Brevet FR2384848A1 — publié le 19781020

La présente invention concerne des hauts fourneaux. Les hauts fourneaux classiques comme, par exemple, ceux du type utilisé pour le traitement des minerais, comprennent en général un fond cylindrique ou creuset d'où montent les.étalages coniques s'élargissant vers le haut, qui supportent.a leur tour une partie annulaire plus grande se rétrécissant vers le haut ou cuve. Le vent,qui est destiné & faciliter la combustion du combustible (en général du coke) dans le haut fourneau, est en général de l'air contepant environ 21% d'oxygène Ce vent, qui est parfois préchauffé à une température de +1000 C, est habituellement introduit dans la partie inférieure du haut fourneau à l'aide d'une ou plusieurs tuyères A peu près horizontales, qui traversent la paroi du haut fourneau en direction de la zone de combustion. Bien que la productivité d'un tel haut fourneau puisse etre considérablement accrue en augmentant la teneur en oxygène du vent, cela a malheureusement pour effet de réduire la longueur de lavflamme obtenue. A part le fait que cela signifie que les caractéristiques classiques des tuyères du-haut fourneau doivent titre modifiées dans le but de prolonger leur vie, le raccourcissement de la flamme résultant de la combustion rapide provoquée par le vent enrichi en oxygène peut créer des points chauds et, par conséquent, des ruptures dans la zone des étalages du haut fourneau au-dessus et/ou autour des niveaux-des tuyères. Comme conséquence de ce qui précède, on a admis dans la pratique courantede n'utiliser que des vents contenant, par exemple, au. maximum 305 d'oxygène. Outre le fait que le mode opératoire admis limite la productivité du haut fourneau, le seul combustible qu'il permet d'utiliser est le coke. D'autres combustibles appropriés, tels que I'anthracite,pr exemple, demandent des température d'allumage supérieures à celles réalisables avec un vent relativement pauvre en oxygène. La présente invention a pour objet un haut fourneau et un procédé de traitement des minerais et de produits analogues dans un tel haut fourneau, que la demanderesse considère comme ayant certains avantages par rapport ceux connus. L'invention concerne par conséquent un haut fourneau caracterisé par le-fait qu'il comprend au moins une tuyère orientée de haut en bas et aboutissant dans le haut fourneau et qu'il utilise un vent enrichi en oxygène qui y-est introduit par une tuyère orientée verticalmement. Avec cette disposition, les emplacements possibles des points chauds qui peuvent apparaître pendant la combustion du fait de l'utilisation d'un tel vent enrichi peuvent être prédéterminés plus exactement et placés par conséquent å une certaine distance des parois ou d'autres zones mal placées du haut fourneau, ce qui réduit au minimum le nombre d'incendies occasionnés par le haut fourneau. Par ailleurs et selon l'invention, le vent peut contenir entre au moins 60% et près de 100% d'oxygène. Un vent contenant à peu près 100% d'oxygène produit une flamme dont la température théorique est voisine de 3 5000C a comparer avec celle d'environ 2 2000C pour un vent d'air classique préchauffé. Il est par conséquent possible, avec un tel vent d'utiliser le four pour l'exécution d'opérations à haute température considérées jusqu'à présent comme inexécutables avec un haut fourneau. La tuyère utilisée pour l'introduction du vent peut etre agencée de manière semblable aux lances classiques à oxygène refroidies par l';au utilisées par exemple pour transformer par affinage la fonte brute en acier. Les lances préférées, qui sont construites de façon b résister aux températures produites dans la zone de combustion du four, sont en une matière résistant mieux la chaleur que celle des lances classiques 9 oxygène et leur forme peut autre légèrement modifiée par rapport å ces dernières. Selon une caractéristique de l'invention, au moins une de ces tuyères est conçue de manière A diriger son vent sur le produit de la réduction d'un minerai traité dans le haut fourneau. L'oxygène ainsi insufflé dans le produit de réduction sert & affiner le métal fondu. Les opérations de réduction et d'affinage qui sont habituellement exécutées en deux étapes dans lés installations classiques peuvent par conséquent être exécutées en une seule étape. Si nécessaire, la tuyère débouchant dans le métal fondu peut amener un vent avec une teneur en oxygène supérieure a celle du vent amené par les tuyères utilisées pour l'étape de réduction. Dans certains cas, le vent utilisé pour l'affinage contient de l'oxygène a peu près pur. I1 va de soi que : a) pendant l'étape d'affinage susmentionnée, le laitier formé pendant l'opération de réduction flottera au-dessus du métal fondu et aglra donc comme une couche protectrice pour la réaction d'affinage intéressant le métal fondu; b) si nécessaire, on peut associer dans le méme haut fourneau des tuyères classiques horizontales et des tuyères verticales selon l'inventioW Toujours selon l'invention, au moins certaines tuyères sont mobiles dans les directions verticale-et/ou horizontale. Puisque la longueur de la tuyère à utiliser dans l'ensemble selon l'invention dépend de la hauteur de la cuve du haut fourneau, la demanderesse a trouvé que l'ensemble selon l'invention convient particuliè- rement pour le traitement des ferro-alliages, pour le motif suivant. Dans les ferro-alliages, les éléments alliés tels que le manganèse, le chrome, le vanadium, le silicium, etc. sont réduits par le carbone ou les carbures métalliques solides qu'on trouve dans les parties basses très chaudes du haut fourneau. Ceci permet d'utiliser un haut fourneau avec une cuve relativement courte, étant donné que la cuve n'a pas besoin d'être une zone de réaction, comme c'est le cas avec d'autres types de minerais pour lesquels la réduction est exécutée dans la partie inférieure de la cuve par le monoxyde de carbone CO formé pendant la combustion du coke. Etant donné que, dans le cas de la production de fonte brute à partir d'un minerai ayant subi une réduction préalable on peut utiliser un haut fourneau avec une cuve relativement courte, l'ensemble selon l'invention convient particulièrement pour de telles applications. Dans une forme de réalisation de l'invention, on peut utiliser un haut fourneau n'ayant pas du tout de "cuve" au sens classique du mot. Ainsi, par exemple, on peut utiliser un "haut fourneau" dans lequel le creuset et les étalages sont définis par un évidement creusé dans le sol. Un tel haut fourneau peut comporter alors, à la place d'une cuve, un couvercle, ou un organe analogue, en forme de dbme ou de volte traversé de haut en bas par des tuyères verticales. Un tel haut fourneau sera naturellement pourvu, de manière connue, d'organes pour la coulée des produits fondus de la réaction et aussi de moyens techniques pour recueillir les produits volatils de la réaction. L'invention comprend un procédé de traitement d'un minerai tel que décrit dans le présent mémoire. Il va de soi que l'ensemble selon l'invention permet d'opérer de telle manibre que de l'acier, à la place de la fonte brute > et aussi certains produits alliés tels que les ferrochromes et ferromanganèses, de teneur faible a moyenne en carbone, ainsi que les aciers inoxydables, peuvent être coulés à partir d'un four semblable au haut fourneau classique. Il est d'ailleurs possible d'utiliser avec cet agencement des combustibles autres que le coke. De même, au lieu d'utiliser une combustion-induite par un vent pour la réduction du minerai, cette dernière peut autre exécutée de toute autre manière appropriée, par exemple à l'aide d'un arc électrique submergé etc., de sorte que des tuyères descendantes sont utilisées uniquement dans l'étape "affinage" du traitement du minerai. Dans une application de ce genre, le four ne peut plus, par conséquent, être considéré comme un "haut fourneau" au sens classique du terme. Une forme de réalisation de l'invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en se référant à la figure unique ci-annexée qui est une vue schématique en élévation latérale d'un haut fourneau selon la présente invention. Dans cet ensemble, un trou 1 à peu près circulaire, creusé dans le sol, est revêtu à sa partie inférieure de blocs de charbon ou de briques 2 et sa surface latérale est constituée par des blocs de magnésite ou des briques 3. Les briques 2 et 3 au contact du sol garantissent un très bon isolement du trou 1 qui constitue le "creuset" et les "étalages" du "haut fourneau". Un trou a peu pres rectangulaire 4, qui est un peu plus profond que le trou 1, communique avec le fond du trou 1 par un passage 5 traversant les blocs 3. Le trou 4 est le trou de coulée et le passage 5 ltorifice de sortie de l'ensemble. Une enveloppe cylindrique 6 en acier,revetue de briques réfractaires, est fixée sans serrer en haut des blocs 3 par un joint à base de sable et de mortier. L'enveloppe 6, qui est la "cuve" du "haut fourneau" comprend un couvercle 7 à travers lequel peut coulisser une lance à oxygène 8 refroidie par l'eau. La lance 8 peut monter et descendre dans l'enveloppe 6 & l'aide d'un treuil 9 entre le niveau du sol et une position où elle est complètement sortie de l'enveloppe 6. Le couvercle 7 est pourvu de maniere connue d'organes (non'représentés) pour permettre aux éléments volatils de sortir de l'en veloppe 6. La lance 8 est de réalisation semblable à celles utilisées dans l'affinage de la fonte brute pour obtenir de l'acier, sa partie inférieure est en cuivre et son extrémité avant comprend trois trous (non représentés) également espacés sur une circonférence et traversant chacun la paroi de la lance 8 en direction de l'extérieur en faisant un angle de + 200 par rapport å laxe vertical. La lance 8 est reliée à un réservoir d'alimentation en oxygène liquide (non représenté) capable de débiter de l'oxygène gazeux raison de O 1,75 Nm3/mn. Le haut fourneau est réchauffé pendant 23 h en insufflant un mélange d'air et d'oxygène en proportions variables sur une couche de petites-gaillettes enflammées de charbon de Delmas dans le creuset, ce charbon étant remplacé de temps a autre W mesure qu'il se consume. On a exécuté les deux expériences ci-après en utilisant ce haut fourneau. EXEMPIE I On -charge le haut fourneau avec un mélange contenant 1,0 partie en poids de minerai de manganèse de Mamatwan; 1,05 partie en poids de petites gaillettes de charbon de Delmas et 0,20 partie en poids de quartzite. Le minerai de manganèse de Mamatwan est du type "braunitique" contenant un pourcentage élevé de calcite et de dolomie. La composition pondérale, déterminée par une analyse de l'échantillon utilise dans ce cas, est la suivante Mn Fe SiO2 Al2O3 CaO MgO , 23 36,1 4,27 4,75 0,5 15,1 2,65 Le minerai est utilisé sous forme de blocs d'environ 63 cm de diamètre. On a utilise comme combustible et comme réducteur du charbon en petites gaillettes (des mines de Delmas au Transvaal) dont la composition chimique, déterminée par une analyste, est la suivante Produits volatils 34,8X Cendres 12,2% Pouvoir calorifique 32,5 MJ/kg On a utilisé de la quartzite de grande pureté contenant 98,5% de SiO2. L'extrémité de la lance 8 a été maintenue a l'alignement avec l'intersurface cuve/étalages dans l'enveloppe 6 pendant toute la durée dé l'operation. On a utilisé, pendant la premiere heure, un vent froid contenant 80% d'oxygène et,pendant les 2 h suivantes, un vent froid contenant 90% d'oxygène puis, ensuite, de l'oxygène techniquement pur (99,X O. L'opération a commencé avec un débit du vent de 0,8 Nm /mm qui a été porté graduellement a 1,75 Nm3 d'oxygène pur au bout de 7 h. On a utilise un vent froid pendant toute l'opération qui a duré 26 h au total. Le métal fondu obtenu, contenant 64,1% Mn, 5,58% C, 1,39% Si, a été coulé dans la fosse 4. Le métal fondu et le laitier s'ecoulaient bien; une analyse a montré que la composition de ce dernier était la suivante 40,7% MnO, 1,19Z FeO, 28,7% Si02, 4,33Z Al2O3, 15,9% LaO et 6,10% MgO. EXEMPLE 2 On charge le four avec un mélange constitué par : 1 partie en poids de minerai de chrome de Grasvally, 2 parties en poids de charbon de Delmas et 0,05 partie en poids de quartzite. On a trouvé que la composition chimique pondérale du minerai de chrome de Grasvally est la suivante Cr203 FeO CaO MgO A1203 Si02 41,6 14,8 0,9 18,4 9,5 10,3 Le charbon et la quart:ite utilisé; étaient semblables è ceux de l'exemple 1, corme le reste des opérations. La composition pondérale trouvée pour le métal obtenu est la suivante : 46,7Z Cr, 40,5X Fe, 1,17% Si et 6,91Z C. REVENDICATIONS 1 - Haut fourneau caractérisé en ce qu'il comprend au moins une tuyère descendant verticalement dans son intérieur et en ce qu'il utilise un vent enrichi en oxygène qui est introduit dans le haut fourneau & travers au moins une de ces tuyères orientées verticalement. 2 - Haut fourneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vent contient au moins 60% d'oxygène. 3 - Haut fourneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vent contient à peu près 100% d'oxygène. 4 - Haut fourneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tuyère dans laquelle passe le vent enrichi en oxygène, comprend une lance à oxygène refroidie par liteau, d'un modèle classique, telle que celles utilisées pour la transformation par affinage de la fonte brute en acier. 5 - Haut fourneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une des tuyères dans lesquelles passe un vent enrichi en oxygène est conçue de façon-à diriger son vent directement sur le produit de réduction d'un minerai traité dans le haut fourneau. 6 - Haut fourneau selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tuyère débouchant dans le métal fondu véhicule un vent avec une teneur en oxygène supérieure à celle du vent dans les autres tuyères utilisées pour l'opération de réduction dans le haut fourneau. 7 - Haut fourneau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le vent arrivant dans le métal fondu contient environ 100% d'oxygène. 8 - Haut fourneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la tuyère orientée verticalement est associée à une ou plusieurs tuyères horizontales du modèle classique. 9 - Haut fourneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que sa cuve est relativement courte. 10 - Haut fourneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il ne comporte pratiquement pas de cuve au sens classique du mot. ll : Haut fourneau selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que le minerai est constitué par un ferro-alliage ou un minerai de fer préréduit. 12 - Haut fourneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le creuset et les étalages sont définis par une cavité creusée dans le sol. 13 - Haut fourneau selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend, à la place d'une cuve, un couvercle en forme de dôme à travers lequel les tuyères descendent verticalement. 14 - Haut fourneau selon l'une quelconque des revendications 5 å 13, caractérisé en ce que la réduction du minerai est réalisée avec un arc électrique submergé ou un dispositif analogue, les tuyères descendantes étant utilisées seulement pour l'opération d'affinage lors du traitement du minerai. 15-Procédé de traitement d'un minerai dans un haut fourneau, selon l'une quelconque des revendications 1 å 14, caractérisé en ce qu'on fait passer un vent enrichi par de l'oxygène à travers une tuyère pénétrant verticalement de haut en bas dans le haut fourneau. 16 - Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le vent contient au moins 60% d'oxygene. 17 - Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le vent contient à peu près 1009. d'oxygène. 18 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 17, caractérisé en ce qu'au moins une partie du vent est dirigée sur le produit résultant de la réduction du minerai. 19 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 a 18, dans lequel le minerai est constitué par un ferro-alliage ou du minerai de fer préréduit.