Brevet FR2297922A1 — publié le 19760813

La présente invention concerne la préparation par agglomération des charges pour les haut-fourneaux et plus particulièrement le préchauffage de la charge avant son déversement sur l'installation d'agglomération. L'agglomération notamment sur grille est, corne on le sait, une opération thermo-chinique de préparation de la charge destinée au haut-fourneau qui permet de transformer les minerais de fer 0-10 mm fins en un matériau de granulométrie 5-40 mm mieux adapté au fonctionnement du contre courant gaz-solides dans le four a cuve. On rappellera que cette opération comprend trois phases, la préparation de la charge d'agglomération, la phase de cuisson de cette charge sur une grille continue et la phase de calibrage, de refroidissement et de criblage de l'aggloméré conduisant à l'obtention de deux produits : l'aggloméré marchand calibré destiné au haut fourneau et les fines de retour appelées à être recyclées dans l'installation. La préparation de la charge d'agglomération consiste, dans un premier temps, a effectuer le dosage et le mélange des différents constituants comprenant, outre les fines de minerai, les fines de retour devant être recyclées, le conbus- tible solide nécessaire a ltopération de cuisson, et enfin des additions diverses sous forme de fondants ou de produits de récupération de l'usine. Ce mélange est, dans un second temps, sirniltanément humidifié, malaxé et nodulisé de façon a lui conférer une perméabilité compatible avec un bon écoulement gazeux lors de l'opération de cuisson sur la grille. La charge préparée est ensuite déposée en une couche d'une épaisseur déterminée sur la chaîne d'agglomération ou elle est tout d'abord allumée sous une hotte. Une fois effectué l'allumage du combustible solide contenu dans la couche supérieute du mélange, la combustion se propage du niveau supérieur au niveau inférieur de la couche grâce a l'aspiration d'air produite en maintenant une dépression constante dans les différentes botes à vent situées sous la grille. Quand la cuisson atteint le niveau de la grille, l'opération est consi dérée comme terminée ; le gâteau d'aggloméré est défourné et subit alors la dernière phase de calibrage, de refroidissement et de criblage. Dans une variante récente de l'opération, l'aggloméré est refroidi sur la chaîne et défourné froid a l'inverse des chaînes traditionnelles où l'aggloméré défourné chaud est criblé avant de passer dans un refroidissoir indépendant. L'opération d'agglomération exige pour obtenir la cuisson de l'aggloméré une certaine quantité de combustible solide, poussier de coke, charbons maigres .., dont le coût représente environ 60 Z des frais de fabrication de l'aggloméré. On comprend donc que l'exploitant d'une chaîne recherchera en plus par tous les moyens le fonctionnement optimal c'est-a-dire celui qui permet la production voulue pour la consommation minimale de combustible ; il l'obtiendra en choisissant un taux de fines de retour adéquat et en adoptant la hauteur de couche fournissant la production demandée. Dans ces conditions la chaîne fonctionnera avec une consommation minimale de combustible. Toutefois pour maintenir une hauteur de couche déterminée il importe que la porosité de celle-ci reste suffisante. Or, il apparait sur une chaîne alimentée avec Ime charge froide un phénomène qui tend a diminuer la perméabilité de la charge et ralentir la vitesse d'agglomération. En effet, dans une charge en cours d'agglomération se développent plusieurs phénomènes - le phénomène de transfert de chaleur du niveau supérieur au niveau inférieur de la couche créant un front à haute température, environ 13000C, ou front de flamme dont la vitesse de propagation ne dépend que du débit gazeux traversant la charge, - le phénomène de combustion du carbone solide, créant un front chimique de combustion dont la vitesse est directement liée aux caractéristiques du combustible, - le phénomène de recondensation de la vapeur d'eau au niveau du mélange non aggloméré créant un front d'eau, précédant le front de flamme, qui provoque une forte perte de charge dans l'écoulement des gaz à travers la charge solide en raison de la diminution de la perméabilité des couches inférieures de la charge. L'existence de ce front d'eau s'explique de la façon suivante L'eau contenue dans les minerais (eau de constitution et eau d'humidité) et l'eau ajoutée pour permettre la nodulisation des particules fines, fixent la teneur en vapeur d'eau des fumées sortant du front de flamme et donc le point de rosée correspondant (70 OC pour les minerais lorrains et 550C pour les minerais riches). Si la température de la charge est inférieure au point de rosée des fumes il y a condensation de la vapeur et la chaleur dégagée sert a réchauffer le mélange solide jusqu'au point de rosée. Il y aura d'autant plus d'eau de condensation que le mélange déposé sur la chaîne contient plus d'eau et qu'il est plus froid.Cet effet de condensation peu meme conduire à la formation de couches boueuses dans la partie inférieure de la charge d'où une diminution considérable de la perméabilité de la couche. Le front d'eau se forme dans les premiers moments de ltopération et subsiste jusqu 'à ce que la zone sèche atteigne la grille. L'existence de ce front d'eau, augmente la perte de charge dans la couche, et entraîne une diminution de la production de l'installation. Pour satisfaire au niveau de production souhaité l'exploitant est amené à abaisser la hauteur de couche et donc 3 consommer plus de combustible. Dans le but de diminuer l'importance du front d'eau, des techniques de préchauffage de la charge ont été expérimentées. On comprend en effet que si la tenpérature de la charge est supérieure au point de rosse il n'y aura pas recondensation de l'eau ou du moins une recondensation très faible. Toutefois les techniques de préchauffage expérimentées consistaient le plus souvent à réchauffer la charge par des gaz chauds. On a également proposé de chauffer la charge dans le tambour nodulateur au noyen de brûleurs. Il est alors évident que l'on a beaucoup de mal pour regler le degré d'humidité nécessaire dans la charge et que lton risque de déshydrater cette dernière. Le but de la présente invention est de fournir un procédé et un dispositif pour fournir une charge préchauffée et d'humidité optimale afin d'éviter la condensation d'eau dans la charge en cours d'agglomération. A cet effet l'invention a pour objet un procédé d'agglomération de minerai de fer consistant à préparer une charge formée principalement d'un mélange humidifié et malaxé de minerai fin et de combustible solide, à déposer ce mélange en couches sur une chaîne d'agglomération où l'on réalise sa cuisson et dans lequel on effectue un préchauffage de la charge avant de la répandre sur la chaîne ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on réalise le préchauffage de la charge par de la vapeur qui fournit à la fois l'apport de calories nécessair au préchauffage et une partie de l'eau nécessaire à l'humidification de la charge. Toujours selon l'invention le complément d'eau nécessaire à l'humidification de la charge est fournie sous forme d'eau liquide injectée dans le tambour. Par ailleurs la température correspond sensiblement à la température d'équilibre eau vapeur - eau liquide dit "point de rosée" dans la charge sur la chaîne. Selon une autre caractéristique de l'invention la vapeur d'eau est produite par récupération de la chaleur sensible des gaz utilisés pour le refroidissement des produits agglomérés. L'invention a également pour objet un dispositif pour préparer des agglomérés de minerai de fer comprenant une chaîne d'agglomération et ses annexes boîtes à vent, hotte d'allumage, ventilateurs ... comprenant en amont de la chaîne un tambour de nodulisation dans lequel on introduit la charge froide pour la réchauffer et l'humidifier par injection dans le tambour de vapeur d'eau et d'eau liquide. Dans le cas ou la chaîne comporte un refroidissement sur grille le dispositif comprend une chaudière de production de vapeur chauffée par les fumées issues du refroidissement de la charge. Comme on le comprend l'invention a pour objet des améliorations à l'agglo mération des minerais de fer qui consistent à préchauffer la charge afin d'éviter au cours de l'agglomeration le phénomène de recondensation et à réaliser ce préchauffage au moyen de vapeur d'eau. L'utilisation de vapeur d'eau comme agent calo-porteur permet d'apporter également une grande partie de l'eau nécessaire à la nodulisation,le complément étant fourni par introduction d'eau liquide suivant le même principe que celui exploité couramment. Cette façon de faire est particulièrement intéressante car elle permet, étant donné la température de préchauffage de récupérer l'importante chaleur latente de liquéfaction de la vapeur pour réchauffer le mélange tout en fournissant un apport d'eau assurant la nodulation des fines. De plus, la fraction complémentaire d'eau nécessaire étant introduite sous forme d'eau liquide on peut l'utiliser pour récupérer la vapeur qui n'aurait pas été piégée au cours du contact de celle-ci avec les matières solides. Pour obtenir un bon captage de cette vapeur libre on procède à l'introduction de liteau liquide par pulvérisation au-dessus du produit solide. On notera que cette technique permet d'augmenter notablement la température de la charge de manière peu coûteuse en énergie. Le procédé mis au point par le demandeur permet d'obtenir un accroissement notable de la productivité d'une chaîne travaillant en temps ordinaire avec une charge froide. Pour montrer l'intérêt de l'invention on va donner dans le tableau ci-dessous les résultats d'essais entrepris par le demandeur avec des mélanges industriels dont le pourcentage d'humidité était de 13 à 16 % à froid et 13 à 16,5 % après préchauffage. Depression sous Température OC | Gain de n mélange Hauteur de grille Référence Préchauffage producti couche cm mm CE vité en Z 27 750 200C 74 37 I 27 750 200C 43 7,5 27 750 200C 32 7,5 27 27 1 000 180C 70-75 33 2 27 1 000 180C 45-50 12 27 1 000 180 C 65-70 31,5 28 300 180C 70 30 3 28 1 000 18"C 32 10,5 28 1 000 180 52 24 28 1 000 180C 72 32 Les résultats consignés dans ce tableau mettent en évidence d'une façon particulièrement nette l'intérêt du préchauffage de la charge puisque l'on constate une augmentation tres nette de la productivité. On peut donc dire avec certitude qu'avec une hauteur de couche et une dépression dans les boltes à vent constantes la productivité augmente d'au moins 20Z pour une charge préchauffée par rapport au fonctionnement en charge froide.Sachant par ailleurs que la productivité est approximativement inversement proportionnelle à la puissance 0,6 de la hauteur de couche, on pourra du fait de l'amoindrissement et même de la disparition du front d'eau, assurer un meme niveau de production avec une hauteur de couche plus importante d'environ 30Z, lorsque la charge est préchauffée à 700C, d'où une diminution notable de la consommation de charbon. Par exemple dans le cas de minerai lorrain on pourra tout en maintenant la production de l'installation passer d'un fonctionnement avec une hauteur de couche de 35 cm correspondant à une consommation de charbon de 88 kg/t d'agglomere à un fonctionnement avec une hauteur de couche de 46 cm correspond dant à une consommation de combustible de 74 kg/t.On voit donc que l'on peut tabler sur une économie de combustible de 10 à 15Z. Pour fixer les idées, on va maintenant décrire à titre d'exemple un schéma d'installation en regard de la planche de dessin sur laquelle la figure unique représente une chaîne à grille mobile et des dispositifs de préchauffage. Dans la zone I on a représenté la préparation de la charge froide qui consiste à mélanger entre eux le minerai broyé, le combustible solide et les additions diverses tels que les fondants. Ce mélange est introduit dans un tambour noduliseur 2 dans lequel on injecte sur le produit de la vapeur d'eau 3. Afin de capter la vapeur n t ayant pas réagit et pour fournir l'apport d'eau complémentaire à la charge, le tambour est équipé d'une rampe de pulvérisation -interne 4 par laquelle on pulvérise de l'eau liquide sur la charge en cours de déplacement. Le tambour 2 débouche à sa partie inférieure dans une enceinte 5 à la base de laquelle on évacue le mélange préchauffé. La partie supérieure de l'enceinte comporte une cheminée 6.Le mélange chaud est introduit alors dans une trémie de chargement 7 et disposé en couche 8 sur la grille 9 de la chaîne 10 par l'intermédiaire d'un rouleau répartiteur 11. La chaîne 10 comporte les éléments structuraux communs à toutes les chaînes c' est-à-dire une hotte d'allumage 12 et des boîtes d'aspiration 13 pour aspirer à travers la couche 8 l'air destiné à entretenir la combustion du charbon. L'air est aspiré par l'intermédiaire d'un ventilateur dit de "cuisson" 14 à travers des électrofiltres dépoussiéreurs 15 et évacués par la cheminée 16. La chaîne représentée comporte une zone de refroidissement 17 au long de laquelle on aspiré de l'air destiné à refroidir la charge. On note donc la présence d'une autre série de boîtes à vent 18 et d'un ventilateur 19.Selon l'invention l'air chaud issu du refroidissement est dirigé vers une claudiere de rccupération 20 qui sert a produire la vapeur d'eau utilisée dans le tambour noduliseur 2 pour le préchauffage de la charge. La charge refroidie est ensuite passée dans un crible 21 pour séparer les fines qui sont recyclées de la charge utile qui est dirigée vers le haut fourneau. Cette description est très schématique mais une telle installation ne met en jeu que des éléments connus individuellement ou de réalisation très simple. Il est cependant évident que toutes les chaînes industrielles ne comportent pas le refroidissement sur grille décrit. Il n'en est pas moins vrai que le procédé est applicable car il suffit de produire la vapeur d'eau dans une chaudière consommant des combustibles récupérés dans l'usine (gaz de haut fourneau, gaz d'aciérie ...). Bien que le gain de productivité réalisé sur les chaînes soit toujours notable par suite de la mise en oeuvre de l'invention il est particulièrement spectaculaire pour les chaînes d'agglomération travaillant en minerais limonitiques (minerais lorrains par exemple) dont la forte -humidité et la forte teneur en eau de constitution provoque la formation d'un front d'eau très important. REVE NDICATIONS 1- Procédé d'agglomération de minerai de fer consistant préparer une charge formée principalement d'un mélange humidifié et malaxé de minerai fin et de corihustible solide, e déposer ce mélange en couche sur une chaîne d'agglomération où l'on réalise sa cuisson et dans lequel on effectue un préchauffage de la charge avant de la déposer sur la chaîne ledit procédé étant caractérisé en ce que iton réalise le préchauffage de la charge par de la vapeur qui fournit à la fois l'apport de calories nécessaires au préchauffage et une partie de liteau nécessaire à l'humidification de la charge. 2- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le complément d'eau nécessaire à l'humidification de la charge est fourni sous forme d'eau liquide injectée dans le tambour. 3- Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que la température de préchauffage correspond environ à la température d'équilibre eau vapeur eau liquide dans la charge sur la chaîne. 4- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vapeur d'eau est produite par récupération de la chaleur sensible des gaz utilisés pour le refroidissement des produits agglomérés. 5- Dispositif pour préparer des agglomérés de minerai de fer comprenant une chaîne d'agglomération et ses annexes, caractérisé en ce qu'il comprend en amont de la chaîne un tambour de nodulisation dans lequel on introduit la charge froide pour la chauffer et l'humidifier par injection dans le tambour de vapeur d'eau liquide. 6- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la chaîne comprenant un refroidissement sur grille il comprend une chaudière de production de vapeur chauffée par les fumées issues du refroidissement de la charge.