Brevet FR2499590A2 — publié le 19820813

FR 2499590 A2 19820813 FR 8102543 A 19810206 PROCEDE POUR REDUIRE LA CONSOMMATION D'AGENTS REDUCTEURS DANS UN APPAREIL DE REDUCTION-FUSION DES MINERAIS METALLIQUES, NOTAMMENT DANS UN HAUT FOURNEAU SIDERURGIQUE La présente invention a trait à la conduite de la marche d'un appareil de réduction-fusion des minerais métalliques, notamment dans un haut fourneau sidérurgique, pour en réduire la consommation d'agents réducteurs, tels que le coke. Plus précisément, l'invention concerne une mise en oeuvre particulière du procédé, objet du brevet principal. On rappelle que le brevet principal a pour objet un procédé de conduite d'un appareil de réduction-fusion des minerais, tel qu'un haut fourneau sidérurgique, et qui consiste à remplacer le vent soufflé habituellement aux tuyères de l'appareil, par le gaz de gueulard produit par ce dernier. On recycle intégralement ce gaz au niveau des tuyères après décarbonatation et réchauffage de manière à couvrir les besoins thermiques de l'appareil. Ce réchauffage peut être relativement modéré (température des gaz réchauffés de l'ordre de 1 0000C) à l'aide de moyens traditionnels tels que des cowpers, auquel cas on injecte conjointement avec le gaz, de l'oxygène pur d'appoint. Le fonctionnement de l'appareil peut être toutefois assuré uniquement par le gaz de gueulard recyclé, lequel est alors fortement réchauffé, aux alentours de 2 700"C environ, par des moyens appropriés, tels que des torches à plasma implantées au niveau des tuyères. La présente invention a pour but une simplification technique du procédé selon le brevet principal. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour réduire la consommation d'agents réducteurs dans un appareil de fusion-réduction des métaux à partir de leur minerai, notamment dans un haut fourneau sidérurgique, procédé selon lequel on remplace le vent habituellement soufflé aux tuyères de l'appareil par le gaz de gueulard produit par ce dernier et qu'on réchauffe avant recyclage de manière à couvrir les besoins thermiques de l'appareil, et caractérisé en ce que l'on soumet le gaz de gueulard avant son recyclage à une purge dont le débit de fuite dépend des conditions de fonctionnement de l'appareil. On aura compris que 1 invention consiste, pour l'essentiel, à supprimer l'opération de décarbonatation du gaz de gueulard recyclé, opération généralement coûteuse et qui, ainsi que l'ont découvert les inventeurs, n'est nullement indispensable pour le fonctionnement d'un appareil, comme le haut fourneau sidérurgique. La seule condition devant être respectée impérativement est d'éviter l'accumulation d'oxygène dans le gaz de gueulard recyclé. Cette condition est remplie, conformément à 1 invention, au moyen d'une purge en continu d'une partie du gaz de gueulard avant son réchauffage, cette purge étant réglée à un niveau qui assure l'élimination, sous forme d'un mélange CO, C02, de ltoxygene apporté sous forme d'oxydes métalliques par les enfournements et, le cas échéant, à l'état pur injecté en appoint aux tuyères pour compléter le réchauffage du gaz. Bien entendu, conformément à une mise en oeuvre préférée, si le réchauffage s'effectue à des températures élevées à l'aide de puissants moyens calorifiques, tels que des torches à plasma, l'injection d'oxygène d'appoint aux tuyères n'est plus nécessaire. Dans ce cas, la puissance des torches est réglée, en fonction du débit et de l'analyse des gaz recyclés, de façon à obtenir un niveau de température adéquat dans la zone des tuyères (de l'ordre de 2 100 - 2 300 C) après réaction du C02 sur le coke présent dans cette zone. Il est à noter que la puissance de ces torches est généralement réglée à un niveau plus élevé que dans la mise en oeuvre selon le brevet principal, ceci pour compenser l'effet refroidissant plus important du C02 présent en plus grande quantité dans les gaz. Par ailleurs, il doit être compris que la purge selon l'invention concerne des débits de gaz évoqués beaucoup plus importants que la purge prévue dans la mise en oeuvre selon le brevet principal pour maintenir à un niveau constant la teneur du gaz recyclé en éléments inertes, tels que l'azote. Il résulte que la purge relativement importante selon la presente invention, nécessaire pour éviter l'accumulation d'oxygene, permet, par la même occasion, de maintenir la teneur en éléments inertes à un niveau très bas, voire à l1état de traces. On se réfère maintenant aux tableaux de valeurs qui suivent et concernant la conduite d'un haut fourneau sidérurgique. Le tableau 1 est repris à l'identique du brevet principal et définit la marche de référence du four. Le tableau 2 concerne la marche du four avec recyclage du gaz à très haute température (torches à plasma). Il est repris du tableau 3 du brevet -principal, auquel on a rajouté une deuxième colonne caractérisant la marche avec purge du gaz selon la présente invention, la première colonne étant relative à une marche avec décarbonatation, conformément au brevet principal. Tableau 1 : Marche de référence Coke - Mise au mille Kg/tF 415 dont : coke brûlé aux tuyères " 238 coke de régénération " 107 Mazout - Mise au mille Kg/tF 40 Vent - Teneur O2 % 21 - Débit Nm3/tF 1 090 - Température C 1 230 Gaz de gueulard - Débit Nm3/tF 1 508 - Température C 130 - Analyse : CO % 20 CO2 % 22 N2 % 50 H2O % 3 Température de flamme : C 2 235 Tableau 3 :Marche avec recyclage du gaz à très haute température avec avec décarburation purge Coke - Mise au mille Kg/tF 228 303 dont : coke brûlé aux tuyères " 115 185 coke de régénération " 51 60 Gaz de gueulard - Débit Nm3/tF 1 230 1 190 - Température C 105 70 - Analyse : CO % 54 61 CO2 % 39 39 N2 % 8 -- Purge : Nm3/tF # 410 Gaz recyclé - Débit total Nm3/tF 943 780 - Température C 2 700 2 930 - Analyse : CO % 70 61 CO2 % 20 39 N2 % 10 -- Température de flamme : C 2 090 2 230 Energie utile de chauffage kwh/tF 1 250 1 460 par torches à plasma Au vu de ces tableaux, on peut faire les observations principales suivantes. Le bilan matière impose de sortir de l'appareil environ 290 Nm@ d'oxygène par tonne de fonte (290 Nm- d'O2/tF) provenant des oxydes de charge. Dans le cas de la mise en oeuvre du procéda de recyclage du gaz décarbonatation prealable (tableau 2, colonne 1), l'oxygène sort du système exclusivement sous forme de gaz carbonique, laquel contient comme on le sait, deux atomes d'oxygène par molécule. C'est ce qui explique que l1on retrouve une différence d'environ 290 Nm de gaz/tF entre le débit de gaz sortant au gueulard et le Débit de gaz effectivement recyclé dans l'appareil. Dans le cas de la mise en oeuvre selon la présente inventIon (tableau ', colonne 2), la décarbonatation est remplacée par une purge e gaz ce gueulard qui assure l'évacuation de l'oxygène sous forme d'un mélange d'oxyde de carbone et de gaz carbonique (CO, CO2) dont le débit dépen son analyse. Ainsi, dans l'exemple considéré, les 290 Nm d'O2/tF environ s 'échappent grâce à une purge de 410 Nm3/tF d'un gaz de gueulard contenant 39 @ de CO et 61 % de CO. On observera que l'azote n'est plus présent en quantité mesurable. Comme, par ailleurs, le carbone contenu dans ie débit de fuite de 410 Sm3jtF doit provenir de la charge, il faut donc enfourner une quantité de coke supérieure environ de 75 Kg/tF à celle nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé selon le brevet principal, ce qui conquit à une mise au mille de 303 Kg de coke/tF (le coke utilisé contient 88 % de carbone). On notera que cette valeur demeure quand-même nettement inférieure la mise au mille de 415 Kg de coke/tF (tableau 1) obtenue en marche tracitionnelle de l'appareil. D'autre part, le gaz évacué est un mélange combustible représentant près de 750 th/tF et qui peut être avantageusement valorisé, par exemple pour satisfaire aux besoins thermique internes de 1 usine. Enfin, il doit être souligné que la suppression de la décarbonatation du gaz conduit à une économie proche en général de 500 th/tFonte produite. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réduire la consommation d'agents réducteurs dans un appareil de fusion-réduction des métaux à partir de leur minerai, procédé selon lequel on remplace le vent habituellement soufflé dans l'appareil par le gaz produit par ce dernier et que l'on réchauffe avant recyclage de manière à couvrir les besoins thermiques de l'appareil, et caractérisé en ce que l'on soumet le gaz avant réchauffage à une purge dont le débit de fuite dépend des conditions de fonctionnement de l'appareil. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil de fusion-réduction est un haut fourneau sidérurgique. 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on réchauffe le gaz avant recyclage à l'aide de torches à plasma.