Brevet FR2156456A1 — publié le 19730601

La présente invention concerne un nouveau procédé pour conduire un haut fourneau , notamment en vue d'augmenter son rendement et sa capacité de pro réduction. Ces dernières années, des recherches sur l'effet d'un enrichissement en oxygène du vent soufflé dans les hauts fourneaux ont été conduites dans le monde. I1 va sans dire que le but de ces recherches est d'améliorer le rendement des hauts fourneaux et que ce résultat a, dans une certaine mesure, été atteint, comme le montrent de nombreux rapports. C'est ainsi, par exemple, qu'il a été confirmé qu'un enrichissement en oxygène de 1 % du vent se traduit par une augmentation de la fonte soutirée d'environ 5 %. Toutefois, on sait qu'il existe une certaine limite dans la concentration en oxygène dans ce vent, limite qui se situe vers 25 à 26 %, et au-delà de laquelle de nombreux phénomènes gênants ou nuisibles apparaissent.C'est ainsi qu'on constate une augmentation du transfert de chaleur entre les phases solide et gazeuse, et une diminution de la vitesse de réaction résultant de l'insuffisance de la température dans la cuve. Plus précisément, la baisse ci-dessus de la température dans la cuve se traduit par une diminution rapide de la vitesse de réduction des minerais, ce qui a pour conséquence que des minerais non-réduits gagnent directement la zone du four où règne une température élevée, ce qui se traduit par une augmentation notable de la quantité de minerais soumise directement à une réduction Les expériences conduites par la Demanderesse ont montré que la baisse de température dans ladite cuve atteint environ 100 C dans le cas d'une concentration en oxygène de 26 7. dans le vent.Quand cette concentration dépasse 26 %, on constate un abaissement brusque de la température et une augmentation rapide de la consommafon de coke. On voit donc qu'il existe une limite, qui a été précisée ci-dessus, à l'enrichissement en oxygène du vent. De nombreux procédés perfectionnés ont été présentés et mis en pratique pour éliminer les inconvénients ci-dessus. C'est ainsi, par exemple, qutil est bien connu qu'on peut augmenter le volume des gaz dans la cuve en y injectant une huile lourde, de la vapeur ou du goudron par les tuyères. Dans ce procédé, la température de la région située sous les tuyères diminue, par suite de la réaction endothermique résultante et du carbone libre tend à être engendré. I1 va sans dire que ce phénomène est à éviter pendant la marche du four. Un autre exemple est le procédé CNRM qui vise à se débarrasser de la limite imposée à la surface de chauffe en transformant le haut fourneau en un four à cuve basse. Toutefois, il est confirmé que le procédé CNRM limite aussi la concentration d'oxygène dans le vent, celle-ci restant entre 25 et 26 %, comme mentionné. On connaît, en outre, un procédé Raick qui implique un fonctionnement complexe avec du gaz naturel ou de l'huile lourde, mais ce procédé ntest rien d'autre qu'un guide pour la conduite réelle du four, en considérant le bilan thermique total. On voit donc qu'un procédé permettant vraiment d'enrichir en oxygène le vent n'a en fait pas encore été découvert. La présente invention a été développée pour remédier aux difficultés ci-dessus. Les particularités de l'invention résident en ce qu'on souffle un gaz réducteur ou un gaz non-oxydant dans une zone située au-dessus de l'emplacement des tuyères, et en ce qu'on évite d'augmenter la chute de pression de ce gaz de soufflage par un choix judicieux du point d'insufflation dans le four et en ce qu'en même temps, un vent enrichi d'oxygène est soufflé par les tuyères. Dans ces conditions, le volume de gaz soufflé doit être choisi en tenant compte de la concentration d'oxygène du vent. Le but de la présente invention est de fournir un nouveau procédé pour conduire un haut fourneau qui permet de compenser, de façon stable, l'insuffisance de calories de la cuve. Selon l'invention, une réaction réductrice indirecte du minerai s' effectue, ce qui permet d'éviter que des minerais non-réduits gagnent directement la zone à haute température du four. Un autre but de l'invention est de fournir un nouveau procédé pour conduire un haut fourneau qui favorise une forte augmentation de la concentration en oxygène du vent. Dans ce cas, on peut obtenir facilement, sans augmenter la consommation de coke, un rendement élevé et une plus grande capacité de production du haut fourneau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est un diagramme montrant la variation de la consommation de coke en fonction de la concentration en oxygène du vent; - la figure 2 montre la variation de la perte de carbone en solution en fonction de la concentration en oxygène du vent; - la figure 3 illustre le profil de la distribution des températures le long du four, en fonction de la concentration en oxygène du vent; - la figure 4 montre l'amélioration de la distribution de la chaleur dans le four résultant du procédé de l'invention; - la figure 5 montre l'amélioration de la distribution de la température dans la cuve;; - la figure 6 illustre d'autres améliorations du profil de la distribution des températures le long du four, qui sont influencées par la concentration d'oxygène du vent; - la figure 7 montre le rapport atomique O/Fe basé sur le procédé de l'invention; - la figure 8 montre la variation du rapport atomique ci-dessus résultant du volume de gaz réducteur soufflé; et, - la figure 9 montre la relation entre le volume de gaz réducteur soufflé et la concentration d'oxygène du vent. En se référant à la figure 3, on voit des températres réelles en fonction de diverses concentrations d'oxygène dans le vent, mesurées en huit points différents, allant du gueulard aux tuyères, dans un haut fourneau industriel ayant une capacité de production de 2000 tonnes/jour, ces mesures étant comparées avec la conduite normale de ce haut fourneau. On voit que le profil de la distribution des températures change en sens inverse au septième point de mesure, c'est-à-dire que la température baisse rapidement dans la cuve et inversement qu'elle augmente rapidement dans les étages. Ces variations se produisent avec des concentrations d'oxygène supérieures à 25%.Ces changements s'accompagnent d'une augmentation rapidede la quantité de coke consommée, comme le montre la figure 1 où on a indiqué par une courbe continue la valeur théorique et par une courbe en tirets la valeur réelle, en même temps que les pertes de solution du carbone augmentent sensiblement, comme le montre la figure 2. Ceci montre, de façon évidente, que le préchauffage et la réduction indirecte des matières premières varient dans le mauvais sens, et qu'il en résulte une augmmentation de la quantité de matières premières subissant une réduction directe et qui gagnent la zone à haute température en étant relativement froides et non-réduites. Il est donc évident que ce profil de la distribution des températures dans le haut fourneau n'est pas avantageux pour la conduite de celui-ci. Il va sans dire, que des contre-mesures appropriées doivent par conséquent être prises. A ce point, on peut noter que les études mentionnées ci-dessus sont insuffisantes pour résoudre ce problème et sont loin de régler la question. La présente invention apporte-des contre-mesures satisfaisantes et permet facilement de maintenir le profil de la distribution des températures dans des limites normales, c'est-à-dire correspondant à une concentration d'oxygène de 21 %, quand cette concentration est très supérieure à la normale. De ce fait, la baisse de température qui se produit dans la cuve est compensée. Dans le procédé de l'invention, un gaz réducteur ou non-oxydant est insufflé dans le four, à une position convenable pour compenser l'insuffisance de la température dans la cuve dudit haut fourneau. Ce soufflage doit être soigneusement étudié, c'est-à-dire, doit avoir lieu à la position la mieux adaptée et avec le volume de gaz qui convient. En premier lieu, en ce qui concerne la position qui convient le mieux, on choisit un emplacement supérieur à la position de la tuyère et dans une zone où ne se produit pratiquement pas de baisse de pression du gaz de soufflage. Concrètement, on peut recommander la partie supérieure des étalages ou la partie inférieure de la cuve comme étant la position de soufflage la plus avantageuse, compte tenu de la capacité de production et des exigences opératoires du haut fourneau utilisé. En second lieu, le volume de gaz soufflé doit être déterminé en tenant compte de la concentration n oxygène du vent desdites tuyères. La figure 3 montre les variations de la température dans le cas ci-dessus, en tant qu'exemple expérimental, la figure 5 montrant les variations de température en fonction de la hauteur de la cuve. Ces graphiques ont été obtenus dans les conditions de fonctionnement suivantes avec un haut fourneau industriel d'une capacité de production de 1300 tonnes/jour Courbe A ; courbe théorique des températures nécessaires pour le fonctionnement dudit four. Courbe 1 : courbe de la chaleur dépensée dans le fonctionnement normal du four avec 21 % de 02 Courbe 2 : courbe de la chaleur dépensée en opérant avec 26 % de 02. Courbe 2': courbe de la chaleur dépensée dans le fonctionnement combiné où le gaz réducteur de 1000"C et sous un débit de 540 m3/tonne de fonte est soufflé dans le four en même temps qu'on opère selon la courbe 2. Courbe 3 : courbe de la chaleur dépensée en opérant avec 31 % de 02. Courbe 3': courbe de la chaleur dépensée dans le fonctionnement combiné où le gaz réducteur à 1200"C et à raison de 890 m3/tonne de fer brut est soufflé dans ledit four en même temps qu'on opère selon la courbe 3. En se référant maintenant à la figure 4, on voit que la chaleur dépensée dans la zone de réduction indirecte est très inférieure non seulement à celle du fonctionnement normal, ctest-à-dire, selon la courbe l de la figure 4, mais également selon la valeur théorique, c'est-à-dire selon la courbe A de la figure 4, quand la concentration en oxygène du gaz insufflé augmente. Comparativement à la technique antérieure, on voit que quand le gaz réducteur est insufflé dans le haut fourneau, il en résulte une amélioration remarquable de cette insuffisance de chaleur, comme le montrent les courbes 2' et 3' de la figure 4. Même en opérant avec 31 % de 02, ce dont résulte une insuffisance notable de calories, l'introduction d'un volume convenable de gaz réducteur, comme mentionné ci-dessus, permet d'obtenir facilement la température nécessaire Dans ce cas, la température dans cette zone de réduction indirecte est compensée comme le montre la figure 5. On voit donc que la limite de la technique antérieure a été dépassée par le procédé selon l'invention. La figure 6 montre les profils de la distribution des températures le long dudit haut fourneau, profils obtenus par d'autres opérations expérimentales répétées. Ces profils correspondent à des concentrations de 2 de 25 et de 28% , qui sont basées sur la technique antérieure et sur le procédé de l'invention, comparativement à un procédé standard. La température et le volume du gaz réducteur introduit, dans le cas d'une concentration de 02 de 25 % est d'environ 12500C et de 490 m3 par tonne de fonte brute, tandis que dans le cas d'une concentration en 02 de 28 %, la température est d'environ 1300"C et le volume de 585 m3 Le gaz réducteur est, dans le premier cas, introduit à un emplacement élevé desdits étalages et, dans le second cas, à un emplacement inférieur de ladite cuve.Les points de mesure sont constitués par dix trous incluant ladite tuyere. En se référant à la figure 6, on voit clairement que le mode de soufflage du gaz réducteur selon l'invention a compensé la baisse de température qui se produit dans les procédés de la technique antérieure et que le profil de la distribution des températures résultant du procédé de l'invention concorde avec celui du fonctionnement normal. Les figures 7 et 8 montrent la manière dont le rapport atomique 0/Fe (yd) augmente avec la concentration d'oxygène et, inversement, diminue quand le volume de gaz réducteur insufflé augmente. Ces courbes sont basées sur des essais expérimentaux. I1 est bien évident que le volume de gaz réducteur insufflé, compte tenu de la concentration de celui-ci en 02, doit être étudié. Le résultat de ces études est représenté sur la figure 9. Plus précisément, cette figure montre la relation la plus avantageuse entre la concentration de 02 dans le gaz réducteur insufflé et le volume de soufflage.Sur la figure 9, on voit que la limite supérieure du volume de gaz réducteur soufflé est de 1070s3/tonne de fonte brute dans le cas d'une concentration de 02 de 21 %, et de 1250 m3 à 40 % de 02, et que la limite inférieure est Om à 25 % de 02 et 3 850 m au-dessus de 40 % de 02. Ainsi donc, en sélectionnant les concentra- tions d'oxygèneet le volume du gaz réducteur insufflé dans le cadre de la figure 9, on peut facilement augmenter le rendement et améliorer la capacité de production du haut fourneau, sans qu'il en résulte une augmentation de la perte de solution du carbone, ctest-à-dire, une augmentation de la consommation de coke.Selon un autre exemple, quand on utilise le procédé de l'invention avec un vent enrichi de 10 % d'oxygène, c'est-à-dire avec une concentration de 2 de 31 %, dans un haut fourneau ayant une capacité de production de 6000 tonnes/jour, on obtient une productivité d'environ 9000 tonnes/jour, tout en maintenant la consommation de coke à 374 kg/tonne de fonte brute. La raison de ces améliorations de productivité et d'efficacité réside dans le fait que la limite de la surface de chauffe est dépassée et que la baisse de température dans la cuve est bien compensée, ce dont résulte un préchauffage efficace de la charge et une réaction de réduction indirecte de celle-ci. De plus, la diminution de la quantité d'azote et du volume de gaz par tonne de fer brut, peut être réalisée dans la région inférieure du haut fourneau. En conséquence, il est à noter que la contre-pression rencontrée par le vent, et qui impose une limite à l'opération, décrit. Il va sans dire que ce qui précède a pour résultat d'augmenter la capacité de production et de diminuer la consommation de coke. Il convient en outre de remarquer que les gaz de soufflage, qui ont une énergie potentielle élevée, peuvent être récupérés et utilisés comme source de chaleur à des fins quelconques. Dans le procédé de l'invention, on utilise, comme il a été mentionné cidessus, un gaz réducteur, par exemple un gaz dénaturé d'une huile lourde, mais il va sans dire qu'un gaz non-oxydant peut aussi être utilisé efficacement. I1 est à noter que le procédé de l'invention se prête à de nombreuses modifications, par exemple en ce qui concerne la nature du gaz réducteur ou du gaz non oxydant, de la position du point de soufflage, du volume et de la température dudit gaz, ainsi que de la concentration en oxygène du vent. Tous ces facteurs peuvent être judicieusement utilisés dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé combiné pour conduire un haut fourneau, caractérisé en ce qutoninsuffle un gaz réducteur dans une zone dans laquelle ne se produit presque pas de chute de pression par un emplacement approprié situé au-dessus de la position de la tuyère, et en ce qu'on insuffle en même temps un vent enrichi d'oxygène par cette tuyère, en établissant ainsi le long dudit haut fourneau une distribution des températures très voisine du profil optimal. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz insufflé est un gaz non-oxydant. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil optimal est celui correspondant à une concentration du vent en oxygène de 21 %. 4.- Procédé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que la concentration en oxygène du vent peut atteindre jusqutà environ 40 v/O 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'emplacement approprié est l'extrémité supérieure des étalages. 6.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'emplacement approprié est la région inférieure de la cuve. 7.- Procédé selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le vo 3 lume de gaz réducteur est compris entre Om3 et 1250 m3 par tonne de fonte brute, selon la concentration en oxygène du vent. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la température du gaz réducteur insufflé est comprise entre environ 1000" et 1350"C.