Brevet FR2297244A1 — publié le 19760806

Cette invention concerne un matériau à base d'oxyde de fer utilisé en fonderie et un procédé pour prodùirèdu fer en partant d'un tel matériau à l'état finement divisé. Dans certains procédés mis en oeuvre dans l'industrie métallurgique, l'oxyde de fer en tant que matériau se dégagesous forme d'une poussière extrêmement fine. Dans les hautfourneaux, par exemple, la poussière des fumées contient de l'oxyde ferrique finement divisé. Ce matériau est également présent dans la poussière de carneaux en provenance des convertisseurs L.D. Telles quelles, ces poussières d'oxyde métallique finement divisées ont une faible valeur commerciale car leur finesse les rend difficilement réutilisables. Il est coûteux et difficile de traiter utilement ce produit C'est donc un objet de la présente invention que dé permettre à un tel matériau. d"être avantageusement utilisé. Selon l'un des aspects-de la présente invention, un procédé de production de fer à partir d'un matériau à base d'oxyde de fer finement divisé consiste à mettre en' forme l'oxy- de de fer finement divisé mélangé à du charbon en poudre ou à de la poussière de charbon contenant moins de 8% en poids de produits volatils ou bien à du coke en poudre, pour obtenir des briquettes en utilisant un agent liant, ces briquettes une fois séchées étant brûlées dans unhaut-fourneau. Cet oxyde de. fer peut provenir de la poussière des carneaux ou de la poussière des fumées, mais une partie ou la totalité de ces poussières peut. être remplacée par des écailles et battitures de rouille rédui- tes en poudre. Cependant, ce procédé est particulièrement @avan- tageux lorsqu'on traite la poussière de carneaux ou de 'fuées. En mettant en oeuvre le procédé ci-dessus, le matériau oxyde de fer est combiné dans les briquettes avec du charbon ou du coke faisant fonction d'agent réducteur. De telles briquettes peuvent être directement chargées dans un haut-fourneau. Bien qu'il soit possible de charger le haut-fourneau seulement avec ces briquettes, dans la pratique, il est recommandé de les considérer comme constituant une partie de la charge, le reste de cette dernière étant représenté par des matériaux conventionnels, tels que, par exemple, le minerai de fer et le coke. Pour utiliser normalement une briquette dans un haut-fourneau, elle doit presenter une resistance mésanique appropri@@@ parti- ulièrement lorsqu'elle est carbonisée. Le matériau oxyde fine ment divisé ne doit pas être immédiatement libéré par suite de la désintégration de la briquette. Il convient de se rappeler que ce matériau finement divisé est, en géneral, de la poussière de fumée ou de la poussière de carneau comme on l'a déjà mentionné et qu'il peut entre, par conséquent, facilement entraîné avec les gaz s'échappant du haut-fourneau; il faut donc que la briquette puisse retenir cette poudre jusqu'à ce que l'oxyde soit réduit. Selon un autre aspect de la présente invention, il est prévu une briquette composée d'oxyde de fer finement divisé en combinaison avec du charbon en poudre ou avec de la poussière de charbon tirée d'un charbon de blase contenant moins de 8% de substances volatiles, ou bien avec du coke en poudre ou de la poussière de coke mélangée à un pourcentage-de noir de carbone compris entre 1,25 h et 2,75a/o et un pourcentage de liant à base de résine thermodurcissable compris entre 2,500/p et 4%, résine qui cède du carbone pendant la carbonisation, la proportion d'oxyde de carbone et de charbon étant telle qu'il existe un excès de carbone par rapport à la quantite stoéchiométrique requise pour la réduction de l'oxyd9. La proportion de noir de carbone est, de préférence, comprise entre 1,5 et 2,59 et doit être approximativement égale à 50% du poids de la résine thermodurcissable. Le pourcentage de résine est préférablement compris entre 2 et 3 %. L'invention a trait également à un procédé de fabrication des briquettes consistant à mélanger de l'oxyde de fer finement divisé à du charbon en poudre ou à de la poussière de charbon provenant d'un charbon ayant moins de 8% en poids de substances volatiles, ou bien du coke en poudre ou de la poussière de coke avec un pourcentage de liant à base de résine thermodurcissable compris entre 2,5 et 4%, résine cédant du carbone' pendant la carbonisation et avec un pourcentage de noir de carbone compris entre 1,25 et 2,75%, ce dernier produit étant en suspension dans l'eau et en mélange avec les autres matériaux le mélange résultant étant ensuite mis en oeuvre sous forme de briquettes, ces dernières étant enfin soumises à un traitement de cuisson pour durcir la résine.La quantité d'eau est mair.te- nue au minimum nécessaire pour la formation d'une pâte moulable cette quantité étant approximativement égale à 8 parties en poids pour 700 parties en poids de l'ensemble des matériaux solides. Ces briquettes font donc usage de noir de carbone en suspension dans l'eau. Bien que le noir de carbone soit largement utilisé dans l'industrie, une pâte formée de noir de carbone et d'eau peut être trouvée sur le marché en tant que produit résiduaire provenant des raffineries d'huile et des fabriques de noir de carbone, un tel produit étant issu des opérations de nettoyage et d'épuration.Dans-les briquettes de la présente invention, on utilise cette pate de noir de carbone pour permettre la fabrication de briquettes présentant une résistance appropriée à partir de poussières ou de poudres de charbon ou de coke et d'oxyde de fer à 1'état finement divisé connu sous le nom de poussière de fumées ou de poussiè res de carneaux. te mélange intime du charbon extrêmement fin au matériau à base d'oxyde accroit la résistance mécanique des briquettes tant à l'état non-cuit avant qu'elles ne soient cuites, (lorsque les forces de Van der Waals donnent la cohésion au matériau) qu'à l'état cuit lorsque le noir de carbone contribue à remplir les espaces vides existant dans les particules de charbon ou de coke plus grosses.Cependant, au cours de l'opération de fondErie, le mélange intime du noir de carbone dans le' matériau à base d'axyde, accroit plus particulièrement, à la fois la résistance et la facilité de réduction de l'oxyde de fer dans les briquettes. La résistance accrue aux températures élevées provient du fait que le carbone pénètre dans le réseau formé dans la résine. Avec cette résistance accrue, le procèssus chimique peut ainsi progresser sans que la briquette se désintègre et sans nécessiter pour l'oxyde de carbone de venir en contact avec le matériau à base d'oxyde de fer finement divisé. C'est pourquoi cette forme de briquette permet la réduction de l'oxyde de fer qu'elle contient sans pour autant libérer le matériau à base d'oxyde finement divisé. Le risque d'évacuation intempestive de ce matériau finement divisé dans les gaz d'échappement s'en trouve ainsi considérablement réduit. L'invention est ainsi applicable à l'utilisation de oxyde de fer finement divisé se trouvant dans les poussières de fumées et de carneaux. Afin d'assurer une résistance appropriée des briquettes, il est préférable d'avoir un excès de charbon ou de coke, et, dans ces conditions, la teneur en oxyde de fer se trouve normalement comprise entre 20 et 40% du poids total de la briquette. La teneur en oxyde peut atteindre 4RYO mais dans la pratique, la limite supérieure est imposée par la difficulté provenant de l'état de viscosité du mélange lors de la mise en forme des briquettes. Pour cette raison, il est habituellement préférable de ne pas dépasser 40% d'oxyde de fer.Etant donné que ces briquettes sont faites pour permettre l'utilisation de l'oxyde de fer finement divisé, il est évidemment normal que la teneur de ce dernier soit la plus élevée possible, compte tenu des- limites.ci-dessus fixées. Le charbon est un charbon peu volatil et, de préférence, un anthracite de qualité supérieure est employé. A cet effet, on utilise une pâte d'anthracite comportant les matériaux les plus fins lorsqu'il est obtenu après passage au tamis de 1/8 d'inch (3,2 mm), de l'anthracite lavé provenant de la mine. Une résine convenant bien à la présente application est, par exemple, la résine phénylformaldéhyde, bien que d'autres résines thermodurcissables, telles qu'une résine mélanine, une résine à base d'urée, une résine à base d'aniliné, une résine furan ou une résine à base dialcool furfural, peut être employée. Afin d'améliorer la résistance à l'état non-cuit des briquettes, de l'amidon peut être ajouté au mélange contenant loxyde, le charbon ou coke, la résine et le noir de carbone et cet amidon gélifié entrera dans ce mélange sous une teneur de 1%. Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, l'oxyde de fer peut être de la poussière de fumées et de la poussière de carneaux, mais il peut aussi être constitué en totalité ou en partie par des battitures ou des écailles de rouille réduites en poudre. tes briquettes obtenues par le procédé ci-dessus décrit peuvent être chargées d'une manière conventionnelle dans un haut-fourneau ainsi que dans un cubilot. Comme on l'a précé demment exposé, elles constituent, en général, une fraction de la chargé du haut-fourneau ou du cubilot, fraction dont l'importance est fonction de' la composition de la poussière d'oxyde. On trouvera ci-dessous un exemple typique d'application de 1'invention. Des briquettes furent façonnées en mélangeant 40% en poids de poussières de carneaux ou de poussières de fumées, avec 2% de noir de carbone, 4% de résine phénylformaldéhyde et 1% d'amidon gélifié, le reliquat étant constitué par une poussière d'anthracite de haute qualité pouvant passer dans un tuais à maille de 1/8 inch (3,2 mm). Le noir de carbone fut utilisé en suspension dans liteau et une quantité suffisante d'eau fut ajoutée au mélange pour former une pâte moulable. Après brassage du mélange, le matériau fut mis en forme pour donner des briquettes en utilisant une machine à mouler telle que celle qui est utilisée pour les briquettes de charbon. Bes briquettes moulées furent ensuite mises dans un four et chauffées à une température convenant à la cuisson de la résine. Les briquettes formées de cette manière présentaient une résistance à la compression élevée et pouvaient être utilisées pour constituer une partie de la charge d'un haut fourneau conventionnel. Aux hautes températures régnant dans ce haut-fourneau, le noir de carbone se combine à la résine carboniséê pour former un réseau carboné ayant une résistance suffisamment importante pour permettre au processus de réduction de l'oxyde de fer de se dérouler complètement avant la désintégration de la briquette. -:- REVENDICATIONS - : 1 - Procédé de production de fer à partir d'un matériau finement divisé constitué par de 1'oxyde de fer, consistant ;1; briquettes ledit matériau d'oxyde de fer finement divisé mélangé avec de la poussière de charbon ou du charbon en poudre contenant moins de 8% de produits volatils, ou bien avec de la poussière de coke ou du coke en poudre, au moyen d' un agent liant, et à charger lesdites briquettes ainsi obtenues dans un haut-fourneau. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau constitué par de l'oxyde de Scr-est--de la poussière de fumées ou de la poussière de carneaux. 3 - Procédé selon la revendication I ou 2, dans lequel ledit matériau constitué par de 1'oxyde de fer est à base de poussière provenant d'un convertisseur L.D. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications ci-dessus, dans lequel l'agent liant comprend du noir de carbone et une résine thermodurcissable qui cède du carbone pendant la phase de carbonisation. 5 - Briquette comprenant de l'oxyde de fer finement divisé en combinaison avec du charbon en poudre ou de la poussière de charbon provenant d'un charbon ayant.moins de 8% en poids de produits volatils, ou avec du coke en poudre ou de la poussière de coke, avec un pourcentage de noir de carbone compris entre 2,5% et 4 en poids et un pourcentage de liant à base de résine compris entre 2,5% et 4% en poids, résine qui cède du carbone au cours de la phase de carbonisation, les teneurs respectives d'oxyde de fer et de charbon étant telles qu'il doit exiter un excès de carbone au-dessus de la quantité stoéchiométrique requise pour la réduction de l'oxyde. 6 - Briquette selon la revendication 5, dans laquelle le pourcentage de noir de carbone est compris entre 1,5 et 2,5%. 7 - Briquette selon la revendication 5, dans laquelle le pourcentage en poids du noir de carbone est pratiquement égal à 5% du poids de la résine. 8 - Briquette selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans laquelle le pourcentage de résine est compris entre 2,5 et 3,5 % en poids. 9 Briquette selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans laquelle le pourcentage d'oxyde de fer est compris entre 20 et 45% en poids. 10 - Briquette selon la revendication 9, dans laquelle le pourcentage d'oxyde de fer est compris entre 20 et 40% en poids. 11 - Briquette selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, dans laquelle le charbon est de l'anthracite. 12 - Briquette selon l'une quelconque des revendications 5 à Il, dans laquelle la résine est une résine phénolique 13 - Briquette selon la revendication 12, dans laquelle la résine est une résine phénylformaldéhyde. 14 - Briquette selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, dans laquelle la résine est une résine mélamine à base d'urée,-une résine à base d'aniline, une résine furan ou une résine à base d'alcool furfural. 15 - Briquette selon l'une quelconque des revendications 5 à 14, dans laquelle au moins une partie de l'oxyde de fer est de la poussière d'un haut-fourneau ou de la poussière de carneaux d'un convertisseur L.D. 16 - Briquette selon l'une quelconque des revendications 5 à 14, dans laquelle au moins une partie de l'oxyde de fer est constituée par des battitures ou des écailles de rouil- le réduites en poudre. 17 - Procédé de façonnage d'une briquette consistant à mélanger de l'oxyde de fer finement divisé avec du charbon en poudre ou avec de-la poussière de charbon provenant d'un charbon ayant moins de 8% en poids de substances volatiles, ou bien avec du coke en poudre ou de la poussière de coke, ainsi qu'avec un pourcentage de liant à base de résine thermodurssable conpris entre 2,5 et 4% en poids, résine qui cède du carbone pendant la phase de carbonisation, et avec un pourcentage de noir de carbone compris entre 1,25 et 2,75 en poids, ce noir de carbone étant présenté sous forme de suspension dans l'eau qui est mélangée aux autres matériaux, le mélange étant ensuite façonné en briquettes dont la résine est enfin cuite. 18 - Procédé selon la-revendication 17, dans lequel le pourcentage de résine est compris entre 2,5 et 3,xh en poids. 19-- Procédé selon la revendication 17 ou 18, dans lequel le pourcentage de noir de carbone est compris entre 1,5 et 2,5% en poids. 20 - Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 17 à 19, dans lequel une certaine quantité d'amidon est mélangée à l'oxyde, au charbon ou au coke, à la résine et au noir de carbone, avant la cuisson de la résine. 21 - Procédé selon la revendication 20, dans lequel le pourcentage d'amidon est compris entre 0,5 et 1,9 en poids. 22 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 ou 21, dans lequel l'amidon est un amidon gélifié. 23 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 22, dans lequel l'oxyde de fer est de la poussière de fumée d'un haut-fourneau ou de la poussière de-carneaux d'un convertisseur L.D. 24 - Procédé de production de fer à partir d'un matériau constitué par de l'oxyde de fer finement divisé, substantiellement conforme à la description du présent mémoire.