Brevet FR2337203A1 — publié le 19770729

La présente invention concerne un procédé de réduction de granules brutes contenant des oxydes métalliques comme de l'oxyde de fer, de l'oxyde de zinc et autres, en granules métallisées ayant une forte teneur en métal, dans un four rotatif, sans former de poudre des granules dans le four ou sans formation annulaire dans le four, et elle concerne plus particulièrement un procédé de production de granules métallisées en soufflant de l'air ou en pulvérisant de l'eau dans la partie proche de lfextrémité de charge du four, pour obtenir des granules métallisées. Il est souhaitable de recycler les poussières sidérurgiques s'échappant des hauts-fourneaux, des fours de convertisseurs, des fours électriques et des fours Siemens-Martin dans le haut-fourneau, pour en récupérer le fer et empêcher une pollution de l'environnement. Par ailleurs, comme la poussière a environ 50 46 en poids de fer, la réutili sation de cette poussière est souhaitable du point de vue économie des ressources. Le terme "granules brutes" utilisé dans la présente spécification, signifie des granules obtenues en agglomérant la poussière sidérurgique s'échappant d'un haut-fourneau, d'un four électrique, d'un four de convertisseur; et/ou d'un four Siemens-Martin, ou un mélange des poussières et éventuellement une source de carbone comme du charbon ou du coke. Le terme B poussière sidérurgique" dans la présente spécification signifie des matières pulvérulentes retirées comme sous-produits d'un haut-fourneau, d'un four électrique, d'un -four de convertisseur ou d'un four Siemens-Martin, pour la fonte d'un métal ou pour la fabrication d'un métal. Le terme "granules métallisées" dans la présente spécification signifie des granules ayant une forte concentration en fer, obtenues en réduisant les granules brutes. On sait que des granules ayant une forte teneur en fer métallique peuvent eAtre préparées en réduisant les granules brutes dans un four rotatif. Un procédé de réduction des granules brutes dans le four consiste a introduire les granules dans le four, et a réduire les oxydes métalliques contenus dans les granules brutes a une température élevée, tout en volatilisant en même temps d'autres métaux, en particulier du zinc par combustion. La réduction des oxydes métalliques avec le carbone est représentée par l'équation suivante MO + C M + CO où M est un élément métallique. Le charbon ou houille ou le coke peut être mélangé à la poussière avant son agglomération. Quand la poussière siderurgique a une forte teneur en carbone, il peut être inutile de mélanger le charbon ou le coke à la poussière. La poussière peut généralement être préchauffée à une température de 400du ou moins, pour que le carbone dans les granules ou l'oxyde métallique ne soit pas brûlé. En particulier, de la poussière contenant du fer métallique ne peut être préchauffée qu'a une température inférieure à 2W C, parce qu'il est probable que le fer métallique sera oxydé et soumis à une réaction isothermique à une température supérieure à MOOC. Par conséquent, la poussière sidérurgique est préchauffée à une température inférieure à 2000C. Un procédé selon l'art antérieur de réduction des granules brutes en granules métallisées présente les inconvénients suivants : quand les granules brutes sont introduites dans un four rotatif, elles sont broyées pendant leur passage à travers le four et par suite, un anneau se forme dans le four. Par conséquent, l'opération continùe de réduction est impossible dans le four rotatif. La cause de cette formation annulaire n'a pas été révélée dans l'art antérieur. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemples illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est un graphique montrant la relation entre la teneur en zinc dans les granules métallisées résultantes sur l'axe des ordonnes et le rapport de métallisation de l'oxyde de fer sur 1' axe des abqcissss;; - la figure 2 est un graphique montrant la relation entre la teneur en zinc dans les granules métallisées résultantes, sur l'axe des ordonnées et la température des gaz à l'échappement de l'extrémité de charge du four, sur l'axe desakgsisses - la figure 3 est un graphique montrant la relation entre le rapport At O/At Fe sur l'axe desabm,cisses et la résistance à 1' écrasement des granules, pour chaque étape de réduction, sur l'axe des ordonnées - la figure 4 est un graphique montrant la relation entre la teneur en zinc dans les granules métallisées résultantes sur l'axe des ordonnées et la température des gaz à l'échappement de l'extrémité de charge du four sur l'axe des -cisses - la figure 5 est un schéma de fonctionnement montrant les étapes de réduction des granules brutes ; et - la figure 6 est un graphique montrant la distribution de température dans le four selon la présente invention et la distribution de température dans le four dans le cas où il n'y a pas d'air soufflé ni d'eau pulvérisée, sur l'axe des ordonnées en fonction de la distance de l'extrémité d'évacuation sur l'axe desaisses. Les inventeurs de la présente invention ont effectué une grande variété de recherches pour empêcher la formation d'un anneau ou annulaire. Quand les granules brutes sont chauffées dans un four rotatif à une température élevée, l'oxyde ferrique tFe2033 contenu 23 dans les granules brutes est réduit en fer métallique par Fe304 et FeO. Par exemple, on a chauffé les granules brutes ayant les composants indiqués au tableau 1, dans un four rotatif ayant 6,57 m de long et 0,45 m de diamètre interne, pour réduire l'oxyde de fer en fer métallique et pour réduire l'oxyde de zinc et volatiliser le zinc métallique résultant. Tableau 1 Composants de la poussière (q6) Zn C Fe total Fe métallique 0,51 13,1 50,4 2,6 s On a déterminé la teneur en zinc dans les granules métallisées résultantes et le rapport de métallisation (la proportion entre le fer métallique et le fer total) dans les granules. On a répété de nombreuses fois les expériences ci-dessus en utilisant des granules brutes ayant des composants différents. La relation entre la teneur en zinc dans les granules métallisées résultantes et le rapport de métallisation d'oxyde de fer est illustrée sur la figure I. On peut voir sur cette figure que le rapport de métallisa- tion de l'oxyde de fer a une forte influence sur la teneur en zinc dans les granules métallisées. Des granules brutes ayant les composants mentionnés cidessus furent réduites dans un four rotatif, comme on l'a mentionné ci-dessus, à une vitesse de rotation de 0,33 t/mn. Les procédures de réduction furent effectuées de nombreuses fois aux différentes températures des gaz s'échapsant de l'extrémité de charge du four. La relation entre la teneur en zinc dans les granulas métallisées résultantes et les températures est illustrée sur la figure 2. Etant donné les conditions dans lesquelles les granules métallisées résultantes sont utilisées, il est gnralement ncessaire de maintenir la teneur en zinc dans les granules métallisées inférieure à 0,1 % en poids. En regardant la figure 2, la température des gaz-d'échappement a tendance à être supérieure à environ 520du pour obtenir des granules ayant une teneur an zinc inférieure à 0,1 96 en poids. Les expériences ci-dessus furent effectuées sans air soufflé ou eau pulvérisée dans la partie proche de l'extrémité de charge du four. Par conséquent, un anneau se forma à une distance de 2 mètres de l'extrémité de charge du four. Par suite, on trouva qu'une opération continue du four rotatif était impossible sur plus de 10 à 12 heures. Le rapport du nombre d'atomes d'oxygène liés aux atomes de fer dans les granules brutes et du nombre d'atomes de fer dans les granules brutes (ce rapport ayant ci-après pour abbréviation At O/At Fe) diminue tandis que la réduction des granules brutes se produit. Les inventeurs de la présente invention ont effectué un certain nombre d' expériences pour rechercher la transition de la résistance à l'écrasement des granules brutes. Les résultats sont indiqués à la figure 3. On comprendra, sur cette figure, que la résistance à l'écrasement des granules brutes est extrémement faible à l'étape de magnétite. On a trouvé qu'en augmentant rapidement la température des granules brutes à l'étape magnetite à laquelle de la magnétite se forme, la résistance à l'écrasement des granules brutes est faible, en d'autres termes, en augmentant rapidement la température pendant l'étape de magnétite, il est très probable que les granules brutes deviendront pulvérulentes et il est très possible qu'un anneau se forme dans le four rotatif. On a trouvé que la vitesse de l'augmentation de la temperature des granules brutes entre environ 60C et environ 100C a une influence sur la formation de l'anneau, c'est-à-dire quand les granules brutes sont rapidement chauffées dans cette étendue de température, uns formation d'anneau a tendance à se produire. En considérant les découvertes ci-dessus et les résultats expérimentaux ci-dessus, on a effectué des recherches sur un procédé pour réduire les granules brutes dans le four rotatif, sans fnrmation d'un anneau. Des granules brutes ayant les composants indiqués au tableau 1 furent réduites dans un four rotatif à une vitesse de rotation de Q25 t/mn. Les procédures de réduction furent eFfectuées aux différentes températures des gaz d'échaopeent, plusieurs fois. La relation entre la teneur en zinc dans les granules métallisées résultantes et la température est illustrée à la figure 4.Le temps de rétention des granules brutes dans le cas d'une rotation à 0,25 t/mn correspond aux quatre tiers du temps de rétention des granules brutes dans le cas d'une rotation à 0,33 t/mn. En regardant la figure 4, on peut voir que la température des gaz à l'échappement de l'extrémité de charge du four peut être aussi faible qu'environ 42N C, pour obtenir des granules ayant une teneur an zinc inférieure à 0,1 * en poids. On a trouvé que, quand le temps de résidence des granules brutes était allongé, la procédure de réduction pouvait être continuée sans aucun troubla, c'est à-dire formation d'anneau.Cependant, quand le four rotatif fonctionne à une vitesse faible, cela a tendance à être peu économique parce que cela abaisse la productivité par volume unitaire du four rotatif. Par ailleurs, en utilisant un four rotatif plus long, on peut s'attendre à ce que la température près de l'extrémité de charge soit abaissée au point que l'anneau ne se forme pas dans le four. Cependant, cela a également tendance à être peu économique, oarce que cela abaisse la productivité par volume unitaire du four rotatif. On a trouvé qu'en introduisant de l'air ou de l'eau à l'état de pulvérisation, dans la partie proche de l'extrémité de charge du four, on peut éviter un chauffage trop rapide des granules brutes dans le four entre environ 6D0 C et environ 800:C. Par conséquent, c1 est un objet de la présente invention de créer un procédé de réduction de granules brutes préparées à partir de poussières sidérurgiques à l'échappement d'usines sidérurgiques en granules métallisées, dans un four rotatif, sans formation d'anneau dans ce four. Un autre objet de la présente invention est de créer un procédé de réduction de granules brutes avec la même productivité par volume unitaire du four rotatif, que le procédé selon l'art antérieur. La présente invention concerne un procédé de réduction de granules brutes en granulas métallisées, et il consiste à introduire les granules brutes contenant une quantité appropriée d'une source de carbone, dans un four rotatif, à réduire les oxydes métalliques contenus dans les granules brutes avec le carbone, en introduisant du mazout et de l'air dans le four, et selon l'invention, de l'air est soufflé ou de l'eau est pulvérisée dans la partie proche de l'extrémité de charge du fouroiia combustion ne peut pas se produire, ou bien de l'air ou de l'eau à l'état de pulvérisation peut être introduit dans la partie à laquelle la combustion se produit, à condition que l'introduc tison d'air ou d'eau à l'état de pulvérisation puisse abaisser la température de cette partie. En se reportant maintenant à la figure 5, des granules sidérurgiques contenant du carbone sont introduites par l'entrée 3 des granules du four rotatif, et sont déplacées vers la sortie 4 des granules. Du mazout est amené par l'entrée 8, ainsi la combustion du carbone dans les granules se produit. L'air pour la combustion de l'oxyde de carbone est amené dans le four 1 à travers les tubes 5, et de l'air ou de l'eau à l'état de pulvérisation est amené dans le four 1 par l'entrée 6. Le four 1 peut être équipé de plusieurs entrées. Quand de l'air ou de liteau à l'état de pulvérisation est amené dans la partie proche de l'extrémité de charge 7 du four 1 par le tube 6, la température de cette partie est abaissée, ainsi on peut éviter un chauffage trop rapide des granules 2 près de l'extrémité de charge 7. Quand du gaz pour la combustion est amené dans le four 1 par le tube 5, les oxydes métalliques contenus dans les granules réagissent avec le carbone pour former un métal et de l'oxyde de carbone. L'oxyde de carbone est brûlé pour former du gaz carbonique. La température de la partie de combustion du four 1 est généralement supérieure à 9500C. Pendant la réaction de réduction, du zinc est vaporisé. Avant introduction des granules brutes dans le four 1, on peut ajouter, à ces granules, comme agent réducteur, de la houille ou du coke. Les granules brutes peuvent être pré-séchées jusqu 'à une température inférieure à 4000C, de façon que le carbone qui y est contenu ne soit pas brûlé avant l'introduction des granules dans le four. La figure 6 montre la distribution de température dans le four dans le cas où il fonctionne à la même vitesse de rotation. La courbe A est la distribution de température de gaz dans le cas où l'on n'introduit pas d'air ou d'eau près de l'extrémité de charge. La courbe B est la distribution de température du gaz dans le cas où l'on introduit de l'air ou de lteau à l'état de pulvérisation près de 1' extrémité de charge. La courbe A' est la distribution de température des granules brutes dans le cas où l'on n'introduit pas d'air ou d'eau près de l'extrémité de charge. La courbe B' est la distribution de température des granules brutes dans le cas où l'on introduit de ltair ou de l'eau à l'état de pulvérisation près de 1 t extrémité de charge.Il est apparent sur la figure 6, que quand de l'air est soufflé ou que de l'eau est pulvérisée pres de l'extrémité de charge, la courbe de chauffage des granules brutes entre environ 600 et 800 C est moins raide que quand de l'air n'est pas soufflé ou que de l'eau n'est pas pulvérisée près de l'extrémité de charge. Dans l'exemple illustré sur la figure 6, quand de l'air ou de l'eau est introduit dans la partie proche de l'extrémité de charge, la température atmosphérique de l'extrémité de charge est inférieure de l'ordre de IMOC à celle obtenue quand ni air ni eau ntest introduit dans cette partie. Par conséquent, il y a peu de possibilités que les granules ne se rompent par une contrainte thermique. Cependant, la température atmosphérique de l'extrémité de charge dans le cas où l'on introduit de l'air ou de l'eau dans cette partie peut être contrôlée en ajustant la quantité d'air introduit dans cette partie. Par ailleurs, la chaleur spécifique des granules est clus élevée que celle du gaz, ainsi la température des granules est toujours inférieure à celle du gaz.La raison pour laquelle la température du gaz dans la zone de combustion )1Iprocédé selon la présente invention est plus élevée que la température du gaz dans le procédé selon l'art antérieur provient du fait que, dans la présente invention, tout l'oxyde de carbone est brulé dans la partie entre l'extrémité d'évacuation et le centra du four. De l'air ou de l'eau à l'état de pulvérisation, pour le refroidissement, est ajouté à la partie où une combustion ne peut pas se produire. En d'autres termes, de l'air ou de l'eau à l'état de pulvérisation est ajouté à la partie du four de façon que l'introduction d'air ou d'eau n'améliore pas le chauffage de cette partie, mais la refroidisse. Par conséquent, de l'air ou de l'eau à 1' at de pulvérisation peut être ajouté près de l'extrémité de charge. (c) L'air ou l'eau à l'état de pulvérisation peut également être introduit dans la partie où se produit la combustion, à condition que l'introduction d'air ou d'eau à un état de pulvérisation puisse abaisser la température de cette partie. La distance de l'extrémité de charge à laquelle l'air ou l'eau à l'état de pulvérisation est introduit et la quantité d'air ou d'eau introduit sont des variables dépendantes l'une de l'autre. Cependant, l'air ou l'eau à l'état de pulvérisatisn est introduit dans la partie proche de l'extrémité de charge, pour assurer que la pentede chauffage des granules brutes devient plus faible entre 600 et Boe0C environ. I1 est souhaitable que l'air ou l'eau à un état de pulvérisation soit introduit dans la partie située entre 3/7 de toute la longueur du four, en mesurant à partir de l'extremité de charge, et l'extrémité de charge. La quantité d'air ou d'eau introduit à l'état de pulvérisation peut facilement être décidée par ceux qui sont compétents en la matière. La quantité de gaz pour la combustion et la vitesse de rotation du four ne sont pas critiques. Selon la présente invention, en utilisant un four rotatif, on peut préparer des granules métallisées ayant une teneur en zinc inférieure à 0,1 3 en poids et un rapport de métallisation élevé, à partir de granules brutes avec la même productivité par volume unitaire du four rotatif que dans le procédé selon l'art antérieur, mais sans formation d-'anneau dans le four. Selon la présente invention, le four rotatif peut fonctionner à la même vitesse de rotation que selon l'art antérieur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS s 1.- Proced de réduction de granules brutes en granules métallisées ayant une forte teneur en fer métallique, du type consistant à charger lesdites granules brutes contenant une quantité appropriée d'une source de carbone dans un four rotatif, et à réduire les oxydes métalliques contenus dans lesdites granules brutes avec le carbone, caractérisé en ce que de l'air ou de l'eau à l'état de pulvérisation est introduit dans la partie ou est roche de 1' extrémité de charge dudit four, oh la combustion né ne se~prodult pas, ou bien de l'air ou de l'eau à l'état de pulvérisation peut être introduit dans la partie à laquelle la combustion se produit, à condition que l'introduction d'air ou d'eau à l'état de pulvérisation puisse abaisser la température dans cette partie. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air ou l'eau précité à l'état de pulvérisation est introduit dans la partie située entre 3/7 de toute la longueur du four précité- en mesurant à partir de l'extrémité de charge et ladite extrémité de charge. 3.- Granulesmétallisées caractérisées en ce qu'elles sont obtenues par le procédé selon l'uns quelconque des revendications précédentes.