Brevet FR2526044A1 — publié le 19831104

PROCEDE D'AGGLOMERATION DE MINERAIS ET INSTALLATION POUR SA MISE EN OEUVRE. La présente invention concerne les techniques d'agglomération qui sont appliquées dans le cadre de la préparation des charges de hauts fourneaux sidérurgiques. Elle se rapporte plus précisément aux procédés d'agglomération dits "sur grille", suivant lesquels un minerai, tel que du minerai de fer, prévu pour constituer la charge d'un haut fourneau, est disposé, å l'état humide et divisé, sur une grille pour être soumis a un traitement thermique qui a pour but de lui conférer des qualités appropriées de granulométrie, de perméabilité et d'homogénéité. Ce traitement consiste a faire brûler un combustible présent en mélange avec le minerai.En général , on dispose une couche du mélange humidifié de minerai et de combustible sur la grille, on amorce la combustion par une flamme en surface de cette couche, et l'on assure une circulation de gaz comburant à travers cette couche, par aspiration de l'autre côté de la grille, ce qui fait progressivement avancer la zone de combustion, ou front de flamme, de la surface jusqu'au fond de la couche jouxtant la grille. Le plus souvent , le gaz comburant est simplement de l'air, éventuellement additionné d'un combustible gazeux. Les procédés connus s'appliquent soit en discontinu, soit en continu. Dans le second cas, on utilise urie grille en déplacement continu qui passe successivement par un poste de mise en place du mélange de mineraiet combustible humidifié, un poste d'allumage pour amorcer la combustion, un poste d'entretien de la combustion et d'aspiretion des fumées et un poste de collecte du mélange traité. Ces procédés donnent toute satisfaction du point de vue des propriétés du minerai aggloméré obtenu après traitement. Par contre, ils posent des problèmes d'envi ronnement, qui scnt liés a ' a présence plus ou moins grande de soufre dans les minerais et dans les combustibles qui qui leurs sont incorporés. Ce soufre se retrouve sous des formes diversement oxydées dans les fumées d'agglomSra- tion évacuées par aspiration à travers la grille.On ne peut donc évacuer directement ces fumées à l'atmosphère sans risque grave de pollution et il est nécessaire de les débarrasser auparavant des composés de soufre gazeux qu'elles contiennent. La solution classique dans les techniques d'agglomération consiste alors a disposer à cette fin un piège à S02 sur le circuit d'évacuation des fumées, un tel piège procédant habituellement par lavage a l'aide d'une liqueur basique. Mais cette solution est chère en investi s- sement et en fonctionnement. Ces inconvénients sont d'autant plus regrettables pour l'économie globale du traitement que, si la désulfuration des fumées doit être effectuée à fond pour éviter la pollution, elle va de pair avec une désulfuration des minerais qui n'est pas strictement nécessaire à la préparation des charges de hauts fourneaux. La présente invention a pour objet un procédé d'agglomération de minerais qui est plus avantageux que les procédés antérieurement connus, en ce sens qu'il évite l'entratnenent d'oxydes de soufre dans les fumées d'agglomération, par des moyens simples et peu coûteux, qui en outre agissent là où leur efficacité est optimale. Ainsi, l'invention propose un procédé d'agglomération de minerai, suivant lequel on dispose sur une grille une couche d'un mélange humidifié de minerai et de combustible, on allume le combustible en surface de cette couche et l'on entretient sa combustion en faisant circuler un comburant en travers de la de la couche par aspiration à travers la grille, caractérisé en ce que l'on intercale entre la grille et ladite couche un lit d'absorption des composés du soufre. Ce lit d'absorption a pour fonction essentielle de retenir les oxydes de soufre qui peuvent être entralnés dans les fumées de combustion (ou fumées d'agglomération). I1 est avantageusement constitué par une couche inférieure de matière solide à l'état divisé, se laissant traverser par les fumées, contenant des constituants basiques tels que les oxydes et hydroxydes des métaux alcalino-terreux, et plus particulièrement la chaux, en une concentration supérieure à celle qui peut éventuellement exister dans la couche supérieure constituée par le mélange de minerai et de combustible soumis à l'agglomération. Les oxydes de soufre sont issus de la combustion du soufre présent dans ce mélange et qui provient des minerais, en quantité plus ou moins grande suivant la nature de ceux-ci, mais qui est également amené avec le combustible, du fait que les poussiers de coke ou autres produits carbonés généralement utilisés comme combustible en contiennent une proportion importante. Selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, la couche inférieure peut être constituée essentiellement par un tel constituant basique, notamment la chaux, disposé sur la grille en une épaisseur relativement réduite, qui peut être celle juste suffisante pour absorber la totalité des oxydes de soufre produites, suivant les minerais et les cotbustibles utilisés. Le lit d'absorption est alors avantageusement utilisé sous une forme granulométrique relativement fine, nettement plus fine que le minerai et le combustible de la couche supérieure, et l'emploi de composés minéraux tels que la chaux, réfractaires aux températures régnant dans la couche supérieure pendant la combustion, a l'avantage que cette finesse granulométrique se conserve à la sortie de la chaine d'agglomération, ce qui facilite la séparation des deux couches. Dans un autre mode de mise en oeuvre du pro cede de l'invention, le minéral basique peut être incor poré à une couche inférieure constituée, comme la couche süpérieure, de minerai et de combustible. Il existe d'ailleurs des minerais hyper-basiques, contenant au moins 20 X en poids de chaux, qui peuvent être utilises eux-mêmes pour constituer la couche d'absorption, en mélange avec un combustible, et dans ce cas, il n'est pas toujours ne cessaire d'y ajouter un minéral basique. La couche inférieure subit alors le processus d'agglomération comme la couche supérieure, et l'ensemble peut être conservé dans la charge agglomérée obtenu pour alimentation d'un haut fourneau.Si l'on utilise pour la couche supérieure un minerai nettement moins riche en chaux que celui de la couche inférieure, on peut, en effet, respecter globalement les limites de basicité imposées pour les hauts fourneaux. I1 est à remarquer que dans le procédé objet de l'invention, sous ses différentes formes de mise en oeuvre, le lit d'absorption des oxydes de soufre, utilisé dans un processus d'agglomération de minerai, remplit une fonction bien spécifique. I1 est important qu'il soit disposé en une couche sous-jacente par rapport aux mélanges habituels de minerais et combustibles soumis à l'agglomération. Son rôle est différent de celui qu'aurait un mi néral basique interposé plus loin sur le trajet des fumées évacuées. Son rôle est également différent de celui qu'aurait un minéral basique ou un minerai hyper-basique réparti dans la totalité du mélange soumis à l'agglomération. On a constate en effet que la présence du minéral basique dans la couche supérieure augmenterait inutilemnt l'indice de basicité du mélange et que c'est dans la couche inférieure que le minéral basique d'absorption a la plus grande efficacité. Si l'on tente de donner une interprétation à ce phénomène constaté, il semble qu'il soit lié à la fois à l'humidité initiale du mélange soumis à l'aggomération et au mode de progression de la combustion au cours de l'agglomération.On peut supposer en effet que tant qu'il subsiste de l'eau dans le mélange, le soufre Oxydé par la combustion se dissout dans cette eau sous forme de sulfate ou d'acide sulfurique et qu'il est en tratné avec elle du dessus vers le fond de la couche du mélange traité, avec la progression de front de flamme ; c'est seulement à la fin de la combustion, lorsw qu'elle est parvenue au fond du mélange, que l'eau s'évaporant dans les fumées-évacuées, le soufre oxydé passe à l'état solide, en se fixant sur les constituants basiques presents la, par exemple sur la chaux qui se transforme en sulfate de calcium. La mise en oeuvre du procédé d'agglomération selon l'invention s'effectue de préférence en continu, dans une installation d'agglomération comportant une grille mobile à travers un poste d'allumage, un poste d'entretien de la combustion et d'aspiration des fumées et un poste de collecte du minerai aggloméré, auquel cas on dépose à l'entrée de l'installation successivement sur la grille la couche inférieure constitutive du lit d'absorption du soufre, puis la couche supérieure du mélange à agglomérer et l'on recueille à la sortie l'ensemble des deux couches, soit pour constituer directement une charge d'alimentation d'un haut fourneau, soit pour séparer la couche inférieure et constituer la charge d'alimentation du haut fourneau par la couche supérieure seule. L'invention sera maintenant plus complètement décrite en se référant a un exemple particulier de mise en oeuvre qui n'a évidemment aucun caractère limitatif. Cette description est illustrée par les figures 1 et 2 des dessins annexés dans lesquels, la figure 1 représente schématiquement une iestallation à chaîne d'agglomération en continu adaptée a la mise en oeuvre du procédé de i'invention, et-la figure 2 illustre la constitution d'une couche soumise au traitement d'agglomération dans une telle installation. Une installation selon l'invention comporte une chaîne d'agglomération qui,conformément à la figure 1, comprend une grille 1 formant une boucle fermée et entraînée en déplacement continu sur elle-même. Cette grille sert à transférer les produits a traiter à travers les différents postes que comprend la chatne de traitement.La boucle est formée autour de deux rouleaux de guidage 2 et 3, l'un à l'entrée de la chatne, l'autre à la sortie1 le rouleau 2 étant en outre entraîné en rotation, par un moteur non représenté, pour assurer l'entraînement de la grille. Dans le sens de déplacement de la grille 1, dans la partie supérieure de la boucle fermée, le premier poste de la chaîne comprend deux dispositifs d'alimentation de produits granuleux, par des trémies 4 et 5 à débit réglable, qui permettent de déposer les produits correspondants, en deux couches superposées sur la-grille 1. La disposition obtenue est illustrée par la figure 2, où l'on a représenté les deux couches déposées successivement, l'une sur l'autre, sur la grille 1. La couche inférieure 6, issue de la trémie 4, constitue un lit d'absorption dont la composition et la fonction seront explicitéesplus loin. a couche supérieure 7 déposée par la trémie 5, est constituée par un mélange, préparé en amont de la chaîne d'agglom.6ration, qui comprend du minerai et du coke malaxés ensemble avec de l'eau. Le traitement d'aggomération consiste essentiellement à brûler le coke pour provoquer un frittage partiel du minerai, lequel est d'ailleurs souvent additionné de quantités mineures de liants ou fondants mi- néraux. La chaîne d'agglomération comporte à cet effet, d'une manière qui est en elle-même classique, un poste d'allumage, suivi d'un poste d'entretien de la combustion et, dans l'exemple représent( > d'un poste de refroidissement. Ainsi, la couche à agglomérer passe en premier lieu sous une hotte d'allumage 8, alimentée par des conduites 11 et 12 en un combustible gazeux tel que du gaz naturel ou du gaz de cokerie, et en air comburant. Son rôle est d'amorcer la combustion du combustible que contient le mélange traité (le coke), à la surface supérieure de la couche 7. L'entretien de la combustion du coke est assuré par de l'air comburant dont on provoque la circuia- tion à travers l'épaisseur du mélange déposé sur la grille, gracie à une dépression créée dans des caissons d'aspiration 13, ouverts sous la grille 1 et reliés à un ventilateur 14. Les fumées d'agglomération, constituées par les gaz résultant de la combustion entraînée avec l'air, sont évacuées a la sortie du ventilateur 14. Dans le cas particulier de la chaîne d'agglomération décrite, on a en outre représenté sur la figure 1, une hotte de post-allumage 15, qui contribue à l'entretien de la combustion en permettant d'admettre au-dessus du mélange en cours de traitement, par les conduites 16 et 17, d'une part de l'air préalablement réchauffé, d'autre part un complément de combustible gazeux. La dernière partie du trajet supérieur de la grille 1 constitue une zone de refroidissement 18, où c'est de l'air frais ambiant qui est aspire à travers les produites, alors que la combustion du coke est terminée, la vitesse de déplacement de la grille étant convenablement réglee pour cela. Sur la figure 2, on a schématiquement fait apparattre par un trait interrompu 21, comment progresse le front de flamme, depuis le dessus jusqu'au fond de la couche formée du mélange humidifié de minerai et de coke, pendant le trajet entre la hotte d'allumage et la zone de refroidissement. En sortie de la chaîne d'agglomération, les produits traités sont recueillis dans un bac 19. Du mélange de la couche supérieure 7 il ne reste que le minerai aggloméré. Ce dernier est soumis à un criblage, éventuellement avec concassage des fractions à grains trop gros, pour être prêt à constituer la charge d'alimentation d'un haut-fourneau. Les fractions de granulométrie trop fine sont recyclées à l'entrée de la chaîne d'agglomération. Les produits issus de la couche inférieure ô peuvent également être séparés du minerai agglomére au cours des opérations de criblage lorsque, comme dans le cas illustré par la figure 2, cette couche est constituée d'oxydes alcalina-terreux r5fractaires~à la température de combustion du coke (120q-14000C), qui en outre sont sous forme d'une poudre de granulométrie nettement plus fine que le mélange soumis à l'agglomération. Dans tous les cas, la couche inférieure 6, ou lit d'absorption, suivant son épaisseur et sa composition, contient des composés capables d'absorber les oxydes de soufre, en une quantité suffisante pour pouvoir retenir le soufre initialement présent dans le mélange de minerai et de combustible, car ce soufre, à l'état oxydé, se concentre à cet endroit à la fin de la combustion du coke. Au lieu d'être entraîné dans les fumées d'agglomération à travers la grille, il se fixe alors à l'état de surfates dans le lit d'absorption. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le lit d'absorption est constitué par des fragments de chaux de granulométrie 0,5 à 10 mm. Il présente une épaisseur de l'ordre de 5 cm. Le mélange à agglomérer comprend 30 à 50 kg de coke par tonne de minerai et il est humidifié à raison de 5 à 10 X en poids d'eau. I1 se présente sous forme de grains de dimension comprise entre 2 et 10 mm environ. Le minerai est par exemple du minerai lorrain à 16 X de chaux1 en poids. Après traitement, le minerai aggloméré, obtenu sous forme de grains de 10 à 40 mm, est sépare du lit d'absorption. Dans ce dernier, une partie de la chaux se trouve transformée en sulfite, et surtout en sulfate de calcium, qui peut être récupéré. Les fumées d'agglomération sont pratiquement exemptes d'anhydride sulfureux ou sulfurique. Naturellement, la chaux du lit d'absorption peut être additionnée d'agents favorisant les réactions de fixation de soufre et la formation du sulfate de calcium, par exemple. Dans un autre exemple de mise en oeuvre, on soumet à l'agglomération deux mélanges humidifiés de minerai et combustible qui diffèrent l'un de l'autre par leurs teneurs respectives en chaux. On constitue la couche inférieure 6 par un mélange dans lequel le minerai contient 24 X de chaux en poids, tandis que le minerai du mélange formant la couche supérieure 7 ne contient que 10 X en poids de chaux. Les épaisseurs sont par exemple de 10 cm pour la couche inférieure et 40 cm pour la couche sup & rieure. Le minerai obtenu après réunion des deux couches en fin de traitement contient le soufre qui a été introduit avec le coke formant le combustible, soit 500 -à 1000 g de soufre par tonne de minerai, qui reste retenu par la chaux de la couche inférieure. Cette proportion de soufre n'est pas gênante dans le minerai aggloméré, car elle est largement inferieure a celle qui sera ensuite ajoutée, avec le coke, dans le haut fourneau. Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits. Sans sortir du cadre du procédé objet de l'invention, on peut en particulier varier les proportions des constituants par rapport à celles qui ont été indiquées, et l'on peut remplacer la chaux par tout autre agent solide capable d'absorber les composés gazeux oxydés du soufre. REVENDICATIONS 1. Procédé d'agglomération de minerai, suivant lequel on dispose sur une grille (1) une couche (7) d'un mélange humidifié de minerai et de combustible, on allume le combustible en surface de cette couche (7) et l'on entretient sa combustion en faisant circuler un comburant en travers de la couche (7) par aspiration à travers la grille(1)caractérisé en ce que l'on intercale entre la grille (1)et ladite couche (7) un lit (6) d'absorption des composés du soufre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit lit (6) est formé au moins en partie par des constituants basiques réfractaires, à l'état divisé, absorbant les oxydes de soufre. 3. Procéda selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits constituants basiques sont des oxydes ou hydroxydes alcalino-terreux en quantité suffisante pour absorber le soufre initialement présent dans la couche supérieure (7). 4. Procédé selon la revenoication 2, caractérisé en ce que lesdits constituants basiques sont essentiellement de la chaux, ledit lit (6) contenant au moins 20 X en poids de chaux. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit lit (6) est formé par une couche inférieure d'un mélange humidifié de minerai et de combustible à agglomérer contenant au moins 20 % poids de chaux. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chaux de la couche inférieure est présente dans un minerai plus riche en chaux que celui de la couche supérieure (7). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que les constituants basiques réfractaires sont sous une granulométrie nettement inférieure à celle du mélange soumis à l'agglomération et en ce qu'ils sont séparés du minerai aggloméré obtenu. 8. Installation d'agglomération pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (4, 5) pour déposer successivement le lit d'absorption (6) et la couche supérieure (7) du mélange à agglomérer sur une grille (1) mobile à travers une chaîne d'agglomération comprenant au moins un poste d'allumage (8) du combustible présent dans ledit mélange, en surface de ladite couche supérieure (7), un poste d'entretien (13) de la combustion et d'aspiration d'air comburant et des fumées d travers ladite grille (1) et un poste (19) de collecte des produits obtenus.