Brevet FR2294142A1 — publié le 19760709

PERFECTIONNEMEWT DES CONDITIONS D'EXPLOITÂTIONS ECONOMIQUES DU CUBILOT Â VENT CHAUD BASIQUE A MiRCHE REDUCTRICE GRÂCE A UNE TECHNIQUE SPECIALE DE PREPARATION DES CHARGES. Le cubilot à vent chaud basique est constitué par un four à cuve dans lequel une charge métallique est fondue grtce aux calories apportes par la combustion du coke ajouté à la charge avec de l'air souffl4 et préalablement réchauffé. Le fait que l'on introduise l'air chaud permet de développer dans l'ouvrage des températures plus élevées qu'en cas d'insufflation d'air froid. Ce-niveau supérieur de température peut permettre à certaines réactions de se développer comme par exemple la réduction de la silice en silicium et des oxydes de fer en fer. En ce qui concerne les oxydes de fer, pour obtenir une réductien suffisamment pousse correspondant à la formation d'un laitier titrant moins de 1% d'oxydes de fer il est nécessaire de ionctionner avec dans la charge une teneur en carbone élevée. Cet état de chose, tient à deux raisons principales, d'une part pour que ce type de réaction soit suffisamment rapide il faut développer dans la zone chaude de l'appareil une forte température et d'autre part la teneur en C02 des gaz produits doit être fai- ble en regard de la teneur en CO faute de quoi si le rapport C02 sur CO + C02 est trop élevé le processus de réduction est arrVté. Immédiatement au nez des tuyères la combustion du carbone s'eifectue en grande partie en C02 il faut donc que les gaz surchautiés traversent une couche suffisante de coke pour que la réaction C02 + C-+ 2 CO ait le temps de se produire, ce qui implique là aussi de fortes températures et une certaine épaisseur de coke. L'appareil dans de telles conditions fonctionnera en allure fortement réductrice, et permettra d'obtenir des produits liquides très chauds dont les laitiers auront des teneurs en oxyde de fer particulièrement réduites. De plus gracie aux fortes températures atteintes il sera possible de produire des laitiers à haut point de fusion correspondant à des laitiers basiques ceux-ci permettant en cas où l'objectif visé est la production de fonte de moulage d'éliminer sous forme de sulfure de calcium le soufre contenu en général dans le combustible et d'obtenir par conséquent une fonte parfaitement désulfurée. Les importants avantages métallurgiques de ce procédé impliquent malheureusement les inconvnients suivants d'une part le four de fusion doit Outre réalisé pour assurer un fonctionnement stable malgré les très fortes températures développées, ce qui pose des problèmes spécifiques à la qualité des réfractaires protégeant la tôlerie du four, au mode d'introduction de l'air chaud etc... ce sont des questions de technologie qui sont pratiquement résolues. D'autre part il faut consentir à une dépense élevée de calories par tonne de liqui de produit, un très fort pourcentage d'énergie s' échappant du four dans les gaz sous forme de chaleur potentielle en CO. En effet si la combustion de Ikg de carbone en C02 développe 7,83 thermies, ce même kilog de carbone ne développe plus que 2,24 thermies s'il brûle sous forme de CO. A partir du moment, où, du fait du taux de carbone de la charge, ungaz à fort pourcentage de CO est produit (rapport CO sur C02 supérieur à 7 par exemple) il est d'autre part illusoire de tenter d'améliorer le bilan de combustion en brayant ce gaz par une injection supplémentaire d'air dans la z8ne supérieure du four car cette opération se traduirait par une élévation de la température de sortie des gaz d'où une perte supplémentaire par chaleur sensible ainsi que par une perte en carbone fixe par la possibilité de développement à nouveau de la réaction Le cubilot à vent chaud basique peut avoir d'autres applications que la fabrication de fonte de moulage, ses perfomances peuvent être utilisées par exemple pour la fabrication de ciments réfractaires ayant l'analyse suivante :Alumine supérieure ou égale à 50 , chaux de l'ordre de 40 %, silice inférieure à 8 %, oxyde de fer inférieure à 1 %. L'alumine entrant dans la composition de la charge n'existe que très rarement dans la nature sous forme pure et le minerai utilisé le plus généralement est la bauxite qui confient malheureusement des impuretés couve la silice et l'oxyde de fer et de titane. La chaux est fournie par la castine qui est du carbonate de chaux. La silice provient en partie aussi des cendres du combustible utilisé. La charge sera donc constituée de calcaire, de bauxite et de coke. Dans le cubilot l'oxyde de fer contenu dans la charge sera réduit, transformé en fonte, l'alumine, la chaux, la silice se combineront pour former le laitier. Les deux produits liquides se sépareront du fait de leur densité dans le creuset de l'appareil. L'opération métallurgique se déroulera correctement comme prévu sous réserve d'avoir une charge suffisamment riche en combustible, cela représentera une dépense d'énergie élevée mais en contre partie on produira une importante quantité de gaz pauvre dont une partie pourra être utilisée pour le préchauffage du vent, le reste étant disponible. Le procédé suivant l'invention concerne l'adjonction d'un four spécial de calcination des matières premières par combustion de gaz avec de l'air excédentaire disponible produit par le cubilot améliorant le bilan global de l'opération. Si nous reprenons les différentes quantités d'énergies à consommer pour mener à bien l'opération nous pouvons les diviser en 2 parties principales : Premièrement les calories nécessaires à la fusion proprement dite et à la réduction des oxydes de fer. Deuxièmement les calories ngcessaires à la décarbonatation de la castine et à la dJshydratation de la bauxite. Ces deux dernières sources de dépenses Si elles sont inévitables ne doivent pas nécessairement entre effectuées dans le cubilot, elles peuvent parfaitement s'accomplir dans une instaBwtion annexe et entre obtenues justement gracie à la combustion du gaz excédentaire disponible. Le cubilot sera alors chargez avec un mélange de coke, bauxite déshydratée, chaux, le pourcentage de coke étant notablement réduit, les trois constituants devant être d'une granulométrie voisine. La quantité d'air nécessaire à la combustion du coke sera diminuée en proportion de la réduction du taux de coke de la charge les conditions d'échange gaz matière de la partie supérieure du cubilot resteront satisfaisantes et le bilan global sera nettement amélioré. Dans certains cas particuliers on sera conduit à utiliser de la bauxite non pas en morceaux mais sous forme de fines, ces fines devront alors être préalablement briquetées à l'aide d'un liant approprié. Si les agglomérés obtenus sont susceptibles de subir une opération de calcination en atmosphère oxydante sans détérioration ils pourront être chargés avec le calcaire dans le premier four de calcination comme indiqué plus haut. On pourra de plus profiter de l'obligation d'agglomérer les fines de bauxite pour les mélanger à un combustible et briqueter l'ensemble à l'aide d'un liant. L'aggloméré pourra alors subir dans un four de cuisson en atmosphère réductrice une opération de carbonisation présentant l'intérèt supplémentaire éventuel d'assurer une pré-réduction des oxydes de fer contenus. Dans ce cas, la castine subira seule l'opération séparée de calcination en atmosphère oxydante par combustion des gaz de cubilot et on devra adjoindre à l'installation un four de carbo nisation des agglomérés bauxite charbon ; les gaz produits par le cubilot et le four de carbonisation pourront êtreutilisés suivant les besoins respectifs des deux fours de traitement thermique. Le carbone fixe contenu dans l'aggloméré ne sera pas brûlé et viendra en déduction du taux de carbone de la charge du cubilot. L'économie de calories résultant de l'application du procédé ci-dessus décrit objet de l'invention pourra étre supérieure à 30 % et présentera l'avantage d'accroitre proportionnellement les capacités nominales des installations de fusion. La figure unique ci-jointe schématise le fonctionnement de l'installation. Dans le four A disposé à la partie supérieure de la page sont chargés en proportion convenable le calcaire 1 et la bauxite 2 En 3 se fait l'injection des gaz excédentaires du cubilot ; en 4 l'injection d'air froid. L'air traverse les produits qui viennent d'entre cuits, se réchauffe en les refroidissant et brûle avec le gaz introduit en 3. La circulation gazeuze peut être assurée par un ventilateur extracteur de fumées 5 disposé au sommet de l'ap- pareil. Les produits cuits, chaux et bauxite déshydratée sont alors introduits avec une addition de coke 6 dans le cubilot B soufflé au vent chaud en 7 les gaz dégagés au gueulard en 8 sont dirigés: partie vers les réchauffeurs du cubilot 9 et réchauffent le vent froid 10, partie vers le four A en 3. Le laitier 11 et la fonte 12 sont extraits du cubilot. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication de ciment alumineux au cubilot à vent chaud à marche réductrice, à partir de bauxite, calcaire et combustible (coke) permettant d'obtenir un ciment alumineux à très basse teneur en oxyde de fer, à partir d'une technique spéciale de préparation des charges. 2/ Procédé suivant revendication 1 caractérisé par le fait que la bauxite et le calcaire subissent avant d'être chargés dans le cubilot un traitement de calcination dans un four séparé, les calories nécessaires aux opérations de caLcination étant fournies par une partie des gaz excédentaires disponibles produits par le cubilot assurant la fusion. 3/ Procédé suivant revendications 1 et 2 limitant les besoins calorifiques du cubilot aux opérations de réduction des oxydes de fer et de fusion de la gangue. 4/ Procédé suivant revendications 1 - 2 et 3 caractérisé par le fait que la teneur en soufre des laitiers fondus obtenus étant en relation directe avec la proportion de carbone de la charge puisque c'est en général le combustible qui apporte le soufre, les laitiers obtenus auront une teneur en soufre d'autant plus basse que la teneur en carbone de la charge sera plus réduite. 5/ Procédé suivant revendications 1 - 2 - 3 et 4 caractérisé par le fait que la bauxite sous forme pulvérulente briquetée en mélange avec un combustible et avec un liant approprié subie avant d'être chargée au cubilot une opération de calcination en atmosphère réductrice assurant de plus une réduction partielle ou totale des oxydes de fer contenus.