WO2000001852A1 - Procede de traitement de laitier et poussieres de four, notamment de four d'acieries electriques - Google Patents

Procede de traitement de laitier et poussieres de four, notamment de four d'acieries electriques Download PDF

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WO2000001852A1
WO2000001852A1 PCT/FR1999/001647 FR9901647W WO0001852A1 WO 2000001852 A1 WO2000001852 A1 WO 2000001852A1 FR 9901647 W FR9901647 W FR 9901647W WO 0001852 A1 WO0001852 A1 WO 0001852A1
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WO
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slag
dust
reducing
treatment
fraction
Prior art date
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PCT/FR1999/001647
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Inventor
François CLEMENDOT
Paul Baudry
Claude Gentaz
Original Assignee
Electricite De France (Service National)
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B5/00—Treatment of  metallurgical  slag ; Artificial stone from molten  metallurgical  slag 
    • C04B5/06—Ingredients, other than water, added to the molten slag or to the granulating medium or before remelting; Treatment with gases or gas generating compounds, e.g. to obtain porous slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • C21B3/06—Treatment of liquid slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/02—Physical or chemical treatment of slags
    • C21B2400/022—Methods of cooling or quenching molten slag
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies

Definitions

  • the present invention relates to a process for treating slag from electric steel furnaces and non-ferrous metallurgy.
  • the quantities of slag produced by the production of steel in an arc furnace are between 110 and 130 kg per tonne of steel, when it is carbon steels, and of the order of 200 kg per tonne of elaborate steel, in the case of stainless steels.
  • the dust is also stored in internal landfills in the steel sites, sites where problems are encountered due to leaching or the removal of this dust.
  • dust can be reprocessed in two ways.
  • the first consists in subjecting them to a pyrometallurgy treatment.
  • the second method consists in leaching the dust in an aqueous medium and, by electrolysis, recovering metallic zinc which is deposited on the cathode.
  • the present invention allows the recovery of slag, and in particular slag from electric steels, by an operation called "secondary slag metallurgy", which aims to transform this waste into a commercial product (constant physical and chemical qualities and suitable for industrial use). It also aims to solve in the same operation the current problems related to dust treatment or economic constraints related to this treatment.
  • the invention relates to a process for treating metallurgical waste such as slag and dust, in which the liquid slag and the dust are mixed, undergo a reducing treatment, the reduction product being decanted and the metallic and mineral fractions recovered. .
  • the present invention relates to a slag process, characterized in that the liquid slag is subjected to a reducing physicochemical treatment, the metallic fraction is separated from the mineral fraction of the treated slag, and the metallic fraction and the fraction are recovered.
  • mineral O 00/01852
  • the process of the invention applies to slags of all origins, alone or in combination with dust, such as slag from ferrous and non-ferrous metallurgy
  • the process of the invention applies in particular to slag and dust from electric steelworks, and slag from non-ferrous metallurgy.
  • non-ferrous metallurgy in particular the industry of ferro-alloys, and among these the metallurgy of ferromanganese and silicomanganese. It is also possible to provide for treating slag, and possibly dust from the metallurgy of lead, zinc and copper, according to the invention.
  • slag is meant chemical compounds, generally oxidized, provided by raw materials, ores, reducing agents and fluxes, or formed in contact with free or combined oxygen, in the operations of manufacturing metals and alloys . These slags are found in extractive, ferrous and non-ferrous metallurgy.
  • the main constituents of slag are most often calcium oxide CaO or lime, silicon dioxide Si0 2 or silica, and aluminum sesquioxide Al 2 0 3 , or alumina. These are the most thermodynamically stable oxides, and therefore difficult to reduce by carbothermy. They are however easily obtained by oxidation of the corresponding metals.
  • these slags also contain elements present in the steel produced, in their metallic or oxidized form.
  • dust according to the invention in the case of steel is meant the solid particles captured in the steelworks fumes by the filters. They are emitted in the arc furnace partly at the time of the loading of the scrap and, for another part, they result from the process itself of steel production. . . . .
  • Dusts have chemical components similar to those constituting slag, however in different proportions. They are distinguished mainly from dairy by the presence of volatile metals such as zinc, lead and cadmium, which are present mainly in the form of oxides. O 00/01852
  • the term “physico-chemical treatment according to the invention” is intended to mean the treatment (s) of reduction of metal oxides and the usual stages of casting, molding and solidification of the slag, which make it possible to practice the title by control of its chemical composition and its physical presentation adapted to its marketing (ingots, pieces, granules).
  • reducers are solid reducing products conventionally used in metallurgy, namely reducing carbon products such as cokes, that is to say petroleum coke, metallurgical coke, anthracites, and coal, generally in the form of dust, grains or parts.
  • Usual specific reducing mixes are also used, such as silicon carbide, silicon and silicon alloys such as ferro-silicon, in particular ferro-silicon containing 75% silicon, silico-manganese, silico-calcium, aluminum, pure, alloyed or mixed, for example in the form of dross from aluminum metallurgy.
  • silicon carbide silicon and silicon alloys
  • ferro-silicon in particular ferro-silicon containing 75% silicon, silico-manganese, silico-calcium, aluminum, pure, alloyed or mixed, for example in the form of dross from aluminum metallurgy.
  • the process of the invention makes it possible to recover the slag, and possibly the dust, by separating the metallic fraction of the slag from the mineral part of the slag, that is to say the residue from the separation of the metallic fraction, or the part of the treated slag from which the metal fraction has been separated.
  • metal fraction according to the invention means the mixture consisting of the alloy resulting from the reduction, the trapped steel and the excess reducer.
  • the treatment process of the invention is carried out with slag which is and remains liquid throughout its treatment, in particular during the stage or stages of reduction.
  • liquid slag is meant slag whose temperature is of the order of 1300 ° C to 1800 ° C, more precisely around 1500 ° C.
  • the slag can be treated directly after it leaves the oven, or else the treatment carried out with slag kept at a temperature where it is liquid, for example close to its temperature when it leaves the oven.
  • the sensitive energy of the slag is therefore conserved and used.
  • this energy may be insufficient and it may be necessary, to compensate for the loss of energy during the exit, storage and transfer of the slag, and during the reducing treatment itself, some of the reactions of which are endothermic, to provide energy to the slag.
  • Any usual means of heating a receptacle capable of containing liquid metal or slag can be provided in the steel industry. It is also possible to provide an energy supply to carry out the treatment itself. This energy supply can be achieved by heating by electrodes immersed in the liquid slag or by electric arc.
  • the dairy state defined as a high temperature liquid mixture of thermodynamically stable oxidized compounds and its synergies with oven dust by treating it in the slag;
  • Another advantage of the implementation of the process of the invention is linked to the fact that the secondary dusts can contain more than 60% of zinc oxide, which are recovered directly in the zinc industry.
  • the reducing treatment comprises at least one reduction step with carbon reducing agents. It may however include an additional reduction step with reducing mixes.
  • the quantity of fixed carbon that is to say the quantity of carbon used as thermodynamic reducer in carbon reducers, is between 25 and 100 kg / t of slag or of slag mixture and dust, in the case of carbon steels, and between 0 and 25 kg / t of slag or mixture of slag and dust, in the case of stainless steels.
  • an electric heating is provided. This can be achieved by immersing one or more electrodes in the liquid slag; the liquid slag then acts as resistance. Heating can also be carried out using electrodes located above the liquid slag; an electric arc is created between the electrodes and the slag.
  • the reducers are introduced into the liquid slag. O 00/01852
  • Carbon reducers and reducing mixes, before their introduction into the slag, are stored in solid, granular or pulverulent form. Depending on their particle size, the addition can be carried out by injection, insufflation, projection, or by gravity, for example using a worm screw or a vibrating extractor. They can also be introduced into the treatment container before pouring the slag there. For injection, throws are used.
  • the dust previously stored or coming directly from the filters can be introduced by means adapted to their particle size, or else be introduced into the slag treatment container before it is poured into it.
  • the invention also relates to a process for treating steelworks dust, characterized in that the dust is introduced into liquid slag, in that the mixture of dust and liquid slag is subjected to a physical treatment. chemical reducing, in that the metallic fraction is separated from the mineral fraction of the treated mixture, and in that the metallic fraction and the mineral fraction are recovered.
  • the invention thus relates to a process for treating slag and oven dust in which the liquid slag in which the dust has previously been subjected to a reducing physico-chemical treatment is subjected; the metal fraction is separated from the mineral fraction of the treated slag, and the metal fraction, the mineral fraction and secondary dust enriched in volatile compounds are recovered.
  • the slag is a slag from an electric steel or non-ferrous metallurgy furnace and the dust from dust from an electric steel or non-ferrous metallurgy furnace;
  • physicochemical treatment is carried out by adding solid reducing materials in dust, grains or pieces chosen from reducing carbon products and mixes reducers.
  • the separation of secondary dust is carried out by volatilization while that of the metal and mineral fractions is carried out by separation, for example by decantation, in the crucible, the pocket or the dedicated oven where the reducing treatment took place.
  • slags and slag by-products comprising less than 1% by weight of residual chromium oxide.
  • the dust is treated in the treatment process.
  • the treatment station may have its means for introducing the dust inactivated.
  • the separation of the metallic fraction from the mineral fraction takes place by decantation.
  • This separation can be carried out in the crucible, the pocket or the dedicated oven where the reducing treatment took place.
  • the metal fraction is then recovered on the one hand and the mineral fraction on the other hand, in the liquid state, by casting.
  • Tap holes can be provided in the container where decantation takes place, in its upper part for the mineral fraction, and its lower part for the metallic fraction.
  • granulation can be provided by conventional air or water systems.
  • the metal fraction is treated in the usual way in metallurgy, for example ingotage.
  • the duration of treatment of the secondary slag metallurgy from the exit of the slag ladle under the steel furnace to the final casting of the mineral fraction, can go up to 90 minutes, and are of the order of 30 to 90 minutes, shorter durations being obtained in the case of stainless steels.
  • durations shorter than 30 minutes, of the order of 25 minutes can also be obtained.
  • the process of the invention can be implemented with installations and means similar to those of secondary steel metallurgy.
  • the containers for collecting and processing the slag can be water-cooled ovens, where the slag forms an autocreuset, or refractory ovens or tanks, or pocket ovens. These ovens can be used at the same time to transport, store liquid slag awaiting treatment and to carry out the treatment there before settling and pouring.
  • the process of the invention has the advantage that, in the by-products obtained, the content of residual chromium oxide can be reduced to less than 1% by weight, or even less than 0.5% by weight.
  • the increase in the basicity index of the starting mixture of dust + slag contributes to reducing the final concentration of chromium oxide in the mineral fraction.
  • the production tools are a three-phase electric oven with capacity
  • the slag is poured into a pit, solidified, then crushed and screened to recover the stainless steels contained in the form of pieces, grains and dust.
  • we have a "flour" of slag which is either landfilled with all the problems of flight due to the wind, or sold to a nearby cement plant. The dust is landfilled.
  • the electric oven produces 9 tonnes +/- 2 t of slag and 1.4 t +/- 0.3 t of dust per pouring, the average time between two successive pourings being 60 minutes.
  • the AOD converter produces 9 t +/- 2 t of slag and 0.4 t +/- 0.1 t of dust per run, the average time between two successive runs being 60 minutes. O 00/01852
  • the secondary steel metallurgy produces 1 t +/- 0.2 t of slag and 0.03 t of dust also with a cycle of 60 minutes.
  • the secondary metallurgy installation was placed 70 m from the electric furnace and 150 m from the AOD converter.
  • the sequence of production operations for stainless steels is such that the slag from the electric oven contained in a pocket transported to the overhead crane arrives at the same time as the pocket containing the slag from the AOD converter.
  • Each pocket has a capacity of 14 t of slag.
  • the bags are kept hot by using burners, lids or cutlery; these last two systems are also used during transfers to the treatment center.
  • the burner installed under the electric oven is an oxygen / propane burner with a nominal power of 750 therms.
  • the treatment station includes an electric oven with a capacity of
  • the oven comprises a central electrode and a bottom electrode, the power supply being able to be made either with single-phase alternating current or with direct current.
  • the vertical exterior walls of the furnace are cooled with water to form a self-crucible.
  • the conductive sole is also cooled with water and is made of carbonaceous material.
  • the oven is fixed and there are two tap holes, the highest intended for the casting of the final mineral slag, i.e. the mineral fraction of the treated slag, the lowest for the casting of the metallic fraction of the slag treated, or "metal".
  • metal is used to designate the liquid mixture consisting partly of the stainless steels accompanying the slag and partly of the alloy obtained by reduction of the reducible compounds contained in the slag.
  • the oven is sealed, provided with a movable cover with sealed passages for the central electrode, the capture of gases and the introduction of treatment and addition products.
  • the gases are captured and treated, in particular dusted by a dry filtration system, before being sent to the atmosphere.
  • Addition and treatment products are stored in hoppers placed right next to the oven; that of the dust from the electric furnace and the AOD converter is of high capacity and is supplied by tanker truck.
  • the slag pockets from the electric oven and the converter are emptied at the bridge into the treatment oven containing the liquid metal bath base and a little slag from the previous operation: this pouring operation takes place while the lid of the treatment oven was put on the side.
  • the cover is put back in position and the treatment begins with simultaneously heating at nominal electric power, the introduction of oven dust and carbon reducers.
  • the dust alone or in mixture with a carbonaceous reducer, is introduced by gravity, either in the form of pellets with a vibrating extractor, or in the form of dust with a worm.
  • Carbon reducers with a particle size of 2 to 10 mm, are also introduced by gravity. After a few moments, there is a slight foaming of the slag which disappears after 10 minutes.
  • the slag is left to stand for 15 minutes to allow the metal contained in the slag to be separated.
  • the slag tap hole is then opened, which is collected in a 25 1 capacity bag, then brought to an air granulation stand, operation carried out in 10 minutes.
  • the granulated mineral slag has the following composition. CaO: 49%; Si0 2 : 32%; AI 2 O 3 : 6%; MgO: 5%; FeO, MnO and Cr 2 0 3 : less than 2% each; ZnO and PbO: less than 1% each.
  • the metal tap hole is open only every other
  • the metal produced has, mainly depending on the slag and dust treated, in the example considered, the following composition: chromium: 27%; nickel: 3%; silicon: 1%; carbon: 1%; the balance being mainly iron.
  • the dust collected in the filters of the dedusting installation of the treatment oven has, depending mainly on the treated dust, in the example considered, the following composition: ZnO: 62%; PbO: 5%, the balance being sodium, potassium and calcium halides and very small quantities of iron oxides, that is to say less than 1%.
  • the treatment lasts 35 minutes in the oven, 45 minutes including granulation, all times counted from the moment the slags are poured into the treatment oven.
  • the secondary slag metallurgy process eliminates the landfilling of slag and dust, retains the current recovery of stainless steels mixed with slag and allows the sale of all of the final mineral slag to different user industries. , cement works, public works, construction, steel, etc.
  • the production tools are a double direct current electric furnace with a capacity of 1 10 1 per casting, a secondary metallurgy installation and a continuous casting.
  • This steelworks also annually produces 70,000 tonnes of slag from electric furnaces and 5,000 liters of slag from secondary metallurgy, or, all dairy products combined, 75,000 tonnes.
  • furnace slag is poured into a pocket, transported near the crassier of the factory, poured on the ground and taken up, solid and cooled, by machine to be stored on the crassier; there is no sale of slag.
  • the oven dust is (a) either ironed in the electric oven, with the advantage of enriching it with zinc and with the disadvantage of slightly disturbing the running of the electric oven: increase per tonne of good billets of the electric consumption of 10 kwh and consumption of O 00/01852
  • the electric oven produces 12 t +/- 2 t of slag and 1.6 t +/- 0.3 t of dust per pouring, the average time between two successive pourings being 45 minutes.
  • the secondary metallurgy of the slag must process 13 1 +/- 2 t of slag and 2 t +/- 0.4 1 of dust, or a total of 15 t +/- 2, 4 t in 45 minutes.
  • the increase in production capacity of the steelworks is estimated at 20% and the nominal capacity of the secondary slag metallurgy is around 28 t / h.
  • the secondary metallurgy installation was placed 30 m from the electric furnace.
  • the slag out of the oven is poured into a bag with a capacity of 20 T of slag and dust.
  • the sequence of slag and dust treatment operations adapts to that of the carbon steel production operations from which it is completely independent.
  • the burner installed under the electric oven is an oxygen / fuel burner with a nominal power of 1,200 therms.
  • the treatment center includes:
  • the movable cover is sealed with passages for the three electrodes, the capture of gases as well as the loading of treatment and addition products.
  • the gases are captured and treated, in particular dusted by a dry filtration system, before being sent to the atmosphere.
  • Addition and treatment products are stored in hoppers placed right next to the oven; for dust from an electric oven, the hopper is directly connected by leaktight duct to the dedusting installation of the electric oven.
  • oxygen injectors intended for the post-combustion of the gas for reducing iron oxide by carbon, are integral with the cover.
  • the slag pocket from the electric furnace is brought to the treatment station by a pocket-carrying trolley on a rail.
  • the cover is then put in place and the treatment begins with simultaneously heating at nominal electric power, the introduction of oven dust by injection and carbon reducers, in particle size 2 to 10 mm, by weigh hopper with vibrating extractor.
  • the additions to correct the composition of the final mineral slag are then made and it is ensured that its temperature is equal to that of the set point, that is to say the final pouring temperature increased by the temperature drops due expectations, especially at the decantation stage.
  • Metal here has the same meaning as in Example 1.
  • the final mineral slag has, under the conditions of the example, the following composition. CaO: 52%; Si0 2 : 23%; Al 2 0 3 : 9%; MgO: 9%; FeO, MnO and Cr 2 0 3 : less than 2% each; ZnO and PbO: less than 1% each.
  • the metal produced has, depending mainly on the slag and dust treated, in the example considered, the following composition: manganese: 7.8%; carbon: 3.2%, the balance being mainly iron.
  • the dust collected in the filters of the dedusting installation of the treatment station has, depending mainly on the treated dust, in the example considered, the following composition: ZnO: 59%; PbO: 5%; MnO: 3%; the balance being sodium, potassium and calcium halides and very small amounts of iron oxides, that is to say less than 1%.
  • the following bets per thousand per tonne of slag and dust mixture were noted:
  • the treatment will have lasted between 35 and 40 minutes at the treatment station, between 50 and 55 minutes decanting included, between 60 and 65 minutes pouring in iingotines included.
  • the process of secondary metallurgy of the slag eliminates the landfill of the slag, avoids the price of dust treatment, whether as an additional cost to the electric oven or as a royalty payable to the transformer operating for example a Waelz furnace and allows the sale of all of the final mineral slag to the different user industries: cement, public works, construction, steel.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de traitement de laitier, caractérisé en ce que l'on soumet le laitier liquide à un traitement physico-chimique réducteur, on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du laitier traité, et on récupère la fraction métallique et la fraction minérale. Elle s'applique notamment aux laitiers de four d'aciéries électriques. Elle concerne également le traitement des poussières de four.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT DE LAITIER ET POUSSIERES DE FOUR, NOTAMMENT DE FOUR D'ACIERIES ELECTRIQUES
La présente invention concerne un procédé de traitement de laitiers de four d'aciéries électriques et de la métallurgie non ferreuse.
Lors de l'élaboration de l'acier au four à arc notamment, des déchets solides sont produits.
Il s'agit des laitiers d'une part, et des poussières d'autre part, les deux étant problématiques pour l'environnement, notamment à cause des éléments métalliques lixiviables ou potentiellement lixiviables qu'ils renferment.
Les quantités de laitiers produites par l'élaboration de l'acier au four à arc sont comprises 110 et 130 kg par tonne d'acier, quand il s'agit d'aciers au carbone, et de l'ordre de 200 kg par tonne d'acier élaboré, lorsqu'il s'agit d'aciers inoxydables.
Au niveau mondial, si l'on évalue à 250 millions de tonnes d'acier les quantités produites par la filière électrique et par année, ce sont 25 à 30 millions de tonnes de laitiers qui sont générées. Actuellement, les laitiers issus de la fabrication de la fonte pour l'élaboration de l'acier, issus de la technique des hauts-fourneaux, et qui ne contiennent pas d'éléments lixiviables, peuvent être valorisés comme remblais, dans la fabrication du ciment ou des engrais. Dans la situation actuelle, lors de la sortie des laitiers liquides, ceux-ci sont refroidis et solidifiés afin que l'on puisse séparer, d'une part des oxydes, d'autre part des métaux. Dans les faits, on récupère seulement les métaux par broyage des laitiers, criblage du broyât et récupération usuelle. Des morceaux de l'acier contenu sont récupérés par les moyens physiques connus, par séparation magnétique lorsque l'acier est magnétique, par exemple.
En revanche, les laitiers d'aciéries électriques sont à l'heure actuelle peu ou pas valorisés, car ils contiennent des éléments métalliques qui interdisent leur utilisation. Ils sont stockés dans des décharges internes et ce stockage devient problématique. En ce qui concerne les poussières, 15 à 25 kilos de poussières sont produites par tonne d'acier au four à arc.
Les poussières sont également stockées en décharges internes dans les sites sidérurgiques, sites où sont rencontrés des problèmes dus à la lixiviation ou à Penvolement de ces poussières.
Actuellement, les poussières peuvent être retraitées selon deux filières. La première consiste à leur faire subir un traitement de pyrométallurgie. La seconde filière consiste à Iixivier les poussières en milieu aqueux et, par électrolyse, récupérer du zinc métallique qui se dépose sur la cathode.
Que ce soit la filière pyrométallurgique ou la filière hydrométallurgique, ce traitement ne s'applique qu'à une faible proportion des poussières produites, pour des raisons économiques et des raisons de capacité de traitement. II existe donc un réel besoin de valoriser ce qui constitue à l'heure actuelle les déchets d'aciéries, à savoir les laitiers d'une part, et les poussières d'autre part. Ceci constitue l'objet de la présente invention.
En effet, la présente invention permet la valorisation des laitiers, et notamment des laitiers d'aciers électriques, par une opération dite "métallurgie secondaire des laitiers", qui a pour but de transformer ce déchet en produit commercial (qualités physique et chimique constantes et adaptées à une utilisation industrielle). Elle a aussi pour objet de résoudre dans la même opération les problèmes actuels liés au traitement des poussières ou aux contraintes économiques liées à ce traitement.
L'invention concerne un procédé de traitement des déchets de la métallurgie que sont les laitiers et les poussières, où le laitier liquide et les poussières sont mélangées, subissent un traitement réducteur, le produit de la réduction étant décanté et les fractions métallique et minérale récupérées.
Ainsi, la présente invention concerne un procédé de laitier, caractérisé en ce que l'on soumet le laitier liquide à un traitement physicochimique réducteur, on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du laitier traité, et on récupère la fraction métallique et la fraction minérale. O 00/01852
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Bien que le procédé de l'invention s'applique aux laitiers de toutes origines, seuls ou en association avec les poussières, comme les laitiers de métallurgies ferreuses et non-ferreuses, le procédé de l'invention s'applique en particulier aux laitiers et poussières d'aciéries électriques, et aux laitiers de la métallurgie non ferreuse.
Par métallurgie non ferreuse, on entend notamment l'industrie des ferro-allliages, et parmi ceux-ci la métallurgie du ferromanganèse et du silicomanganèse. On peut aussi prévoir de traiter selon l'invention les laitiers, et éventuellement les poussières de la métallurgie du plomb, du zinc et du cuivre. Selon l'invention, par laitier, on entend les composés chimiques, généralement oxydés, apportés par les matières premières, minerais, réducteurs et fondants, ou formés au contact de l'oxygène libre ou combiné, dans les opérations de fabrication des métaux et alliages. On retrouve ces laitiers dans la métallurgie extractive, ferreuse et non ferreuse. Les constituants principaux des laitiers sont le plus souvent l'oxyde de calcium CaO ou chaux, le dioxyde de silicium Si02 ou silice, et le sesquioxyde d'aluminium Al203, ou alumine. Ce sont les oxydes les plus stables thermodynamiquement, et donc difficilement réductibles par carbothermie. Ils sont en revanche facilement obtenus par oxydation des métaux correspondants.
Dans le cas particulier de la filière électrique, ces laitiers renferment également des éléments présents dans l'acier élaboré, sous leur forme métallique ou oxydée. Par poussières selon l'invention, on entend dans le cas de l'acier les particules solides captées dans les fumées d'aciéries, par les filtres. Elles sont émises au four à arc pour partie au moment de l'enfournement des ferrailles et, pour une autre partie, elles résultent du procédé lui-même de production de l'acier. . . . .
Les poussières présentent des composants chimiques analogues à ceux constituant les laitiers, toutefois dans des proportions différentes. Elles se distinguent principalement des laitiers par la présence de métaux volatils comme le zinc, le plomb et le cadmium, qui y sont présents principalement sous la forme d'oxydes. O 00/01852
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Par traitement physico-chimique selon l'invention, on entend le (ou les) traitemeπt(s) de réduction des oxydes métalliques et les étapes usuelles de coulée, moulage et solidification du laitier, qui permettent de pratiquer la mise au titre par contrôle de sa composition chimique et sa présentation physique adaptée à sa commercialisation (lingots, morceaux, granulés).
La réduction des oxydes métalliques est réalisée par adjonction de réducteurs ; ce sont des produits réducteurs solides classiquement utilisés en métallurgie, à savoir les produits carbonés réducteurs comme des cokes, c'est-à-dire coke de pétrole, coke métallurgique, des anthracites, et des houilles, généralement sous forme de poussières, grains ou morceaux.
Sont aussi utilisés des mix réducteurs spécifiques usuels, comme du carbure de silicium, du silicium et alliages du siiicium comme du ferro-silicium, notamment du ferro-silicium à 75 % de silicium, du silico-manganèse, du silico- calcium, de l'aluminium, pur, allié ou en mélange, par exemple sous forme de crasses issues de la métallurgie de l'aluminium.
Le procédé de l'invention permet de valoriser le laitier, et éventuellement les poussières, en séparant la fraction métallique du laitier de la partie minérale du laitier, c'est-à-dire le résidu de la séparation de la fraction métallique, ou la partie du laitier traité dont on a séparé la fraction métallique.
Par fraction métallique selon l'invention, on entend le mélange constitué par l'alliage résultant de la réduction, l'acier emprisonné et le réducteur en excès.
Contrairement au procédé usuel de traitement du laitier, qui consiste essentiellement à le faire solidifier en le versant sur le sol avant de l'acheminer à l'état solide vers le stockage, sans traitement chimique, le procédé de traitement de l'invention est réalisé avec du laitier qui est et reste liquide tout au long de son traitement, notamment lors de l'étape ou des étapes de réduction. Par laitier liquide, on entend du laitier dont la température est de l'ordre de 1300°C à 1800°C, plus précisément autour de 1500°C. Le laitier peut être traité directement à sa sortie du four, ou encore le traitement réalisé avec du laitier maintenu à une température où il est liquide, par exemple proche de sa température de sortie du four. O 00/01852
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L'énergie sensible du laitier est de ce fait conservée et utilisée.
Toutefois, cette énergie peut être insuffisante et il peut être nécessaire, pour compenser la déperdition d'énergie durant la sortie, le stockage et le transfert du laitier, et durant le traitement réducteur lui-même dont certaines des réactions sont endothermiques, d'apporter de l'énergie au laitier.
Peuvent être prévus tous moyens usuels de chauffage de récipient susceptibles de contenir du métal ou laitier liquide, dans l'industrie sidérurgique. On peut aussi prévoir de réaliser un apport d'énergie pour réaliser le traitement lui-même. Cet apport d'énergie peut être réalisé grâce à un chauffage par électrodes immergées dans le laitier liquide ou par arc électrique.
Ainsi, les objectifs de la métallurgie secondaire des laitiers atteints selon l'invention sont multiples :
- valoriser les laitiers, et éventuellement les poussières, et notamment la fraction minérale des laitiers, par des applications commerciales, lesquelles conduisent à limiter ou à éviter la mise en décharge, en obtenant des produits inertes et commerciaux ;
- valoriser les métaux contenus dans les laitiers ; - valoriser l'énergie contenue dans les laitiers ;
- valoriser l'état laitier défini comme un mélange liquide à haute température de composés oxydés thermodynamiquement stables et ses synergies avec les poussières de four en traitant celles-ci dans le laitier ;
- neutraliser les composés toxiques éventuellement contenus dans le laitier et dans les poussières de four ;
- atteindre dans les sous-produits obtenus une teneur en oxyde de chrome résiduel réduite à moins de 1 % en poids, voire 0,5 % par poids.
Un autre avantage de la mise en œuvre du procédé de l'invention est lié au fait que les poussières secondaires peuvent contenir plus de 60 % d'oxyde de zinc, qui sont valorisâmes directement dans l'industrie du zinc.
Comme cela apparaîtra dans la description détaillée et dans les exemples ci-dessous, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans des installations initialement prévues pour la métallurgie usuelle de l'acier. O 00/01852
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Selon l'invention, le traitement réducteur comporte au moins une étape de réduction par des réducteurs carbonés. Il peut toutefois comporter une étape supplémentaire de réduction par des mix réducteurs.
A titre d'exemple, la quantité de carbone fixe, c'est-à-dire la quantité de carbone utilisé en tant que réducteur thermodynamique dans les réducteurs carbonés, est comprise entre 25 et 100 kg/t de laitier ou de mélange de laitier et des poussières, dans le cas des aciers au carbone, et comprise entre 0 et 25 kg/t de laitier ou de mélange du laitier et des poussières, dans le cas des aciers inoxydables.
Lorsqu'une étape supplémentaire de réduction par des mix réducteurs est réalisée, c'est-à-dire que l'on réalise une réduction fine après la réduction grossière réalisée aux réducteurs carbonés, on utilise des quantités de mix réducteurs de l'ordre de 10 à 50 kg/t de laitier ou du mélange de laitier et des poussières.
Comme moyen de chauffage, durant les étapes de réduction, on prévoit un chauffage électrique. Celui-ci peut être réalisé par immersion d'une ou plusieurs électrodes dans le laitier liquide ; le laitier liquide agit alors comme résistance. On peut aussi réaliser le chauffage en utilisant des électrodes situées au-dessus du laitier liquide ; il se crée alors un arc électrique entre les électrodes et le laitier.
Par ailleurs, il peut être nécessaire de prévoir un chauffage annexe, en dehors de l'étape ou des étapes de réduction, c'est-à-dire par exemple pendant la coulée du laitier hors du four de production de l'acier, et/ou pendant les phases d'attente entre deux opérations de traitement de la métallurgie secondaire du laitier, ou encore en préchauffage des récipients où vont être versés le laitier ou les fractions une fois séparées. Ce chauffage annexe peut être réalisé par combustion de produits fossiles avec de l'air ou de l'oxygène, ou de l'air enrichi en oxygène.
Pour la phase de chauffage et pendant la durée de la coulée, plutôt qu'un brûleur oxyde/gaz naturel, on peut utiliser un brûleur à combustion fossile. Selon l'invention, les réducteurs sont introduits dans le laitier liquide. O 00/01852
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Les réducteurs carbonés et mix réducteurs, avant leur introduction dans le laitier, sont stockés sous forme solide, granulaire ou pulvérulente. Selon leur granulométrie, l'adjonction peut être réalisée par injection, insufflation, projection, ou par gravité, par exemple à l'aide d'une vis sans fin ou d'un extracteur vibrant. On peut aussi les introduire dans le récipient de traitement avant d'y couler le laitier. Pour l'injection, on utilise des lancés.
Dans un aspect particulier du procédé de traitement des laitiers de l'invention, on peut aussi traiter les poussières. Dans ce cas, les poussières préalablement stockées ou provenant directement des filtres peuvent être introduites par des moyens adaptés à leur granulométrie, ou encore être introduite dans le récipient de traitement du laitier avant que celui-ci n'y soit versé.
Dans le cas où des poussières sont traitées, elles sont introduites de façon similaire et avec des moyens similaires à ceux qui sont employés pour introduire les réducteurs carbonés solides, c'est-à-dire par injection, insufflation, projection ou par gravité. Elles peuvent être introduites séparément ou en un mélange avec les réducteurs carbonés solides.
L'invention concerne également un procédé de traitement de poussières d'aciérie, caractérisé en ce que l'on introduit les poussières dans du laitier liquide, en ce que l'on soumet le mélange des poussières et du laitier liquide à un traitement physico-chimique réducteur, en ce que l'on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du mélange traité, et en ce que l'on récupère la fraction métallique et la fraction minérale.
L'invention concerne ainsi un procédé de traitement de laitier et poussières de four où l'on soumet le laitier liquide dans lequel on a préalablement introduit les poussières à un traitement physico-chimique réducteur ; on sépare la fraction métalllique de la fraction minérale du laitier traité, et on récupère la fraction métallique, la fraction minérale et des poussières secondaires enrichies en composés volatils. Selon ce procédé, le laitier est un laitier de four d'aciérie électrique ou de métallurgie non ferreuse et les poussières des poussières de four d'aciérie électrique ou de métallurgie non ferreuse ; le traitement physicochimique est réalisé par ajout de matériaux réducteurs solides en poussières, grains ou morceaux choisis parmi les produits carbonés réducteurs et les mix réducteurs. La séparation des poussières secondaires est effectuée par volatilisation alors que celle des fractions métallique et minérale est effectuée par séparation, par exemple par décantation, dans le creuset, la poche ou le four dédié où a eu lieu le traitement réducteur.
Selon un aspect de l'invention, celle-ci concerne un procédé de production de laitiers et de co-produits du laitier comportant moins de 1 % en poids d'oxyde de chrome résiduel.
Dans les exemples ci-après, les poussières sont traitées dans le procédé de traitement. Toutefois, dans la variante où les poussières de four d'aciérie ne sont pas traitées, le poste de traitement peut voir ses moyens d'introduction des poussières inactivés.
Une fois la réduction opérée, et la mise au titre éventuelle effectuée, la séparation de la fraction métallique de la fraction minérale s'opère par décantation. Cette séparation peut être réalisée dans le creuset, la poche ou le four dédié où a eu lieu le traitement réducteur. On récupère alors la fraction métallique d'une part et la fraction minérale d'autre part, à l'état liquide, par coulée. Des trous de coulées peuvent être prévus dans le récipient où la décantation a lieu, dans sa partie supérieure pour la fraction minérale, et sa partie inférieure pour la fraction métallique. On peut aussi prévoir de verser la fraction métallique, en inclinant le four, dans une poche où une mise au titre correspondant à l'utilisation finale peut être opérée, avant la préparation physique de la fraction minérale du laitier. Il peut être prévu par exemple une granulation par des systèmes usuels à air ou à eau. La fraction métallique est quant à elle traitée de façon usuelle en métallurgie, par exemple lingotage.
Du point de vue des temps de traitement, la durée de traitement de la métallurgie secondaire du laitier, depuis la sortie de la poche du laitier sous le four d'aciérie jusqu'à la coulée finale de la fraction minérale, peuvent aller jusqu'à 90 minutes, et sont de l'ordre de 30 à 90 minutes, des durées plus courtes étant obtenues dans le cas des aciers inoxydables. Dans le cas où le laitier seul est traité, c'est-à-dire où les poussières ne le sont pas, des durées plus courtes que 30 minutes, de l'ordre de 25 minutes, peuvent également être obtenues.
Du fait de ces durées, il apparaît un autre avantage du procédé de l'invention, à savoir que la métallurgie secondaire du laitier peut être mise en oeuvre indépendamment du cycle de production de l'acier lui-même. De ce fait, il résulte que le traitement de production de l'acier devient encore plus productif.
Comme cela apparaît dans les exemples ci-après, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre avec des installations et moyens similaires à ceux de la métallurgie secondaire de l'acier. Ainsi, les récipients pour recueillir et traiter le laitier peuvent être des fours refroidis à l'eau, où le laitier forme un autocreuset, ou des fours ou cuves réfractaires, ou des fours-poche. Ces fours peuvent servir en même temps à transporter, stocker du laitier liquide en attente de traitement et à y effectuer le traitement avant décantation et coulée.
Enfin, le procédé de l'invention présente l'avantage que, dans les sous-produits obtenus, la teneur en oxyde de chrome résiduel peut être réduite à moins de 1 % en poids, voire moins de 0,5 % en poids.
Pour atteindre de telles teneurs en oxyde de chrome résiduel, l'accroissement de l'indice de basicité du mélange de départ poussières + laitier contribue à diminuer la concentration finale en oxyde de chrome dans la fraction minérale. Ainsi, dans le cas du laitier d'acier inox, on peut prévoir des indices de basicité supérieurs à 1 ,4 pour obtenir des concentrations finales en oxyde de chrome de cet ordre.
EXEMPLE 1
Une aciérie produit annuellement 540000 t de produits plats d'un mix d'aciers inoxydables, 50 % ferritiques, 50 % austénitiques. Les outils de production sont un four électrique triphasé de capacité
100 t par coulée, un convertisseur AOD ("Argon Oxygen Decarburation") d'une capacité de 100 t par coulée, une installation de métallurgie secondaire et une coulée continue.
Cette aciérie produit annuellement 54000 1 de laitier de four électrique, 54000 1 de laitier de convertisseur AOD et 6000 1 de laitier de métallurgie secondaire, soit, tous laitiers confondus, 114000 t.
Elle produit enfin annuellement 8400 1 de poussières de four électrique, 2400 t de poussières de convertisseur AOD et 200 t de poussières de métallurgie secondaire, soit, toutes poussières confondues, 11000 t.
Art antérieur
Usuellement, les laitiers sont coulés en fosse, solidifiés, puis broyés et criblés pour en récupérer les aciers inoxydables contenus sous forme de morceaux, grains et poussières. Après ce traitement, on a une "farine" de laitiers, qui est soit mise en décharge avec tous les problèmes d'envolement dû au vent, soit vendue à une cimenterie voisine. Les poussières sont mises en décharge.
Mise en oeuyre de l'invention
Le four électrique produit 9 tonnes +/- 2 t de laitier et 1 ,4 t +/- 0,3 t de poussières par coulée, le temps moyen entre deux coulées successives étant de 60 minutes.
Le convertisseur AOD produit 9 t +/- 2 t de laitier et 0,4 t +/- 0,1 t de poussières par coulée, le temps moyen entre deux coulées successives étant de 60 minutes. O 00/01852
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Enfin, la métallurgie secondaire de l'acier produit 1 t +/- 0,2 t de laitier et 0,03 t de poussières aussi avec un cycle de 60 minutes.
Au total, la métallurgie secondaire du laitier traite en 60 minutes 19 t +/- 4 t de laitiers et 1 ,8 t +/- 0,4 t de poussières.
Sa capacité de traitement permet de traiter tous les laitiers et toutes les poussières produites par l'aciérie, soit 20,8 t +/- 4,4 t par heure.
On évalue l'accroissement de capacité de production de l'aciérie à 20 % et la capacité nominale de la métallurgie secondaire du laitier est d'environ
30 t/h.
On a reporté dans le tableau ci-dessous la composition moyenne des laitiers et des poussières ainsi que celle de leurs mélanges.
Tableau
composition moyenne du laitier de four, du laitier d'AOD, des poussières de four, des poussières d'AOD et du mélange laitiers/poussières dans les proportions respectives 90/90/14/4 kg par t d'acier
Figure imgf000014_0001
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Dans le cas de l'aciérie objet de l'exemple, l'installation de métallurgie secondaire a été placée à 70 m du four électrique et à 150 m du convertisseur AOD.
La séquence des opérations de production des aciers inoxydables est telle que le laitier du four électrique contenu dans une poche transportée au pont roulant arrive en même temps que la poche contenant le laitier du convertisseur AOD. Chaque poche a une capacité de 14 t de laitier.
Pour éviter des pertes thermiques trop importantes pendant les attentes sous le four électrique et à côté du convertisseur, on maintient les poches chaudes en utilisant des brûleurs, des couvercles ou des couvertes ; ces deux derniers systèmes sont utilisés aussi pendant les transferts jusqu'au poste de traitement.
Le brûleur installé sous le four électrique est un brûleur oxygène/propane d'une puissance nominale de 750 thermies. Le poste de traitement comprend un four électrique de capacité de
30 t de laitier et de puissance 7 MW correspondant au traitement simultané des mélanges de laitiers et de poussières.
Le four comprend une électrode centrale et une électrode de sole, l'alimentation électrique pouvant être faite soit en courant alternatif monophasé, soit en courant continu.
Les parois verticales extérieures du four sont refroidies à l'eau pour former un auto-creuset.
La sole, conductrice, est aussi refroidie à l'eau, et est en matière carbonée. Le four est fixe et on a deux trous de coulée, le plus haut destiné à la coulée du laitier final minéral, c'est-à-dire la fraction minérale du laitier traité, le plus bas à la coulée de la fraction métallique du laitier traité, ou "métal". On appelle "métal" le mélange liquide constitué pour partie par les aciers inoxydables accompagnant les laitiers et pour partie par l'alliage obtenu par réduction des composés réductibles contenus dans les laitiers. Le dernier trou de O 00/01852
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coulée est situé légèrement au-dessus de la soie et on travaille donc en permanence avec un pied de bain de métal liquide.
Le four est étanche, muni d'un couvercle mobile avec des passages étanches pour l'électrode centrale, la captation des gaz et l'introduction des produits de traitement et d'addition.
Les gaz sont captés et traités, en particulier dépoussiérés par un système de filtration à sec, avant d'être envoyés à l'atmosphère.
Les produits d'addition et de traitement sont stockés dans des trémies placées juste à côté du four ; celles des poussières de four électrique et de convertisseur AOD sont de grande capacité et sont alimentées par camion citerne.
Les poches de laitiers en provenance du four électrique et du convertisseur sont vidées au pont dans le four de traitement contenant le pied de bain de métal liquide et un peu de laitier de la précédente opération : cette opération de versage a lieu alors que le couvercle du four de traitement a été mis sur le côté. Lorsque le four de traitement est rempli, le couvercle est remis en position et le traitement commence avec simultanément la mise en chauffe à puissance électrique nominale, l'introduction des poussières de four et des réducteurs carbonés. Les poussières, seules ou en mélange avec un réducteur carboné, sont introduites par gravité, soit sous forme de boulettes avec un extracteur vibrant, soit sous forme de poussières avec une vis sans fin.
Les réducteurs carbonés, en granulométrie 2 à 10 mm, sont aussi introduits par gravité. On observe après quelques instants un léger moussage du laitier qui disparaît au bout de 10 minutes.
On introduit alors, toujours par gravité, un mix réducteur composé pour 60 % en poids par du carbure de calcium technique en granulométrie 2 à
10 mm et pour 40 % en poids par du ferro-silicium 75 % en granulométrie 5 à 20 mm. Après 10 minutes, les réactions de réduction sont terminées, ce que l'on 00/01852
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vérifie par une analyse du laitier. Le chauffage électrique est ramené à 20 % de la puissance nominale et on procède aux éventuelles correction d'analyse.
Le laitier est laissé au repos pendant 15 minutes pour permettre la séparation du métal contenu dans le laitier. On ouvre alors le trou de coulée du laitier qui est recueilli dans une poche de capacité 25 1, ensuite amenée à un stand de granulation à l'air, opération réalisée en 10 minutes.
Le laitier minéral granulé a la composition suivante. CaO : 49 % ; Si02 : 32 % ; AI2O3 : 6 % ; MgO : 5 % ; FeO, MnO et Cr203 : moins de 2 % chacun ; ZnO et PbO : moins de 1 % chacun.
Le trou de coulée du métal est ouvert seulement toutes les
4 heures (au lieu d'une fois par heure pour le laitier) de façon à couler une quantité plus importante de métal. Celui-ci, coulé en poche, est ensuite coulé en iingotières où il se solidifie ; enfin, il est fragmenté en morceaux qui seront réintroduits comme composant de la charge, par exemple dans le four électrique.
Une alternative consiste à verser directement le métal liquide dans le four électrique, évitant ainsi l'étape de solidification et de fragmentation.
Le métal produit a, dépendant principalement des laitiers et poussières traités, dans l'exemple considéré, la composition suivante : chrome : 27 % ; nickel : 3 % ; silicium : 1 % ; carbone : 1 % ; le solde étant principalement du fer.
Les poussières recueillies dans les filtres de l'installation de dépoussiérage du four de traitement ont, dépendant principalement des poussières traitées, dans l'exemple considéré, la composition suivante : ZnO : 62 % ; PbO : 5 %, le solde étant des halogénures de sodium, potassium et calcium et de très faibles quantités d'oxydes de fer, c'est-à-dire moins de 1 %.
Pour réaliser le traitement de cet exemple, on a noté les mises au mille suivantes par tonne de mélange de laitiers et de poussières :
- produits utilisés : anthracite : 6 kg ; carbure de calcium technique : 20 kg ; ferro-silicium 75 % : 12 kg ; électricité : 196 k h ; gaz propane : 2 Nm3 ; oxygène, 4 Nm3. O 00/01852
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- produits obtenus : laitier final minéral : 870 kg ; métal : 1 10 kg ; poussières secondaires : 4 kg.
Le traitement dure 35 minutes dans le four, 45 minutes en incluant la granulation, tous temps comptés à partir du moment où les laitiers sont versés dans le four de traitement.
Ainsi, selon la présente invention, le procédé de métallurgie secondaire du laitier supprime les mises en décharge de laitiers et de poussières, conserve la valorisation actuelle des aciers inoxydables mélangés aux laitiers et permet la vente de la totalité du laitier final minéral à différentes industries utilisatrices, cimenterie, travaux publics, construction, sidérurgie, etc.
EXEMPLE 2
Une aciérie produit annuellement 600000 1 de billettes bonnes d'aciers au carbone destinées à la production de ronds à béton. Les outils de production sont un four électrique double cuve à courant continu de capacité 1 10 1 par coulée, une installation de métallurgie secondaire et une coulée continue.
Cette aciérie produit aussi annuellement 70000 t de laitier de four électrique et 5000 1 de laitier de métallurgie secondaire, soit, tous laitiers confondus, 75000 t.
Elle produit enfin annuellement 9600 1 de poussières de four électrique et 400 1 de poussières de métallurgie secondaire, soit, toutes poussières confondues, 10000 t. Art antérieur Usuellement, le laitier de four est coulé en poche, transporté à proximité du crassier de l'usine, coulé au sol et repris, solide et refroidi, à l'engin pour être stocké sur le crassier ; il n'y a pas de vente de laitier.
Les poussières de four sont (a) soit repassées au four électrique, avec l'avantage de les enrichir en zinc et avec l'inconvénient de perturber légèrement la marche du four électrique : augmentation par tonne de billettes bonnes de la consommation électrique de 10 kwh et de la consommation de O 00/01852
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produits carbonés de 6 kg et baisse de productivité de 3 minutes sur la durée entre deux coulées successives ; (b) soit confiées à un opérateur industriel qui fait payer une redevance de traitement.
Mise en oeuyre de l'invention
Le four électrique produit 12 t +/- 2 t de laitier et 1,6 t +/- 0,3 t de poussières par coulée, le temps moyen entre deux coulées successives étant de 45 minutes. Tenant compte de la métallurgie secondaire de l'acier, la métallurgie secondaire du laitier doit traiter 13 1 +/- 2 t de laitiers et 2 t +/- 0,4 1 de poussières, soit au total 15 t +/- 2,4 t en 45 minutes.
On évalue l'accroissement de capacité de production de l'aciérie à 20 % et la capacité nominale de la métallurgie secondaire du laitier est d'environ 28 t/h.
On a reporté dans le tableau ci-dessous la composition moyenne des laitiers et des poussières ainsi que celles de leurs mélanges.
Tableau
composition moyenne du laitier, des poussières de four et du mélange laitiers/poussières dans les proportions respectives 110/15 kg par t d'acier
Figure imgf000019_0001
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Figure imgf000020_0001
Dans le cas de l'aciérie objet de l'exemple, l'installation de métallurgie secondaire a été placée à 30 m du four électrique.
La laitier sortant du four est coulé dans une poche de capacité de 20 T de laitier et de poussières.
La séquence des opérations de traitement du laitier et de poussières s'adapte à celle des opérations de production des aciers au carbone dont elle est totalement indépendante.
Pour tenir compte des incidents de marche du four électrique et être définitivement indépendant de la marche de celui-ci, pour éviter des pertes thermiques trop importantes pendant les attentes sous le four électrique, on maintient les poches chaudes en utilisant des brûleurs, des couvercles ou des couvertes, ces derniers systèmes sont utilisés aussi pendant les transferts jusqu'au poste de traitement. O 00/01852
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Le brûleur installé sous le four électrique est un brûieur oxygène/fuel d'une puissance nominale de 1200 thermies. Le poste de traitement comprend :
- un système porte électrodes à trois électrodes en carbone avec couvercle s'adaptant sur la poche qui fait office de creuset ;
- une alimentation électrique en courant alternatif triphasé, avec une puissance électrique nominale de 13 mw ;
- un système de refroidissement par eau des parois verticales extérieures de la poche pour former un auto-creuset ; - un accès pour un pont roulant pour manutentionner la poche et en particulier pour la basculer au poste de coulée ;
- le couvercle mobile est étanche avec des passages pour les trois électrodes, la captation des gaz ainsi que le chargement des produits de traitement et d'addition. Les gaz sont captés et traités, en particulier dépoussiérés par un système de filtration à sec, avant d'être envoyés à l'atmosphère.
Les produits d'addition et de traitement sont stockés dans des trémies placées juste à côté du four ; pour les poussières de four électrique, la trémie est directement raccordée par conduit étanche à l'installation de dépoussiérage du four électrique.
Enfin, des injecteurs d'oxygène, destinés à la post-combustion du gaz de réduction de l'oxyde de fer par le carbone, sont solidaires du couvercle.
La poche de laitier en provenance du four électrique est amenée au poste de traitement par un chariot porte-poche sur rail. Le couvercle est alors mis en place et le traitement commence avec simultanément la mise en chauffe à puissance électrique nominale, l'introduction des poussières de four par injection et des réducteurs carbonés, en granulométrie 2 à 10 mm, par trémie peseuse avec extracteur vibrant.
Pratiquement instantanément, on observe un fort moussage du laitier ; les électrodes travaillent alors en arc-résistance de la même façon que le four électrique d'aciérie opérant avec un laitier moussant. O 00/01852
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Après 15 minutes, le moussage a considérablement perdu de son intensité et on vérifie que toutes les teneurs en oxydes réductibles sont devenues inférieures à 5 % pour FeO, MnO et Cr203, et inférieures à 1 % pour ZnO et PbO. On arrête l'injection des poussières et l'addition des réducteurs carbonés et on aborde l'étape de réduction poussée en faisant d'abord agir du carbure de calcium technique à hauteur de 90 % en poids du mix réducteur en même temps qu'on réduit la puissance électrique à 60 % de sa valeur nominale. On a immédiatement un moussage important qui disparaît au bout de 5 minutes. On ajoute alors du siiico-caicium à hauteur de 10 % en poids du mix réducteur en même temps qu'on abaisse le chauffage électrique à 30 % de sa puissance nominale : les électrodes sont alors immergées dans le laitier et travaillent en résistance pure. Après 5 à 10 minutes, les réactions de réduction sont terminées.
Si nécessaire, on procède alors aux additions de correction de la composition du laitier final minéral et on s'assure que sa température est égaie à celle de consigne, c'est-à-dire la température de coulée finale augmentée des chutes de température dues aux attentes, en particulier à l'étape de décantation.
Si le temps le permet, on peut ne pas changer la poche de place et attendre les 15 minutes nécessaires pour obtenir une séparation satisfaisante, d'au moins 70 % de métal récupéré, par décantation. "Métal" a ici le même sens qu'à l'Exemple 1.
On peut aussi amener la poche au poste de coulée du laitier et du métal par le pont roulant, l'attente correspondant à la décantation se faisant alors à ce poste.
La décantation faite, la poche est vidée par basculement dans des lingotières planes en fonte, le métal étant coulé en dernier et séparément du laitier. Les lingots de laitier et de métal sont séparément solidifiés et refroidis avant d'être concassés pour obtenir les granulométries requises par leurs applications. O 00/01852
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Le laitier final minéral a, dans les conditions de l'exemple, la composition suivante. CaO : 52 % ; Si02 : 23 % ; Al203 : 9 % ; MgO : 9 % ; FeO, MnO et Cr203 : moins de 2 % chacun ; ZnO et PbO : moins de 1 % chacun.
Le métal produit a, dépendant principalement des laitiers et poussières traités, dans l'exemple considéré, la composition suivante : manganèse : 7,8 % ; carbone : 3,2 %, le solde étant principalement du fer.
C'est un ferra-manganèse carburé assez proche par sa composition de la fonte spiegel autrefois utilisée par les sidérurgistes.
Les poussières recueillies dans les filtres de l'installation de dépoussiérage du poste de traitement ont, dépendant principalement des poussières traitées, dans l'exemple considéré, la composition suivante : ZnO : 59 % ; PbO : 5 % ; MnO : 3 % ; le solde étant des halogénures de sodium, de potassium et calcium et de très faibles quantités d'oxydes de fer, c'est-à-dire moins de 1 %. Pour réaliser le traitement de cet exemple, on a noté les mises au mille suivantes par tonne de mélange de laitier et de poussières :
- produits utilisés : coke de pétrole à 90 % de carbone : 54 kg ; coke sidérurgique à 90 % de carbone : 18 kg ; carbure de calcium technique : 22 kg ; siiico-caicium : 2 kg ; chaux de ajustement du titre : 10 kg ; électricité : 475 kwh ; fuel : 4 kg ; oxygène : 6 Nm3 ;
- produits obtenus : laitier final minéral : 570 kg ; métal : 236 kg ; poussières secondaires : 63 kg.
Le traitement aura duré entre 35 et 40 minutes au poste de traitement, entre 50 et 55 minutes décantation inclus, entre 60 et 65 minutes coulée en iingotières inclus.
Ainsi, selon cet exemple de réalisation de l'invention, le procédé de métallurgie secondaire du laitier supprime la mise en décharge du laitier, évite le prix du traitement des poussières, que ce soit en coût supplémentaire au four électrique ou en redevance à payer au transformateur exploitant par exemple un four Waelz et permet la vente de la totalité du laitier final minéral aux différentes industries utilisatrices : cimenterie, travaux publics, construction, sidérurgie.

Claims

O 00/0185222REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement de laitier et poussières de four où l'on soumet le laitier liquide à un traitement physico-chimique réducteur, on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du laitier traité, et on récupère la fraction métallique et la fraction minérale, caractérisé en ce que le laitier est un laitier de four d'aciérie électrique ou de métallurgie non ferreuse, en ce que le traitement physico-chimique est réalisé par ajout des poussières desdits fours et de matériaux réducteurs en poussière, grains ou morceaux choisis parmi les produits carbonés réducteurs et les mix réducteurs, et en ce que la séparation des fractions métallique et minérale est effectuée par décantation dans le creuset, la poche ou le four dédié où a eu lieu le traitement réducteur.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le laitier liquide est traité directement à la sortie du four et/ou maintenu liquide entre la sortie du four et son traitement réducteur.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le traitement réducteur comporte une étape de réduction par des réducteurs carbonés, éventuellement suivie d'une étape de réduction par des réducteurs métalliques.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'avant ou durant le(s) traitement(s) réducteur(s), le laitier est chauffé.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le chauffage est électrique et réalisé à l'aide d'une ou plusieurs électrodes, les électrodes étant immergées dans le laitier liquide ou situées au-dessus du laitier liquide.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le laitier ou des récipients destinés à son transport ou son stockage, font l'objet d'un chauffage.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la durée du traitement du laitier, entre la sortie du four et la séparation par coulée de la fraction minérale, est comprise entre 25 et 90 minutes. 00/01852
23
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la quantité de réducteurs carbonés utilisés pour le traitement réducteur, par tonne de laitier ou de mélange de laitier et de poussières, est comprise entre 25 et 100 kg pour des aciers au carbone et 0 et 25 kg pour des aciers inoxydables.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la quantité de mix réducteur utilisée pour le traitement réducteur, par tonne de laitier ou de mélange de laitiers et de poussières, est comprise entre 10 et 50 kg.
10. Procédé de traitement de laitier et poussières de four où l'on soumet le laitier liquide dans lequel on a préalablement introduit les poussières à un traitement physico-chimique réducteur, on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du laitier traité, et on récupère la fraction métallique, la fraction minérale et des poussières secondaires enrichies en composés volatils, caractérisé en ce que le laitier est un laitier de four d'aciérie électrique ou de métallurgie non ferreuse et les poussières des poussières de four d'aciérie électrique ou de métallurgie non ferreuse, en ce que le traitement physicochimique est réalisé par ajout de matériaux réducteurs solides, choisis parmi les produits carbonés réducteurs et les mix réducteurs, et en ce que la séparation des poussières secondaires est effectuée par volatilisation alors que celle des fractions métallique et minérale est effectuée par séparation dans le creuset, la poche ou le four dédié où a eu lieu le traitement réducteur.
11. Procédé de production de laitiers et co-produits du laitier de four d'aciérie électrique comportant moins de 1 % en poids d'oxyde de chrome résiduel, caractérisé en ce que l'on soumet le laitier liquide à un traitement physico-chimique réducteur, on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du laitier traité, et on récupère la fraction métallique et la fraction minérale, le traitement physico-chimique étant réalisé par ajout des poussières desdits fours et de matériaux réducteurs solides choisis parmi les produits carbonés réducteurs et les mix réducteurs.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004101828A1 (fr) * 2003-05-16 2004-11-25 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh & Co Procede de recuperation de scories
EP1586666A1 (fr) * 2004-04-13 2005-10-19 Paul Wurth S.A. Procédé de valorisation de laitiers métallurgiques provenant de l'élaboration de l'acier

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU90509B1 (fr) * 2000-01-21 2001-07-23 Wurth Paul Sa Proc-d- de traitement de laitiers d'aci-eries electriques

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2307237A1 (de) * 1972-02-15 1973-08-23 Graenges Ab Verfahren zur behandlung von metallurgischen schlacken
DE2829370A1 (de) * 1977-05-31 1979-01-25 Centre Rech Metallurgique Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von metallurgischen schlacken
WO1994018348A1 (fr) * 1993-02-09 1994-08-18 Intracon S.A.R.L. Procede pour le recyclage de poussieres de depoussierage dans un four electrique a arc de production d'acier
WO1996034989A1 (fr) * 1995-05-02 1996-11-07 Holderbank Financière Glarus Ag Procede de production de liants hydrauliques et/ou d'alliages tels que du ferrochrome ou du ferrovanadium
EP0839919A1 (fr) * 1996-11-01 1998-05-06 Ecochem Aktiengesellschaft Procédé et dispositif pour traiter des poussières emanant d'aciéries électriques

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1229995A (fr) * 1968-07-26 1971-04-28

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2307237A1 (de) * 1972-02-15 1973-08-23 Graenges Ab Verfahren zur behandlung von metallurgischen schlacken
DE2829370A1 (de) * 1977-05-31 1979-01-25 Centre Rech Metallurgique Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von metallurgischen schlacken
WO1994018348A1 (fr) * 1993-02-09 1994-08-18 Intracon S.A.R.L. Procede pour le recyclage de poussieres de depoussierage dans un four electrique a arc de production d'acier
WO1996034989A1 (fr) * 1995-05-02 1996-11-07 Holderbank Financière Glarus Ag Procede de production de liants hydrauliques et/ou d'alliages tels que du ferrochrome ou du ferrovanadium
EP0839919A1 (fr) * 1996-11-01 1998-05-06 Ecochem Aktiengesellschaft Procédé et dispositif pour traiter des poussières emanant d'aciéries électriques

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004101828A1 (fr) * 2003-05-16 2004-11-25 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh & Co Procede de recuperation de scories
JP2006528732A (ja) * 2003-05-16 2006-12-21 ヴォエスト・アルピーネ・インデュストリーアンラーゲンバウ・ゲーエムベーハー・ウント・コ スラグの利用プロセス
CN100398667C (zh) * 2003-05-16 2008-07-02 奥地利钢铁联合企业阿尔帕工业设备制造有限及两合公司 利用熔渣的方法
US7597736B2 (en) 2003-05-16 2009-10-06 Siemens Vai Metals Technologies Gmbh & Co Method for utilizing slag
AU2004238885B2 (en) * 2003-05-16 2009-10-29 Siemens Vai Metals Technologies Gmbh & Co Method for utilizing slag
KR101140056B1 (ko) * 2003-05-16 2012-05-02 지멘스 브이에이아이 메탈스 테크놀로지스 게엠베하 슬래그의 활용 방법
EP1586666A1 (fr) * 2004-04-13 2005-10-19 Paul Wurth S.A. Procédé de valorisation de laitiers métallurgiques provenant de l'élaboration de l'acier

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