Brevet FR2102157A1 — publié le 19720407

La présente invention concerne la fusion des minerais, notamment un procédé mis en oeuvre dans un haut fourneau. Bien que ce procédé concerne principalement la fusion des minerais de fer destinés à la production de fonte brute, il permet aussi de 5 traiter d'autres minerais, par exemple de cuivre, de plomb, d'antimoine, d'étain, de cobalt ou de nickel. Dans le présent mémoire, on décrit l'invention appliquée à la fusion en haut fourneau de minerais de fer. La fabrication du fer industriel à partir de minerais dépend essentiellement de la 10 réduction du minerai par du carbone sous forme de coke ou de charbon de bois. Dans certains cas, on utilise comme agent réducteur du gaz de synthèse comprenant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène. Dans une variante, on utilise du charbon sous forme de briquettes de charbon et de minerais et du coke sous forme de coke 15 métallurgique. On sait aussi utiliser du gaz de four à coke ou du gaz naturel pour accroître la réduction indirecte et augmenter les caractéristiques du haut fourneau en abaissant la consommation en coke. Au oours des dernières années, on a eu tendance à remplacer 20 en partie l'agent réducteur par des matières moins coûteuses, notamment par des fuel oils, suivant les conditions régnantes, en pulvérisant 50 à 80 kg de fuel oil par tonne de fonte brute. Toute augmentation de la quantité de fuel oil, bien que très souhaitable en pratique, présente des difficultés, car on ne peut pas 25 atomiser convenablement des quantités plus importantes et on obtient alors de grandes quantités de suie qui se dépose dans le haut fourneau. De plus, dans les procédés connus, on ne peut pas utiliser tous les types de fuel oil, et en particulier on ne peut pas utiliser les huiles résiduelles ou les huiles lourdes très 30 visqueuses, car leur viscosité provoque des difficultés et il faut assurer de façon coûteuse leur préchauffage pour les mettre sous forme plus facile à pulvériser. L'invention concerne la fusion d'un minerai de fer dans un haut fourneau à l'aide d'une quantité acorue d'huile associée au 35 coke, et notamment elle met en oeuvre des fuel oils lourds qa.'il n'était pas possible d'utiliser jusqu'à présent. 71 29127 -2- 2102157 Le procédé de fusion d'un minerai dans un haut fourneau selon l'invention» implique l'utilisation comme agent réducteur supplémentaire et/ou comme combustible dans le four d'une émul-sion d'eau dans l'huile, contenant 3 à 20 % en volume d'eau et 5 97 à 80 # en volume de fuel oil résiduel ou non. On met en oeuvre de préférence le procédé en haut fourneau, et il s'agit de préférence de minerai de fer. On pulvérise avantageusement l'émulsion dans un courant d'air dont la vitesse est de 100 à 300 m/seoonde et dont la température est de 1000 à 1400°C 10 avec formation de particules de dimension préférée dans la chambre de réaction, c'est-à-dire de particules dont la dimension n'est pas supérieure à 30 microns. Il est avantageux de pulvériser l'émulsion sous pression dans le haut fourneau ou de l'atomiser. 15 De manière surprenante, on obtient, à l'aide d'une telle émulsion d'eau dans l'huile, une excellente atomisation de l'huile sans formation de suie, et on peut pulvériser jusqu'à 3 fois et la même plus/quantité d'huile qu' il était courant jusqu'à présent d'utiliser, si bien qu'il faut utiliser beaucoup moins de coke. 20 Un avantage supplémentaire du procédé de l'invention de-'-jnise en oeuvre d'une émulsion d'eau dans l'huile réside en ce que, du fait de l'introduction d'une charge relativement faible de coke, on peut introduire plus de minerais dans le haut fourneau, si bien qu'on peut élever de 10 à 20 % la production de fonte brute. 25 De plus, la quantité de laitier due au coke est inférieure et les gaz évacués ont un pouvoir calorifique accru. On connaît déjà la combustion d'émulsions d'eau dans l'huile dans d'autres applications, par exemple dans les moteurs à combustion interne , dans lesquels on utilise un grand nombre de micro— 30 explosions dues à l'évaporation de petites gouttes d'eau dans la phase dense formée par l'huile. On a aussi proposé d'enrichir la phase aqueuse de l'émulsion avec certains sels, de manière à réduire la teneur en soufre au cours de la combustion de l'huile une dans / installation de chauffage. Toutes ces émulsions d'eau dans 35 l,huile contiennent en règle générale seulement 60 à 75 # en volume d'huile, le reste étant de l'eau qui est en général émulsi-■fléejh l'aide de sels alcalins d'acides gras. Lors de l'utilisation 71 29127 2102157 de telles émulsions dans une installation de chauffage ou un moteur à combustion interne, cette teneur élevée en eau n'a pratiquement auoun rôle ; on ne peut cependant pas la tolérer pour le fonctionnement d'un haut fourneau, car l'air à utiliser contient, suivant 5 la saison et les conditions de travail, environ 5 à 20 g d'eau par 3 m . L'utilisation d'émulsions d'eau dans l'huile, telles que celles qu'on utilise dans les installations habituelles de chauffage et qui contiennent environ 40 à 26 % en volume d'eau, donne une teneur en eau d'environ 200 g par m dans les conditions normales, et 10 ceci provoquerait le blocage du haut fourneau. Il est en conséquence imprévu et surprenant que d'abord, les émulsions d'eau dans l'huile ayant une teneur de 80 à 97 % d'huile et seulement 20 à 3 fi d'eau permettent d'obtenir d'excellents résultats au cours de la fusion du minerai de fer dans les hauts 15 fourneaux, ensuite, qu'avec une teneur en eau si faible, on puisse obtenir des particules d'huile extrêmement fines^ans la ohambre de réaction et enfin que, malgré l'énorme quantité d'huile, on n'obtienne pas de suie. On pourrait supposer qu'une réduction de la teneur, en eau dans une émulsion réduirait le nombre de micro- 20 explosions et qu'en conséquence la dimension des gouttes d'huile ,bien augmenterait. Pour des raisons que l'on ne saisit pas/à l'heure actuelle, on obtient des particules d'huile dans la chambre de réaction dont la dimension est comprise entre pratiquement 0 et 30 microns, c'est-à-dire une dimension bien inférieure à celle 25 qu'on peut prévoir de l'utilisation des émulsions contenant une proportion élevée d'eau et utilisée dans les installations classiques de foyers. Comme on l'a vu précédemment, l'humidité atmosphérique de l'air peut varier. Cette variation présente des difficultés pour 30 le fonctionnement du haut fourneau. Il est bien connu qu'on peut introduire dans l'air jusqu'à 50 g de vapeur par m dans les conditions normales, de manière à obtenir un fonctionnement rapide ou permettant de régler la conduite du haut-fourneau / la température de la caroasse, la quantité de coke ajoutée, le préchauffage de 35 l'air et le temps de descente ; cependant, on peut seulement compenser de façon très imprécise les fluctuations de l'humidité atmosphérique de l'air en faisant varier le volume de vapeur. Après 71 29127 4- 2102157 une variatioi/de l'humidité de l'air, oa obtient l'é~: mique à nouveau après 1 à 2 heures environ. Selon une caractéristique importante de l'ijr?§»• a conditions atmosphériques de l'air, si bien qu'on maintien one humidité pratiquement constante dans le haut fourneau pendant tout son fonctionnement. Il est clair aussi que, à tout instant 10 lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, la quantité de vapeur qu'on ajoute normalement à l'air peut être réduite grâce à la formation de vapeur à partir de l'eau de l'émulsion introduite dans le haut fourneau. On préfère selon l'invention ..ï-ilissr urne -rii- p?jp 15 rapport à aa quantité totale, :o:. ; : "U05 à 5»v ' prêté-» rence 0,1 à 0,3 i> en poids à:*^, .-'iLslfiaîit de y v ~ ; : -V-alcalin. On peut ajouter 1' ■ ■ : s -, lAnail*», * déjà être présent in aitu. De pr*i4^p.l'é-asalaioa, oen;..Lît oo^aae émulslfiant des acides grar- - ^ ' rye aaturelX. ■ i X jL** 20 le ou qd'on ajca-te, et T . M atomes de . mé; >u leurs sels alcaliûo-te*i-«.a£ Il est posnlole d:uti.i.U anioniques ou non coniques, pourvu qu'î.us ne contiennent p&î de métal alcalin. Dans le procédé au haut fourneau, on ne peu- -.me? .mét&'-r 25 utiliser de sel alcalin, car les/alcalins se concentrant - ;$.» zone supérieure du four et provoquent la formation 4s alcalin ainsi que d'autres inconvénients. L ' utilisât ici,- -.1 ' alkyl-arylsulfonates ou-sulfates comme émulsifiants est posB-î>le, car le laitier absorbe le soufre libéré. 30 Des fuel oils qui conviennent dans les émulsions da l'inven tion sont les fuel oils (notamment obtenus par distillation éclair) et les fuel oils résiduels, ainsi que les mélanges de ces types, Dea huiles qui conviennent tout particulièrement ont des viscosités comprises entre 2,5 et 2650 centistokes à 38°0. Des fuel oils 35 BAD ORIGINAL 71 29127 -5- 2102157 On obtient de préférence et facilement des émulsions d'eau dans l'huile à l'aide de dispositifs d'homogénéisation ou d'un mélangeur à colloïdes. L'invention concerne aussi les produits obtenus par le pro-5 cédé de fusion de l'invention, notamment la fonte brute, ainsi que le fer et l'acier réalisés à partir de cette fonte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs. 10 Exemple 1 Lors du fonctionnement d'un haut fourneau dont la carcasse a un diamètre d'environ 9 m et dont la contenance utile est d'en- 3 viron 1400 m , on utilise jusqu'à présent par exemple 530 kg de coke et 60 à 80 kg au maximum de fuel oil lourd par tonne de 15 fonte ; on produit environ 3000 tonnes de fonte par 24 heures. En mettant en oeuvre le procédé de l'invention et en utilisant une émulsion d'eau dans l'huile contenant 8,5 f<> d'eau et 0,05 % d' émulsifiant formé par un acide gras en à C^, on utilise avec le même haut fourneau, par exemple seulement 380 kg 20 de coke, et d'autre part, 200 kg d'huile par tonne de fonte ; on produit par 24 heures 3500 tonnes de fonte brute. Ces chiffres montrent qu'on utilise plus de trois fois plus d'huile et environ 30 % de coke en moins, et qu'on obtient néanmoins environ 10 à 20 % de fonte brute en plus. La fusion du mine-25 rai de fer s'effectue d'une manière telle qu'on peut la régler très uniformément, ce qui contribue à la longue durée de vie du haut fourneau, à la formation d'une quantité moindre de laitier de coke et à l'obtention de gaz d'évacuation de qualité améliorée. Exemple 2 30 Lorsqu'on fait fonctionner un haut fourneau ayant les dimen sions données dans l'exemple 1, avec une consommation d'air de 1500 m /tonne de fonte brute et une quantité d'émulsion d'huile de 100 kg/tonne de fonte, il est nécessaire d'utiliser une humidité dans l'air fixée à 20 g d'eau par m . Au cours du fonctionnement, 35 l'humidité atmosphérique naturelle varie, suivant le temps et la 3 saison, entre 11 et 17 g d'eau par m . Avec une humidité atmosphé- ■5 rique de 17 g/m , on conduit le haut fourneau en utilisant une 71 29127 -6- 2102157 émulsion à 4»5 fi d'eau, et on maintient la valeur de consigne sans difficulté. Lorsque l'humidité atmosphérique diminue, on élève de manière correspondante la teneur en eau de l'émulsion ; cette teneur atteint par exemple 13,5 fi pour une humidité atmosphérique •Z 5 de 11 g/m . On calcule les facteurs intermédiaires de manière à toujours maintenir sensiblement la valeur de oonsigne. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs 10 sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. 71 29127 2102157 HBVEMDIOAIIOHS 1. Procédé de fusion d'un minerai dans un four, caractériel en ce qu'on utilise comme agent réducteur supplémentaire et/ou, comme combustible une émulsion d'eau dans l'huile contenant 3 à 5 20 % en volume d'eau et 97 à 80 % en volume de fuel oil résiduel ou non. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'oa effectue la fusion dans un haut fourneau. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que 1G le minerai est un minerai de fer. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3» caractérisé en ce qu'on modifie la teneur en eau de l'émulsion entre 3 et 20 $>, le cas échéant, pour compenser les variations de l'humidité de l'air, de marri ère à maintenir une humidité pratiquement cons- 15 tante dans le haut fourneau au cours de son foncticmement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4S caractérisé en ce qu'on pulvérise et on injecte ou on atomise sous pression l'émulsion,le cas échéant,de manière que l@s gouttelettes formées dans le four aient une dimension inférieure ou égale à 20 30 microns. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on atomise l'émulsion dans de l°'air à me vitesse de 100 à 300 ffi/seQOE= de et une température de 1000 à I400*0. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- 25 dentes, caractérisé en ce que l'émulsion contient 0,05 à 3,0 % en poids, de préférence 0,1 à 0,3 % en poids» d'un émulsifiant dépourvu de métal alcalin. 8. Procédé selon la revendication 7# caractérisé en ce que 1»émulsifiant comprend au moins un acide gras en à ou 30 un sel alcalino-terreux d'un tel acide. 9. Ponte brute, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. BAD ORIGINAL '