Brevet FR2515686A1 — publié le 19830506

PROCEDE D'AGGLOMERATION SUR GRILLE DE MINERAI DE FER ET INSTALLATION DE MISE EN OEUVRE La présente invention concerne l'agglomération sur grille de minerai de fer Elle vise plus précisement un abaissement du coût de l'opération d'agglomération par réduction de la consommation du com- bustible solide (carbone) mélangé à la charge à agglomérer. On sait que l'on peut sans trop de difficultés intervenir sur deux facteurs influant cette consommation. L'un d'eux est lié à l'humidité du mélange qui s'élimine dans l'air d'aspiration après l'allumage de la charge La présence d'eau est consécutive au conditionnement nécessaire du mélange sec et pulvérulent initial en nodules aptes à être correctement agglomérés On sait réduire cet handicap en effectuant un préséchage du mélange sur grille avant 1 l allumage à l'aide d'un courant gazeux traversant chaud, mais non oxydant à la température considérée pour ne pas initier prématurément la combus- tion (BF nu 1 215 231). Le second facteur résulte du taux de fines du mélange aggloméré qu'il faut maintenir à un certain niveau et dont les variations sont inversement proportionnelles à celles de la teneur en carbone Mais là aussi on sait intervenir favorablement en procédant à une opération dite "postallumage" destinée à stabiliser plus longtemps en température la couche supérieure du mélange juste après l'allumage. L'opération de postallumage consiste schématiquement à remplacer l'air froid aspiré au travers de la charge au voisinage immédiat de la hotte d'allumage, dans le sens du déplacement de la charge, par un gaz chaud légèrement oxydant qui apporte à la fois la chaleur voulue à la couche supérieure agglomérée et l'oxygène comburant nécessaire à la pro- pagation de la combustion. On voit donc que les deux mesures connues pour réduire la consom- mation du combustible de la charge, à savoir le préséchage et le postal- lumage, reviennent finalement à substituer un gaz chaud traversant à une fraction du carbone de la charge correspondant à l'économie de matière combustible réalisée. Il importe, et c'est là le but de l'invention, que cette substitu- tion de matière énergétique se traduise par un bilan économique positif et le plus avantageux possible. Un autre but de l'invention est de contribu Ier h rf 1 li;irpe les pertes 39 énergétiques d'une usine sidérurgique par une revalorisation particu- lière de ses effluents gazeux combustibles dans une installation d'agglomération. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé d'agglomération sur grille de minerai de fer, selon lequel on effectue un préséchage et un postallumage, respectivement avant et après l'allu- mage de la charge, à l'aide de courants gazeux chauds traversant, et qui se caractérise en ce que le courant gazeux de préséchage et le courant gazeux de postallumage sont constitués par des fumées respectivement nonoxydantes et oxydantes provenant séparément de la combustion d'un effluent sidérurgique combustible, tel que du gaz de haut fourneau. Comme on le comprend, l'idée à la base de l'invention consiste à remplacer une partie du carbone de la charge par une énergie de substi- tution gratuite ou à faible valeur d'usage apportée par les effluents combustibles de l'industrie sidérurgique, tels que le gaz de haut four- neau. Dans ce qui suit, on se référera par commodité au gaz de haut fourneau uniquement, étant entendu que l'invention ne se limite pas à cet exemple mais s'étend à d'autres effluents combustibles, comme le gaz d'affinage au convertisseur ou le gaz de fours à arc. Il demeure cependant que le gaz de haut fourneau est un sous- produit obtenu généralement en grande quantité (dont on ne sait trop que faire bien souvent) et qui, de surcrolt, se trouve en principe disponi- ble dans le voisinage des installations d'agglomération. On aura compris qu'à cet égard, l'invention se place également au plan de la valorisation d'un gaz combustible, de faible niveau thermique mais largement disponible, et qui est un sujet d'actualité chez les si- dérurgistes du monde entier. Le procédé proposé ici est de nature à apporter à ce problème une réponse particulièrement positive qui n'échappera pas à l'homme de mé- tier au vu des observations et indications qui suivent. Conformément à l'invention, les gaz de haut fourneau sont brûlés dans un échangeur Les fumées obtenues sont utilisées pour le préséchage après avoir préalablement refroidies dans l'échangeur jusqu'à une tempé- rature désirée. Les calories extraites sont transférées à de l'air atmosphérique, lequel, ainsi réchauffé, sert avantageusement de comburant pour la pro- duction des fumées destinées au postallumage par combustion, là aussi, de gaz de haut fourneau. 39 Autrement dit, cette forme de réalisation de l'invention consiste, dans ses caractéristiques essentielles, à brûler des gaz de haut four- neau dans un générateur de fluides caloporteurs (ou échangeur) dont on recueille les fumées pour les utiliser au préséchage et dont le fluide d'échange thermique est de l'air, qui ainsi, réchauffé, alimente la com- bustion du postallumage Pour éviter toute possibilité d'allumage préma- turé de la charge à agglomérer, le refroidissement des fumées de présé- chage est mené au sein de l'échangeur de façon que, compte tenu des per- tes thermiques en ligne, ces fumées parviennent au niveau de la charge avec une température d'environ 800-8500 C. Conjointement, et aux mêmes fins, la combustion dans l'échangeur s'opére sans excès d'oxygène et, de préférence, dans des conditions sto&chiométriques afin d'épuiser les ressources énergétiques des gaz brûlés. En revanche, la combustion dans la hotte de postallumage s'effec- tue avec un excès d'air conduisant à des fumées oxydantes (environ 15 % d'oxygène) et sous une température voisine de 8500 C. La température de l'air comburant réchauffé est réglée pour arri- ver dans la hotte de postallumage avec une température approximative de 500-550 C. Le contrôle de cette température s'effectue par tout moyen appro- prié placé entre la sortie de l'échangeur et la hotte de postallumage. Selon un mode préféré, ce contrôle est réalisé par une régulation thermique à l'aide d'un ajout d'air froid. Selon une autre variante avantageuse de l'invention, l'air ré- chauffé dans l'échangeur est prélevé à la sortie du refroidissoir de l'installation d'agglomération, ce qui permet de bénéficier gratuitement d'un air comburant pour la postcombustion présentant déjà avant réchauf- fage une température de l'ordre de 200 a C. De même, une autre partie de l'air prélevé au refroidissoir sert avantageusement d'air comburant pour la combustion du gaz de haut four- neau au sein du générateur. De même, encore, une autre partie de l'air prélevé au refroidis- soir sert avantageusement d'air additionnel pour la régulation thermique de l'air réchauffé, telle qu'évoqué cidessus. On aura sans doute déjà compris qu'une caractéristique détermi- nante de l'invention réside dans un rendement de combustion volontai- rement mauvais au sein du générateur dans le but, d'une part, de con- server des 4 'rnes 'e e S suffiamnt chauidt (Rip A 5 nfl Cen vue 39 du préséchage et, d'autre part, d'obtenir un réchauffage d'air comburant de postallumage relativement tempéré (eu égard aux possibilités existan- tes), afin que les fumées de combustion produites pour le postallumage demeurent autour de 8500 C. L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et en référence à la figure unique annexée représentant schématiquement une installation d'agglomération sur grille équipée des moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'invention - Auparavant, il doit être souligné que l'invention a également pour objet une installation de ce type. La réalisation particulière montrée sur la figure représente la réalisation la:plus complète que savent faire les inventeurs et-qui est incluse dans la définition plus générale de l'objet de l'invention ex- plicité dans le paragraphe ciaprès. Conformément à l'invention, l'installation comprend dans ses ca- ractéristiques essentielles de base une grille d'agglomération 1 munie de sa hotte d'allumage 2, de son refroidissoir 9, et équipée, respectivement en amont et en aval de la hotte d'allumage (dans le sens de déplacement de la charge à agglo- mérer représenté par la double flèche), d'une hotte de préséchage 3 et d'une hotte de postallumage 4, un générateur de fluides caloporteurs, symbolisé en 5, composé d'une chambre de combustion 6 et d'un échangeur thermique à air à double paroi 7. La chambre de combustion présente un-ti 9 u Eun d-'entrée d'air comburant 8, avantageusement reliée au refroidissoir 9 de la grille d'agglomération, une tubulure d'entrée de combustible 10 reliée à une source d'effluents combustibles sidérur- giques, qui, comme on l'a vu, est préférentiellement le gueulard d'un. haut fourneau, une conduite 1 l de sortie des fumées de combustion aboutissant à la hotte de préséchage 3. L'échangeur thermique 7, à circulation interne d'air, comporte une entrée 12 et une sortie 13 respectivement reliées au refroidissoir 9 et à la hotte de postallumage 4. Comme on le voit, une prise d'air frais de dilution 14 est prévue sur la conduite 13 pour assurer le réglage thermique de l'air comburant réchauffé apporté à la hotte de postallumage. 39 A côté de ses éléments-de base, l'installation comporte en outre une conduite 15 prise sur la canalisation 13 permettant d'alimenter éga- lement la hotte d'allumage 2 en air comburant réchauffé. La hotte d'allumage 2, ainsi que la hotte de postallumage 4, sont d'ailleurs alimentées, respectivement par les tubulures 16 et 17 en com- bustibles gazeux provenant de la même source que la chaudière 5, à savoir le gueulard d'un haut fourneau On voit également qu'une dérivation 18 est montée sur la conduite principale 19 du refroidissoir pour re- joindre la conduite 15 alimentant la hotte d'allumage en air comburant réchauffé. L'organisation et le contrôle de ces circuits sont assurés par un ensemble d'organes de réglage des différents flux comprenant: un limiteur de débit 20 immédiatement à la sortie du refroidis- soir, une vanne de répartition 21 à l'endroit du piquage de la con- duite 12 d'entrée de l'air dans l'échangeur 7, un robinet 22 sur la dérivation 18, une vanne de répartition 23 à la jonction entre la canalisation 13 et la conduite 15 permettant de moduler le débit d'air réchauffé entre les hottes d'allumage et de postallumage, une vanne mélangeuse 24 montée à la jonction entre la conduite et la dérivation 18 et permettant de régler les proportions d'air ré- chauffé et d'air du refroidissoir alimentant la hotte d'allumage, un clapet 25 prévu sur la tubulure 14 et réglant la quantité d'air frais à additionner à l'air réchauffé de la canalisation 13 pour contrôler la température de l'air comburant arrivant à la hotte de post- allumage. Cet ensemble d'organes de réglage peut être avantageusement pilo- té, comme on le voit, par un automate programmable 26 recevant les va- leurs des paramètres de marche à l'aide de deux paires de sondes de me- sure déterminant la température et la teneur en oxygène des gaz respec- tivement au niveau de la hotte de préséchage (sondes 27 et 28) et au ni- veau de la hotte de postallumage (sondes 29 et 30) L'asservissement ainsi réalisé est conduit de manière à respecter les consignes de mar- che, à savoir des températures au niveau des sondes 27 et 29 respective- ment de 8000 C et de 550 C environ et des teneurs en oxygène au niveau des sondes 28 et 30 respectivement de O t et de 10 à 20 t environ, par exemple 14 % Pour être complet, on a également représenté schématique- ment sur la figure les annexes classiques qui accompagnent la grille 39 d'agglomération, à savoir: les caissons d'aspiration d'air 31, 31 ' et 31 ", la trémie 32 de dépose en début de chaîne du mélange aggloméré 33, et le four de préchauffage 34 dudit mélange par jets de vapeur 35 qui alimente la trémie 32. Dans les installations actuelles, le refroidissoir constitue le plus souvent un équipement annexé à la chaîne d'agglomération, monté à la sortie de celle-ci Pour simplifier la figure, le refroidissoir a été représenté ici comme formant la partie terminale de la chaîne elle-même. Bien entendu, l'invention est totalement indépendante de la con- ception retenue pour le refroidissoir. De même, il va de soi que l'invention ne saurait se limiter à l'exemple décrit ci-avant, mais s'étend à de multiples variantes et équivalents dans la mesure o sont respectées les caractéristiques énon- cées dans les revendications jointes. Il en est ainsi, en particulier, de l'ajout d'air frais 14 dans l'air comburant réchauffé destiné au postallumage, et qui au lieu d'être pris à l'atmosphère, comme c'est le cas sur la figure, peut fort bien être de l'air à 2000 C provenant du refroidissoir La modification de l'installation reste minime puisqu'il suffit de prévoir, soit une con- duite directe reliant la tubulure 14 à la conduite principale 19, soit une sous dérivation piquée sur la canalisation 18. De même, il peut être prévu de concevoir le préséchage 3, en deux unités fonctionnelles autonomes: un préséchage par les fumées de com- bustion, comme décrit jusqu'ici, précédé d'un premier préséchage, à l'entrée de la chaîne immédiatement après la trémie de chargement, mais réalisé cette fois sans combustion et à température plus modérée, par passage d'air réchauffé à 5000 C, par exemple. Pour éviter tout risque d'allumage prématuré de la charge, là en- core, les modifications à apporter à l'installation restent limitées Il suffit de prévoir une hotte supplémentaire, en amont de la hotte 3, ali- mentée par une seconde dérivation montée sur la sortie 13 de l'échangeur (similaire à celle, référencée 15, alimentant la combustion dans la hotte d'allumage), et sur laquelle on a prévu des moyens d'ajout d'air de dilution pour le réglage de la température. Une telle variante peut se justifier dans certains cas o il est recherché un surcroît de souplesse d'intervention sur le rapport des apports thermiques entre le préséchage et le postallumage. 39 L'homme de métier saura, en tout état de cause, apprécier l'uti- 15686 lité de cette variante de réalisation en fonction de ses propres sou- haits ou nécessités. Il doit être souligné également que le procédé selon l'invention est applicable à l'agglomération de tous les minerais de fer, pauvres ou riches On gardera cependant à l'esprit que dans le cas des minerais riches, les besoins thermiques de l'agglomération étant plus modestes notamment en raison d'une teneur plus modérée de la charge en eau de constitution, le gain énergétique du procédé selon l'invention de même que les volumes de gaz mis en jeu seront nécessairement plus faibles que -10 dans le cas des minerais dits "pauvres". 2 515686. REVENDICATIONS: 1 ) Procédé d'agglomération sur grille de minerai de fer selon lequel on effectue un préséchage ( 3) et un postallumage ( 4), respecti- vement avant et après l'allumage ( 2) de la charge à agglomérer, à l'aide de courants gazeux chauds traversant, caractérisé en ce que le courant gazeux de préséchage et le courant gazeux de postallumage sont consti- tués respectivement par au moins des fumées non-oxydantes et -par des fumées oxydantes provenant séparément de la combustion d'effluents sidé- rurgiques combustibles, notamment du gaz de haut fourneau. ) Procédé selon la renvendication 1, caractérisé en ce que les fumées oxydantes de postallumage proviennent d'une combustion dont on a préalablement réchauffé l'air comburant par refroidissement-des fumées non oxydantes destinées au préséchage. 30) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'air comburant réchauffé que l'on utilise pour le postallumage est de l'air que l'on a récupéré lors du refroidissement de la charge après son agglomération. ) Procédé selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on régule la température de l'air comburant réchauffé destiné au post- allumage au moyen d'un ajout d'air de dilution. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on conduit ladite régulation de manière que les fumées oxydantes présentent, au niveau de la charge à agglomérer, une température voisine de 8500 C environ et une teneur en oxygène comprise entre 10 et 20 % en- viron. ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on conduit ladite régulation de façon que l'air comburant alimentant la combustion pour la production des fumées oxydantes présente une tempéra- ture approximative de 550 OC. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'a- jout d'air de dilution est de l'air que l'on récupère lors du refroidissement de la charge après son agglomération. ) Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on règle aux conditions de la stoëchiométrie la combustion procurant les fumées non-oxydantes que l'on utilise au préséchage. 9 ) Procédé selon les revendications 5 et 8, caractérisé en ce que l'on règle les conditions d'échange thermique entre les fumées non oxy- 39 dantes de préséchage et l'air comburant de postallumage de façon que 15686 lesdites fumées non-oxydantes présentent au niveau de la charge à agglomérer une température voisine de 8000 C. ) Procédé selon les revendications 1, 3 et 6, caractérisé en ce que l'on effectue, avant le préséchage par les fumées non-oxydantes, un préséchage préliminaire par passage au travers de la charge à agglomérer d'air réchauffé par refroidissement desdites fumées et présentant une température de l'ordre de 50 C C. ) Procédé selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'on opère l'allumage de la charge à agglomérer à l'aide de la com- bustion de gaz de haut fourneau avec au moins de l'air comburant ré- chauffé par refroidissement des fumées non-oxydantes que l'on utilise pour le préséchage. ) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la combustion du gaz de haut fourneau s'opère avec un mélange d'air ré- chauffé par refroidissement des fumées nonoxydantes que l'on utilise pour le préséchage et d'air que l'on récupère lors du refroidissement. ) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une grille d'agglomération équipée, respectivement en aval et en amont de la hotte d'allumage ( 2), d'une hotte de postallumage ( 4) et d'au moins une hotte de préséchage ( 3), installation caractérisée en ce qu'elle présente en outre un générateur de fluides caloporteurs ( 5) comprenant une chambre de combustion ( 6) et un échangeur à air ( 7), en ce que la chambre de combustion ( 6) comporte: une entrée ( 10), pour l'alimentation en com- bustible, reliée à une source d'effluents sidérurgiques, une entrée d'air comburant ( 8) et une sortie de fumées de combustion ( 11) reliée à la hotte de préséchage ( 3), et en ce que l'échangeur thermique ( 7) comporte une entrée d'air ( 12) reliée à la sortie ( 19) de l'air du re- froidissoir ( 9) et une sortie ( 13) reliée au moins à la hotte de postal- lumage ( 4) et pourvue d'une prise d'air ( 14) à ouverture réglable. ) Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'une conduite ( 15) est également prévue sur la sortie ( 13) de l'échan- geur qui la relie à la hotte d'allumage ( 2). ) Installation selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce qu'une conduite ( 18) est également prévue pour relier la sortie 19 de l'air du refroidissoir ( 9) à la hotte d'allumage ( 2). ) Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle est 6 quin 6 e d'une seconde hotte de pr srchngn nl;r Ae pn mnont de 39 la hotte de préséchage ( 3) reliée à la sortie ( 11) de la chambre de com- bustion, ladite seconde hotte étant reliée à la sortie ( 13) de l'échan- geur ( 7). 17 ) Installation selon la revendication 13, caractérisé en ce que la prise d'air réglable ( 14) est reliée à la sortie ( 19) de l'air du re- froidissoir ( 9). 18 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisée en ce que elle est équipée d'organes ( 20, 21, 22, 23, 24, 25) de réglage des circuits fluides pilotés par un automate program- mable ( 26) à partir de capteurs de température ( 27, 29) et de capteurs de teneur en oxygène ( 28, 30) placés par paire respectivement dans la hotte de préséchage ( 3) et dans la hotte de postallumage ( 4).