Brevet FR2009404A1 — publié le 19700206

La charge d'un haut-fourneau consiste essenti llement en minerai de fer et en un agent réducteur carboné tel que le coke, additionnés d'un fondant tel Que le calcaire. L'ensemble de la charge doit former une masse perméable aux gaz, dans le hautfourneau, de façon que le coke puisse brûler et que l'oxyde de carbone produit réduise le minerai de fer, avec formation de fer métallique fondu. la production d'un haut-fourneau est déterminée par la quantité de gaz à haute température susceptibles d'être injectés à travers la charge de minerai, calcaire et coke. Si les morceaux de minerai et de coke sont trop petits, ils tendront à restreindre le passage des gaz et, aux pressions de soufflage élevées misea en oeuvre, les plus petits fragments seront éjectés à l'extrémité supérieure du haut-fourneau. D'autre part, si les morceaux sont trop gros, le soufflage sera bien facilité mais ces morceaux pré- lenteront aux gaz une surface limitée et, en conséquence, le transfert de la chaleur depuis les gaz chauds jusqu'à la charge, et par conséquent les réactions endothermiques et de réduction s seront retardées.L'expérience a montré que pour obtenir une charge convenablement perméable aux gaz, le minerai introduit dana le haut-fourneau devait généralement entre d'une grosseur supérieure à 9 mm, mais inférieure à 50 mza, et souvent.inférxeure à 25 mm.Afin de satisfaire à cette exigences les concentrés, les fines de minerai ou autres matières ferriferes telles que par exemple les croûtes de laminage, les résidus de pyrites , et autres, peuvent titre convertis en grains ou en comprimés frittés, avant leur chargement dans le haut-fourneaue Il est de plus en plus courant d'ajouter le fondant à base de calcaire à cette étape, de façon à obtenir des grains ou des comprimés frottés autoscorifiants, au lieu d'introduire dans le haut-fourneau du calcaire en morceaux ou en blocs. Ainsi, on accélère la formation du laitier et le rendement du four est amélioré. Evidemment, il est désirable que la charge d'un hautfourneau soit constituée par des morceaux broyés d'un produit fritté, ou par des grains possédant une dimension connue avec précision, et contrôlable, Des grains de grosseur uniforme sont couramment obtenus au moyen d'un tambour rotatif ainsi-disposé que les grains crus abandonnant ce tambour passent par un tamis. Seuls ceux dont la dimension est convenable poursuivent leur che-- min en vue de leur cuisson à haute température, alors q4e les grains crus de plus petite taille retombant à l'extrémité d'en- tree du tambour, pour etre recyclés. Cette technique est specia lement applicable aux minerais concentrés De tels matériaux, bien que déjà fins du fait qu'ils proviennent dtun pré-traite- ment, exigent toujours un broyage jusqu'à une extrême finesse, savoir 90% à moins de 0,08 mm avant qu'ils forment des grains crus de solidité suffisante pour permettre la poursuite du traitement.Il est également connu d'ammener des matériaux finement divisés entre une paire de cylindres dont les surfaces comportent des gorges, ou dépressions de forme appropriée, grâce à quoi la matière sortant d'entre ces cylindres sera en forme de briquet tes dont la dimension et la forme sont déterminées par les creux des cylindres. Baais un tel procédé n'est pas applicable en vue de l'obtention de grains ou d'agglomérés de minerais, car il a été constaté que les creux des cylindres étaient rapidement comblés, et que ces derniers fonctionnaient ensuite pratiquement à la manière de cylindres lisses. Suivant un autre procédé, les matériaux destinés à cons tituer la charge sont frittés sur une grille fixe ou en mouvement, le produit fritté est broyé et tamisé, les particules de grosseur insuffisante étant recycles pour entre à nouveau soumi- ses au frittage Cette technique de frittage, telle qu'elle es;;t mise en oeuvre actuellement, est relativement satisfaisante attendu que les minerais utilisés doivent posséder seulement, de façon générale, une grosseur inférieure à 6 irm. Toutefois son efficacité est grandement améliorée si la granulométrie est ainsi déterminée que le minerai peut constituer de petits aggloméres de dimension uniforme, avant d'être conduit à la grille de frittage. Tant les grains que les agglomeres soumis au frittage sont le plus commodément obtenus avec des particules de forme sensiblement angulaire. Un matériau dont-la forme est principalement en lamelles ou en plaquettes ne fournit généralement pas des grains ou des agglomérés satisfaisants.Chacun des procédés conventionels de granulation présente par conséquent ses incon venlents. Conformément à l'invention, le minerai de fer est ré- duit en particules fines, par exemple avec une distribution de la grosseur des particules telle.: que normalement adoptée dans la technique de frittage, puis ce minerai est mélangé à de l'eau avec ou sans addition d'un liant, afin de former un mélange plais tique, ce mélange passe ensuite entre une paire de cylindres, de façon à obtenir un gâteau ou une bande compacte, qui est ensuite brisée pour donner des agglomérés ou grains de la dimension désirée. Le mélange préparé peut être formé de seulement un ou de plusieurs minerais de fer. Si on le désire, toutefois, on pourra incorporer à ce mélange du calcaire sous forme suffisamment divisée, afin de transformer les impuretés ou la gangue des minerais en une soorie convenable, et un combustible carboné solide peut être incorporé au mélange. Un des avantages de ce procédé consiste en ce que la forme des particules à agglomérer ou à granuler est de moins d' importance que c'était le cas précédemment, et que des agglomé rés ou des grains satisfaisants peuvent être obtenus à partir de particules d'une grosseur presque quelconque. Un atre-avantageconsiste en ce que les agglomérés ou grains sont beaucoup plus compactés que ce serait le cas si ils avaient été préparés par les procédés de cylindrage classiques, le résultat étant qu'ils sont beaucoup plus solides. -Les grains obtenus par le procédé qui fait l'objet de la présente invention Peuvent être cuites dans une installation de frittage conventionelle, afin d'obtenir des grains frittés. Dans ce cas, une quantité suffisante de combustible, allant par eZempe jusqu'à 5% de coke menu, pour permettre au frittage de se produire, devra.de préférence être ajoutée au mélange à granuler La technique conforme à l'invention, en vue de l'obtention d'agglomérés ou de grains, est spécialement intéressante en vue de la préparation de grains destinés à être utilisés dans un procédé décrit dans la demande de Brevet anglaise déposée le 7 JUIN 68 sous le N0 154068. Dans cette demande on a décrit comment des économies en combustible pouvaient entre réalisées en préparait un mélange de minerais finement divisés, de constituants de formation du fondant, et de combustible carboné solide, mélange ensuite granulé, puis en faisant en sorte que le minerai de fer soit réduit par le carbone contenu dans les grains,avec formation dl oxyde de carbone et combustion minimale ou nulle de carbone dans l'air.Il est important qu'il y ait une pénéAration aussi faible que possible de l'air dans les grains et, par conséquent,ces gratis doivent être aussi compacts que possible.le degré de compaction du mélange est par conséquent de grande importance,dans l'invention.lorsque la matière cuit être compactée en la faisant passer en tre des cylindres, le degré de compaction obtenu dépendra du diamètre de ces cylindres, de leur écartenent, et de la rugosité de leur surface. La figure 1 des dessins annexés représente une coupe passant par deux cylindres 100 et 101.-, dont la distance est égale à d. Si une matière telle que celle désignée par 102 est introduite dans l'intervalle entre les deux cylindres, ces derniers commenceront pratiquement à "mordre" dans la matière et à l'attirer jusque dans cet intervalle si la distance entre leurs surfaces est égale à B. Cette distance D dépend en fait de la rugosité de la surface des cylindres, et elle peut être aisément mesurez, pour chaque réglage de ces cylindres.Le degré de compaction obtenu est donc fonction de D et d, et il peut être augmenté en agrandissant D par rapport à d, jusqu'à une valeur maximale qui dépend du diamètre des cylindres et de leur état de surface Le Déposant a constaté que le rapport D/d devait être de préférence égal à 2/1,- qu'il devait avantageusement être aussi grand que possible. Pour des cylindres en acier lisses, ce rapport ne peut être augmenté au delà de 4/1 et, par conséquent, il est préfdrable de travailler avec un rapport variant entre 2jl et 4/1. Des valeurs voisines de 4/1 donnent des résultats très satisfaisants en ce qui concerne la compaction de la bande ou-gâteau obtenu. Toutefois, si des précautibns ne sont pas prises, il peut arriver que le mélange qui passe entre les cylindres tende à s'étaler latéralement, donnant ainsi une bande dont la zone centrale sera convenablement compactée mais dont les bords seront moins denses ou pourront même être irréguliers ou criqués. Lorsque le gâteau ou la bande est ensuite divisé, il fournira une plus grande proportion de fines dans les grains provenant des bords, et ceci constitue un déchet qui doit être recyclé. En tout cas, les grains de grosseur correcte provenant des bords peuvent être moins bien compactés qu'on le désire. Afin d'éviter ce risque, le mélange sera introduit entre les cylindres en passant entre des plaques marginales perpendiculaires aux axes de ces cylindres et voisines de leur extrémitées, lesdites plaques épousant étroitement la surface des cylindres, de manière à empêcher un déplacement latéral du mélange quipé- nètre dans l'intervalle entre les cylindres. La figure 2 des messins annexés montre une telle plaque 20t, épousant étroitenent la surface des deux cylindres 202-et 203. Ce,- plaques peuvent être en fait considérées comme des pro Longements des parois de la trémie dans laquelle le mélange est introduit, antérieurement à son passage entre les cylindres. Des grains convenables sont obtenus en mélangeant du ninerai de fer finement divisé, un fondant à base de calcaire et du coke avec de l'eau, avec on sans addition d'un agent liant, afin d'obtenir une composition plastique, conformée de la manière décrite, puis en brisant le gâteau en grains. Il est important que ces grains soient suffisamment solides pour conserver leur forme et ceci peut être assuré en y incorporant un liant, do plusieurs manières. Ce liant pourra être soit durcissant à l'air soit durcissant à la chaleur, à condition quelles températures employées n'atteignent pas la température d'igniton du coke, généralement supérieure à 400 C. Il est préférable que cette température ne dépasse pas 2000 C.Un liant efficace est le silicate de sodium, et une solution de silicate de sodium peut donc être incorporée au mélange. Les grains crus ainsi formés pourront-ttre soit séchés à l'air, soit traités par du bioxyde de carbone, afin d'obtenir un liant siliceux dur. Un procédé particulièrement efficace pour obtenir ce liant siliceux est de con- duire les graina crus sur une grille transporte use et de faire passer à travers cette grille les gaz de tête d'un haut-fourneau qui viennent ainsi en contact étroit- avec les grains. Il est avantageux que le minerai de fer, ou au moins l'un des minerais s'il s'agit d'un mélange, soit naturellement collant ou - plastique, car ceci facilite la formation du gateau, et exige l'utilisation d'une quqntitê moindre de- liant. Si cela n'est pas possible, on pourra additionner le mélange d'une faible quantité d'argile, savoir 1 - 2%, afin d'obtenir un degré satisfaisant de plastieité. es constituants des agglomérés ou grains doivent être intimement mélangés et de granulométrie fine, de manière à assurer le contact essentiel entre le combustible et l'oxyde de fer. Il est préférable que toutes les particules de chaque constitu- ant soient d'une grosseur inférieure à 1 mm mais, bien entendu, les particules dans chaque mélange de ce genre varieront de grosseur, et les conditions préférées seront celles où au moins 85% des particules ne dépassent pas 1 mm. Il est toutefois possible aussi de mettre en oeuvre le prpcédé conforme à l'invention si des particules plus grosses sont présentes, mais en tout cas au moins 75 de ces particules ne devront pas dépasser 2 mm. On donnera maintenant un exemple de réalisation EXEMPLE 1 Le mélange suivant minerai hématite (collant) minerai hématite (non collant) 20% Concentrés 25% Calcaire 10% Coke 20% a été finement divisé, de manière à présenter la marge de grosseurs de particules indiquée ci-dessus comme étant avantageuse, puis il a ett malangé avec une solution aqueuse à 3% de silicate de sodiun Ce mélange @a été ensuite conduit entre une paire de cylindres ainsi réglée que D/d soit égal à 4/1 le gâteau obtenu a été bri- se en morceaux, et ces derniers traites par des gaz de haut-four eau a la température environ de 200 O. Des grains solides ont été ainsi obtenus. D'autres morceaux du gâteau ont été abandonnés @u durcissement à l'air pendant 2 - 3 heures, et l'on a obtenu aussi des gfains êgalement satisfaisants. la figure 3 des dessins annexés montre schématiquement ne installation destinée à la production d'agglomérés ou de grains @onforme à l'invention. Du minerai, des concentrés, du calcaire finement divisé, du coke et de l'argile sont stockés dans les trémies désignées par 1 à 5 respectivement, et distribués en proportions dés1Àrées- 2ur un transporteur 6 qui les conduit à un mélangeur 7. Une solu- tion de silicate de sodium est stockée dans un réservoir 8, e-t cette solution est distribuée en 9 en quantités mesures dans le mélangeur 7. La masse plastique provenant de ce mélangeur parviens en 10 à une paire de cylindres de compaction 11 et 12, d'où elle sort sous forme d'une bande 13. Cette bande 13 est brisée en ag- glomeres ou grains, par un diviseur rotatif 14, et ces agglomérés ou grains tombent sur un tamis vibrant 15 incliné, à mailles de 9 mm entre fils. Des gaz d'échappement à haute température prove- nant d'un haut-fourneau sont introduits en 16, pour sécher et dur- cir le liant dans les grains, et ces grains séchés et durcis sontévacués en 17, pour alimenter un cubilot ou un haut fourneau. les fines et les gaz d'échappement à haute température traversont l' cran 15 puis sont séparés de la manière habituelle, les fines étant recycléds dans le mélangeur 7 suivant le trajet désigné par 18, alors que les gaz d'échappement parviennent à une cheminée 19. On donnera ci-dessous un autre exemple, l'invention ayant été mise en oeuvre dans l'installation telle que décrite et représentée. Les composants suivants Concentrés de magnétite (fine) 40% en poids au moins 75% à 0,05 mm Concentrés d'hématite grossiers 30% en poids au moins 80 à 0,3 mm Argile plastique - Bentonite 1% en poids Calcaire au moins 90 à 0,15 mm 10% en poids fines de coke au moins 80% à 1mm 20 en poids ont été additionnés d'une solution de silicate de sodium, pour obtenir 2,5k de silicate de socium (calculé, sur le total des composants dans les proportions indiquées), puis amenés à un mélangeur continu, du type utilisé pour la préparation des sables de fonderie, l'eau présente étant suffisante pour assurer que le mélange produit soit plastique. Ce mélange a été ensuite passé entre les cylindres lisses d'un diamètre de 600 mm, réglés pour fournir une bande ou un gâteau compact d'une épaisseur de 12 mm, le rapport D/d étant égal à 4/1. Ce gateau a été brisé, au moyen d'un diviseur rotatif, en grains plats d'une épaisseur de t2 à 38 mm, puis conduit à un tamis vibrant incliné, garni dsun treillis de fils de section triangulaire d'une grosseur de maille de 10 mm. Des gaz d'échappement de haut-fourneau à une température de 1500 C - 2000 C ont été soufflés à travers la masse, sur ce tamis, pour durcir les grains. Les fines passant par les mailles du tamis ont été reconduites au mélangeur et recyclées, éliminant ainsi les pertes provenant de l'opération de division. Les grains durcis ont été introduits directement ansun haut-fourneau, en vue de la réduction en métal des oxydes de fer. REVENDICATIONS 1 - Procédé dans lequel un minerai de fer est réduit en fines particules et mélangé à de l'eau, avec ou sans addition d'un agent liant, afin de constituer un mélange.plastique qui est conduit ensuite entre une paire de cylindres, pour donner une bande ou un gâteau compact qui est ensuite brisé en agglomérés ou grains. 2 - Procedé suivant la Revendicgtion 1, caractérisé par le fait que le minerai de fer est réduit à une granulométrie d'au moins 6 mm. 3 - Procédé suivant la Revendieation 1 ou la Revend1.oation 2, dans lequel du calcaire divisé suffisamment finement est incorporé au mélange, afin de constituer un fondant pour les impuretés ou la gangue du minerai, et obtenir un laitier convenable. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des Revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que du combustible carboné solide est incorporé au mélange. 5 - Procédé suivant la Revendiction 4, caractérisé par le fait que les agglomérés ou grains sont ensuite cuits aans une installation de frittage, du combustible ayant été incorporé au mélange ge en quantité suffisante pour permettre ce frittage. 6 - Procédé suivant la Revendication 1, caractérisé par le fait qu'une solution de silicate de sodium est incorporée au mélange les agglomérés ou grains crus sont séchés à l'air ou traitds par du bioxyde de carbone, afin de provoquer la formation d'un liant siliceux dur. 7 - Procédé suivant la Revendication 1, caractérisé par le fait que de l'argile est incorporée au mélange, afin d'obtenir un degré satisfaisant de plasticité. 8 - Procédé suivant l'une quelconque des Revendications 1 à 7, dans lequel les surfaces des cylindres et leur réglage sont tels que le rapport D/d tel que défini varie entre 2/1 et 4/1. 9 - Procédé suivant la Revendication 8, suivant lequel ce rapport est égal à 4/1* 10- Procédé-suivant l'une quelconque des Revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le mélange est conduit aux cylindres en passant entre des plaques latérales perpendiculaires au rou leau et voisines de leurs extrémités, ces plaques épousant étroitement la surface de ces cylindres, grâce à quoi on empêche un étalement latéral du mélange qui pénètre dans l'intervalle entre les cylindres. 11 - Agglomérés ou grains préparés par application du procédé conforme à l'une quelconque des Revendications 1 à 7. 12- Agglomérés ou grains préparés par application du procédé suivant l'une quelconque des Revendications 8 à 10.