et de gazéification par la sortie de gaz Le fer réduit est chargé par l'entrée de fer réduit dans le four de fusion et de gazéification par l'intermédiaire de la conduite d'alimentation 29 Des minerais de base agglomérés (Fe T: 56 %, dimension ji i moyenne de grain: 12 mm) sont introduits dans les fours respectifs- de réduction en des quantités correspondant au fer réduit et déchargé On effectue les remplissages du four de fusion et de gazéification par chargement par l'entrée de fer réduit, à raison de 8 t/h de coke (C: 88 %, dimension de grain: 40 mm ou plus, index de tambour

DI 135 = 85 %), ce qui permet de maintenir le niveau supé-

rieur de la couche remplie de coke formant la section de

chauffage du four de fusion et de gazéification à une posi-

tion se trouvant à 10 m au-dessus du fond du four Des quantités égales de gaz de combustion ayant une température

d'environ 950 'C et quittant le four de fusion et de gazéi-

fication à travers la sortie de gaz sont injectées dans

les deux fours de réduction à puits du type lit mobile.

Le gaz après réduction est récupéré à la sortie de gaz, refroidi et dépoussiéré Le gaz est-régulé à une pression de 196 k Pa de telle façon que l'oxygène injecté dans le four de fusion et de gazéification par les tuyères atteigne une pression de 441 k Pa Le gaz quittant ce four par la sortie de gaz a un volume de 87,5 103 m 3/h et a une teneur en CO de 75 %, une teneur en H de 22 % et une pression de 314 k Pa Les gaz récupérés des deux fours de réduction du type à lit mobile par leur sortie

de gaz ont une température d'environ 2000 C avant refroidisse-

ment et dépoussiérage, et une composition de CO: 39 %, H 2: 12 % et CO 2: 36 % La quantité totale de minerais de fer fournie dans chaque four de réduction à puits du type à lit mobile est de 140,8 t/h,-la quantité de fer réduit alimentant le four de fusion et gazéification étant de 110,8 t/h, le Fe T étant de 71,1 %, et la proportion de fer métallique par rapport au Fe T (Fe M /Fe T)étant de 85 % La température à laquelle le four de fusion et de gazéification est chargé est d'environ 500 'C La quantité de coke fourni par les orifices moyens est de 13 t/h au total et la quantité de chaux passant par ces orifices est de 4,3 t/h au total Le coke fourni au four de fusion et de gazéification par l'entrée de fer réduit est de 8 t/h En conséquence, la quantité de fonte fondue déchargée par la sortie de fer fondu du four de fusion et de gazéification est de 83,3 t/h, avec une composition de C: 4,5 %, Si: 0,5 %, S: 0,02 % ou moins et d'autres

éléments d'impuretés: 0,5 % au total et avec une tempéra-

ture de 15000 C Le laitier déchargé concurremment est.

de 35 t/h.

On peut calculer l'étape précédente comme suit Matières requises pour la production d'une tonne de fonte Coke de qualité inférieure: 216 kg Charbon: 36 kg Charbon pulvérisé: 336 kg Oxygène: 336 m 3 Vapeur: 12 kg Chaux: 52 kg Minerais de fer (Fe T: 56 %): 1690 kg Gaz sous-produit de 6963 k J/m 3: 940 m 3 Energie en fait consommée dans le système 10 747 MJ Energie pour préparer l'oxygène: 2393 MJ Energie totale: 13 140 MJ/t Sous ce rapport, le procédé de haut fourneau nécessite une énergie de seulement environ 11 718 MJ par tonne de fonte à préparer et semble nécessiter une énergie inférieure à celle demandée selon la présente demande puisqu'il y a une différence de 1422 MJ Cependant, la quantité de coke nécessité dans le traitement préliminaire

qui demande beaucoup d'énergie est d'environ 500 kg/t, c'est-à-

dire à peu près le double de ce qui est utilisé dans la présente invention Etant donné l'énergie consommée dans la préparation du coke- (dans la présente invention de 1088 MJ, dans le procédé à haut fourneau: 2343 M#), les

deux procédés sont considérés comme sensiblement équivalents.

Par ailleurs, il est évident que le procédé selon la présente invention est également supérieur au procédé par haut fourneau du fait que ce dernier nécessite du coke de qualité

élevée et des minerais de fer agglomérés.

Le four'de fusion et de gazéification selon la présente invention peut être plus petit en dimensions ou en hauteur que le haut fourneau et même un four à faible dimension selon la présente invention peut fonctionner

avec une grande efficacité.

Comme mentionné ci-dessus, les procédés et les installations selon la présente invention ont une grande

valeur commerciale.

Claims (26)

REVENDICATIONS

1 Procédé de production de fonte comprenant les étapes consistaàà à brûler et gazéifier du combustible comprenant principalement du carbone et de l'hydrogène au moyen d'oxygène et si nécessaire,de vapeur, dans la région inférieure d'une couche remplie de coke se trouvant dans

un four de manière à produire un gaz chaud réducteur compre-

nant principalement de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, la couche remplie de coke comportant des vides à travers lesquels le gaz s'écoule en contact à contre-courant avec du fer fondu et du laitier, et la couche portant du fer réduit non fondu sur sa partie supérieure, à faire monter le gaz chaud à travers la couche remplie de coke pour faire fondre le fer réduit de manière que dans la couche le fer

fondu résultant et le laitier contenant de 1 'cxyde de fer.

résultant s'écoulent vers le bas à contre-courant par rapport au gaz chaud ascendant, des oxydes de fer et d'autre métal dans le laitier étant réduits par le coke et le carbone dudit coke étant dissous dans le fer fondu de façon à convertir le fer fondu en fonte fondue, et à récupérer

le gaz chaud tout en recueillant la fonte fondue et la lai-

tier ainsi formés dans la partie la plus basse du four

et en déchargeant la fonte et le laitier.

2 Four de fusion et de gazéification pour la production de fonte et la gazéification de combustible, caractérisé en ce qu'il comprend une partie principale de four ( 1), une entrée supérieure ( 2) pour l'introduction de fer réduit, de coke et de matières auxiliaires et une sortie de gaz ( 3) qui sont prévues dans la partie supérieure de la partie principale de four ( 1), des sorties ( 5, 6) pour décharger la fonte fondue et le laitier dans la partie inférieure de la partie principale de four, une couche remplie de coke (b) étant prévue dans la partie majeure de la partie principale de four, ladite couche comportant des vides par lesquels s'écoule le gaz en un contact à contre-courant avec le fer fondu et le laitier et ladite couche portant une matière première non fondue chargée par l'entrée supérieure ( 2), une tuyère ou des tuyères ( 4) pour souffler de l'oxygène, du combustible comprenant principalement du carbone et de l'hydrogène et si nécessaire une matière formant laitier et/ou de la vapeur, lesdites tuyères se trouvant sur la partie de paroi latérale correspondant à la région inférieure de la couche remplie de coke (b), et une zone de combustion ou des zones de combustion (e) à l'avant des tuyères ( 4), une section de fusion étant prévue sur la couche remplie de coke et comprenant un stock de fer réduit, de coke et de matières auxiliaires chargées par l'entrée supérieure ( 2), et un creuset (d) étant formé dans la partie la plus

basse de la partie principale de four.

3 Procédé pour la production de fonte et la gazéification de combustible comprenant les étapes consistant à introduite du combustible comprenant principalement du carbone et de l'hydrogène, si nécessaire en compagnie de matières formant laitier dans une zone ou des zones de

combustion situées sensiblement à l'extérieur de la péri-

phérie externe de la zone inférieure d'une couche remplie de coke fournie dans un four, l'alimentation en combustible comprenant si désiré une quantité additionnelle dudit combustible fourni par une ou plusieurs tuyères, si nécessaire, avec la matière formant laitier, la couche remplie de coke comprenant des vides à travers lesquels du gaz s'écoule en contact à contre-courant avec du fer fondu et du laitier, et ladite couche sup P Ortant du fer non fondu réduit à sa partie supérieure, à brûler et à gazéifier ledit combustible au moyen d'oxygène et si nécessaire de vapeur pour produire un gaz chaud réducteur, à provoquer la montée dudit gaz chaud à travers la couche remplie de coke pour chauffer et fondre le fer réduit, le fer réduit fondu résultant et le laitier résultant s'écoulant vers le bas à travers la couche en réduisant les oxydes de fer et d'autres métaux contenus dans le laitier, et à récupérer le gaz chaud en haut du four tandis que l'on recueille la fonte fondue et le laitier ainsi formés en même temps que le laitier formé dans la ou les zones de combustion, dans la partie la plus basse du four et qu'on décharge la

fonte et les laitiers.

4 Four de fusion et de gazéification pour la production de fonte et la gazéification de combustible, caractérisé en ce qu'il comprend une partie principale de four ( 1), une entrée supérieure ( 2) pour l'introduction de fer réduit, de coke et de matières auxiliaires et une sortie de gaz ( 3) qui sont prévues à la partie supérieure de la partie principale de four ( 1), un creuset (d) et des sorties ( 5, 6) pour la fonte fondue et le laitier qui

sont prévues dans la partie inférieure de la partie prin-

cipale de four, une couche remplie de coke (b) prévue dans une partie majeure de la partie principale de four, cette couche (b) comportant des vides à travers lesquels s'écoule le gaz en un contact à contre-courant avec le fer fondu et le laitier, et supportant une matière première non fondue fournie à partir de l'entrée supérieure ( 2) sur sa partie supérieure, une tuyère ou des tuyères ( 4) ayant pour but le soufflage d'oxygène et si nécessaire de

combustible comprenant principalement du carbone etde l'hydro-

gène, une matière formant laitier et/ou de la vapeur, et prévoes dans la paroi latérale de four correspondant à la région inférieure de la couche remplie decoke (b), un orifice ou des orifices moyens ( 15) pour l'introduction de combustible solide et si nécessaire d'une matière formant laitier, etc, et prévus dans la paroi latérale de four placée audessus desdites tuyères ( 4), une zone ou des zones de combustion (e) qui sont formées du combustible solide fourni par les orifices moyens ( 15) à l'avant des tuyères ( 4), lesdites zones de combustion (e) étant prévues pour former un gaz chaud réducteur comprenant de préférence de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, et une section de fusion comprenant un stock de fer réduit, du coke et des matières auxiliaires chargées par l'entrée supérieure ( 2), ladite section de fusion étant supportée sur le dessus de la

couche remplie de coke (b).

Procédé pour la gazéification de combustible, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à brûler du combustible comprenant principalement du carbone et de l'hydrogène au moyen d'oxygène et si nécessaire de vapeur dans une zone ou des zones de combustion situées dans la partie inférieure d'une couche remplie de coke prévue dans un four, ce qui permet de produire un gaz chaud réducteur comprenant principalement de l'oxyde de carbone et de llhydrogène, la couche remplie de coke comportant des vides à travers lesquels s'écoule le gaz en contact à contre-courant avec du fer fondu et du laitier, et ladite couche supportant du fer réduit non fondu dur sa partie supérieure, à provoquer la montée dudit gaz chaud à travers la couche remplie de coke pour faire fondre le fer réduit, lé fer fondu résultant et le laitier contenant de l'oxyde

de fer résultant s'écoulant dans ladite couche à contre-

courant par rapport au gaz chaud ascendant, les cendres provenant du combustible dans la zone de combustion ou les zones de combustion étant fondues et transformées en laitier pour leur permettre de s'écouler ensemble avec le fer fondu, et à récupérer ledit gaz chaud tandis qu'on recueille la fonte fondue résultante et le laitier dans la partie la plus basse du four et en déchargeant la fonte et les laitiers. 6 Procédé pour la gazéification de combustible, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant

à fournir du combustible comprenant principalement du car-

bone et de l'hydrogène, si nécessaire avec une matière formant laitier dans une ou plusieurs zones de dombustion situées sensiblement à l'extérieur de la périphérie externe de la région inférieure d'une couche remplie de coke fournie dans un four, l'alimentation en combustible comprenant une quantité additionnelle dudit combustible fourni si désiré par une tuyère ou des tuyères, si nécessaire en même temps qu'une matière formant laitier, et ladite couche remplie de coke comportant des vides à travers lesquels du gaz s'écoule en contact à contre-courant avec du fer fondu et du laitier, et ladite couche supportant du fer réduit non fondu sur sa partie supérieure, à brûler et à gazéifier ledit combustible ou lesdits combustibles dans ladite zone ou lesdites zones de combustion au moyen d'oxygène et si nécessaire de vapeur pour engendrer un gaz chaud de réduction, à provoquer la montée dudit gaz chaud à travers la couche remplie de coke pour chauffer et fondre le fer réduit, le fer fondu résultant et le laitier contenant de l'oxyde de fer résultant dans ladite couche s'écoulant à contre-courant par rapport au gaz chaud ascendant, les cendres provenant dudit combustible ou desdits combustibles dans lesdites zones de combustion étant fondues et transformées en laitier pour leur permettre de s'écouler vers le bas en même temps que le fer fondu, et à récupérer le gaz chaud à partir du haut du four en recueillant la fonte fondue formée et le laitier dans la région la plus basse du four et en déchargeant la fonte

et le laitier.

7 Procédé combiné pour la production de fonte en réduisant les minerais de fer dans un four de réduction à puits avec un gaz de réduction récupéré à partir d'un four de fusion et de gazéification, et en faisant fondre le fer réduit résultant dans le four de fusion et de gazéification pour produire de la fonte, caractérisé en ce que dans le four de fusion et de gazéification du combustible comprenant principalement du carbone et de l'hdyrogène est brûlé et gazéifié au moyen d'oxygène et si nécessaire de vapeur dans la partie inférieure d'une couche remplie de coke fourni dans ledit four, de manière à produire un gaz chaud réducteur comprenant principalement de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, la couche remplie de coke comportant des vides à travers lesquels le gaz s'écoule en contact à contre-courant avec le fer fondu et le laitier, et ladite couche portant du fer réduit non fondu sur sa partie supérieure, ledit gaz chaud est forcé de monter à travers ladite couche remplie de coke pour faire fondre le fer réduit, le fer fondu résultant et le laitier contenant de l'oxyde de fer résultant dans la couche remplie de coke s'écoulant à contre-courant par rapport au gaz chaud ascendant, et des oxydes de fer et d'autre métal dans le laitier étant réduits par le coke de façon à dissoudre le carbone du coke dans ledit fer fondu i i ii pour ainsi convertir le fer fondu en fonte fondue, et ledit gaz chaud est récupéré tandis que la fonte fondue ainsi formée et le laitier sont recueillis dans la partie la plus basse dudit four de fusion et de gazéification et déchargés.

8 Procédé combiné pour-la production de fonte et la gazéification de combustible par la réduction de minerais dans un four de réduction à puits avec un gaz

réducteur récupéré dans un four de fusion et de gazéifica-

tion, et par la fusion du fer réduit résultant dans le four de fusion et de gazéification pour produire de la fonte, caractérisé en ce que dans le four de fusion et de gazéification, du combustible comprenant principalement du carbone et de l'hydrogène si nécessaire avec une matière formant laitiersont fournis à une zone de combustion ou des zones de combustion situées sensiblement à l'extérieur de la périphérie externe de la région inférieure d'une

couche remplie de cokefournie dans ledit four, la fourni-

ture de combustible comprenant si désiré une quantité additionnelle de ce combustible fournie par une ou plusieurs tuyères, si nécessaire avec une matière formant laitier, la couche remplie de coke comportant des vides à travers lesquels un gaz s'écoule en contact à contre-courant avec le fer fondu et le laitier, et ladite couche portant

du fer réduit non fondu sur sa partie supérieure, le com-

bustible est brûlé et gazéifié au moyen d'oxygène et si nécessaire de vapeur pour engendrer un gaz chaud réducteur, ledit gaz chaud est amené à monter à travers ladite couche remplie de coke pour chauffer et fondre le fer réduit, le fer réduit fondu et le laitier résultants dans ladite couche s'écoulant vers le bas, ce qui réduit les oxydes de fer et d'autres métaux contenus dans le laitier, et le gaz chaud ést récupéré à partir du haut du four de fusion et de gazéification tandis que la fonte fondue ainsi formée et le laitier avec le laitier formé dans lesdites zones sont recueillis dans la partie la plus basse dudit four de fusion et de gazéification et déchargés hors de celui-ci.

9 Installation combinée pour la production de fonte, caractérisée en ce qu'elle comprend un four de fusion et de gazéification (la) comprenant une partie prin-_ cipale de four, une entrée supérieure ( 2) pour l'introduction de fer réduit, de coke et de matières auxiliaires et une sortie de gaz ( 3) qui sont prévues dans la partie supérieure de la partie principale de four, des sorties ( 5, 6) pour la décharge de fonte fondue et de laitier dans lapartie inférieure de la partie principale de four, une couche remplie de coke fournie dans la partie majeure de la partie principale de four, ladite couche comprenant des vides

à-travers lesquels s'écoule un gaz en contact à contre-

courant avec le fer fondu et le laitier, et ladite couche supportant un stock non fondu chargé par l'entrée supérieure ( 2) à sa partie supérieure, une ou plusieurs tuyères ( 4) pour souffler de l'oxygène, du combustible comprenant principalement du carbone et de l'hydrogène et si nécessaire une matière formant laitier et/ou de la vapeur, ladite tuyère ou lesdites tuyères ( 4) étant prévues dansla partie de paroi latérale correspondant à la région inférieure de ladite couche remplie de coke, une zone ou plusieurs zones de combustion (e) fournies à l'avant des tuyères ( 4), une section de fusion supportée par la couche remplie de coke et comprenant un stock de fer réduit, de coke et de matières auxiliaires chargées par l'entrée supérieure ( 2), et-un creuset (d) formé dans la région la plus basse de la partie principale de four, un four ( 20 a) de réduction à puits pour la réduction des minerais de fer, une conduite ( 12) pour relier la sortie de gaz ( 3) du four de fusion et de gazéification à une entrée de soufflage de gaz réduit ( 23) dudit four de réduction à puits, et un dispositif pour alimenter en fer réduit le four (la) de fusion et de gazéification, le fer réduit étant formé en réduisant les minerais de fer dans le four ( 20 a) de réduction à puits avec un gaz réducteur récupéré depuis le four de fusion

et de gazéification (la).

Installation combinée pour la production de fonte, caractérisée en ce qu'elle comprend un four

de fusion et de gazéification (la) conprenant une partie princi-

pale de four, une entrée supérieure ( 2) pour l'introduction de fer réduit, de coke et de matières auxiliaires et une sortie de gaz ( 3) qui sont prévues dans la partie supérieure de la partie principale de four, des sorties ( 5, 6) pour la décharge de la fonte fondue et du laitier étant prévues dans la partie inférieure de la partie principale de four, une couche remplie de coke étant prévue dans une partie majeure de la partie principale de four, ladite couche comprenant des vides à travers lesquels s'écoule un gaz en contact à contre-courant avec le fer fondu et le laitier, et ladite couche supportant un stock non fondu chargé par l'entrée supérieure-( 2) sur le côté supérieur de celle-ci, une tuyère ou plusieurs tuyères ( 4) prévues pour le soufflage d'oxygène, de combustible comprenant principalement du carbone et de l'hydrogène et si nécessaire d'une matière formant laitier et/ou de vapeur, lesdites tuyères ( 4) se trouvant dans la paroi latérale de four correspondant à la région inférieure de la couche remplie de coke, un ou plusieurs orifices moyens ( 15) pour admettre du combustible solide et si nécessaire une matière formant laitier et analogues, et pré-vus dans la paroi latérale de four placée au-dessus des tuyères ( 4), une zone ou plusieurs zones de combustion formées de combustible solide chargé par lesdits orifices moyens ( 15) à l'avant des tuyères ( 4), les zones de combustion étant prévues pour former un gaz chaud réducteur comprenant principalement de l'oxyde de

carbone et de l'hydrogène, et une section de fusion compre-

nant un stock de fer réduit, de coke et de matières auxi-

liaires chargées par l'entrée supérieure, la section de fusion étant supportée sur le dessus de la couche remplie de coke, un four de réduction à puits ( 20 a) pour la réduction des minerais de fer, une conduite ( 12) pour relier la sortie de gaz ( 3) du four de fusion et de gazéification (la) à une entrée de souffage de gaz réduit ( 23) dudit four de réduction à puits ( 20 a), et un dispositif pour

alimenter en fer réduit le four de fusion et de gazéifica-

tion (la), le fer réduit étant formé en réduisant les minerais de fer du four de réduction à puits ( 20 a) avec

un gaz réducteur récupéré du four de fusion et de gazéifica-

tion (l&).

11 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 3 et 5-8, caractérisé enoe que la couche remplie

de coke est renouvelée par chargement de coke.

TZ Procédé selon la revendication 11, caractérisé

en ce que le coke de chargement est du coke ou du semi-

coke.

13 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 3 et 5-8, caractérisé en ce que l'oxygène est

soufflé à travers les tuyères ( 4).

14 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 3 et 5-8, caractérisé en ce que le combustible à souffler à travers les tuyères est utilisé sous forme de combustible solide en poudre, combustible liquide ou combustible gazeux ou sous forme d'un mélange de deux ou

davantage de ces combustibles.

Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le combustible solide en poudre est du charbon pulvérisé, du poussier de coke, du brai en poudre ou analogue,

ou leurs mélanges.

16 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 3 et 5-8, caractérisé en ce que la vapeur est soufflée si désiré à travers les tuyères ( 4) pour commander

la température du gaz de combustion produit.

17 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 3, 6 ou 8, caractérisé en ce que du combustible

solide est fourni par un orifice ou des orifices médians-

( 15) se trouvant au-dessus des tuyères ( 4) dans la zone

de combustion ou les zones de combustion.

18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que de la vapeur est soufflée si désiré dans lesdits

orifices médians ( 15) ou dans une zone proche de ceux-ci.

19 Installation selon l'une quelconque des

revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le four de

réduction à puits ( 20 a) est du type à lit mobile ou

statique ou une combinaison des deux.

Installation selon la revendication 19, caractérisée en ce que le four de réduction à puits ( 20 a) est du type à lit mobile.

21 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 7 ou 8, caractérisé en ce que le gaz récupéré du four de fusion et de gazéification (la) et fourni-au four de réduction à puits ( 20 a) est un gaz réducteur comprenant

principalement de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène.

22 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 3 et 5-8, caractérisé en ce que le four de fusion

et de gazéification (la) fonctionne avec une pression inter-

ne élevée.

23 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 3 et 5-8, caractérisé en ce que le gaz récupéré du four de fusion et de gazéification (la) est fourni à

un four de réduction à puits ( 20 a) à une pression élevée.

24 Installation selon l'une quelconque des reven-

dications 2, 4, 9 ou 10, caractérisée en ce que le four de fusion et de gazéification (la) comprend une région supérieure d'un diamètre plus petit et une région inférieure

d'un diamètre plus grand.

Installation selon l'une quelconque des reven-

dications 4 ou 10, caractérisée en ce qu'un nombre approprié

d'orifices moyens ( 15) sont prévus dans la partie de transi-

tion se trouvant entre la région supérieure et la région

inférieure du four de fusion et de gazéification.

26 Installation selon l'une quelconque des reven-

dications 2, 4, 9 ou 10, caractérisée en ce que les zones de combustion (e) sont formées dans la partie inférieure

de plus grand diamètre.

27 Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que de la matière formant laitier en poudre est

facultativement soufflée à travers les tuyères ( 4).

28 Installation selon l'une quelconque des reven-

dications 4 ou 10, caractérisée en ce que les zones de combustion (e) du four de fusion et de gazéification (la)

sont formées par une charge de combustible solide.

29 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 3 et 5-8, caractérisé en ce que les zones de combustion sont formées au niveau inférieur de la couche

remplie de coke.

30 Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce que les zones de combustion sont formées sensiblement à l'extérieur de la région inférieure de la couche chargée

de coke.

31 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 3, 5, 6 ou 8, caractérisé en ce que la matière formant laitier est chargée additionnellement en tant que matière auxiliaire par l'entrée supérieure en même temps

que le fer réduit et le coke.

32 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 3, 6 ou 8, caractérisé en ce que la matière formant laitier est chargée additionnellement par les orifices

moyens ( 15) en même temps que le combustible solide.

33 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1, 3 et 5-8, caractérisé en ce que le fer réduit est fondu par la chaleur substantielle du gaz réducteur chaud. 34 Procédé selon la revendication 32, caractérisé en ce que le soufre contenu dans la matière première,dans la charge et dans le ou les combustibles est enlevé par

le laitier dans ledit four de fusion et de gazéification.

Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le combustible solide est du charbon, du coke,

du semi-coke ou analogues, ou un mélange de ceux-ci.