Brevet FR2728590A1 — publié le 19960628

Méthode d'agglomération de particules chaudes de minerai de fer pré- réduites pour la production de fer en lingots La présente invention concerne une méthode d'agglomération de particules de minerai de fer dans le procédé de réduction de fusion, et plus particulièrement une méthode d'agglomération des particules de minerai de fer pré- réduites dans un procédé de réduction de fusion pour produire de la fonte brute (fer en lingots). Jusqu'à présent, la production de fonte brute s'effectuait principalement en utilisant des hauts fourneaux. Cependant, l'utilisation de cette méthode s'est trouvée peu à peu limitée par le manque de charbon de haute qualité, c'est-à-dire qui présente des propriétés de liaison élevées et qui est une source du coke utilisé comme carburant et agent réducteur, par la raréfaction du coke provoquée par l'augmentation de son utilisation, par la demande de réduction des émissions de CO2 à l'origine du réchauffement terrestre, et par l'augmentation des restrictions d'émission de SO, et NO. au cours du procédé de production du coke ou dans les usines de frittage. En outre, la méthode utilisant le haut fourneau nécessite un prétraitement tel que le frittage ou l'agglomération parce que la matière première doit être utilisée après traitement pour avoir une grande taille de particule afin d'assurer la ventilation du fourneau et prévenir la reformation de poussière dans le fourneau. En outre, une grande quantité d'énergie est consommée pendant le frittage de la matière première. Afin de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus impliqués dans la méthode utilisant le haut fourneau, le brevet américain 4 978 387 a proposé un procédé de réduction de fusion dans lequel les particules de matière première sont directement réduites dans un fourneau réducteur à lit fluidifié ou à lit de bulles fluidifié et sont finalement réduites et fondues dans un fourneau à réduction de fusion. En fait, le brevet américain 4 978 387 décrit une méthode d'alimentation des minerais pré-réduits dans le fourneau de pré-réduction au fourneau de réduction de fusion en utilisant un gaz porteur. A l'endroit o les particules de matière première sont chargées dans le fourneau de réduction de fusion en utilisant le gaz porteur, de la poussière est formée par le gaz généré dans le fourneau de réduction de fusion de même que par le gaz porteur, il en résulte ainsi une perte de matière première. En outre, de la chaleur supplémentaire est nécessaire pour réchauffer le gaz porteur à la température atmosphérique, augmentant ainsi la consommation totale d'énergie. Lorsque de la poussière est générée par le gaz porteur, elle peut pénétrer dans le fourneau de pré- réduction avec le gaz porteur. Dans ce cas, la poussière peut boucher le plateau de dispersion du fourneau de pré-réduction ou peut rester fixée à la paroi interne du fourneau dans le lit fluidifié. En conséquence, la poussière empêche le fonctionnement du fourneau ou en prolonge le temps de fonctionnement. Des méthodes d'agglomération des particules de matière première ont été proposées pour empêcher la matière première de former de la poussière dans le procédé de réduction de fusion. Ces méthodes utilisent un composé à base d'oxydes tel que du ciment ou de la bentonite, nécessitant l'addition d'humidité comme liant. En d'autres termes, la matière première est mélangée avec le liant tout étant rajoutée avec l'humidité à la température de l'atmosphère, séchée et ensuite chargée dans le fourneau après avoir été refroidie. Il en résulte que la procédure complète est complexe. Il y a aussi un problème de consommation accrue d'énergie. Le composé utilisé comme liant pour l'agglomération des particules peut avoir un effet néfaste sur la qualité de la fonte brute ou du fer en lingot obtenus finalement car il nécessite de l'énergie calorifique et peut renfermer des impuretés telles que le soufre (S) ou le phosphore (P). Afin de résoudre les problèmes rencontrés ci-dessus dans les méthodes conventionnelles, les inventeurs ont effectué des recherches et des expériences, puis ont proposé la présente invention basée sur les résultats des recherches et des expériences. Ainsi, un objectif de la présente invention est de fournir une méthode pour l'agglomération des particules de minerai de fer pré-réduites pour produire de la fonte brute chaude, dans laquelle les particules de minerai de fer chaudes pré-réduites dans le fourneau de pré-réduction sont simplement mélangées avec de la poudre d'aluminium ou de la poudre de métal contenant de l'aluminium avant d'être chargées dans le fourneau de réduction de fusion de telle façon qu'elles seront agglomérées, pouvant ainsi non seulement simplifier l'agglomération mais également éliminer l'effet défavorable sur la qualité du fer en lingots provoqué par des impuretés telles que S ou P. Un autre objectif de l'invention est de fournir une méthode pour l'agglomération de particules de minerai de fer pour produire de la fonte brute, dans laquelle les scories d'aluminium qui sont un déchet, sont utilisées comme poudre métallique contenant de l'aluminium pour agglomérer les particules de minerai de fer, permettant ainsi une consommation d'énergie réduite et une évacuation des déchets. Selon la présente invention, ces objectifs sont réalisés en apportant dans la production de fer en lingots comprenant le chargement de particules chaudes de minerai de fer pré-réduites par un fourneau de pré-réduction dans un fourneau de réduction de fusion, une méthode d'agglomération des particules de minerai de fer, comprenant l'étape consistant à mélanger de la poudre liante choisie parmi l'ensemble constitué par la poudre d'aluminium et la poudre contenant de l'aluminium, avec les particules de minerai de fer avant que les particules de minerai de fer ne soient chargées dans le fourneau de réduction de fusion, agglomérant ainsi les particules de minerai de fer. D'autres objectifs et aspects de l'invention vont apparaître dans la description suivante des modes de réalisation en référence aux dessins joints sur lesquels: La figure 1 est un diagramme illustrant un procédé de réduction de fusion conventionnel; La figure 2 est un diagramme illustrant un procédé de réduction de fusion utilisant une méthode d'agglomération selon la présente invention; et La figure 3 est un graphe illustrant une variation dans la force de compression du minerai aggloméré dépendant du rapport de mélange des scories d'aluminium En se référant à la figure 1, il s'agit de l'illustration d'un procédé de réduction de fusion conventionnel. Conformément à ce procédé, des particules de minerai de fer 1 sont pré- réduites dans un fourneau de pré-réduction 2, comme montré sur la figure 1. Les particules de minerai de fer pré-réduites qui sont désignées par la référence 3, sont chargées dans un fourneau de réduction de fusion 4 avec un gaz porteur pour produire de la fonte d'acier brute. Dans ce cas se pose cependant le problème qui est que les particules de minerai chargées dans le fourneau de réduction de fusion ont une petite taille de particule, les plus fines d'entre elles étant dispersées du flux de gaz dans le fourneau de réduction de fusion 4. La figure 2 illustre un procédé de réduction de fusion selon la présente invention. Conformément à ce procédé, des particules 1' pré-réduites dans un fourneau de pré- réduction 2' sont simplement mélangées avec une poudre liante choisie dans l'ensemble constitué par la poudre d'aluminium et une poudre contenant de l'aluminium avant d'être chargée dans un fourneau de réduction de fusion 4'. Dans ce cas, les particules de minerai sont agglomérées de telle façon qu'elles ne seront pas dispersées dans le fourneau de réduction de fusion. L'agglomération des particules de minerai selon la présente invention est maintenant décrite en détail. Fondamentalement, le procédé de réduction de fusion pour les particules de minerai nécessite une pré-réduction des particules de minerai à une température d'environ 700 C ou supérieure. La pré-réduction est effectuée en atmosphère réductrice composée d'hydrogène ou de monoxyde de carbone. De ce point de vue, il est possible d'agglomérer les particules de minerai de fer en mélangeant simplement un liant composé de poudre d'aluminium ou de poudre contenant de l'aluminium avec les particules de minerai de fer. Etant donné que l'aluminium du liant est un métal fusible ayant un point de fusion bas de 600 C, il est fondu par les particules chaudes de minerai de fer et adhère aux particules, agglomérant ainsi les particules. 1 est préférable que la poudre contenant de l'aluminium ait un point de fusion qui ne soit pas plus élevé que la température de pré-réduction des particules de minerai de fer. Il est possible d'utiliser la poudre d'alliage AI-Mg ou la poudre d'alliage AI-Li comme poudre contenant de l'aluminium. Lorsque la poudre liante, choisie parmi l'ensemble constitué par la poudre d'Al et la poudre contenant de l'AI est mélangé avec des particules de minerai de fer, sa quantité optimale est déterminée de telle façon que le poids de l'aluminium fourni par la poudre liante soit d'au moins 8 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer. De préférence, la quantité de poudre liante mélangée est déterminée de telle façon que le poids d'aluminium est de 12 à 25 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer. Il est préférable que la poudre liante ait une taille de particule ne dépassant pas 8 mm. De préférence, la poudre liante aura une taille de particule ne dépassant pas 5 mm. Il est préférable que le mélange de particules de minerai de fer et de poudre liante soit maintenu tel qu'il est pendant au moins 10 secondes après le mélange afin que l'aluminium puisse être suffisamment fondu. Il est encore plus préférable que le temps de conservation du mélange soit de l'ordre de 30 secondes à 5 minutes. Le temps de conservation du mélange peut être déterminé de manière appropriée en tenant compte de la taille de particule de la poudre liante et de la température des particules de minerai de fer pré- réduites, les deux associées avec la fusion de la poudre liante. La conservation du mélange pendant une durée choisie après le mélange peut être réalisée en installant un récipient de stockage pour stocker les particules chaudes de minerai de fer pré-réduites entre le fourneau de pré-réduction et le fourneau de réduction de fusion. Les scories d'aluminium sont une poudre contenant de l'aluminium recommandée comme poudre liante selon la présente invention. De telles scories d'aluminium sont disponibles auprès des usines de traitement de l'aluminium. Maintenant la description suivante va être effectuée en conjonction avec les scories d'aluminium. Typiquement, les scories d'aluminium sont des déchets produits par la fabrication des produits en aluminium dans les usines d'aluminium. Apres avoir été récupérées, de telles scories d'aluminium sont brûlées pour les éliminer puisqu'elles ne sont plus utilisables. Cependant, la scorie d'aluminium est un métal fusible ayant un point de fusion bas et contient une forte teneur en aluminium ou en oxyde d'aluminium (par exemple A120O3) avec un fort pouvoir réducteur. Bien que de telles scories d'aluminium contiennent également d'autres éléments, y compris K20, Na2O, MgO, Si2O, FeO, C et etc., elles contiennent peu de phosphore ou de sulfure ayant un effet défavorable sur la qualité du fer en lingots. Grâce à cette composition, l'aluminium contenu dans les scories d'aluminium peut être utilisé comme agent réducteur et comme carburant pour les minerais de fer chargés dans le fourneau de réduction de fusion car les scories d'aluminium fondent à basse température et n'ont pas d'effets défavorables sur les minerais de fer, même lorsqu'elles sont rajoutées dans le fourneau de réduction de fusion. Lorsque l'agglomération des particules de minerai de fer pré- réduites est réalisée avec comme liant pour les particules de minerai de fer, des scories d'aluminium qui ne contiennent pas d'impuretés, mais contiennent de l'aluminium ayant un bas point de fusion et un pouvoir calorifique élevé, il est possible de charger facilement les scories d'aluminium. En outre, il y a un avantage en termes de réduction de la consommation d'énergie nécessaire pour la procédure complète aussi bien que pour l'élimination des déchets car l'aluminium contenu dans les scories d'aluminium peut être utilisé pour une partie du carburant pour le procédé de réduction de fusion. Ainsi, les scories d'aluminium peuvent être utilisées profitablement comme poudre liante selon la présente invention. Lorsque des scories d'aluminium sont utilisées comme poudre contenant de l'Al selon la présente invention, les oxydes contenus dans les scories d'aluminium sont gardés en phase solide à une température de l'ordre de 600 à 1200 C car elles ont un point de fusion d'au moins 1200 C. En conséquence, après la fusion de l'aluminium contenu dans l'aluminium, de tels oxydes sont mélangés avec l'aluminium fondu, parmi d'autres éléments qui sont contenus dans les scories d'aluminium et gardés en phase solide. Il en résulte que la viscosité de l'aluminium fondu est augmentée, augmentant ainsi la force de liaison entre les particules de minerai. Une partie de l'aluminium a fondu dans les particules de minerai et servant de forme liante A1203, qui est un oxyde ayant un point de fusion élevé, pendant la procédure d'agglomération effectuée en atmosphère oxydante, augmentant ainsi fortement la force de liaison des particules de minerai. Apres la procédure d'agglomération, les scories résiduelles d'aluminium forment de l'alumine avec un élément de scorie (CaO-SiO2-A103) produit dans le fourneau de réduction de fusion. Etant donné que les scories d'aluminium résiduelles peuvent facilement être déchargées, comme scories, hors du fourneau de réduction de fusion, les scories d'aluminium peuvent être utilisées comme un liant ne contenant aucune impureté affectant négativement la qualité des produits ou ne provoquant pas de perte d'énergie. Par exemple, l'aluminium contenu dans les scories d'aluminium utilisées comme liant produit une chaleur de 7,467 Kcal/Kg d'Al lorsqu'il effectue une réaction oxydante dans le fourneau de réduction de fusion, comme indiqué dans le tableau 1. Cette valeur calorifique est approximativement égale à la valeur calorifique maximale du charbon typique, de l'ordre de 6000 à 7000 Kcal/Kg de charbon comme indiqué dans le tableau 1. Lorsque les scories d'aluminium sont chargées comme un liant dans le fourneau de réduction de fusion, parmi les particules de minerai, en conséquence, il est possible de réduire la consommation de charbon au moins de la quantité d'aluminium contenue dans les scories d'aluminium. Il est également possible de réduire l'émission de gaz. TABLEAU 1 Matière première Réaction exothermique Valeur calorifique Produit de réaction Ma. (kcal/kg) AI en scories 2AI + 3/2 02 =A1203 7467 éléments de scories Charbon A C + 02 =C02 7300 gaz H2 + 1/202 = H20 Charbon B C + 02 = C02 7120 gaz H2 + 1/202 = H20 Charbon C C + 02 = C02 6740 gaz H2+ 1/202= H20 Comme les scories d'aluminium contenant un métal fusible, à savoir l'aluminium, et utilisées comme liant pour l'agglomération des particules d'une matière première, c'est- à-dire, conférant à la matière première une taille de particule augmentée, celles qui ont une forte teneur en aluminium sont préférées. Ceci vient du fait que l'aluminium, qui est le seul élément fusible parmi les éléments contenus dans les scories d'aluminium, peut être fondu pour humidifier et lier les particules de la matière première. Si les scories d'aluminium ont une teneur trop faible en aluminium, alors la quantité totale augmente de façon à fournir la quantité minimale d'aluminium pour l'agglomération des particules. Dans ce cas, la force de liaison des particules est diminuée. De ce point de vue, il est préférable d'utiliser des scories d'aluminium contenant de l'AI avec une teneur de 5 à 60 % en poids et A1203 avec une teneur ne dépassant pas 40 % en poids. Lorsque des scories d'aluminium ayant la composition mentionnée cidessous sont utilisées, la teneur préférable est d'au moins 30 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer. De préférence, la teneur en aluminium est de l'ordre de 50 à 100 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer. Avec une quantité de scories d'aluminium inférieure à 30 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer, I' agglomération des particules de minerai de fer est à peine réalisée. Dans ce cas, il existe une possibilité pour que les particules de minerai de fer liées les unes aux autres puissent se libérer du fait de leur faible force de liaison. Lorsque des scories d'aluminium sont utilisées en quantité supérieure à 100 kg, la viscosité des scories produites dans le fourneau de réduction de fusion est diminuée de façon défavorable, provoquant des difficultés dans la séparation des scories et de la fonte brute chaude. Il est préférable que les scories d'aluminium aient une taille de particule ne dépassant pas 8,0 mm. De préférence, les scories d'aluminium ont une taille de particule ne dépassant pas 5,0 mm. Des copeaux d'Al ou des débris d'Al produits dans les usines de traitement de l'AI peuvent également être utilisés de préférence comme liant selon la présente invention. La présente invention sera comprise plus facilement en considérant les exemples suivants et les exemples comparatifs; cependant ces exemples sont destinés à illustrer la présente invention et ne doivent pas en limiter l'étendue. Exemple Différents types de scories d'aluminium ayant respectivement différentes compositions comme indiqué dans le tableau 2 ont été préparés, avec différentes sortes de particules de minerai de fer pré-réduites ayant respectivement différentes compositions, mais toutes essentiellement constituées de Fe2O3, FeO et Fe. Chaque type de scorie d'aluminium préparée était mélangé mécaniquement avec chaque type de particule de minerai de fer pré-réduite après avoir été mesurée. Ainsi, différentes variétés d'échantillons de mélange étaient préparées. Pour chaque échantillon de mélange, la quantité mélangée de scories d'aluminium était de 100 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer. Les scories d'aluminium avaient une taille de particule ne dépassant pas 5 mm. Les particules de minerai de fer avaient également une taille de particule ne dépassant pas 5 mm 20 g de chaque échantillon de mélange préparés comme ci-dessus étaient chargés dans un creuset de MgO et chauffés ensuite à 800 C, en fait, une température de pré- réduction dans la procédure de réduction de fusion. A cette température, l'échantillon de mélange était maintenu pendant environ 2 minutes pour agglomérer les particules de minerai de fer. Ensuite, la force de compression des particules de minerai de fer agglomérées était mesurée pour chaque échantillon. Le résultat est décrit dans le tableau 3 et sur la figure 3. Exemple comparatif Sans les mélanger avec des scories d'aluminium, le même type de particules de minerai de fer pré-réduites que celles préparées dans l'exemple 1 étaient agglomérées en utilisant un procédé d'agglomération mécanique à haute température. Ensuite, la force de compression des particules de minerai de fer agglomérées était mesurée pour chaque échantillon de minerai de fer. Le résultat est donné dans le tableau 3. TABLEAU 2 Composition S c o r i e s K20Na2zO CaO AI A120O3 SiO2 T. Fe C Autes d'AI Scorie A 0,6 1,8 8,9 52,9 12,2 7,1 2,9 2,9 équih'e Scorie B 0,6 3,3 7,8 27,2 38,1 11,8 1,5 1,2 quihue Scorie C 3,9 4,4 11,4 25,3 32,6 1,8 0,6 1,2 équih'e TABLEAU 3 Force de compression (kg/cm2) Méthode actuelle Méthode d'agglomération mécanique à haute température Fe203 2235 128 Echantillon A FeO 2832 223 Fe 3126 2982 Fe20O3 2130 128 Echantillon B FeO 2602 223 Fe 3212 2982 Fe2O3 1931 128 Echantillon C FeO 2468 223 Fe 3010 2982 En se référant au tableau 3, on voit que les échantillons agglomérés selon la présente invention montrent une force de compression plus élevée que ceux produits en utilisant le procédé d'agglomération mécanique à haute température qui est une des méthodes conventionnelles d'agglomération. En particulier, tous les échantillons selon la présente invention ont une force de compression uniforme et élevée sans avoir été affectée par le taux de pré-réduction du minerai de fer. Bien que le procédé d'agglomération mécanique puisse obtenir une force de compression satisfaisante seulement pour des minerais de fer ayant un taux de pré-réduction d'au moins 50% environ, la méthode selon la présente invention peut obtenir une force de compression élevée quel que soit le taux de pré-réduction des minerais de fer. En se référant au tableau 3, il est également visible que lorsque des scories d'aluminium ayant une forte teneur en aluminium sont utilisées (échantillon A), on obtient une force de compression plus élevée. Ceci est également visible sur la figure 3. Puisque les particules de minerai de fer pré-réduites sont efficacement agglomérées par les scories d'aluminium, elles peuvent être chargées par gravitation dans il le fourneau de réduction de fusion. De ce point de vue, la présente invention fournit les nombreux avantages d'une production réduite de poussière, d'une consommation diminuée d'énergie et d'une élimination des déchets seulement en apportant les scories d'aluminium à la ligne d'alimentation des particules de minerai de fer de manière à les mélanger avec les particules de minerai de fer dans la conduite d'alimentation. Ainsi qu'il ressort de la description ci-dessus, la méthode selon la présente invention permet l'agglomération des particules de minerai de fer uniquement par simple mélange de la poudre d'Al ou de la poudre contenant de l'AI avec les particules de minerai de fer pré-réduites dans le procédé de réduction de fusion. En conséquence, la méthode selon la présente invention ne nécessite pas d'étape de traitement ou d'équipement supplémentaires, permettant ainsi un chargement peu coûteux des particules de minerai de fer. Lorsque des scories d'aluminium sont utilisées comme la poudre contenant de l'aluminium selon la présente invention, une consommation réduite d'énergie peut être obtenue car les scories d'aluminium, qui sont un déchet, peuvent être utilisées comme source d'énergie. Bien que les modes de réalisation préférés de la présente invention aient été décrits dans un but d'illustration, les spécialistes dans l'art apprécieront que différentes modifications, additions et substitutions soient possibles, sans s'éloigner de l'objectif et de l'esprit de l'invention comme indiqué dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Méthode d'agglomération de particules de minerai de fer dans la production de fonte d'acier brute chaude comprenant un chargement de particules chaudes de minerai de fer, pré-réduites dans un fourneau de pré-réduction, dans un fourneau de réduction de fusion, caractérisée en ce qu'elle comprend l'étape suivante: mélange d'une poudre liante, choisie dans un ensemble comprenant la poudre d'aluminium et les poudres contenant de l'aluminium, avec les particules de minerai de fer avant le chargement des particules de minerai de fer dans le fourneau de réduction de fusion, de façon à agglomérer les particules de minerai de fer. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de poudre liante mélangée aux particules de minerai de fer est déterminée de façon que le poids d'aluminium fourni par la poudre liante est au moins de 8 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer. 3. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de poudre liante mélangée aux particules de minerai de fer est déterminée de façon que le poids d'aluminium fourni par la poudre liante est de 12 à 25 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer. 4. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la taille des particules de poudre liante ne dépasse pas 8 mn 5. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre l'étape de conservation de la poudre liante mélangée et des particules de minerai de fer telles quelles pendant au moins 10 secondes après qu'elles ont été mélangées ensemble. 6. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la poudre liante est choisie parmi un ensemble comprenant les copeaux d'aluminium, les débris d'aluminium, la poudre d'alliage AI-Mg et la poudre d'alliage Al-Li. 7. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la poudre liante est constituée de scories d'aluminium. 8. Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce que les scories d'aluminium contiennent de l'Al avec une teneur de 5 à 60% en poids et de l'A1203O avec une teneur ne dépassant pas 40% en poids. 9. Méthode selon la revendication 8, caractérisé en ce que la quantité de scories d'aluminium mélangée avec les particules de minerai de fer est d'au moins 30 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer. 10. Méthode selon la revendication 8, caractérisé en ce que la quantité de scories d'aluminium mélangées avec les particules de minerai de fer est de 50 à 100 kg pour 1 tonne de particules de minerai de fer. 11. Méthode selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, comprenant en outre l'étape de conservation des scories d'aluminium mélangées et des particules de minerai de fer telles qu'elles sont pendant au moins 10 secondes après qu'elles ont été mélangées ensemble. 12. Méthode selon l'une quelconque des revendications 7 à 15, caractérisée en ce que les scories d'aluminium ont une taille de particule ne dépassant pas 8 rm_