Brevet FR2001568A1 — publié le 19690926

L'invention concerne un procédé pour la réduction directe de matières contenant de l'oxyde de fer dans un four tubu-laire tournant au moyen d'un agent de réduction solide contenant du carbone, avec passage à co-courant de la charge et de l'atmos-5 phèra du four, refroidissement et préparation de la décharge du four. Par rapport à un four rotatif exploité à contre-courant, un four tubulaire tournant fonctionnant à co-courant offre certains avantages pour le procédé de la réduction directe. Ainsi, 10 il est possible de mettre en oeuvre des charbons réducteurs à grains plus fins, sans que des quantités plus grandes soient expulsées par les gaz de combustion du four avant d'avoir pris part au processus. Dans la zone de réduction - la zone où les gaz atteignent 15 leur plus grande vitesse - le diamètre du four peut être augmenté de sorte que le temps de séjour de la charge dans le four soit prolongée et que la teneur en poussière des gaz de combustion puisse être réduite. lia charge peut être amenée plus rapidement à la tempéra-20 ■ ture de réduction. A ces avantages s'oppose toutefois ce gros inconvénient que les gaz de combustion chauds sont présents du côté décharge du four rotatif. Cependant, la chaleur sensible et latente qu'ils contiennent doit absolument être mise à profit, pour des raisons 25 économiques. Il a déjà été fait des propositions pour l'exploitation de fours rotatifs selon le procédé à co-courant, procédés selon lesquels les gaz de combustion chauds sont utilisés pour le séchage du minerai de fer et pour le préchauffage de l'air comburant (Brevets des Stats-Unis n° 2 792 298, 2 855 290 et 1 937 822). 50 Pour ce faire, les gaz de combustion chauds doivent être ramenés de façon coûteuse de l'extrémité de décharge jusqu'aux postes de traitement appropriés qui se trouvent du côté chargement du four rotatif. Du fait des températures très élevées des gaz de combustion, les conduites pour ces gaz doivent être des canaux maçonnés, 35 mais cela n'évite pas les pertes notables de chaleur. Outre cela, il n'existe pratiquement aucune installation de soufflerie pour les températures de cet ordre. C'est pour cas raipons que l'on n'a jusqu'ici utilisé dans la pratique récente que des fours rotatifs qui sont exploités à contre-courant. 40 L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients du 69 02891 2 2001568 procédé à co-courant. Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait que le produit d1éponge de fer séparé à la suite du refroidissement et de la préparation est réchauffé en vue de son trai-5 tement ultérieur en tirant parti de la chaleur contenue dans un courant partiel au moins des gaz de combustion du four, dans des conditions non oxydantes pour ce traitement ultérieur. Après avoir été éventuellement mis en briquettes ou en pastilles agglomérées, le produit d'éponge de fer séparé est 10 réchauffé avec les gaz chauds de combustion du four dans des conditions non oxydantes pour le traitement ultérieur - par exemple la fonte du fer dans un four électrique. Si le refroidissement de la décharge du four s'effectue par voie indirecte et la préparation s'effectue à sec, le produit d'éponge de fer n'est 15 que réchauffé. Si le refroidissement s'effectue par voie directe à l'eau ou si la préparation est effectuée par voie humide, le produit d'éponge de fer est tout d'abord séché, puis réchauffé. Dans ce cas, une légère réoxydation qui intervient éventuellement lors du refroidissement direct est annulée. 20 Selon la grosseur du grain du produit d'éponge de fer, le séchage et le chauffage peuvent s'effecter dans des cuves, dans des tambours rotatifs, en lit fluidisé, sur des grilles mobiles ou similaires. Selon une autre application du procédé de l'invention, 25 la fraction à grains fins du produit d'éponge de fer, qui résulte de la préparation de la décharge du four, est mise en fragments par briquetage ou transformation en pastilles, puis elle est durcie par les gaz de combustion du four rotatif, afin qu'elle ait la résistance nécessaire au transport. 30 A cette fin, il est parfois nécessaire que le gaz de combustion du four rotatif soit soumis à une combustion ultérieure partielle. La chaleur sensible et latente contenue dans le gaz qui sort de cet étage peut être utilisée pour le préchauffage de l'eau d'alimentation et/ou la récupération de vapeur. 35 Le courant partiel du gaz de combustion du four rotatif qui n'est éventuellement pas introduit dans cet étage peut être utilisé de la même manière. Une utilisation avantageuse de la chaleur sensible et notamment de la chaleur latente contenue dans les gaz qui sortent 40 de l'étage de séchage et/ou de réchauffement de la décharge du 69 02891 2001568 four consiste à employer ce gaz pour le séchage et/ou le réchauffement des éléments de la charge avant leur introduction dans le four rotatif. Cette utilisation n'est possible que grâce au procédé de l'invention, car les gaz à renvoyer sont désormais 5 relativement froids, c'est-à-dire que leur teneur en chaleur sensible est plus faible et qu'ils peuvent être renvoyés dans des conduites ordinaires sans pertes importantes de chaleur, tandis que leur teneur en chaleur latente est très élevée, c'est-à-dire qu'elle peut être libérée par combustion ultérieure au 10 point de consommation et utilisée. Sn cas de nécessité, il peut être ajouté à la charge des additions destinées à fixer le soufre, par exemple de la cas-tine ou de la dolomite. A titre de matières de départ, on peut utiliser des minerais à grains fins, par exemple des concentrés 15 en spirale de Humphrey ou des matières fragmentaires contenant de l'oxyde de fer, des granulés verts ou des granulés durcis. Le four rotatif est équipé de tubes d'enveloppe pour l'amenée de gaz contenant de l'oxygène, de préférence de l'air, ou de brûleurs d'enveloppe pour l'alimentation en gaz combusti-20 ble et en air* De préférence, on utilise des tubes ou des brûleurs d'enveloppe dont les orifices de sortie occupent une position angulaire par rapport à la direction du courant de l'atmosphère du four. Le refroidissement peut s'effectuer indirectement ou di-25 rectement. De préférence, il est effectué par voie directe par introduction de la décharge du four dans l'eau ou par pulvérisation d'eau sur la décharge. Le coke en excès séparé de la décharge du four selon un mode connu est soit recyclé dans le four selon un procédé usuel, 30 soit utilisé à d'autres fins, par exemple pour la production de vapeur en association avec les gaz de combustion chauds du four. De préférence, on utilise à titre d'agent de réduction pour le four rotatif du charbon riche en gaz, car il donne lieu à une atmosphère fortement réductrice dans le four tubulaire et est 35 moins coûteux aans la plupart des cas. Les charbons riches en gaz sont de préférence injectés au moins en partie par l'extrémité de chargement du four rotatif avec des gaz contenant de l'oxygène, de sorte qu'une fraction au moins soit entraînée au-delà de la zone de chauffage 40 jusqu'à la zone de réduction et que le charbon soit réparti sur 69 02891 4 2001568 - une longueur importante du four rotatif sur la surface de la charge de celui-ci. Il en résulte cet avantage que, sur une longueur notable du four et dans les différents secteurs de celui-ci, il n'est introduit que la quantité de charbon nécessaire pour provo-5 quer la réduction à une vitesse maximale, et que les composants volatils prennent part à la réduction, car ils ne se volatilisent pour une part que dans le lit de la zone de réduction et, dans ces conditions, passent à travers ce lit. De préférence, lorsqu'on procède de cette manière, les 10 substances destinées à fixer le soufre sont également injectées par soufflage, au moins en partie. 311es peuvent être injectées isolément ou en combinaison avec les agents de réduction. La grosseur de grains de l'agent de réduction utilisé est de préférence inférieure à 4 mm et notamment inférieure à 2 mm. 15 La grosseur de grains des matières destinées à fixer le soufre est inférieure à 2 mm et, de préférence, inférieure à 1 mm. Selon un autre mode de réalisation du procédé de l'invention, deux fours rotatifs sont combinés entre eux de telle sorte que le sens de passage des matières et du gaz dans l'un 20 d'entre eux soit inversa par rapport au sens de passage des matières et des gaz dans l'autre four rotatif. De cette manière, on peut utiliser au moins un courant partiel des gaz de combustion chauds de l'un des fours rotatifs pour le séchage et/ou le réchauffement de la charge et/ou de l'air 25 comburant de l'autre four rotatif à l'extérieur du fourj sans qu'il soit nécessaire de prévoir des conduites d'alimentation prolongées. Les avantages principaux du procédé de l'invention consistent en les points suivants: 30 Les inconvénients du procédé à co-courant, évoqués au début du présent mémoire, sont éliminés par l'invention. Le refroidissement indirect coûteux de la décharge du four en atmosphère non oxydante peut être remplacé par un refroidissement direct à l'eau. En cas d'emploi de charbons riches en 35 gaz et d'air à titre de véhicule, l'air porteur réagit avec le combustible dans la zone de chauffage ou dahs la zone de métalli-sation débutante, de sorte que contrairement au procédé à contre-courant, toute élévation inadmissible de température qui peut aboutir au dépôt et à la eyclisation, ainsi que toute réoxydation 40 de l'éponge de fer formée sont exclues. 3n outre, le charbon est 69 02891 5 2001568 introduit dans la zone du four où les vitesses sont les plus élevées, de sorte que pour un même débit d'air porteur et aveo des conditions par ailleurs semblables, le charbon est entraîné plus loin dans le four. 69 02891 6 2001568 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la réduction directe de matières contenant de l'oxyde de fer dans un four tubulaire tournant au moyen d'un agent de réduction solide contenant du carbone, avec passage à co-courant de la charge et de l'atmosphère du four, 5 refroidissement et préparation de la décharge du four, caractérisé par le fait que le produit d'éponge de fer séparé à la suite du refroidissement et de la préparation est réchauffé en vue de son traitement ultérieur en tirant parti de la chaleur contenue dans un courant partiel au moins des gaz de combustion du four, 10 ' dans des conditions non oxydantes pour ce traitement ultérieur. 2.- Procédé selon la revendication. 1, caractérisé en ce que la décharge du four est refroidie par voie directe, par immersion dans l'eau ou par pulvérisation d'eau. 3«- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé 15 en ce qu'on utilise des charbons riches en gaz à titre d'agent de réduction. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les charbons riches en gaz sont injectés par soufflage à l'extrémité de chargement du four rotatif. 20 5*- Procédé selon les revendications 1, 2, 3,caractérisé en ce qu-'on utilise un agent de réduction dont la grosseur de grains est inférieure à 4 mm, de préférence inférieure à 2 mm. 6.- Procédé selon les revendications 1, 2, 3, 4-, caractérisé en ce que les gaz qui sortent de l'étage de séchage et/ou 25 de réchauffement de la décharge du four sont utilisés pour le séchage et/ou le réchauffement des composants de la charge avant l'introduction de celle-ci dans le four rotatif. 7*- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les gaz sont soumis à une combustion ultérieure au point 30 de consommation pour le séchage et/ou le réchauffage des éléments de la charge. 8.- Procédé selon les revendications 1,2,3,4,5,6, caractérisé en ce que deux fours rotatifs sont associés l'un à l'autre, le sens de passage des matières et des gaz dans l'un 35 de ces fours étant inverse par rapport au sens de passage des matières et des gaz dans l'autre four rotatif. 69 02891 7 2001568 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une partie au moins des gaz de combustion chauds de l'un des fours rotatifs est utilisée pour réchauffer le produit d'éponge de fer de l'étage de séparation de l'autre four en vue du traitement ultérieur. 10.- Procédé selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'une partie au moins des gaz de combustion chauds de l'un des fours rotatifs est utilisée pour le pré-chauffage de la charge et/ou de l'air comburant de l'autre four rotatif.