Brevet FR2360677A1 — publié le 19780303

La présente invention concerne un procédé d'amé- lioration des pastilles de minerai de fer dans un four à grille circulaire ou horizontale, lorsque les pastilles subissent le durcissement. Le pastillage des concentres de minerai de fer destinés à former une charge de haut fourneau a gagné de l'importance dans l'industrie sidérurgique. Ce phénomène est le résultat des essais de satisfaction de la demande croissante de fer et d'acier par utilisation de minerai de basse qualité ou de minerai tiré des installations d'en- richissement, tous ces minerais étant habituellement sous forme de particules finement divisées, trop fines pour que le traitement dans le haut fourneau puisse être réalisé directement. Le rôle principal du pastillage dans cette indu se trie est l'augmentation de la perméabilité de la charge et du contact gaz-solide dans le haut fourneau afin que la vitesse de réduction soit élevée. Une autre considération est la réduction de la quantité de fines soufflées par le haut fourneau dans le circuit de récupération de gaz. Les caractéristiques des pastilles acceptables industriellement snt une résistance mécanique qui permet aux pastilles de supporter le stockage en tas, la manipulation et le transport sans dégradation, et la résistance aux forces de dégradation et à la température élevée dans le haut fourneau sans affaissement ou décrépitation. Les procédés de pastillage comprennent habituellement la formation de billes de 9 à 25 mm de diamètre, à partir d'un concentré de minerai de fer de teneur raisonnable en humidité, dans un tambour rotatif ou sur un disque rotatif, les billes ou pastilles crues étant alors cuites dans un four à une température suffisamment élevée pour que les pastilles durcissent et prennent une résistance mecanique suffisant à l'utilisation dans les hauts fourneaux.Les pastilles crues intéressantes sont celles qui contiennent une matière oxydabler habituellement de la magnétite Fe304. D'autres matières oxydables-sont le fer-et un combustible solide tel que le coke, le charbon ou le charbon de bois, parfois ajoutées au mélange de formation des pastilles à l'état finement divis afin qu'une quantité supplémentaire de chaleur soit transmise aux pastilles au cours du durcissement. Le concentré de minerai de fer auquel se rapporte prticulière- ment l'invention contient au moins 30 % de magnétite environ, une certaine quantité de fer ou d'autres composés du fer tels que l'hématite, et une petite quantité d'impuretés telles que la silice, l'alumine et la magnésie. L'un de ces concentrés est connu sous le nom de taconite enrichi.Des liants sont souvent ajoutés avant ou pendant la rotation du tambour ou du disque afin que la résistance à l'état humide des patilles crues atteigne une valeur convenant à la manipulation ultérieure. L'un des types de four utilisé industriellement pour le durcissement des pastilles crues est le four à grille horizontale. Le procédé mis en oeuvre dans ce four est essentiellement un procédé modifié de frittage. Par exemple, des pastilles crues (parfois avec addition de combustible comme indiqué précédemment) parviennent constamment à l'extrémité amont du four sur une grille mobile et forment un lit dont l'épaisseur est d'environ 36 cm. Lorsque la grille continue se déplace vers le bas, les pastilles sont mises au contact de gaz de combustion et/ou d'air, formant des courants aspirés vers le haut et vers le bas, lors du séchage, du préchauffage, de l'inflammation (allumage), du durcissement, de la récupération thermique et du refroidissement, avant évacuation à l'extrémité aval du four sous forme du produit. Diverses combinaisons de courants descendants et ascendants, notamment au cours du séchage et du refroidissement, sont couramment utilisées.Une variante de ce procédé fondamental mettant en oeuvre une grille horizontale comprend la réutilisation des pastilles cuites sous forme des couches inférieures et latérales de la grille, les pastilles crues étant placées au-dessus et entre ces couches. Récemment, on a remplacé la grille horizontale par une grille circulaire de forme toroïdale, si bien que le brin de retour est superflu, mais la grille circulaire est par ailleurs analogue à la grille horizontale lors du fonc tiomlement. Les températures utilisées dans les fours à grille horizontale et circulaire atteignent une valeur maximale d'environ 13160C dans les parties d'inflammation et de durcissement, la valeur retombant à 93 - 2040C à l'évacuation. Dans les parties d'inflammation,de durcissement ou de refroidissement, il existe une zone dans laquelle la température moyenne des pastilles est comprise entre environ 593 et 12040C, cette zone étant particulièrement intéressante dans le cadre de l'invention et n'ayant pas encore été délimitée de façon classique. Une liaison robuste, dans les pastilles durcies formées au four à grille1 est due sans doute à la croissance granulaire due à l'oxydation de la magnétite en hématite et à la recristallisation de l'hématite. La réaction exothermique d'oxydation fournit environ 311 J/g de pastilles. La résistance mécanique des pastilles durcies est habituellement déterminée par des essais de compression et de tonnelage. Bien que les spécifications des pastilles varient avec leur origine et l'acheteur, la résistance minimale suggérée à la compression pour les pastilles individuelles est comprise entre environ 1336 N pour les pastilles de 6,4 mm et 3563 à 6681 N pour les pastilles de 25 mn. Dans l'vessai de tonnelage, 11,4 kg de pastilles de dimension prieure à 6,4 mm subissent un tonnelage pendant 200 tours avec une vitesse de 24 + 1 tr/min, dans un tambour de tonnelage, avant tamisage. Les pastilles industrielles qui donnent satisfaction donnent en général moins de 6 % environ de fines de dimension inférieure à 0,595 mm et plus de 90 % de pastilles de plus de 6,4 mm après l'essai de tonnelage. Dans certains cas, l'indice de tonnelage est modifié afin que seules les pastilles de plus de 6,4 mm présenteR avant etaprès l'essai de tonnelage soient mesurées, le prix payé par tonne de pastilles expédiées étant réglé en conséquence. Comme la production à l'installation de pastillage porte sur des millions de tonnes par année, une faible augmentation de l'indice de tonnelage (qualité) d'environ deux points en pourcentage, peut représenter des économies considérables pour l'installation. Les spécialistes savent que l'un des facteurs importants pour l'amélioration de la qualité des pastilles, en ce qui concerne la résistance à la compression et l'indice de tonnelage, est la conversion efficace de la magnétite en hématite dans le four, le but recherché étant évidemment que toutes les pastilles formées contiennent essentiellement de l'hématie ou àu moins une très forte concentration d'hé- matite. L'oxydation de la magnétite en hématite au cours du pastillage est importante non seulement parce que l'hématite est plus facilement réduite dans le'haut fourneau, malgré sa plus grande teneur en oxygène mais aussi parce que, au cours du pastillage, la transformation de la magnétite en hématite, qui est une réaction fortement exothermique,facilite la croissance granulaire et le frittage des particules du concentré de minerai de fer sous forme de pastilles dures et robustes qui résistent à l'abrasion. Comme la vitesse de réaction de la magnétite dans l'oxygène pratiquement pur est un multiple élevée de celle qui est observée dans l'air, on a suggéré l'enrichissement des gaz de combustion et de l'air du four par de l'oxygène, mais le volume de gaz circulant dans une installation de pastillage est si important que toute augmentation notable de la concentration d'oxygène nécessite des quantités qui ne. sont plus rentables, c'est-a-dire que le coût de l'oxygène nécessaire à l'obtention d'un plus grand nombre de pastilles essentiellement formées d'hématite ou à teneur élevée en hématite dépasse l'économie réalisée par l'amélioration de la qualité des pastilles. En outre, on sait qu'un pourcentage élevé de l'oxygène supplémentaire est perdu dans tous les cas car celui-ci circule sur des pastilles qui pourraient être transformées pratiquement en hématite ou au moins avec une teneur suffisante en hématite lors d'un opération classique. L'invention concerne donc une amélioration du pastillage classique, avec augmentation de la teneur en hématite des pastilles durcies et de leur qualité globale. L'invention concerne un procédé de durcissement de pastilles oxydables crues de minerai de fer, dans un four à grille horizontale ou circulaire, le procédé comprenant le passage de la grille portant un lit de pastilles suivant un trajet horizontal dans le four afin que les pastilles soient chauffées par contact avec des gaz chauds, le four ayant une zone comprise dans la partie du four dans laquelle la temperature est maximale ou placée en aval de cette partie, ladite zone ayant une température moyenne comprise entre environ 593 et 12040C, le courant de gaz étant descendant, vers le lit de pastilles porte par la grille, dans cette zone. Selon l'invention, le procédé du type décrit comprend le recouvrement de la périphérie d'une partie au moins de la zone par deux capots au moins destinés à former une zone protégée par des capots de part et d'autre de la partie supérieure de la grille, la périphérie de cette dernière passant sous les capots, la circulation d'au moins un courart d'oxygène dans la zone protégée par les capots afin que les courants d'oxygène descendent vers la périphérie du lit de pastilles porté par la grille et traversent cette périphérie, lors du passage dans les zones protégées par les capots, et la circulation de la périphérie du lit de pastilles de la grille dans les zones prtégées par les capots afin que le temps de séjour des pastilles dans ces zones protégées soit d'au moins 5 s environ. La préparation des pastilles crues décrite précédemment est classique. L'invention concerne la partie du pastillage dans laquelle les pastilles crues durcissent à la valeur nécessaire à l'utilisation dans le haut fourneau. Comme indiqué précédemment, l'appareil, c'est-à-dire le four à grille horizontale ou circulaire, destiné à assurer le durcissement, la composition des pastilles crues, les étapes essentielles du durcissement et les gaz de combustion et l'air (appelés globalement "gaz"), utilisés au cours de l'opération, sont classiques et sont utilisés èn coopération avec le perfectionnement selon l'invention. L'invention concerne donc la projection de plusieurs courants d'oxygène sur les pastilles passant à la périphérie d'une zone particulière de température déterminée, dans un jeu de conditions bien déterminées. Comme indiqué, la zone est formée dans les opérations classiques des fours à grille longitudinale et à grilla circulaire, mais-jusqu'à présent, on n 'a pas identifié cette zone autrement que comme une partie des régions du four qui assurent l'oxydation, l'in flammation, le durcissement et le refroidissement. La zone choisiewest celle dans laquelle la température moyenne des pastilles est comprise entre-environ 593 et 12040C, de préférence entre 704 et 10930C, et elle se trouve dans la région dans laquelle la température maximale du four est atteinte ou en aval de cette région. En outre, la zone doit être telle que le gaz présent dans le four descende vers les pastilles portées par la grille. Le courant d'oxygène peut être un mélange de gaz contenant une proportion essentielle d'oxygène, c'est-à-dire plus de 50 % en volume. I1 est avantageux que le mélange de gaz contienne cependant 90 à 95 % en volume d'oxygène au moins. L'oxygène habituel distribue dans le commerce contient essentiellement de l'oxygène et il est très commodément disponible habituellement. On constate que, lors de la projection d'oxygène sur les pastilles à la périphérie de la zone à température choisie, dans les conditions déterminées, permet une oxydation maximale avec une consommation minimale d'cxygène, la température des pastilles étant accrue si bien que la liaison thermique est améliorée et accroît la qualité globale des pastilles. La périphérie de la zone est la région qui se trouve des deux côtés de la partie supérieure de la grille, partant de la surface interne de chaque paroi de retenue, et tournée vers le centre de la grille, en direction horizontale. La paroi de retenue est une partie de la grille à laquelle elle est fixee et elle est destinée à empêcher la chute des pastilles de la grille mobile. Une paroi de retenue a par exemple une hauteur d'environ -40 cm. Elle est sous forme d'une plaque perpendiculaire à la surface horizontale de la grille ou inclinée par rapport à cette-surface. La grille, la paroi de retenue et les pastilles se déplacent ensemble dans le four.La distance mesurée à partir de la face interne de la paroi de retenue,vers le centre de la grille, correspondant à la largeur de la zone péripherique, est choisie en fonction de l'analyse des échantillons (au cours d'un essai classique de détermination), pour les pastilles passant dans la zone afin que l'emplacement de la plus grande partie des pastilles oxydées incomplètement soit déterminé.Bien que la largeur des grilles, mesurée horizonteement en direction transversale à la grille, varie d'une grille à l'autre, la dimension de la zone périphérique, mesurée horizontalement à partir de la partie supérieure de la face interne de la paroi de retenue vers le centre de la grille, suivant une droite perpendiculaire à l'axe de déplacement ou à la direction de la grille, est comprise entre environ 7,5 et 61 cm. La périphérie de la zone peut aussi être considérée comme la périphérie de la grille ou du lit de pastilles. Le courant d'oxygène est descendant vers le lit de pastilles porté par la grille horizontale. Lorsque la paroi de retenue est oblique, la direction du courant est la même bien que les pastilles appuyées contre la paroi de retenue ne soient pas à l'horizontale. Le courant vient d'abord frapper la partie supérieure du lit et descend à travers celui-ci et la grille, la quantité d'oxygène diminuant au fur et à mesure de la réaction aveclesmatières oxydables des pastilles. Habituellement, l'introduction ou injectiOn du courant d'oxygène dans la zone protégée par un capot est réalisée dans la direction descendante voulue, mais oxygène peut aussi pénétrer dans cette zone avec toute direction, par exemple en direction horizontale à partir des côtés du capot et peut être dispersé dans le capot qui assure ainsi la direction du courant vers le bas. Un ou plusieurs capots sont destinésà recouvrir la périphérie de chaque côté de la grille. Les capots sont formés de matières classiques qui peuvent supporter les températures utilisées dans le four. Habituellement il s'agit de matières réfractaires. Le courant d'oxygène pénètre sous le capot afin que le courant descendant soit obtenu directe ment ou indirectement. L'introduction sous le capot peut être réalisée par une tuyauterie ouverte, une tuyauterie bouchée ou perforée ou par une-série de buses qui sont destinées à suivre le trajet des pastilles. Le capot empêche le passage des gaz du four sur la zone de la périphérie qui est associée et rend minimale la dilution des courants d'oxygène dans les zones protégées par les capots. Les spécialistes peuvent noter que le terme "capot" et l'expression zone protégée par les capots" s'appliquent à l'utilisation d'enceintes, de hottes, de tunnels à extrémité fermée, de tentes, de compartiments ou de tout dispositif de protection qui permettent le contact du courant d'oxygène avec les pastilles sans dilution importante, l'oxygène n'ayant pas réagi pouvant rejoindre le courant principal des gaz du four.La largeur du capot, c'est-à-dire mesurée à partir de la partie supérieure de la face interne de la paroi de retenue en direction horizontale vers le centre de la grille,suffit au recouvrement de la zone comme décrit précédemment La longueur du capot, c'est-à-dire mesurée parallèlement à la direction de déplacement de la grille, suffit pour que les pastilles incomplètement oxydées restent le temps nécessaire dans la zone protégée, le temps de séjour étant d'au moins 5 s environ et de préférence d'au moins 10 s environ. I1 faut noter que toute la longueur de la zone placée à la périphérie ne doit pas subir le traitement par l'oxygène obligatoirement, la longueur étant suffisante pour que la condition concernant le temps de séjour des pastilles périphériques soit satisfaite.Il n'existe pas de limite supérieure au temps de séjour, mis à part des considérations pratiques, c'est-à-dire l'obtention de l'oxydation complète, bien qu'une limite supérieure d'environ 30 s soit avantageuse. La grille se déplace par exemple à une vitesse de 1,25 à 6,25 m/min environ, et le débit d'oxygène est constant. En conséquence, la longueur du capot est réglée afin que le temps de séjour ait la valeur nécessaire compte tenu de la vitesse de la grille, ce temps de contact pouvant être par exemple de 15 s correspondant, lorsque la gril le se deplace à une vitesse de 5 m/min, à une longueur interne du capot qui est calculée facilement sous la forme longueur. interne du capot = 5imute x minute x 15 s = 1,25 m minute 60 s La quantité d'oxygène transmise à la périphérie de la zone suffit habituellement à la transformation de la totalité en pratique de la magnétite de la périphérie de la zone en hématite comme déterminé théoriquement. Une analyse du type décrit précédemment destinée à la détermination des pastilles de la périphérie, peut évidemment être utilisée pour la détermination de cette quantité. il est avantageux que la quantité d'oxygène utilisée soit comprise entre 0,30 et 2 moles par mole de magnétite passant dans la périphérie de la zone déterminée. Plus la qualité des pastilles produites doit être élevée et plus la quantité d'oxygène utilisée est élevée. Dans tous les cas, la qualité est améliorée. REVENDICATIONS 1. Procédé de durcissement de pastilles oxydables crues de minerai de fer, dans un four à grille circulaire ou horizontale, ledit procédé étant du type qui comprend le passage delta grille portant un lit de pastilles suivant un trajet horizontal disposé dans le four, affin que les pastilles soient chauffées par contact avec des gaz chauds, le four ayant une zone comprise dans la région dans laquelle la température du four est maximale ou placée en aval de cette région, cette zone ayant une température moyenne de pastilles comprise entre environ 593 et 1204 C, le courant de gaz étant descendant vers le lit de pastilles porté par la grille dans cette zone, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend le recouvrement de la périphérie d'une partie au moins de ladite zone par au moins deux capots destinés à former une zone protégée par des capots de part et d'autre de la partie supérieure de la grille, la périphérie de celle-ci passant sous les capots, la circulation d'au moins un courant d'oxygène dans chaque zone protégée par un capot afin que le courant descende vers la périphérie du lit de pastilles porté par la grille passant dans les zones protégées par les capots, et traverse cette périphérie du lit, et la circulation de la périphérie du lit de pastilles porté par la grille dans les zones protégées par les capots afin que le temps de séjour des pastilles dans ces zones protégées soit d'au moins 5 s environ. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température moyenne des pastilles dans ladite zone est comprise entre environ 704 et 10930C. 3. Procédé on la revendication 2, caractérise en ce que le temps de séjour est d'au moins 10 s environ. 4. procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la quantitédgoxygène utilisée est en excès par rapport à la quantité théoriquement nécessaire à la transformation de la magnétite de la périphérie en hématite. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 3 et 4, caradtérisé en ce que les courants descendants à travers le lit de pastilles sont essentiellement formés d'oxygène.