Brevet FR2649414A1 — publié le 19910111

PROCEDE POUR LA FABRICATION DIRECTE D'ACIER ET AUTRES PRODUITS DE FONDERIE DESCRIPTION OBJET DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé pour la fabrication directe d'acier et autres produits de fonderie, en partant de matériaux qui contiennent des métaux et qui présentent une surface relativement importante, comme par exemple des matériaux à grains fins ou des copeaux provenant de travaux de tournage ou de rectification qui sont mélangés à des huiles usées ou résiduelles, ou à d'autres porteurs d'énergie mélangeables ou qui sont déjà mélangés avec eux, comme par exemple les huiles normalement employées pour l'usinage de ces matières, etc. ANTECEDENTS DE L'INVENTION. Actuellement, la fabrication de l'acier est effectuée par des procédés indirects, qui se divisent en deux phases, la première consistant à obtenir de l'oxyde de fer liquide que l'on introduit ensuite dans des convertisseurs o on l'ajoute au fer brut liquide et on effectue l'oxydation et dans lesquels ce fer brut de haute teneur en carbone et autres produits préjudiciels est soumis à une décarburation et à une régulation du contenu de soufre, phosphore, silice, magnésium, etc. L'oxyde de fer liquide est en même temps débarassé de l'oxygéne. Parmi les méthodes d'oxydation ou de décarburation il convient de signaler particulièrement les procédés Bessemer et Thomas, en voie de disparition, dans lesquels le fer fondu est injecté dans un courant d'air qui brûle les impuretés de la fonte. Il existe un autre procédé consistant à insuffler de l'oxygène et qui permet d'eviter l'action préjudicielle du nitrogène contenu dans l'air, assurant ainsi l'obtention d' un produit de meilleure qualité. Finalement, et bien qu'il existe de nombreux 1 autres procédés, nous mentionnerons particulièrement le procédé LD (LINZ-DONAWITZ) basé sur l'insuflation d'oxygène au moyen d'une lance, ainsi que sur l'addition de chaux sur la surface du bain. Tous ces procédés utilisés actuellement, comme indiqué dans ce qui précède, sont des méthodes d'obtention indirecte de l'acier, car le fer fondu doit être transféré aux convertisseurs pour sa décarburation et par conséquent ce procédé est divisé en plusieurs phases, avec les problèmes techniques que ceci comporte. Le procédé actuel d'obtention de l'acier par réduction dans des hauts fourneaux, conduit à un produit intermédiaire, appelé "fer brut" parce que la réduction de l'oxygéne du minerai de fer donne lieu inévitablement à la carburation du fer, ce qui exige une opération ultérieure d'oxydation pour libérer le carbone du fer et les autres éléments perjudiciels qui l'accompagnent D'autre part, les procédés habituellement employés actuellement pour la fabrication de l'acier exigent le magasinage intermédiaire dans des décharges, des énormes quantités de matériaux résiduels provenant de la fabrication, ce qui donne lieu à une nette contamination de l'environnement. Finalement, il convient d'ajouter que les essais connus réalisés à niveau mondial pour éviter ces matériaux résiduels, conduisent uniquement à la solution qui consiste à les détruire dans des installations de combustion, ce qui implique évidemment la formation de nouveaux emplacements de magasinage ou de décharge de matériaux résiduels solides, en attendant leur combustion, ce qui conduit de nouveau à la contamination de l'environnement. DESCRIPTION DE L'INVENTION Grâce à la présente invention on obtient de l'acier par une méthode directe en faisant non seulement que les matériaux résiduels soient liquéfiés, mais encore en -]- 1 effectuant un apport d'oxydes ferriques huileux (mimerai de fer finement divisé), ce qui permet de réaliser la fabrication directe de l'acier en partant d'oxydes ferriques, de telle façon que cette fusion de l'oxyde ferrique implique sa transformation directe en acier. L'expression "fabrication directe de l'acier" veut dire que les oxydes ferriques sont débarassés de l'oxygène par des opérations de réduction, et sont transformés directement en acier sans qu'il soit nécessaire d'obtenir des produits intermédiaires. Dans la procédé de fabrication directe selon l'invention, l'oxygène de l'oxyde ferrique réagit immediatement avec le carbone du fer brut ou fer liquide dans le convertisseur, en raison du fait que l'on ajoute l'oxyde ferrique en question sous forme liquide, de façon que la réduction soit presque immédiate, l'oXygéne de l'oxyde ferrique se combinant avec le carbone du fer liquide, ce qui donne lieu à la fabrication immédiate de l'acier, sans génération d'un produit intermédiaire quelconque. Cette réaction s'effectue de façon endothermique, c'est à dire qu'elle absorbe de l'énergie, en consommant une partie de la chaleaur du procédé, ce qui peut être compensé par une augmentation du contenu de silice dans le fer brut liquide, si on désire obtenir un acier de plus ou moins bonne qualité, ou au moyen de l'addition d'une moindre quantité de ferraille de refroidissement, ou encore au moyen du procédé du convertisseur LD (LINZ-DONAWITZ). Le procédé selon l'invention dans lequel l'opération est réalisée en continu s'effectue de la fagon suivante: En premier lieu, on effectue la préparation des oxydes ferriques, moyennant l'utilisation de copeaux provenant de travaux de tournage, de rectification, etc.,qui sont imprégnés de l'huile de coupe employée au cours de 1 l'usinage. On peut employer aussi des oxydes ferriques non huileux auxquels on ajoute ou avec lesquels on mélange des huiles usées ou des huiles résiduelles comme apport ou support énergétique pour le processus de mélange avec le fer liquide, en assurant ainsi la réalisation du procédé en régime continu. Ensuite, ces oxydes ferriques qui contiennent de l'huile ou auxquels on a ajouté des huiles usées ou des huiles résiduelles sont soumis à un préchauffage à 400 C environ ou à des températures un peu supérieures, en les chauffant indirectement dans un four à cuve bien connu, ces oxydes ferriques étant introduits dans la zone de combustion par le moyen d'un ou plusieurs dispositifs sous la forme de tubes d'alimentation du four,la pénétration des oxydes dans le four s'effectuant de la partie supérieure à la partie inférieure. Les liquides huileux adhérés aux matériaux résiduels donnent lieu à la formation d'une pression à laquelle est soumis le mélange de vapeur et de gaz, que l'on met à profit dans les dispositifs d'alimentation pour exercer une pression orientée vers le bas sur la zone de combustion des matériaux introduits, c'est à dire sur les matériaux résiduels mentionnés plus haut, car les dispositifs d'alimentation sont fermés vers le haut et vers l'extérieur, de la façon habituelle bien connue pour l'alimentation des hauts fourneaux. Le préchauffage indirect est réglable au moyen de dispositifs de réglage de l'alimentation, de façon à obtenir, d'une part une pression suffisante du mélange de vapeur et de gaz et, d'autre part, qu'il reste encore assez d'éléments de suppport ou d'apport d'énergie pour le traitement, sur les surfaces des matériaux de combustion dans la zone de combustion du four à cuve, ce qui fait que les matériaux résiduels se mélangent rapidement avec le 4-5 1 métal fondu Les avantages principaux obtenus avec le procédé selon l'invention seraient les suivants: Tous les supports d'énergie pour le traitement, comme, par exemple, les huuiles ajoutées aux oxydes ferriques, qui peuvent être des huiles usées ou résiduelles, ainsi que des huiles provenant d'usinage ou autres, en général des supports d'énergie, sont brûlés de façon optimale & une température supérieure & 1.500 C qui est une température proche de celle de fusion de l'acier (1.600 C), cette combustion s'effectuant sur des surfaces relativement importantes. Ces huiles ou ces supports d'énergie sont détruits de façon plus sûre que de la façon habituelle, avec, en cas de nécessité, la possibilité d'insuffler de l'oxygène pour activer la combustion. Un deuxième avantage à faire ressortir consiste en ce que la chambre du four à cuve dans laquelle pénètre le dispositif d'alimentation jusqu'à parvenir à la zone. de combustion inférieure du four à cuve, entoure ce dispositif au moyen d'une chambre de four libre, relativement haute et de volume important dans son ensemble, ce qui permet ainsi d'obtenir une combustion supérieure optimale et sûre moyennant un apport d'air secondaire ou d'oxygène pur. Cette possibilité comporte spécialement l'avantage de permettre que les huiles usées ou résiduelles (contenant du PBC) soient détruites avec une plus grande sécurité qu'avec les méthodes traditionnelles. En troisième lieu, et au moyen de la combustion spontanée et intensive, assurée par les grandes surfaces de combustion, on obtient une transformation rapide des matériaux résiduels, qui se mélangent avec le métal fondu, ce qui fait que l'oxydation se maintient à un niveau très bas, ce qui est spécialement important pour l'utilisation de copeaux provenant de travaux de tournage ou autres travaux d'usinage. - 6- 1 En quatrième lieu, dans le foyer du four à cuve o sont reçus les produits de fonderie, on peut fabriquer directement de l'acier, moyennant un traitement métallurgique de réduction en partant de l'oxyde ferrique fondu, avec la possibilité d'utiliser aussi d'autres eléments en plus du fer brut ou fer liquide. Le procédé décrit permet, pour la première fois, la fabrication directe d'acier, de façon continue, en partant de l'oxyde ferrique, ce qui n'avait pu être obtenu auparavant avec aucun autre procédé, cette transformaton de l'oxyde ferrique pouvant être effectuée, d'une part dans le foyer du four et, d'autre part, par le procédé mentionné plus haut de fabrication de l'acier dans un convertisseur. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 1 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication directe de l'acier et d'autres produits de fonderie au moyen de matériaux métalliques de surface relativement importante, comme par exemple des matériaux à grains fins ou des copeaux provenant d'usinage, qui sont mélangés avec des huiles usées et résiduelles ou autres éléments porteurs d'énergie ou qui sont déjà mélangés avec ces matériaux dans un four à cuve pourvu d'une installation d'alimentation en forme de tube, caractérisé en ce que ces matériaux à grains fins ou ces copeaux sont préchauffés indirectement en passant de la zone supérieure du four à cuve à travers l'installation d'alimentation en forme de tube jusqu'à la zone de combustion du four à cuve, qui se trouve dans sa partie inférieure, pour que ces produits ainsi chauffés soient transférés à la fonte fluide ou fer liquide au moyen d'une combustion intensive et spontanée des porteurs d'énergie qui leur sont adhérés ou qui se présentent en forme de vapeur ou gaz, qui peuvent être soumis à un traitement métallurgique continu dans le foyer du four à cuve ou dans d'autres installations similaires, ce qui permet de réaliser la fabrication directe d'acier ou autres produits métalliques de fonderie. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, aux susdits matériaux de contenu métallique ainsi qu'aux matériaux sans contenu d'huile, tels que les oxydes de fer et autres matériaux métalliques, on ajoute des huiles usées ou résiduelles, et on emploie des matériaux contenant de l'huile et autres porteurs d'énergie mélangeables pour agir comme porteurs d'énergie de traitement. 3.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on ajoute des matériaux producteurs de vapeur ou gaz, à tous les matériaux de contenu métallique dotés de surfaces relativement importantes. 4.- Procédé selon les revendications 1 à 3, carac- 1 térisé en ce qu'on ajoute, en outre, de l'oxygène dans la zone de combustion du four à cuve. 5.- Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en qu'on ajoute de l'air secondaire et de l'oxygène dans la zone de combustion 6.- Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en qu'on ajoute des huiles usées ou recyclées, contenant du PCB, comme éléments porteur d'énergie pour le traitement. 7.- Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les matériaux de contenu métallique sont transférés dans le foyer du four à cuve à la fonte fluide 8.- Procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que dans le foyer du four à cuve, tous les produits de fonte fluide sont traités métallurgiquement. 9.- Procédé selon les revendications 1 à 9-, caractérisé en ce que les produits fondus fluides sont soumis ensuite et de façon continue, à un traitement métallurgique au moyen d'autres procédés de traitement bien connus. 10.- Procédé selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, dans le processus de conversion en acier, l'oxyde de fer liquide est ajouté au fer brut liquide. 11.- Procédé selon les revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, au cours du processus de conversion en acier par réduction du fer brut ou d'autre porteurs d'énergie, l'oxyde de fer liquide est transformé directement en acier. 12.- Procédé selon les revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'oxyde de fer liquide situé dans le foyer du four à cuve, sur fer brut ou autres porteurs réducteurs, est transformé directement en acier.