Brevet FR2337202A1 — publié le 19770729

La présente invention concerne un proced de oroduction de granules brutes à réduire dans un four rotatif, à partir de poussières dusines sidérurgiques. Les poussières d'usines sidérur@i@ues sui s'échap@ent des hauts-fourneaux, des fours de convertisseurs, des frs électriques et des fours Siemens-Martin étaient vacuees ou décosées ou bien utilisées comme mat rivaux pour le frittage, avent que ne se rosent les problèmes concernant la nollution de l'environnement. I1 est souhaitable que les granules brutes préparées à tartir ds poussières d'usines sidér@rgiques soient recyclées dans le haut-fourneau pour en récupérer le fer, et our empêcher la pollution de l'environnement. Dans l'art antérieur, deux méthodes ont été proposées pour utiliser efficacement les coussières (a) l'une des méthodes consiste à utiliser la poussiers comme matériau de construction, en la mélangeant à un agent liant inorganique ou à un liant organique. (b) l'autre méthode consiste à utiliser la poussière comme matériau pour la prdduction de fer, en changeant la forme et les composants des poussières. Comme la poussière a une forte teneur en fer, sa réutilisation est souhaitable d'un point de vue d'économie de ressources. La présente invention se rapporte à ce dernier procédé. Dans le cas où l'on réduit les granules ou boulettes brutes en granules ou boulettes métallisées ayant une forte teneur en fer dans un four rotatif, des problèmes ont été soulevés par la résistance des granules brutes et les composants des granules brutes. Par exemple, si la résistance à l'écrasement des boulettes brutes et faibles, elles deviennent pulvérulentes pendant leur réduction en boulettes métallisées, ainsi une extinction se produit dans le four rotatif. De même, si le rapport de la poussière et de la source de charbon n'est pas aporopri@, la combustion de la poussière ne se produit pas suffisamment. Les termes granules brutes" dans la présente spécification signifient des granules obtenus en agglomérant la poussière sidérurgique séchap@ant de hauts-fourneaux, fours électriques, fours de c@nvertisseurs et/ou fours Siemens-Martin, ou un mélange de poussières et de sources de charbon, comme de la houille du coke ou de la poussière sèche ayant une forte teneur en carbone. Les termes "poussières sidérurgiques" dans la présente spécification signifient des matières pulvérulentes retirées comme sous orodults d'un haut-f@@rneau d'un four @ ectrique, d'un four de convertisseur ou d'un fcjr Siemens-Martin, pour 1- fonte d'un mÉtal ou la fabrication d'un métal. Les termes "granulés métallisées" signifient dans la présente spécification, des granules ayant une forte teneur en fer, et pr-parées en réduisant les granules brutes. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients oroduits vendant la réduction des granules brutes. Ces inconvénients peuvent être surmontés en déterminant le rapport du carbone et de 1' oxygène contenus dans les granules brutes et la porosité des granules, ainsi qu'en ajoutant de la bentonite à la poussière sidérurgique. Par conséquent, c'est un objet de la présente invention d'obtenir des granules brutes pmuvant facilement etre réduites en granules métallisées, ayant une forte teneur an fer, sans produire des problèmes tels que ceux mentionnés ci-dessus dans le procédé de réduction. 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 résistance à l'écrasement des granules sur l'axe des ordonnées et la porosité des granules sur l'axe des abscisses ;; - la figure 2 est un graphique montrant la relation entre la résistance à un chauffage rapide sur l'axe des ordonnées et la porosité des granulas sur l'axe desabscisses - la figure 3 est un graphique montrant la relation entre la résistance à l'écrasement des granules sur l'axe des ordonnées et la quantité de bentonite ajoutée sur l'axe desabscisses. On a trouvé selon la présente invention, que la vitasse de la réaction de réduction des granules brutes est exprimée par l'Équation suivante dPo E - - = k, exp ( - - ) RO.RC dt RT où RO : At O/At Fa RC : At C/At Fe R : Constante du gaz AtO : Nombre d'atomes d'oxygène liés au fer contenu dans les granules AtF : Nombre d'atomes de fer contenus dans les granules AtC Nombre d'atomes de carbone contenus dans les granules t : temps T v : température absolue E : énergie d'activation. I1 est apparent, en regardant l'équation ci-dessus, que plus il y a de carbone contenu dans les granules, plus est rapide la vitesse de la réaction de réduction. Cependant, on a trouve que quand RC/RO, ou AtClA W est supérieur à 1,25, les granules résultantes ont une résistance faible, parce qu'il y a trop de carbone. Des granules ayant une forte teneur en carbone sont coûteuses. On a également trouvé que, quand le rapport de RC/RO, ou AtC/AtO est inférieur à 0,75, la combustion des granules brutes ne se produit pas suffisamment dans un four rotatif. En d'autres termes, il est préférable qlw les granules brutes aient un rapport AtC/AtO situé entre 0,75 et 1,25, et on préfère une valeur située entre 0,90 et 1,10 Cependant, quand des granules ayant le rapport inférieur à 0,75 sont introduites dans un four rotatif, l'opération de réduction des granules peut continuer en introduisant une source de carbone ou charbon, comme de la houille, dans un four rotatif, pendant l'opération. Quand une quantité importante de houille est introduite å 11 extrémité d'évacuation du four, la température des granules est abaissée, ce qui gêne un fonctionnement stable et continu. Quand le charbon est introduit dans l'extrémité de charge du four rotatif pour assurer un rapport de AtC/AtO entre 0,75 et 1,25, une ségrégation est produite par la différence entre la pente des boulettes brutes et celle de la houille. Par conséquent, il est préférable d'ajuster ce rapport entre 0,75 et 1,25 avant l'introduction dans le four. Des recherches ont été effectuées sur les composants des matériaux des boulettes brutes, les conditions d'agglomération, les conditions de séchage et les conditions de réduction. On a trouvé par suite qu'il était efficace d'ajouter de la bentonite à raison d' environ 0,5 $ à environ 7 lo en poids, en se basant sur le poids de la poussière sidérurgique, et de préférence entre 0,8 % et 3 go, à cette poussière, pour assurer un fonctionnement stable et continu dans le procédé de réduction subséquent des granules brutes. On a également trouvé que, quand on ajoute de la bentonite å la poussière, la porosité des granules brutes varie par rapport à la résistance des granules sèches. La figure 1 montre la relation entre la porosité des granules contenant 1 % en poids de bentonite (courbe A) et la résistance à l'écrasement de ces granules. I1 est apparent, sur cette figure, que la porosité des granules a un grand rapport avec la résistance à l'écrasement. Par conséquent, on comprendra que, en abaissant la porosité des granules en choisissant une classe appropriée des matériaux pour les granules et les conditions d'agglomération, on peut obtenir des granules ayant une forte résistance à l'écrasement. Les granules brutes à réduire dans un four rotatif ont de façon pratique une résistance à l'écrasement supérieure à 10 kg/granule.Par conséquent, si l'on ajoute 1 % an poids sur le poids de la poussière, de bentonite, aux granules, la limite supérieure de la porosité des granules est de 37 % pour obtenir des granules ayant une résistance à l'écrasement ds 1' ordre de 10 kg/granule. Le terme "porosité des granules" est exprimé ds la façon suivante : 1 - (densité réelle des granules sèches) porosité = X 100 densité apparente des granules sèches Par ailleurs, il peut être nécessaire que les granules brutes soient préchauffées ou séchées avant leur introduction dans le four rotatif. En général, il est probable que les granules brutes se rompront pendant ce préchauffage, gênant ainsi un procédé continu de réduction dans le four rotatif. Par conséquent, il est nécessaire que les granules brutes aient une résistance suffisante pour ne pas se rompre pendant ce préchauffage. La figure 2 montre la relation entre la résistance à un chauffage rapide des granules et la porosité des granules. La résistance à un chauffage rapide des granules signifie le oourcentage de granules qui ne se rompent pas quand elles sont rapidement chauffées à 4000C pendant 15 minutes. Il est apparent, sur la figure 2 que toutes les granules ayant une porosité inférieure à 27 % se rompent, quand elles sont rapidement chauffées à 400 C. En d 'autres termes, en chauffant rapidement à 200 C, des granules ayant une porosité de 27 %, elles se rompent raromant. Cependant, en chauffant rapidement à 200 C des granules oyant une porosité de 25,4 @, presque toutes les granules se rompent pendant ce chauffage. Seule une faible quantité de granules ne s'étant pas rompues a une rÉsistance à l''crasement aussi fable que 5 kg/granule.La marque "x" sur la figure 2 montre la relation entre la résistance à un chauffage rapide des granules brutes ne contenant pas de bentonite et la porosité des granules. I1 est apparent sur la figure 2, que la résistance à un chauffage rapide des granules ne contenant pas de bentonite, est inférieure à celle des granules qui en contiennent. Par conséquent, on a trouvé par suite des expériences ci-dessus, que la lignite inforieure de porosité des granules est de l'ordre de 27 %.Par exemple, quand les granules contiennent de l'ordre de i % en poids de bentonite, il est souhaitable qu'elles aient une porosité située entre 27 % et 40 %, en vue de leur résistance à l'écrasement et de leur résis- tance à un chauffage rapide. La figure 3 montre la relation entre la résistance à l'écrasement des granules sèches ayant une porosité de @5,1 % et la quantité de bentonite ajoutée à la poussière. I1 est anoarent, sur la figure 3, que la résistance à l'écrasement des granulas augmente proporti nn- nellement à l'augmentation de la quantité de bentonite ajoutée. La porosité des granules peut augmenter en augnentant la quantité de bentonite ajoutée tout en naintenant la résistance nécessaire dans le procédé de réduction dans un four rotatif.Cependant, en général il est difficile et inutile de préparer des granules ayant une porosité supérieure à 40 % Par consquent, la présente invention se rapporte à un procédé de production de granules brutes à réduire dans un four rotatif et il consiste à mélanger (a) de la poussière s'échap@ant de haut fourneaux, de fours éléctriques, de fours de convertisseurs ou de fours Siemens-Martin, ou leurs mélanges, ou de la poussière d'oxyde métallique avec (b) une source de carbone ou charbon choisie dans le groune consistant en poussières sidérurgiques sèches,poudres de coke, poudres de houille, ou de charbon ou leurs mélange, contenant une grande quantité de carbone avec une faible teneur en matières volatiles, de facon que le rapport du nombre des atomes de carbons contenus dans le mélange de (a) et (b) et du nombre d'atomes d'oxygène liés au fer contenu dans le mélange (a) ot (b) soit situé entre 0,75 et 1,25, et à ajouter, au mélange de (a) et (b), environ 0,6 % à 7 % en poids de bentonite par rapport au poids du mélange, et d'agglomérer le mélange résultant pour former des granules ayant une porosité située entre 27 - et 40 %, de sèches les granules à une température telle que 1 carbone rui y est contenu ne soit pas brûlé. Une addition de moins de 0,5 % en poids de b@ntonite ne peut suffisamment @méliorer la résistance des granules brutes. La limite supérieure de la quantité de bentonite ajoutée est décidée d'un point de vue économique. En effet, on Inut indiquer qu'une addition de plus de 7 @ en poids de bentonite, à la poussière, n'est pas économique. La demande de brevet japonaise na 73646/1972 à Tsuchida, déposée le 21 Juillet 1972, révèle un préchauffage des granules brutes à réduire, dans un four rotatif, à une température de l'ordre de 150 à 500 C. Cependant, quand de la poussière sidérurgique contient une quantité considérable d'cxyde ferreux et de fer métallique, qui sont tout à fait sujets à une réduction, les granules brutes préparées à partir ce cette poussière ne peuvent être préchauffées ou séchées à une température supérieure à 30000. Par conséquent, quand les granules brutes contiennent de l'oxyde ferreux ou du fer métallique, elles sont de préférence préchauffées ou séchées à une température inférieure à 300 C. Quand la poussière sidérurgique contient des poussières échappées d'un haut fourneau ayant une forte teneur en carbone, il est généralement inutile d'ajouter de la houille ou du coke à cette poussière. La présente invention sera mieux illustrée par les exemples suivants. rependant, ils ne doivent en aucun cas en limiter le cadre et tous changements et modifications dans l'esprit de la présente invention peuvent être effectués. Dans les exemples, les pourcentages et parties sont basés sur le poids à moins que cela ne soit spécifié autrement. Exemple 1 70 parties dc poussières évacuées d'un haut-fourneau furent mélangées à @0 parties de poussières évacuées d'un four de convertisseur@. On ajouta, au mélange, une partie de bentonite. On prépara, à partir de ce mélange, des granules ayant un diametre moyen de 14 mm. La porosité des granules résultantes était de 35 %. Le rapport d'atomes de carbone contenu dans les granules et d'atomes d'oxygène liés au fer conte- nu dans les granules était de 0,91. Les composants contenus dans les granules étaient les suivants Tableau 1 Fe Fe Composant C FeO Fe2O3 Zn métallique total Parties 12,33 18,93 44,93 1,05 47,19 0,52 La résistance à l'Écrasement des granules était de 12 kg/granule .(kg/gr) Les granules furent réduites dans un four rotatif ayant 0,46 m de diamètre interne et 6,57 m de longueur.Les granules métallisées résultantes avaient un rapport de métallisation du fer (le rapport du fer métallique et du fer total contenu dans les granules métallisées) de 92 %, une résistance moyenne à l'écrasement de 264 kg/granule et le pourcentage de poudre passant par un tamis ayant une dimension de mailles de 6 mm était de 1,6 %. Exemple 2 On prépara le mélange ayant les composants indiqués au tableau 2 : Tableau 2 Pourcentage poussière du haut-fourneau 23 poussière du four de convertisseur å récu- 20 pération des gaz poussiers du four de convertisseur sans 24 récupération des gaz poussière du collecteur de poussières 24 poudre de coke 9 On ajouta une partie de bentonite à 100 parties du mélange. Le mélange fut aggloméré. La proportion des composants dans les granules est indiquée au tableau 3 Tableau 3 t C FeO Fe203 Fe Zn total Parties 18,1 14,4 54,3 49,2 0,34 "At C/At O" des granules était de 1,23, la porosité des granules était de 27 % et la résistance à l'écrasement était de 17,5 kg/granule. Les granules résultantes furent reduites dans le m8me four rotatif que dans l'exemple 1. Les granules métallisées résultantes avaient un rapport de métallisation du fer de 96 %, une résistance moyenne à l'écrasement de 140 kg/granule et un pourcentage de poudre passant par un tamis ayant des dimensions de mailles de 6 mm de 6 p. Exemple 3 Une partie de poussières de haut-fourneau fut mélangée à deux parties de poussières d'un four de convertisseur du type à récupération des gaz. Une partie de bentonite fut ajoutée à 100 parties du mélange résultant. Le mélange fut aggloméré. La proportion de composants dans les granules est indiquée au tableau 4 Tableau 4 Fe Composant C FeO Fe2O3 Zn total Parties 10,0 9,3 51,1 42,9 0,33 "At C/At U" des granules était de 0,755, leur porosité de 33,2 % et leur résistance à l'écrasement de 15 kg/granule. Les granules résultantes furent réduites dans le même four que dans l'exemple 1.Les granules métallisées résultantes avaient un rapport de métallisation du fer de 89,7 %, une résistance à l'écrasement de 160 kg/granule et le pourcentage de poudre passant par un tamis ayant des mailles de 6 mm de dimension était de 15 ,o'. Exemple 4 Des granules brutes préparées dans l'exemple 2 furent placées dans un préchauffeur ayant un réseau mobile de 0,6 mm de large et de 4 mm de long sur 100 mm d'épaisseur, et furent séchées. Une analyse thermique différentielle des granules fut effectuée. La température de départ d'oxydation était de 2300C et la température de départ de combustion du carbone était de 5170C. Chaque granule fut chauffée en faisant passer de l'air chauffé ayant des températures différentes dans le préchauffeur. Les résultats sont indiqués au tableau 5. Tableau 5 Teneur en Pourcentage Teneur en charbon des granules Température Température eau des Résistance des granu- rompues At C/At 0 e l'air des granu- granules des granu- les après après chauffé C les séchées séchées les kg/gr séchage séchage (%) 150 142 0,9 12 13,0 O 1,23 200 205 0w4 17 17,9 O 1,21 230 240 0,05 19 16,8 4 1,05 250 530 O - 12,5 36 0,73 300 785 0 - 10,4 59 0,60 Note : La vitesse de l'air chauffé avant de passer à travers la couche de granules était de 0,72 m/s. Le temps de résid-ncE des granules dans le préchauffeur était de 35 minutes. L'expérience ci-dessus montre que, quand les granules sont séchées à une température supérieure à la température de départ de 1' oxydation, une perte du carbone se produit nécessairement entant donné la combustion du carbone à cette température. Par conséquent, en chauffant las granules à cette température, At C/At O diminue. Exemple 5 On prépara un mélange tel que celui indiqué au tableau 6. On ajouta une partie de bentonite à 100 parties du mélange. Le mélange fut aggloméré. Les granules brutes furent séchées de la même façon que dans 1' exemple 4. Tableau 6 Pourcentage Poussière de haut-fourneau 29,5 Poussière de four de convertisseur du type à récupération des gaz 30,8 Poussière du collecteur de poussières 30,7 Poudre de coke 9,0 La proportion des composants dans les granulés est indiquée au tableau 7. Tableau 7 Composant C FeO Fe2O3 Fe Total Zn Parties 17,9 3,4 65,7 48,6 0,42 En chauffant les granules ne contenant pas une grande quantité d'oxyde ferreux à une température inférieure à la température de départ de la combustion du carbone, cette combustion ne se produit pas. On effectua l'analyse thermique différentielle des granules comme illustré au tableau 8. La température de départ de l'oxydation était de 2430C. Tableau 8 Température Température Teneur en Résistance à Pourcentage de car de l'air des granules eau dans l'écrasement bone dans les chauffé ( C) sèches ( C) les granu- des granules granules après les sèches sèches (kg/gr) séchage (%) (%) 480 495 0 27 17,6 La vitesse de l'air chauffé avant son passage à travers la couche de granules était da 0,76 mjs. Le temps de résidence des granules dans le préchauffeur était de 35 minutes. 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 1.- Procédé de production de granules brutes à rduire dans un four rotatif caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger (a) de la poussière évacuée de hauts-fourneaux, fours électriques, fours de convertisseur ou fours Siemens-Martin ou leurs mélanges, à (b) une source de carbone choisie dans le groupe consistant poussières sidérurgiques sèches, poudres de coke, poudres de charbon ou leurs mélanges contenant une quantité assez importante de carbone, avec une faible teneur en substances volatiles, de façon que le rapport du nombre desdits atomes de carbone contenus dans le mélange de (a) et (b) et du nombre d'atomes d'oxygène liés au fer contenu dans le mélange de (a) et (b) soit situé entre 0,75 et 1,25, à ajouter audit mélange de (a) et (b) de l'ordre de 0,5 % à 7 eS en poids de bentonite sur le poids dudit mélange, ê agglomérer ledit mélange résultant pour former des granules ayant une porosité située entre 27 % et 40 %, et ~à sécher lesdites granules à une température telle que le carbone qui y est contenu ne soit pas brûlé. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute au mélange précité de l'ordre de 0,8 e/o à 3 $ en poids de bentonite sur le poids du mélange de (a) et (b). 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le;granules précitées sont séchées à une température inférieure à 300 C. 4.- Granules brutes caractérisées en ce qu'elles sont obtenues par le procédé selon l'une quelconque dés revendications précédentes.