Brevet FR2034622A1 — publié le 19701211

La présente invention concerne la production d'agglomérés de ferrite de calcium è employer dans un haut fourneau et pour les opérations de raffinage de 1«acier ainsi qu'un procédé perfectionné de préparation d'agglomérés contenant princi-5 paiement de la ferrite dicalcique (2 CaO.FegO^ ) de caractéristiques supérieures par comparaison aux procédés et produits de la technique antérieure. L'invention concerne particulièrement la récupération de dérivés du fer provenant des résidus des usines sidérurgiques, 10 tels que les poussières entraînées par les gas des cheminées, les boues provenant des laveurs de gaz de hauts fournea\s$ les écailles de laminage, les poussières provenant des aciéries élaborant l'acier au four basique avec injection d'oxygène etc , et à fournir des dérivés de la chaux sous forme agglomérée 15 destinés aux hauts fourneaux et les opérations d'affinage de l'acier, et mélangés avec lesdits dérivés du fer et dont les particules ont des dimensions appropriées pour servir de charges. Bien que l'emploi d'agglomérés de ferrite de calcium pour les applications sus-mentionnées soit connu d'après les 20 documents techniques publiés, l'utilisation de ferrite dicalcique pour ces applications n'a pas été soulignée et, plus particulièrement, aucun procédé da préparation d'un aggloméré contenant principalement de la ferrite dicalcique de propriétés acceptables n'a été décrit dans la documentation technique publiée, à la 25 connaissance de la demanderesse» Cependant, un tel procédé est décrit dans une demande de brevet des E.U.A. n° 509 303 déposée le 23 novembre 1965 par la demanderesse. Conformément au procédé décrit dans la demande n° 509 303, des matières premières constituées par du 30 calcaire, un combustible carboné solide tel que le menu coke et les matériaux contenant de l'oxyde de fer tels que le minerai de fer et les déchets contenant de l'oxyde de fer ayant les caractéristiques sus-mentionnées sont mélangés conformément à une formulation équilibrée dans les limites ci «-après; 50 à 55 % 35 environ de calcaire CaCO^, 6 à 10% dudit combustible solide carboné et 35 à 40% d* oxyde de fer et sont calcinés pendant environ 3 ni». entre 900 at 1100°G environo On obtient ainsi un excellent aggloméré constitué principalement par de la ferrite dicalcique» 70 07595 2 2034622 Cependant, la demanderesse a découvert} selon lfinvention, que la régulation du procédé et les caractéristiques de l'aggloméré peuvent être encore améliorées par recyclage sous forme de fines suffisamment divisées dans la charge du four de 3 frittage, d'une partie de l'aggloméré produit par le four dans des proportions telles que les fines recyclées constituent environ 30 à 50$ et, de préférence, environ 30 à 40$ en poids des matières premières introduites dans le four, telles que le calcaire et/ou la dolomie, le coke et les dérivés de l'oxyde de 10 fer. Autrement dit, pour chaque 100 kg de matière première introduite dans le four, constituée par des dérivés de l'oxyde de fer et de la chaux, plus un combustible carboné, il faut ajouter environ 30 à 50 et, de préférence, environ 30 à 40 kg de fines d'agglomérés i-ecyclées. Le pourcentage en poids des matières 15 premières introduites dans la charge finale du four est, par conséquent, déterminé par la formule ci-après : 100 $ x 100 kg de matières premières de départ _ g en poids 100 + x kg de fines en retour de matières de départ dans le mélange final Pour des valeurs de x égales à respectivement 30, 40 et 50 kg, le pourcentage en poids de matière première introduite dans le mélange final est respectivement de 77$, 71,5$ et 66,7$ 25 respectivement, le reste étant les fines en retour frittées. Par conséquent, selon l'invention, les fines en retour frittées recyclées doivent représenter en gros environ 23 à 29$ et dè préférence environ 23 à 34$ en poids du mélange final total introduit dans le four. 30 La demanderesse a, de plus, découvert que le broyage et le tamisage normaux du produit fritté, pour séparer les produits de particules de dimensions utilisables pour la charge de la proportion normalement produite de fines, ne fournissent pas en général une proportion suffisante de ces dernières pour obtenir 35 la proportion nécessaire de fines de recyclage, ou en retour, pour les objectifs de la présente invention et que, pour remédier à ce déficit, il est nécessaire de transformer une petite fraction du produit destiné à la charge en fines qui sont à 70 07595 3 2034622 recycler en même temps que les fines produites normalement. En général, les fines en retour représentent seulement environ 10 à 20$ en poids du total de l'aggloméré produit» Les découvertes sus-mentionnées de la demanderesse sont 5 basées sur la série d'expériences ci L'essai de fragmentation consistait à laisser tomber 25 trois fois le tourteau d'aggloméré d'une hauteur de 2 m sur une plaque d'acier et à classer les produits de cette fragmentation, avec des tamis, en fractions de dimensions supérieures à 20 mm comprises entre S et 20 mm et inférieures à & mm. La fraction inférieure à 8 mm servait comme fines de recyclage. 30 Le rapport des fines de retour (HA) produites pendant l'essai de fragmentation au total des fines de retour (HE) employées dans chaque essai était déterminé et est dénommé ci-après : "teneur en fines de retour en $" Pendant la plupart des essais, au cours desquels une addition de fines en retour de 30$ était 35 nécessaire, cette valeur était inférieure à 100$. Pour ce motif, la proportion insuffisante de fines de retour pour l'essai suivant devait être complétée en broyant les agglomérés produits. 70.07595 4 2034622 On vérifiait la résistance mécanique des agglomérés obtenus après la première phase de passage au tamis®•L'essai était réalisé avec un tambour ASTM (diamètre 90 cm^ longueur 45 cm). On passait au tamis 11,2 g d'une fraction d'agglomérés 5 de dimensions comprises entre Ô et 20 mm, pendant Ômn à 25 tr/mn, puis on passait cette fraction au tamis„ Le pourcentage de particules de dimensions inférieures à 3 mm ainsi obtenu était considéré comme une mesure relative de résistance mécanique des agglomérés. 10 Pour vérifier la stabilité de conservation .des agglomérés, des échantillons de chaque aggloméré étaient soumis à un essai d'hydratation. 5 kg d'agglomérés de la fraction comprise entre ê et 20 mm étaient introduits dans un récipient en métal. On plaçait à l'intérieur du récipient 90 g d'eau dans uri autre 15 récipient ouvert en fer blanc. Le grand récipient était fermé puis placé dans un séchoir et maintenu dans celui-ci pendant 16 h à 105°C, après quoi ces agglomérés étaient passés au tamis. La proportion de particules de dimensions inférieures à 3 mm était considérée.comme une mesure relative de la stabilité de 20 conservation du produit fritté. Le tableau I annexé indique les résultats des essais ainsi obtenus et, concernant la présente invention, le sens des têtes de colonne dudit tableau a été expliqué ci-dessus» Tous les essais ont été effectués dans des conditions comparables, 25 à part les variations du pourcentage de fines en retour ajoutées au mélange de matières premières. Si l'on se réfère -aux résultats des essais, on voit que, lorsque la proportion de fines en retour ajoutées est progressivement accrue de 25 à 40$, les essais d'hydratation et de passage 30 au tonneau mettaient en évidence des améliorations progressivement croissantes des caractéristiques de conservation et de dureté, mais indiquaient une détérioration lorsque la proportion de fines en retour ajoutées atteignait 00$. Les résultats de l'analyse au tamis après l'essai de 35 fragmentation indiquent que les fractions de dimensions' supérieures à 20 mm, comprises entre Ô et 20 mm et inférieures à Ô mm ne sont pas très sensibles aux variations du pourcentage de fines en retour ajoutées quand il est d'environ 30$# 70 07595 5 2034622 Dans la colonne "aggloméré produit", on observe que, pour tous les essais correspondant à une proportion de fines en retour comprise entre 30 et 50$s le produit fritte, était "bien cuit" ce qui signifie qusil était d*excellente qualité 5 tandis que pour une addition de 25$ de fines en retour, le produit fritté n'était pas cuit uniformément et par conséquent était de qualité inacceptable® On déduit des informations concernant le rapport RA/RE en $, que le rapport des fines en retour produites (HA) aux 10 fines en retour introduites (RE) dépassait 100$ uniquement pour la proportion de 25$ de fines en retour et ces fines en retour étaient une matière très poussiéreuse, non frittée» Ainsi, pour toutes les autres proportions indiquées, il était nécessaire d'ajouter des fines en retour en broyant une petite 15 fraction des agglomérés pour charges obtenus» Les résultats des essais d'agglomération au creuset mentionnés ci-dessus ont été confirmés par des essais au four d'agglomération à grille mobile, en utilisant un appareillage et iin mode de fonctionnement de celui-ci représenté schémati— 20 quement au dessin ci-annexé, comme expliqué ci-après. Dans la mise en oeuvre de l'invention à l'échelle industrielle, les matériaux contenant de l'oxyde de fer utilisés peuvent être constitués par l'un des divers minerais de fer concassés en grains de petites dimensions, mais contiennent de 25 préférence les matériaux ci-après provenant des aciéries : écailles de laminage, poussière de cheminées, boues de laveurs de gaz de hauts fourneaux, poussières d'aciéries, poussière de fours basiques à oxygène etc. Le carbonate de calcium peut être mis en oeuvre soit 30 isolément soit mélangé avec d'autres minéraux ou carbonates» L'ensemble peut être mis en oeuvre sous forme de mélanges de roches, de calcaires, de dolomie (MgGO^) etc. On a considéré comme avantageux dans certains modes d'exécution d'employer une quantité de roches inférieure dsenviron 20$ à la quantité 35 stoechiométrique» La roche ou toute autre source de carbonate de calcium a des dimensions choisies de préférence de manière à obtenir la réaction la plus complète possible avec les matières contenant du fer» Par conséquent la pierre peut être concassée ou traitée autrement de manière â passer au tamis d© 3 mm* 70 07595 6 2034622 Il est avantageux, dans certains modes d'exécution, qu'une certaine quantité de combustible carboné solide soit présente en même temps que la matière contenant du fer et le carbonate de calcium» Un combustible préféré pour cet usage est le coke ou le coke menu, de préférence concassé et/ou passé au tamis de 3 mm. La mise en oeuvre du présent procédé peut demander une addition faible ou nulle de combustible au mélange pour agglomérés à cause des combustibles constituant une partie des composants contenant du fer. Une teneur en combustible équivalant à 6,5 à 8,5$ de coke menu est à préférer» Le frittage est effectué après calcination à des températures comprises entre 800 et 1100°C. On maintient une dépression à travers le lit de frittage à l'aide de ventilateurs, de soufflantes ou d'autres moyens appropriés de mise en circulation de l'air» On utilisera avantageusement une dépression de 50 à 100 mm d'eau» On peut employer des lits d'épaisseur comprise entre 15 et 50 cm environ» On a obtenu de bons résultats avec des lits d'épaisseur égale ou supérieure à 25 cm, mais on ne gagne, en général, rien à utiliser des lits d'épaisseur supérieure à 38 cm. Avant l'introduction du mélange de matières contenant de l'oxyde de fer, du carbonate de calcium ou équivalent, du combustible s'il y a lieu et de fines en retour d'agglomérés dans le lit de frittage, on mélange intimement les composants de la charge» Cette opération peut être effectuée avantageusement en introduisant les composants du mélange dans un tambour tournant. Si la charge brute ne contient pas suffisamment d'eau, on peut en ajouter dans le tambour de mélange» Le mélange doit contenir 4,5 à 7 $ environ d'eau» Après achèvement du frittage des constituants, le produit est refroidi et passé au tamis. Le tourteau résultant du frittage est de préférence réduit par concassage et passage au tamis en particules de dimensions maximales 5 cm. Les particules de dimensions inférieures à 8 mm sont considérées comme des fines et recyclées avec les matières premières destinées au frittage. Ces matières sont considérées en général, comme indiqué ci-dessus, comme inaptes à fournir suffisamment de fines de retour pour frittage en vue de la production d'un aggloméré bien cuit, de 70 07595 7 2034622 sorte qu'il faut concasser ou réduire d'une autre manière les dimensions des particules de la matière sous forme de particules assez grandes pour réaliser, comme indiqué ci-dessus, des additions de fines de retour d'agglomérés dans une proportion de 30 à 50$ environ, et de préférence de 30 à 40$ environ, du poids des matières premières à traiter*. Si l'on se reporte au dessin, le mode opératoire est le suivant : les matières premières qui proviennent des caissons à minerais 10, des caissons à pierres 11, des caissons 12 d'ali-mentation en coke, des caissons 13 d'alimentation en fines d?agglomérés recyclées, passent par le mélangeur 14 et parviennent de là au four d'agglomération 15° Les matières de départ utilisées parviennent par les convoyeurs 16 et 17 au mélangeur 14 dans lequel de l'eau est introduite par la conduite 18, si c'est nécessaire^. Le mélange destiné au frittage contenant des fines d'agglomérés provenant du caisson 13 parvient par le convoyeur 19 à une trémie 20 qui les répartit sur la grille du four d'agglomération 15® De l'air est aspiré à travers la grille par la conduite d'aspiration 21„ Le produit fritté évacué de la grille passe par un concasseur 21 à cylindres à pointes 22 et sur un tamis 23 dont les mailles laissent passer les particules de 5 mm0 Les particules plus grosses retenues par le tamis sont introduites en 24 dans un broyeur à cylindres 25 et concassées à la dimension maximale d'environ 5 cm0 Les particules passant par le tamis 23 et le broyeur à cylindre 25 sont amenées en 26, 27 sur un tamis 28 dont les mailles laissent passer les particules de dimensions inférieures à 8 mm» Les fines de dimensions inférieures à 8 mm provenant de tamis 28, mélangées avec les fines récupérées par le système d'insufflation d'air sont amenées en 29, 30 sur un convoyeur 31 et ramenées par 32 au caisson 13 de fines en retour« Les particules les plus grosses retenues par le tamis 8 sont introduites en 33 dans un refroi-disseur 34 puis tamisées sur un tamis 35 à mailles laissant passer les particules de dimensions inférieures à 20 mm® Les particules de dimensions comprises entre 20 et 50 mm retenues sur le tamis 35 sont introduites en 36 dans un caisson pour agglomérés- Les particules de dimensions' inférieures à 20 mm traversant le tamis 35 sont amenées sur un tamis 38 à mailles 70 07595 2034622 laissant passer les particules de dimensions inférieures à 8 mm qui sont amenées en 39, sur le convoyeur 31® Une partie des particules de 8 à 20 mm retenues sur le tamis 38 est amenée par 40, dans la proportion nécessaire, à une trémie 41 à l'entrée du 5 four d'agglomération de façon à constituer une couche servant de soleo. Une autre partie est introduite par 40 dans une trémie 42 qui alimente à la demande un broyeur à cylindres 43. pour broyer à des dimensions inférieures à 8 mm les fines d9agglomérés amenées en 44 sur le convoyeur 31 afin de fournir des fines 10 additionnelles en quantité suffisante du recyclage en direction du fo.ur d'agglomératione L'excès de ce qui a été retenu en 8. et 20 mm sur le tamis 38 est déversé en 45 dans le caisson 37 dfagglomérés produitss EXEMPLE '• 1 11 (Sauf indications contraires toutes les parties sont en poids). A titre d'exemple d'application de l'invention à une production industrielle, 93,3 t/h de matière contenant de l'oxyde de fer provenant des trémies 10, 114,4 t/h de calcaire 20 provenant des trémies 11 et 4,6 t/h de coke menu provenant de la trémie 12 sont ajoutées à 60 t/h de fines d'agglomérés provenant des caissons 13, le tout étant concassé et tamisé à moins de 8 mm» L'ensemble de ces matières est mélangé dans un tambour 14 avec addition de 20 t d'eau à l'heure. Les matières 25 déversées du tambour 14 sont introduites dans la machine à fritter 15 et frittées® Les 227,3 t/h d'agglomérés cuits obtenues sont traitées dans un broyeur 22 à cylindres et à pointes et, de là, tamisées en 23, et la fraction retenue est concassée en 25 de manière à obtenir des particules de dimensions maximales 5 cm déversées sur le tamis 28» On les sépare sur le tamis 28 en fractions représentant 202,3 t/h de particules de 8 à 20 mm et 25 t/h de particules inférieures à 8 mm. La fraction restante est introduite dans le refroidisseur 34» Les matières sortant du refroidisseur sont amenées 35 » / sur le tamis 25 où elles sont séparées en 93,3 t/h d'agglomérés de ferrite dicalcique ayant des particules de dimensions comprises entre 2 et 5 cm et 109 t/h de dimensions inférieures à 2 cm, déversées sur le tamis 38 et séparées à raison de 92 t/h en particules de 8 à 20 mm et de 17 t/h en fines inférieures à 8 mm. 70 07595 9 2034622 Les fines provenant du tamis 38 sont renvoyées au caisson 13 pour recyclage. Parmi les 92 t/h de particules retenues sur le tamis 38, 52 t/h sont introduites dans le caisson d'agglomérés produits 37, 28 t/h sont retirées du caisson 41 pour former une 5 couche servant de sole dans le four d'agglomération 15 et 18 t/h sont introduites dans le caisson 42 et de là dans le broyeur à cylindres 43 de manière à produire des fines-de recyclage additionnelles de dimensions inférieures à 8 mm qui sont amenées au caisson 13. 10 On recueille les agglomérés produits par ce procédé et on observe qu'ils sont constitués par de la ferrite dicalcique frittée cuite très uniformément qui donne d'excellents résultats quand on l'utilise comme charge de hauts fourneaux, en particulier, lorsqu'on l'utilise pour la réduction de comprimés de minerais 15 de taconite enrichis. Les mélanges de matières premières préférés pour la production d'agglomérés de ferrite dicalcique selon l'invention contiennent, sur la base des produits secs, environ 50 à 60 $ de calcaire ou de produits équivalents tels que la dolomie, 20 environ 6,5 à 8$ de coke, le reste étant des matériaux contenant de l'oxyde de fer. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositif et procédé qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non 25 limitatif, sans sortir du cadre de l'invention0 70 07595 10 2034622 REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'agglomérés de ferrite dical cique de caractéristiques améliorées caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après : préparation d'un mélange de matiè-5 res premières constitué par des matières contenant de l'oxyde de fer et des matières contenant de l'oxyde de calcium et analogue dans les proportions nécessaires pour obtenir des agglomérés de ferrite dicalcique par chauffage aux températures de frittagé, au maximum 8 % d'un combustible solide carboné et au maximum environ 10 7 % d'eau, "addition audit mélange de matières premières d'une proportion de fines d'agglomérés de ferrite dicalcique représentant environ 30 à 50 % dudit mélange de matières premières, cal-cination du mélange obtenu et frittage entre environ 800 et 11Q0°C jusqu'à ce qu'on obtienne des agglomérés cuits uniformément. 15 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fines d'agglomérés de ferrite dicalcique ajoutées représentent environ 30 à 40 % dudit mélange de matières premières 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mélange obtenu est concassé en particules de dimensions 20 voisines de 8 mm et au-dessous avant lesdits calcination et frittage. 4 - Procédé selon la revendication 1, càractérisé en ce que ladite matière contenant de l'oxyde de calcium et analogue représente environ 50 à 60 % dudit mélange obtenu. 25 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites matièrès contenant de l'oxyde de fer sont choisies principalement dans le groupe constitué par les fines de minerais de fer et les déchets d'aciéries tels que les poussières de cheminées, les poussières de précipitateurs, les boues d'épurateurs 30 de gaz de hauts fourneaux, les écailles de laminage et les poussiè res provenant de l'élaboration de l'acier à l'oxygène. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matières contenant de l'oxyde de calcium et analogue sont ~ choisies dans le groupe constitué par le calcaire, la dolomie et 35 leurs mélanges. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit combustible carboné représente environ 6 à 10 % dudit mélange de matière première. 70 07595 n 2034622 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fines d'agglomérés de ferrite dicalcique représentent 23 à %, et de préférence 23 à 29 % environ, dudit mélange obtenu desdites matières premières et desdites fines 5 d'agglomérés. 9 - Procédé continu de production d'agglomérés de ferrite dicalcique dans un four d'agglomération comportant une grille mobile, des brûleurs placés au-dessus de cette grille et des moyens techniques pour provoquer un courant d'air descendant 10 à travers la grille, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après : introduction continue sur ladite grille d'un mélange de départ finement broyé contenant des matières contenant elles-mêmes de l'oxyde de fer et des matières contenant de l'oxyde de calcium et analogues dans des proportions choisies pour préparer 15 un aggloméré de ferrite dicalcique, à savoir au maximum environ 10 % de combustible carboné, au maximum 7 % environ d'eau et 23 à 34 % et de préférence 23 à 29 % environ de fines d'agglomérés de ferrite dicalcique, lesdits pourcentages étant calculés par rapport au poids total dudit mélange, chauffage progressif dudit 20 mélange à la température de calcination et suivi d'une agglomération jusqu'à ce qu'on obtienne des agglomérés uniformément cuits> ensuite enlèvement progressif desdits agglomérés de ladite grille,, concassage progressif desdits agglomérés ainsi enlevés et classement par dimensions des particules par tamisage, en fines d'agglo-25 mérés et particules de plus grandes dimensions, mélange desdites fines d'agglomérés avec des charges fraîches desdites matières contenant de l'oxyde de fer et de l'oxyde de calcium et analogue et un combustible carboné dans des proportions destinées à représenter lesdits 23 à 3^ %> de préférence 23 à 29 % dudit mélange 30 de départ, lesdits concassages et tamisages étant régulés de façon à fournir 'suffisamment de fines d ' agglomérés pour représenter 23 à % et, de préférence, 23 à 29 % environ dudit mélange de départ en fonctionnement continu. 10 - Procédé selon la revendication 9> caractérisé en ce 35. que ledit mélange de départ contenant lesdites fines d'agglomérés est pulvérisé en particules de dimensions inférieures ou égales à 8 mm environ. 70 07595 12 2034622 11 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites matières contenant de l'oxyde de calcium et analogue représentent environ 50 à 60 % du total dudit mélange de départ et sont choisies dans le groupe constitué par le calcaire, la dolomie et leurs mélanges. 12 - Procédé selon la revendication 9* caractérisé en ce que ledit mélange de départ est fritté, après caleination, à une température comprise entre 800 et 1100°C environ.