Brevet FR2307875A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne un procédé amélioré de régénération des laitiers fondus au cours du procédé d'élaboration de l'acier et, plus particulièrement, un procédé qui contribue à réaliser une économie et à éliminer la pollution de l'environnement, par modification de la composition du laitier. Il est bien connu que l'on produit une grande quantité de laitiers fondus qui atteint environ 10 de la production d'acier brut dans le cas d'un procédé d'élaboration de l'acier, par exemple au four basique à oxygène. Un tel laitier d'élaboration de l'acier est constitué généralement de chaux vive (CaO), de silicate bicalcique (2CaO.SiO2) et en même temps d'environ 15,' de fer (Fe) et d'environ 1,' de phosphore (P). Dans de telles compositions, il se produit des réactions chimiques, à savoir la chaux CaO réagit au contact de l'eau ou du gaz carbonique et le 2 CaO.SiO2 présente une densité volumique qui varie par transformation de phase ce qui amène une rupture mécanique du laitier. Lorsque les laitiers de fabrication de l'acier sont employés pour des utilisations telles que des matériaux pour la forme des routes et pour produire des agrégats qui nécessitent une forme granulaire, ceux-ci ne conviennent pas à cause de leur tendance à la rupture mentionnée ci-dessus. Lorsque les laitiers sont employés pour des utilisations telles que comme matière première pour ciment dans lesquelles la rupture mécanique n'est pas un inconvénient. Ces laitiers ne conviennent pas en raison de leur teneur en fer. De même, dans une utilisation telle que comme source de chaux pour l'exploitation des hauts-fourneaux, il est connu qu'il existe des limites à cet emploi à cause de la concentration élevée en phosphore du laitier. Ceci montre qu'il y a de nombreuses difficultés à surmonter.En conséquence, un certain nombre de propositions ont été faites pour surmonter les inconvénients mentionnés ci-dessus telles qu'un procédé de traitement pour régénérer les laitiers en faisant varier sa propre composition. La technique décrite dans la demande de brevet japonaise SHOWA NO 49.83693 (mise à l'inspection publique) est un exemple représentatif. Selon la demande mentionnée ci-dessus, la technique comprend les étapes suivantes 1. Les laitiers fondus du procédé de fabrication de 1' acier sont transférés dans un four électrique de fusion dans lequel un métal suffisamment chaud a déjà été introduit. 2. Les laitiers sont chauffés par l'intermédiaire du métal chaud ci-dessus auquel est fournie de l'énergie thermique électrique. 3. La composition des laitiers est modifiée par réaction chimique entre les laitiers et le métal chaud ou un autre flux et les laitiers sont finalement régénérés. Un tel laitier régénéré peut être utilisé comme matière première pour le ciment. Cependant, de nombreux inconvénients peuvent être mentionnés en ce qui concerne le procédé ci-dessus. Par exemple, il y a une première perte de calories lors du transfert du laitier dans le four de fusion à partir du four d' élaboration de l'acier. La seconde insuffisance est qu'un métal suffisamment chaud est nécessaire comme agent de chauffage. Dans un tel cas, la quantité de calories nécessaire pour le laitier est assurée par conduction thermique de chaleur fournie par 1' énergie électrique relativeaent chère (par exemple 560 kWh/tonne de laitier).Le troisième inconvénient est que le soufflage d' un corps gazeux (par exemple d'azote (N2))ou de vapeur d'eau, ou bien une agitation forcée par rotation ou brassage dudit four ou une agitation mécanique par d'autres moyens sont inévitables, ce qui nécessite des équipements additionnels. le quatrième inconvénient est que le contrôle de la composition du métal chaud est nécessaire pour ajuster la réaction du fait de la régénération du laitier par l'intermédiaire du métal chaud. Ainsi on doit noter qu'il y a de nombreux inconvénients et difficultés à surmonter dans la technique de l'art antérieur. Ceci est l'état existant. La présente invention a été mise au point pour résoudre les inconvénients mentionnés ci-dessus. La présente invention a pour caractéristique principale le soufflage d'oxygène dans le laitier fondu avec addition de carbone solide et de fondant. Le but de la présente invention est de fournir un procédé de régénération du laitier fondu obtenu dans le procédé d'élaboration de l'acier sans aucun équipement additionnel. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé de régénération du laitier fondu obtenu dans le procédé d'élaboration de l'acier qui convient mieux pour des utilisations telles que comme source de chaux, matière première pour le ciment, comme matériau pour la forme des routes et comme agrégat en ciment; etc. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description faite ci-après. Le développement de la présente invention a résulté des recherches approfondies sur les possibilités d'obtenir un laitier régénéré correspondant à chaque utilisation avec le four d'élaboration de l'acier, par exemple plus particulièrement avec le convertisseur lui-même en considérant que le laitier basé sur la technique de l'art antérieur mentionnée ci-dessus est trop difficile à régénérer et devient cher. Ainsi, la raison pour laquelle les recherches approfondies ont été effectuées sur 1' utilisation du convertisseur lui-même, est tout d'abord qu'il existe un temps mort entre la coulée et l'opération suivante. Si ce temps mort est utilisé pour régénérer le laitier, les inconvénients du transfert du laitier fondu vers un autre récipient tel qu'un four de fusion peuvent être évités.Il n'est pas besoin de dire que le laitier peut être traité dans le convertisseur en restant à l'intérieur de celui-ci, cepar quoi les mérites pourront être incalculables. La raison se trouve dans la possibi lité d'utiliser les installations de convertisseurs existantes telles qu'elles sont. Lorsqu'un tel procédé est mise en oeuvre, il n' y aura pas besoin de faire appel à des installations additionnelles et auxiliaires.En bref, on peut noter qu'il s'suit d' in procédé de régénération pour les laitiers provenant de 1'élaboration d'acier qui 'entrain aucune réduction de la productivité du convertisseur en ce qui concerne le fonctionnement comme four d'élaboration et n'accroit aucun des facteurs influençant le prix de revient des installations du four. La présente invention assure la réalisation de tous les buts ci-dessus. Suite aux recherches approfondies ci-dessus, on a trouvé les résultats suivants. A savoir, lorsque la température du laitier d'élaboration de l'acier est supérieure à 15000C et lorsqu'il existe une quantité suffisante de (C), (FeO), (P205) et (EnO) parmi les oxydes du laitier sont réduits en (Fe), (P) et (En) par la formule (I) suivante, laquelle s'accompagne d'une réaction exother mique selon la formule (2), (FeO, P205, MnO) + C = Fe, P, En + oot .......... ( 1) 2C + 02 = 200 .............................. (2). 2C0 + 02 = 20 2 Dans la présente invention les mesures pour provoquer la réaction mentionnée ci-dessus sont les suivantes A savoir, tout d'abord, du carbone solide et un fondant pour augmenter la fluidité des laitiers sont ajoutés aux laitiers se trouvant dans le four, dans une deuxième phase, de l'oxygène est insufflé dans les laitiers pour accroître leur température au-dessus de 15000C et pour faire progresser la réaction par agitation des laitiers. Dans ce cas l'addition de carbone est de fondant et aussi le soufflage de l'oxygène sont effectués par les installations existantes telles qu'elles sont et en conséquence il n'est pas nécessaire de prévoir des installations supplémen tares. Dans les réactions mentionnés ci-dessus, la réaction de formule (1) est endothermique. la perte de calories est compensée par la combustion du [CO] formé dans la réaction (1) et du carbone (C), comme représenté dans la formule (2), par l'oxygène insufflé. Comme carbone solide lequel joue un rôle important dans la présente invention; on peut utiliser efficacement un coke usuel. Cependant il faut prendre en considération la granulométrie du coke. A savoir, la granulométrie du coke devra être inférieure à 30 mm, de préférence inférieure à environ 10mm, en fonction de la capacité du four utilisé. L'insufflation d'oxygène ci-dessus est effectuée par l'intermédiaire de la lance habituelle.Par ces mesures, les réactions des formules (1) et (2) ci-dessus progressent facilement et de manière stable, de sorte que le point de fusion du laitier lui-même augmente lorsque le laitier est réduit et sa fluidité est abaissée. Ceci, réciproquement, détermine une auto-régulation de la réaction elle-même, l'addition du fondant, dans la présente invention, ayant pour but de réduire l'abaissement ci-dessus de ladite fluidité. L'un quelconque des fondants connus, par exemple la cryolite d'alumine, la fluorite et autres peuvent être utilisés et ils sont choisis en fonction de l'utilisation après régénération. Eventuellement et si nécessaire, un agent de contrôle de la composition du laitier est de plus ajouté. le but en est de modifier la composition en fonction de l'utilisation envisagée et non pas seulement de simplement régénérer le laitier. Un exemple réel pour un convertisseur d'usine pilote est le suivant. Tout d'abord, à la fin de l'élaboration usuelle à l'oxygène d'un acier dans un convertisseur de 40kg et le retrait de la lance à oxygène, l'acier fondu est coulé et environ 5kg de laitier fondu restent dans celui-ci. Alors du carbone solide de granulométrie inférieure à 2mm est ajouté dans le four successivement et la lance est enfoncée pour insuffler de l'oxygène. De ce fait, 1' acier fondu est agité par l'oxygène insufflé, la réaction de formule (1) ci-dessus est effectuée et en même temps la combustion selon la formule (2) ci-dessus a lieu.Dans un tel cas, la vitesse de progression des deux réactions est contrôlée par la forme des ajutages, le nombre de trous d'ajutage et la hauteur de la lance et le débit d'oxygène. le fondant ci-dessus sélectionné en fonction de l'utilisation envisagée est ajouté de manière correspondante edn fonction de l'abaissement de la fluidité du laitier lors de la progression de la réaction de réduction. le gaz (CO) engendré par la réaction de formule (1) est parfaitement brulé dans la partie supérieure du four et, de ce fait, la chute de température du laitier après régénération est seulement d'environ 200C par rapport à la température de coulée. le tableau 1 donne les conditions de l'essai et les tableaux 2 et 3 donnent les résultats. Taureau I Condition de l'essai Laitier fondu initial environ 5000g Carbone solide 500g Fondant cryolite 250g Débit d'oxygène 100Nl/min Durée de la régénération 5 min. Tableau II Composition et poids CaO Si02 Au2o3 MgO (%) (%) (%) (%) Laitier initial 52,20 15,31 0,89 2,85 Après 2 min. 59,96 18,37 2,48 5,25 Après 4 min. 63,49 19,32 3,03 5,58 Après 5 min. 65,36 18,71 2,68 5,59 Laitier régénéré 65,41 18,75 2,70 5,61 MnO T.Fe P205 S Poids Température o) (,') (s) (%) (g) ( C) 3,85 15,30 2,18 0,11 environ 1680 5000 0,13 4,85 0,75 0,49 0 2,33 0,27 0,17 O 2,43 0,26 0,20 1660 o 2,38 0,19 0,21 4080 Tableau III Poids et composition du fer récupéré Poids C Si En P S (g) (%) (%) (,') (%) (%) 940 4,95 0,16 13,0 2,57 0,003 A partir des tableaux mentionnés ci-dessus, on comprendra que les oxydes du laitier sont bien réduits.A savoir, (FeO) est réduit pour environ 9054. Le fer (Fe) réduit est précipité et récupéré à la base du laitier. La réduction de (MnO) atteint 100 et le manganèse (Mn) réduit est transféré dans le fer fondu ci-dessus. (P205) est réduit pour environ 90%. Environ 60% du phosphore (P) réduit est transféré dans le fer fondu ci-dessus et environ 40,' est vaporisé. Un tel taux de réduction peut être facilement obtenu en contrôlant le procédé d'insufflation d'oxygène, la température, et la durée de la réaction. En d'autres termes, le contrôle des conditions mentionnées ci-dessus est modifié et choisi en fonction de l'utilisation du laitier régénéré. Par exemple, dans le cas d'un emploi comme source de chaux pour les hauts-fourneaux, la concentration de (P) donnée dans le tableau est encore abaissée d'environ 1% et cet abaissement est obtenu facilement. Dans le cas de l'emploi comme matière première pour ciment, un agent de contrôle dela composition du laitier est de plus ajouté. De même, dans le cas d'autres utilisations telles que comme laine de laitier, comme aggrégats ou charge dans les travaux publics et la construction, la composition la meilleure peut être obtenue par le procédé de contrôle mentionné ci-dessus sans aucune difficulté ou inconvénient. Il n'est pas besoin de dire que la régénération du laitier est obtenue facilement non seulement avec le convertisseur luimême, mais aussi avec toute autre enceinte comportant les mêmes installations que celles du convertisseur. REVENDICATIONS 1. Un procédé de régénération du laitier fondu dans un procédé d'élaboration de l'acier, caractérisé en ce que de 1' oxygène est insufflé dans le laitier fondu après que du carbone solide et des fondants aient été nouvellement ajoutés à celui-ci et en ce que la composition du laitier est modifiée; en fonction de l'utilisation envisagée pour celui-ci. 2. Un procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce que la modification de la composition du laitier et la régénération du laitier sont effectuées dans le convertisseur lui-même. 3. Un procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le laitier fondu est transféré dans une autre enceinte présentant le même équipement que le convertisseur et ensuite traité dans celle-ci.