Brevet FR2579622A1 — publié le 19861003

La présente invention concerne des agglomérés métal- liques ou briquettes présentant une certaine teneur en fer métallique et destinés à être utilisés dans la fabrication de fer et d'acier, et concerne également les liants utili- sés dans la fabrication de telles briquettes ainsi que le procédé d'agglomération. Dans la fabrication de fer et d'acier, il est usuel d'effectuer certaines additions au four en fusion et, par exemple, d'ajouter divers produits métallifères sous la forme d'alliages tel que du ferro-silicium. Le ferro-sili- cium contient normalement une quantité sensible de carbone. Dans les briquettes de la présente invention, le fer métallisé, la silice et le carbone forment la composition d'une briquette qui présente une valeur élevée dans la technique de la fonderie et dans d'autres utilisations de fabrication de fer et d'acier. Les briquettes évitent la nécessité d'ajouter du ferro-silicium coûteux dans la tech- nique de la fonderie ou de la fabrication de l'acier dans laquelle elle est utilisé. La briquette conforme à l'invention utilise en général de fines particules de fer métallisé en tant que produit de base de sa composition. Les briquettes déjà connues uti- lisent de fines particules d'oxyde de fer. La présence de fines particules métallisées réduit l'énergie requise pour fondre la briquette selon l'invention au-delà de ce qui est nécessaire pour les briquettes de la technique anté- rieure. Etant donné que les fines particules de fer se trouve à l'état métallisé, l'énergie normalement nécessaire pour réduire l'oxyde de fer en fer ne constitue pas une exigence dans un processus quelconque utilisant les bri- quettes selon l'invention en tant que matière d'alimen- tation. Il existe une théorie à laquelle il est possible de souscrire sans y être tenu, selon laquelle le fer contenu dans la briquette selon l'invention agit en temps que catalyseur au cours de la réduction de la silice contenue dans la briquette lors de la fusion de cette dernière. Bien évidemment, étant donné que le fer contenu dans la briquet- te n'a pas besoin d'être réduit avant la fusion, l'énergie nécessaire est ainsi diminuée. Les brevets de la technique antérieure connue qui sont les plus proches comprennent les brevets US 4 032 352 (Pietsch), 4 179 283 (Rehder), 4 395 284 (Merkert), 3 432 103 (Querengasser & Col.) et 1 134 128 (Harrisson). Le brevet US 4 032 352 montre une composition de liant permettant d'agglomérer de fines particules de fer directement réduit afin d'empêcher une réoxydation du fer métallisé qui y est contenu. Ce brevet ne montre pas l'in- corporation de granules de silice dans la briquette. En outre, aucun réducteur carboné n'est inclus dans la bri- quette pour réduire la silice. Le brai présent est utilisé en temps que liant. Il y a lieu de remarquer que l'eau constitue un composé essentiel de toutes les compositions de liants revendiqués dans le brevet ci-dessus. Le brevet US 4 179 283 ne montre que l'agglomération d'oxydes métalliques, et la briquette selon le document antérieur ne comprend pas de fer directement réduit. Deux sources distinctes et différentes de carbone sont utilisées, à savoir un carbone à forte réactivité et un carbone à faible réactivité. - Le brevet US 4 395 284 montre que du fer et un liant constituent des produits facultatifs et non essentiels. Dans ce document, des matières compactes poreuses sont préparées en vue d'être utilisées en temps que matière d'alimentation pour un four électrique, cette matière pré- sentant une faible densité apparente et une forte porosité interne. Le document antérieur énonce que jusqu'à environ % du poids de silice peuvent être des particules de fer. Le brevet US 3 432 103 montre la fabrication de ferro- silicium utilisant une briquette ne présentant une teneur en fer que supérieure à 8 %. Cette teneur est sensiblement inférieure à la teneur en fer des produits à base de bri- quette conforme à la présente invention. Le brevet US 1 134 128 montre un produit à base de ferro-silicium qui présente de 53 à 54,5 % de silicium. Le brevet antérieur énonce que des alliages réguliers présentent de 25 à 60 % de silicium, ce qui est l'équiva- lent de 38 à 66 % de silice (SiO2), c'est-à-dire sensible- ment plus de silice que ce qui se trouve dans le produit à base de briquette conforme à la présente invention. La présente invention diffère de chacune des briquet- tes ci-dessus de la technique antérieure en ce que les briquettes selon l'invention contiennent de la silice, du carbone et du fer qui est métallisé à plus de 60 %, lorsque les briquettes sont réalisées par compactage à chaud. Lorsque les briquettes sont réalisées par compactage à froid, on utilise un liant tel que du silicate de sodium ou un mélange d'hydroxyde de calcium et de molasse. La présente invention a pour objet principal de créer une briquette à base de fer qui comprend de la si-lice, cette briquette pouvant être substituée au ferro-silicium plus coûteux lors de la fabrication d'acier dans la techni- que de la fonderie. La présente invention a également pour objet de créer une briquette à base de fer qui contient de la silice et dans laquelle le composé principal est constitué par de fines particules de fer métallisé venant d'un four à réduc- tion directe. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation préférés de l'invention. La briquette conforme à l'invention peut être soit une briquette agglomérée à froid ce qui nécessite l'utilisa- tion d'un liant, soit une briquette agglomérée à chaud et qui ne nécessite aucun liant. Pour la réalisation d'une briquette agglomérée à froid, les liants préférés sont formés à partir de trois parties de chaux et cinq parties de molasse. La chaux du liant se présente sous la forme de chaux hydratée, c'est- à-dire d'hydroxyde de calcium. La composition de la briquette agglomérée à chaud est: - 50 à 90 %o de particules fines de fer métallisé, - 7 à 35 % de silice (SiO2), - 5 à 15 % de carbone. L'ensemble des produits ci-dessus doit se trouver sous une forme finement divisée et présenter de préférence une granulométrie inférieure à 3 millimètres. Lors de la préparation d'une briquette agglomérée à froid, 85 à 99 parties du mélange de matière finement divi- sée est mélangée à 1 à 15 parties de liant, la briquette agglomérée à froid contenant de préférence 92 parties de matière finement divisée et 8 parties de liant. La briquette à base de fer conforme à la présente in- vention comprend essentiellement environ 50 à 90 % de fer métallisé, environ 7 à 35 % de silice et environ 5 à 15 % de carbone. Le fer contenu dans la composition se présente sous la forme de fines particules de fer formées de préfé- rence par réduction directe dioxyde de fer, et contenant au moins 60 % de produits métallisés mais en général plus de 80 %. Le terme "métallisé" utilisé dans le présent mémoire ne signifie pas "revêtu de métal", mais signifie "presque complètement réduit à l'état métallique", c'est-à-dire toujours plus de 60 % de métal et en général plus de 80 % de métal dans la matière. Un tel fer métallisé sous de nom- breuses formes, y compris des grains est tout à fait appro- prié en temps que matière d'alimentation pour des fours de fabrication d'acier, tels que des fours à arc électrique. La silice est présente sous forme de fines particules ou de granules, et le carbone provient de préférence d'un combus- tible solide, tel que du charbon ou du coke, qui pourrait également être du brai ou du goudron. De préférence, la granulométrie de tous les éléments utilisés est inférieure à 3 millimètres, mais de manière avantageuse la granulométrie de tous les éléments sera inférieure à 1,5 millimètres avant l'agglomération. Une composition particulièrement avantageuse de la briquette comprend 50 à 70 %/o de fer métallisé, 15 à 35 % de silice et 8 à 15 % de carbone. Le mélange de produits énoncés précédemment peut être aggloméré par compactage à chaud à une température d'au moins 6000C et à une pression d'au moins 7 x 106 Pa pour former une briquette chaude à base de fer. L'agglomération est de préférence effectuée à une température comprise entre environ 650 et 750 C. De manière plus usuelle, on effectue une agglomération à froid de la composition dans laquelle de 85 à 99 parties en poids de la composition sont mélangées avec 1 à 15 %o d'un liant. Le liant préféré est formé d'un mélange d'hy- droxyde de calcium et de molasse en partie sensiblement égale, la composition optimale étant de 3 parties de chaux pour 5 parties de molasse. Cependant, chacun de ces produits peut se trouver selon des proportions comprises entre 30 et % du liant. D'autres liants sont constitués par du sili- cate de sodium, du brai et des goudrons, d'autres liants organiques ou chimiques ainsi que des ciments. Le produit à base de briquette conforme à la présente invention est amené dans un fondeur de haut fourneau, tel qu'un cubilot ou autres fours de fusion. Une certaine par- tie de la silice contenue dans la briquette est réduite au cours de la fusion, et le silicium métallique devient disponible pour le produit fondu en tant qu'élément d'alliage. On voit ainsi que les briquettes selon la pré- sente invention peuvent être substituées à du ferro-sili- cium plus coûteux. Dans un four à cubilot qui constitue un four de fusion et non pas un four de réduction, on obtient une perte de productivité de la fusion lorsque tant la réduction de la silice que celle du fer doivent être effectuée dans le four. Lorsque seule la silice doit être réduite, c'est-à- dire si l'oxyde de fer a déjà été réduit sous la forme de fer métallisé, on diminue la perte de productivité de la fusion. De manière à réduire la silice contenue dans une briquette, du fer doit être présent. Une briquette comprend essentiellement de fines parti- cules de fer directement réduit sous forme métallisée ou métal, de fines particules de silice ou de la silice en granule, une source de carbone telle que de la poussière de coke ou de fines particules de charbon, et un liant tel qu'un mélange d'hydroxyde de calcium et de molasse. Après que le mélange ait été comprimé sous la forme d'une bri- _ quette, celle-ci peut être séchée ou cuite à basse tempéra- ture, telle qu'à une température comprise entre 150 et C, afin d'éliminer toute trace d'humidité et dtamélio- rer la résistance de la matière non cuite. La briquette crue devrait donner une briquette réduite présentant un pourcentage élevé de silicium, ce pourcentage pouvant atteindre 50 % en poids. Les tableaux suivants comparent les analyses chimiques de différentes compositions de ferro-silicium avec des briquettes équivalentes à base de ferro-silice conformes à l'invention. TABLEAU I Analyse de ferro-silicium standard Désignation du ferro-silicium FeSi 5 FeSi 10 FeSi 25 Fe 94,5 % 89,5 % 74,5 % F Si 5,0 10,0 25,0 C 0,5 0,5 0,5 TABLEAU II Composition de la briquette à base de ferro-silice conforme à l'invention Equivalent de ferro-silicim FeSi 5 FeSi 10 EBeSi 25 Fines particules de fer métallisé 86,7 % 75,9 % 51,6 % SiO2 7,8 15,7 33,5 C 5,5 8,4 14,9 TABLEAU III Analyse de la briquette à base de ferro-silice FeSi 5 FeSi 10 FeSi 25 Fe 73,5 % 64,4 %o 43,7 % FeO 8,3 7,3 4,9 C 6,8 9,5 15,7 SiO2 9,1 16,8 34,3 CaO 0,8 0,7 0,5 autre 1,5 1,3 0,9 En variante, la briquette selon l'invention pourrait comprendre du carbone additionnel audelà des exigences stoechiométrique afin qu'une partie agisse en tant que combustible pour assurer la chaleur des réactions permet- tant la réduction et amener l'énergie nécessaire pour chauffer et fondre le fer réduit et le silicium à la tempé- rature de coulée (environ 1500oC). D'autres liants formant une matrice, tels que du brai de goudron de houille, du bitume de pétrole, du ciment de Portland, de l'argile ou de la gilsonite, ou encore des liants du type à film ou pellicule tels que du silicate de sodium, des résines plastiques, de l'amidon, de la bentonite ou des colles, ou encore des liants de type chimique tels que de la chaux hydratée et du dioxyde de carbone, du sili- cate de sodium et du chlorure de calcium, ou du silicate de sodium et du dioxyde de carbone peuvent tous être envisagés en tant que liants appropriés à la présente application. Ce qui précède montre que l'invention concerne une briquette dans lequel le composé principal est constitué par de fines particules de fer métallique directement ré- duit en vue de la fabrication d'acier et de la technique de la fonderie. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réali- sation représentés en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Briquette à base de fer, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement 50 à 90 % de fer métalli- sé, 7 à 35 % de silice, 5 à 15 % de carbone et 1,0 à 3,5 % d'autres composés. 2 - Briquette à base de fer selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fer métallisé est compris entre environ 50 et 70 %, la silice entre environ 15 et 35 %, et le carbone entre environ 9 et 15 %. 3 - Briquette à base de fer selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisée en ce que le carbone provient d'un combustible solide. 4 - Briquette à base de fer selon l'une des revendica- tions i à 3, caractérisée en ce que le carbone est du coke. - Briquette à base de fer selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisée en ce que le carbone est du charbon. 6 - Briquette à base de fer selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisée en ce que le carbone est du brai ou du goudron. 7 - Briquette à base de fer selon l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisée en ce que le fer se présente sous la forme de fines particules de fer métallisé. 8 - Briquette à base de fer selon l'une des revendica- tions 1 à 7, caractérisée en ce que la granulométrie des composés est inférieure à 3 millimètres avant agglomération. 9 - Briquette à base de fer selon l'une des revendi- cations 1 à 8, caractérisée en ce que la granulométrie des éléments est inférieure à 1,5 millimètres avant agglomé- ration. - Briquette à base de fer selon l'une des revendica- tions 1 à 9, caractérisée en ce que le fer métallisé est du fer métallisé à au moins 60 %. 11 - Composition pour briquette, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement 85 à 99 parties en poids de la composition de la briquette selon l'une des reven- dications 1 à 10 et 1 à 15 % d'un liant. 12 - Composition pour briquette selon la revendica- tion 11, caractérisée en ce que le liant est une matrice, un film ou une pellicule, ou est un liant chimique. 13 - Composition pour briquette selon l'une des reven- dications 11 ou 12, caractérisée en ce que le liant est un liant sous forme de pellicule ou de film choisi parmi le silicate de sodium, les résines plastiques, l'amidon, la bentonite et les colles. 14 - Composition pour briquette selon l'une des reven- dications 11 à 13, caractérisée en ce que le liant est un liant chimique choisi parmi un mélange d'hydroxyde de cal- cium et de molasse, de chaux hydratée et de dioxyde de carbone, de silicate de sodium et de chlorure de calcium et de silicate de sodium et de dioxyde de carbone. - Composition pour briquette selon l'une des reven- dications 11 à 14, caractérisée en ce que le liant comprend à 70 % d'hydroxyde de calcium et 70 à 30 % de molasse. 16 - Composition pour briquette selon l'une des reven- dications ll à 15, caractérisée en ce que le liant est une matrice choisie parmi le brai, le brai de goudron de houille, le bitume de pétrole, le ciment de type Portland, l'argile et la gilsonite. 17 - Procédé de formation d'une briquette chaude à base de fer, caractérisé par les opérations consistant à: mélanger 50 à 90 % de fines particules de fer métal- lisé chaud à une température d'au moins 6000C, 7 à 35 % de silice et 5 à 15 % de carbone; et agglomérer le mélange formé à une pression d'au moins 7 x 106 Pa afin de former une briquette à base de fer. 18 - Procédé de formation d'une briquette chaude de fer selon la revendication 17, caractérisé en ce que il l'opération d'agglomération est effectuée à une température comprise entre environ 650 et 750 C. 19 - Procédé de formation d'une briquette à base de fer, caractérisé en ce qu'on mélange 85 à 99 parties en poids d'un mélange comprenant: à 90 % de fines particules de fer métallisé, 7 à 35 %/ de silice, à 15 % de carbone, avec 1 à 15 parties en poids d'un liant composé uni- quement de 30 à 70 % d'hydroxyde de calcium et 70 à 30 % de molasse. - Procédé selon la revendication 19, caractérisé par l'opération supplémentaire consistant à cuire la bri- quette à une température comprise entre 150 et 200 C.