Brevet FR2317363A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne le traitement des poussières captées au cours des différentes phases d'élaboration de l'acier. On sait en effet que les traitements conduisant à la fabrication de l'acier sont à l'origine de la production de gaz et de poussières en grandes quantités, que ce soit au niveau des hauts fourneaux, de l'agglomération ou de l'aciérie. Ces poussières sont constituées en majeur partie d'oxydes de fer et renferment également suivant leurs origines des quantités variables de métaux alcalins et de métaux lourds volatils. Il est évident que ces poussières constituent en elles-mêmes un problème car elles représentent une perte en fer et un produit envahissant si on ne l'évacue pas. D'où la pratique habituellement utilisée en sidérurgie qui consiste à recycler ces poussières par l'intermédiare des chaînes d'agglomération, ce qui implique que toutes les poussières de l'usine seront pratiquement réintroduites dans le haut fourneau. Si cette pratique apporte une solution élégante tant du point de vue économique que technique elle comporte des inconvénients certains tout au moins au niveau du haut fourneau et de son fonctionnement. En effet l'expérience à montré l'existence d'un phénomène d'accumulation de certains éléments nocifs dans le haut fourneau. Un élément entre autre s'est révélé nuisible en raison de cycles complexes de recirculation dans le haut fourneau, il s'agit du zinc.En effet, bien que les teneurs en zinc des produits utilisés soit généralement assez faibles, le recyclage peut aboutir, par enrichissement progressif, à provoquer dans le haut fourneau l'accumulation de quantités de zinc suffisantes pour perturber notablement sa marche. Par ailleurs étant donné les énormes quantités de produits utilisés au haut fourneau les quantités de zinc potentiellement présentes dans ces produits sont également importantes et susceptibles d'intéresser éventuellement les industriels du zinc dans la mesure où l'on pourrait leur fournir un produit dont la teneur en zinc serait appréciable. Ceci n'est possible que si l'on parvient à enrichir ces produits en zinc. Dans cette optique de nombreux procédés ont été essayés qui font appel à des installations annexes spécialement étudiées dans ce but. Ces installations visent même parfois à récupérer directement le zinc métallique. En fait de telles installations sont coûteuses et constituent presque une usine métallurgique au sein de l'usine sidérurgique. La présente invention a pour but de fournir les moyens pour préparer un produit enrichi en zinc à partir des poussières captées dans les différents postes de l'installation sidérurgique. A cet effet la présente invention a pour objet un procédé pour récupérer un produit riche en zinc à partir des produits utilisés pour la fabrication d'acier dans une usine sidérurgique comportant un appareil de production continue de métal liquide consistant à sélectionner les produits contenant du zinc, à stocker ces produits, à les charger en continu, pendant des périodes limitées dans l'appareil de production continue de métal, à traiter pendant ces périodes les fumées émises par ledit appareil dans une installation de dépoussiérage spécialisée et àrécupérerles poussières contenant pratiquement tout le zinc introduit avec les charges.Selon une autre caractéristique de l'invention les produits à traiter sont soumis à un traitement de préréduction à basse température lorsqu'ils contiennent des quantités notables d'oxydes de fer. Comme on le comprend, l'invention consiste à rassembler les poussières émises par les différents postes de l'aciérie et contenant du zinc et à les traiter pour en tirer un produit enrichi en zinc susceptible de représenter une valeur marchande auprès des producteurs de zinc. Ce traitement d'enrichissement, contrairement aux techniques connues, est réalisé dans un appareil de l'usine sidérurgique dont l'utilisation courante est la fabrication d'acier. En effet, dans un tel appareil il règne, du fait des réactions d'affinage, des températures très élevées de l'ordre de 15000C pour lesquelles le zinc métal et la plupart de ses composés sont volatilisés et partent dans les fumées. Comme on le comprend l'effet de concentration est obtenu en chargeant par campagnes, limitées dans le temps, les produits contenant du zinc dans l'appareil d'affinage. Pendant cette période les poussières recueillies à la sortie de cet appareil renferment tout le zinc contenu dans les produits enfournés. Il est bien entendu que ces produits peuvent être de différentes natures et comprendre aussi bien des poussières de captage comme celles de haut fourneau, que des charges métal liques telles que des ferrailles contenant du zinc. Pendant les campagnes de chargement de ces produits, et parce que l'on souhaite récupérer les poussières riches en zinc, on envoie celles-ci dans une installation de dépoussiérage spécialisée qui ne fonctionne que pendant ces périodes. En temps de fonctionnement normal les fumées sont captées dans l'installation de dépoussiérage habituellement en service avec l'appareil métallurgique d'affinage utilisé.En résumé on voit que selon l'invention on détecte les matières susceptibles de constituer un apport de zinc et on stocke ces produits, s'il s'agit de récupération, afin de les traiter par tranches. Lors des campagnes prévues pour la préparation du produit riche en zinc on charge en continu pendant une période de temps déterminée les produits à traiter et on recueille les fumées dans l'installation prévue pour recueillir les poussières riches en zinc. Les appareils métallurgiques utilisables à cet effet, c'est-à-dire comme organe de volatilisation du zinc, peuvent être constitués par tout récipient d'affinage ou de fusion dans lesquels on réalise une production continue d'acier.On voit donc qu'une installation d'affinage continu par soufflage d'agents oxydants gazeux ou une installation d'affinage comportant un étage de fusion continue, cons ti tuée d'un four électrique à arc convient parfaitement pour traiter les produits contenant du zinc. A coté de cet aspect du traitement il est bien entendu que de nombreuses opérations annexes sont plus ou moins nécessaires ce qui donne lieu à un certain nombre de schémas de traitement au sein d'une usine sidérurgique. A titre d'exemple on va donner un schéma de traitement au sein d'une usine comportant une installation d'affinage continu à l'oxygène Sur la figure on a représenté en 1 un haut fourneau pour la production de fonte à partir d'une charge comprenant du coke et du minerai de fer qui est traitée par une chaîne d'agglomération 2. Du haut fourneau 1 sort de la fonte qui est introduite en continue dans une installation d'affinage continu 3. il est bien entendu que la fonte passe par des moyens de transport et de contrle de débit qui sont connus et de ce fait n'ont pas été représentés. Par ailleurs le haut fourneau émet en permanence des fumées qui sont captées et dirigées vers une installation de dépoussiérage comprenant un dépoussiérage primaire 4 et un dépoussiérage secondaire 5.Apres dépoussiérage on récupére un produit sous forme de boues notamment, qui sont traitées pour les mettre sous une forme plus utilisable. Ce traitement peut être un compactage représenté schématiquement en 6 mais également tout autre traitement connu, par exemple un bouletage. On obtient alors un produit plus facile à manipuler qui est dirigé vers des parcs de stockage 7. De ce fait on met de coté un produit qui contient tout le zinc émis par le haut fourneau mais dont la teneur en zinc est assez faible. De la même manière on met de coté les ferrailles dont on sait qu'elles sont susceptibles de contenir du zinc en quantités notables. La fonte introduite dans le réacteur 8 de l'installation d'affinage est soumise à l'action de l'oxygène introduit par la lance 9 qui oxyde les impuretés de la fonte pour donner de l'acier qui s'écoule à la sortie du décanteur 10. Cette installation qui émet des fumées est équipée d'une installation de captage il qui comporte deux installations de dépoussiérage indépendantes 12 et 13. Selon le procédé on doit donc envisager deux périodes de fonctionnement de l'ensemble. Une premiere période au cours de laquelle on récupère et on stocke les poussières de haut fourneau et pendant laquelle l'installation d'affinage est alimentée en fonte et éventuellement en additions refroidissantes exemptes de zinc. Au cours de ce traitement il est évident que les poussières d'aciérie recueillies dans I'unité de dépoussiérage 12 sont exemptes de zinc (il n'y a pratiquement pas de zinc dans la fonte) et sont recyclées dans le haut fourneau par l'intermédiaire de la chaîne d'agglomération. Ensuite on peut par exemple envisager une campagne de traitement des produits stockés contenant du zinc. A cet effet on charge en continu pendant un laps de temps déterminé le produit à traiter dans l'installation d'affinage continu. Sous l'effet de la température élevée qui régne dans le réacteurs de l'ordre de 1500"C à 16000C, il est bien évident que le zinc métal ou sous forme d'oxyde est volatilisé et évacué dans les fumées. Au début de l'opération on envoie au moyen de la vanne 14 les fumées dans l'unité de dépoussiérage 13. Le phénomène qui se produit peut être traduit par le graphique de la figure 2 sur laquelle on a représenté la teneur du zinc dans les fumées récupérées avec et sans chargement des poussières de haut fourneau ou de ferrailles 8 contenant du zinc. Pendant la période A qui représente une marche sans introduction de produit à traiter la teneur en zinc des poussières est très faible. En B qui représente le début de l'introduction des produits à traiter la teneur en zinc des fumées s'élève rapidement et atteint un niveau qui se maintient sensiblement constant. Pendant cette période on recueille donc un produit notablement enrichi en zinc, par suite de la volatilisation rapide de ce dernier.Lorsque l'on stoppe l'introduction des produits la teneur en zinc décroît rapidement pour reprendre'Se niveau initial. On voit ainsi que l'on obtient avec un processus relativement simple un traitement des produits contenant du zinc qui aboutit à l'obtention d'un concentré de zinc susceptible d'être cédé aux industriels du zinc. Il est bien évident que le schéma décrit n' est donné qu'à titre d'exemple et que d'autres cycles de traitement sont envisageables. Par exemple il est bien connu que les poussières recueillies au niveau du dépoussiérage primaire et secondaire au haut fourneau ont des compositions différentes et représentent des quantités très différentes. Ainsi on recueille de 10 à 30 kg de poussières primaires par tonne d'acier produit avec une teneur en zinc qui peut être de 0,1 à 3 % et de 1 à 5 kg de poussières ou boues d'épuration secondaire avec une teneur en zinc de 5 à 20 %. il est donc très envisageable selon un schéma de traitement de recycler les poussières primaires directement a l'agglomération et de ne traiter que les produits d'épuration secon ire. Il est alors évident que la masse de produit à charger dans l'appareil sidérurgique est faible et que les campagnes de traitement sont limitées dans le temps.Par ailleurs la teneur en zinc de ces produits étant déjà élevée on obtient aisément un enrichissement notable en zinc car on peut enfourner environ 100 kg de produit par tonne d'acier dans l'appareil d'affinage. D'autre part il est nécessaire dans certains cas de traiter également les poussières d'aciéries qui, en raison de la nature des charges, additions refroidissantes, ferrailles, peuvent également contenir des quantités notables de zinc. Dans ce cas on groupe en vue du traitement d'enrichissement les poussières de haut fourneau et les poussières d'aciéries. Enfin dans un cycle de traitement plus élabore les poussières destinées à l'enrichissement sont dirigées vers un dispositif 15 de pré-réduction. Cette préréduction réalisée à basse température pour éviter le départ du zinc permet de transformer l'oxyde de fer en une forme plus réduite et même en grande partie à l'état de boulettes ou de produits compactés. Ce traitement intermédiaire permet d'obtenir comme on le sait un produit riche en fer et de ce fait d'introduire des quantités plus importantes dans l'appareil d'affinage qu'il n'est possible avec l'oxyde de fer. De ce fai; le temps de traitement peut être plus limité dans le temps,donc permet d'obtenir un coefficient d'enrichissement encore plus élevé. Ce coefficient peut être supérieur de 3 à 4 par rapport à un enfournement d'oxyde de fer. En fait bien que l'on introduise un appareil supplémentaire dans le circuit, le bilan reste néanmoins très positif, d'autant que les techniques de pré-réduction sont actuellement bien au point. il est également à noter que le traitement de pré-réduction dans des eonditions de conduites bien menées permet d'éliminer une partie des métaux alcalins par volatilisation. On constate donc en conclusion que cette technique de traitements des poussières permet par suite de leur enrichissement en zinc de valoriser des produits secondaires et de récupérer un métal coûteux. Cette valorisation évite par ailleurs de recourir au recyclage des poussières dans le haut fourneau et supprime les risques d'accumulation du zinc au niveau de cet appareil. Revendications 1") Procédé pour récupérer un produit riche en zinc à partir des produits utilisés pour la fabrication d'acier dans une usine sidérurgique comportant un appareil de production continue de métal liquide caractérisé en ce que l'on sélectionne les produits contenant du zinc, que l'on stocke ces produits, que l'on charge en continu, pendant des périodes limitées, lesdits produits dans l'appareil de production continue de métal, que l'on traite pendant ces périodes les fumées émises par ledit appareil dans une installation de dépoussiérage spécialisée et en ce que l'on récupére les poussières contenant pratiquement tout le zinc introduit avec les charges. 2") Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les produits à traiter contenant une quantité importante d'oxydes de fer sont soumis à un traitement de pré-réduction à basse température.