FR 2359898 A1 19780224 FR 7723033 A 19770727 La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de fonte. Les matières premières utilisées pour la mise en oeuvre de ce procédé comprennent des oxydes de fer finement.:tra- nulés, des combustibles carbonés solides finement granulés, liquides ou gazeux, et de l'oxygène gazeux. Par matières contenant des oxydes de fer finement granulés, on comprend, selon l'invention,par exemple du concentré de minerai de fer, des pyrites grillées et les produits plus ou moins réduits qui en sont issus, ayant une dimension de grains inférieure à 1 mm, avantageusement à 0,5 mm et de préférence une dimension moyenne inférieure à 0,2 mm. Par combustibles finement granulés, on comprend par exemple des matériaux carbonés en grains fins tels que lignites, charbon, anthracite, charbon de bois etc., ayant une dimension de grain inférieure à 1 mm, avantageusement à 0,5 mm et de préférence une dimension moyenne de grains inférieure à 0,3 mm. Par combustibles liquides, on entend les mélanges d'hydrocarbures qui peuvent être pompés à des températures raisonnables, tels que les fuel-oils, les goudrons, les bruts de tête etc. Par combustibles gazeux, on comprend le méthane , le gaz naturel,les gaz résiduels de raffinerie etc. Contrairement aux procédés actuels de fabrication de fonte, le procédé selon l'invention permet la fabrication directe de fonte liquide en une phase, à partir d'un matériau contenant des oxydes de fer finement granulés, le prix de l'agent réducteur étant ici sensiblement moins élevé que danses méthodes actuellement utilisées. Conformément à l'invention,la fonte est fabriquée par réduction en bain de fusion d'une matière contenant des oxydes de fer finement granulés au moyen de combustibles carbonés solides à grains fins , liquides ou-gazeux, et d'oxygène gazeux. Le combustible est soufflé dans un bain de fonte à un certain niveau réglé de manière telle, au-dessous de la surface du bain, que le carbone contenu dans le combustible se dissolve dans la fonte,le débit de combustible étant réglé de manière à maintenir dans la fonte une teneur en carbone inférieure à 2%. La matière contenant l'oxyde de fer,de préférence prérédui fer te de façon que l'oxyde deïqu'elle contient soit sous forme de FeO, est soufflé sur la surface du bain de fonte au moyen d'un courant réglé d'un mélange de gaz contenant principalement CO et H2, et qui est désigné ci-après sous le nom de gaz mixte. Le soufflage est effectué à travers un canal,de préférence le canal extérieur d'une lance à double enveloppe , l'oxygène étant simultanément soufflé par l'autre canal. Le courant de gaz mixte est réglé de manière que la chaleur du jet de flamme formé par la combustion de l'oxygène avec le gaz mixte soit au moins suffisante pour chauffer et fondre la matière pré-réduite accompagnant le gaz mixte. Le besoin de chaleur supplémentaire pour la réduction en bain de fusion est couvert par la combustion partielle d'un courant de gaz mixte injecté dans la couche d'écume ou mousse de laitier formée à la surface du bain de fonte par suite de la forte teneur en oxyde de fer. Le gaz mixte est de préférence injecté par le canal extérieur dans des tuyères à double enveloppe ou coquille, par le canal intérieur desquelles on souffle un courant réglé d'oxyJ gène gazeux, le rapport moléculaire des débits 02/ (CO + H2) étant maintenu inférieur à 0,5. Le gaz de réaction chaud (température supérieure i 15000C) quittant; le bain ' de réduction et contenant CO, H2 et H20 est utilisé, de préférence après avoir été refroidi, sa chaleur sensible servant par exemple à la production d'électricité pour la préréduction de la matière contenant de l'oxyde de fer qui se produit dans l'intervalle de températures de 700 à 9000C.Après extraction de la matière préréduite, le gaz est à nouveau refroidi, de préférence en utilisant une partie de sa chaleur sensible,après quoi il est épuré par voie humide et débarrassé, par des moyens connus,de sa teneur en 1120 et CO2. Le mélange de gaz ainsi obtenu, qui contient principalement CO et H2 est utilisé pour le soufflage de la matière pré-réduite et l'injection dans la couche d'écume ou mousse de laitier, tandis que ce qui en reste éventuellement sert à des fins extérieures,par exemple à une synthèse chimique. Une réalisation avantageuse de l'invention est caractérisée par une combinaison des opérations suivantes: 1. Injection d'un courant de combustible réglé comme précisé en 5.2 ci-après,avantageusement divisé en plusieurs courants partiels,dans un bain de fonte à un niveau inférieur à la surface du bain,tel que le carbone contenu dans le combustible se dissolve totalement ou presque totalement dans le bain de fonte. 2. Pré-réduction en FeO de la fraction principale de la teneur en fer, dans un courant réglé de la matière contenant des oxydes de fer,la réduction étant réalisée au moyen d'un gaz ré ducteur selon 7 ci-après. 3. Soufflage de la matière contenant de l'oxyde de fer, avantageusement chaude, préréduite selon 2 et éventuellement mélangée avec un formateur de laitier, de préférence sur la partie centrale de la surface du bain de fonte selon 1 à l'aide d'un courant de gaz mixte résultant de 1' opération 11 ,réglé dans l'opération 5.2, passant par un canal,de préférence le canal extérieur d'une lance à double enveloppe, un courant d'oxygène gazeux réglé selon 5.1 étant envoyé dans l'autre canal. 4. Injection du reste du gaz mixte de l'opération 11 par des tuyères à double enveloppe,dans la couche d'écume ou mousse de laitier, ce reste étant avantageusement divisé en plusieurs courants partiels, le gaz mixte étant de préférence injecté par les canaux extérieurs des tuyères, tandis que de l'oxygène gazeux est injecté par les canaux intérieurs, le débit d'oxygène étant réglé comme indiqué en 5.3. 5.1 Réglage du débit du combustible selon 1 de manière telle que la teneur en carbone de la fonte soit supérieure à 2%, avantageusement comprise entre 2,5 et 5%, de préférence entre 3 et 4,5% en poids. 5.2 Réglage du débit de gaz mixte en vue du soufflage selon 3 de façon que la combustion de ce gaz avec l'oxygène engendre au moins suffisamment de chaleur pour chauffer, fondre et surchauffer le matériau pré-réduit transporté par le gaz mixte. 5.3 Réglage du débit d'oxygène vers les~tuyères d'injection selon 4 pour assurer la combustion du reste du courant de gaz mixte selon 11 de manière à maintenir dans les tuyères le rapport moléculaire du courant Q2/(CO/H2) à une valeur inférieure à 0,5, de préférence entre 0,45 et 0,49. 5.4 Réglage du débit d'oxygène pendant le soufflage selon 3 de façon que le courant de chaleur engendré par la combustion du gaz mixte pour le soufflage selon 3 et du carbone dissous dans la fonte couvre, avec la chaleur engendrée selon 5.2 et 5.3,la chaleur de réaction pour la réduction en bain de fusion,la différence de chaleur entre les courants de matériau brut et du produit et les pertes de chaleur dans le réacteur se traduisant par le maintien dans le réacteur de la température désirée supérieure à 12500C,de préférence de 1400 à 1600 C. 6. Refroidissement, de façon connue, du gaz de réaction chaud quittant le bain de fonte et utilisation de sa chaleur sensi ble. 7. Utilisation du gaz de réaction refroidi selon 6 comme gaz de réduction pour l'opération 2. 8. Refroidissement , de façon connue, du gaz issu de la pré-réduction et utilisation de sa chaleur sensible. 9.Dépoussiérage, de façon connue, du gaz de réaction refroidi selon 8 et utilisation d'une partie de sa chaleur sensible. 10. Elimination de manière connue, par condensation et absorption,de la teneur en H20 et C02 de la poussière séparée du gaz épuré selon 9, avec obtention d'un gaz mixte contenant (CO+ H2) et de faibles quantités de C02 et 1120. ll.Eventuellement extraction d'une fraction déterminée du gaz mixte, obtenu selon 10, en vue de son utilisation extérieure, utilisation intérieure d'une partie de ce gaz mélangé réglé selon 5.2 pour le soufflage indiqué en 3 et du reste de ce gaz pour son injection dans la couche de mousse de laitier selon 4. 12. Extraction continue ou par lots de la fonte et du laitier produits, l'extraction de la fonte étant réglée de manière à conserver au bain selon 1 une profondeur suffisante. On a décrit ci-après les diverses opérations et leurs modes pratiques de réalisation, en se référant d'une part aux formules schématiques de réaction pour les processus chimiques rencontrés dans la réduction en fusion pour divers combustibles et d'autre part aux dessins annexés. Dans ces dessins: Fig. 1A et 1B sont des vues respectivement en coupe verticale et en coupe horizontale d'un exemple de réacteur pour réduction en fusion opérant selon la présente invention; Fig.2 représente un schéma d'ensemble d'un mode de réalisation de l'invention; Fig.3 est un exemple de pré-réduction en lit fluidisé. Opération 1. L'injection de combustible dans le bain de fonte 101 est effectuée,d'après la nature du combustible,par différents moyens connus en eux-mêmes. Si le combustible est solide, l'injection est réalisée à l'aide d'un gaz porteur approprié (par exemple gaz mixte selon 10) conformément à la pratique connue pour le soufflage de chaux, par exemple, dans les convertisseurs soufflés par le fond, du type Q-BOP (OBM). L'injection est particulièrement simple lorsque le combustible est un hydrocarbure gazeux,par exemple le méthane. Dans ce cas, on le souffle par des tuyères simples à un niveau approprié inférieur à la surface de la fonte. Les tuyères peuvent, pour tous ces combustibles, être placées dans la paroi latérale ou dans le fond du réacteur. Pour l'injection de combustible liquide,par exemple de l'huile lourde, il a été constaté qu'il était avantageux d'utiliser des tuyères à trois enveloppes, ayant un orifice central entouré de deux orifices concentriques. Par l'orifice extérieur,on injecte dans la fonte un gaz (par exemple le gaz mixte), inerte par rapport à la fonte,par l'orifice intermédiaire ou souffle du fuel et par l'orifice intérieur du gaz mixte. La vitesse du gaz dans les orifices extérieur et intérieur est de préférence supersonique afin de pouvoir maintenir une vitesse modérée pour l'huile dans l'orifice intermédiaire. Par une disposition appropriée des tuyères d'injection 102, 103 du combustible, on forme dans la fonte des courants favorables à la réduction en fusion selon l'invention. Ainsi, il y a avantage à injecter 10 à 40% du combustible par les tuyères 102 placées dans la partie centrale du fond du réacteur,tandis que le reste du combustible est injecté par les tuyères 103 proches de la paroi ou traversant la paroi du réacteur. Les tuyères disposées au centre du fond engendrent un courant ascendant 104 de fonte nouvellement carburée, en direction de la zone de surface de la fonte vers laquelle est soufflé le matériau préréduit fondu contenant de l'oxyde de fer. Ceci assure le maintien en ce point de la teneur en carbone à une valeur supérieure à 2%, avantageusement de 2 à 5%, de préférence 3 à 4,5% . Les tuyères disposées périphériquement engendrent le long de la paroi un courant ascendant 105 de fonte nouvellement carburée. Les deux courants ascendants de fonte forment le schéma des courants représentéà la figure lA > qui se traduit par une circulation rapide et une teneur élevée en carbone dans toute la surface de contact entre fonte et laitier mousseux, ce qui est nécessaire pour obtenir une vitesse spécifique de réduction élevée. Opération 2 . La pré-réduction en FeO de la plus grande partie du fer contenu dans un courant réglé de matière contenant des oxydes de fer prend place pratiquement en une ou de préférence plusieurs phases, avantageusement dans le même type d'appareil que celui utilisé dans le préchauffage par fluidisation gazeuse en relation avec la cuisson du ciment, comme il est représenté par exemple à la figure 8 page 17 de l'ouvrage ULLMANS-"Encyklopädie der technischen Chemie 3ème 2dition vol.19 Munich Berlin Vienne 1969", au mot "Zement" (ciment), cette figure 8 étant reproduite à la figure 3 du dessin annexé.Selon l'invention, la pré-réduction intervient de préférence avec la matière première en grains fins à base de fer fluidisé avec le gaz dans chaque stade, en s'achevant par la séparation de la matière solide dans an cyclone, après quoi il est entraîné dans la phase suivante de pré-réduction,de préférence en contre-courant par rapport au gaz. Pour éviter une température trop élevée dans les grains de matière, qui pourrait se traduire par un collage où les grains adhèrant entre eux forment des aggrégats gênants, le gaz réducteur doit être refroidi de la manière définie plus loin- (voir opération 6) avant la phase dans laquelle le gaz est conduit à la pré-réduction et le matériau brut pré-réduit est séparé. A cause de la présence de H20 et C02 dans le gaz réducteur, il ne peut pas se former de fer métallique pendant la pré-réduction. Ceci est important parce que le risque de collage augmente beaucoup en cas de formation de fer métallique dans les grains de matière et à la température finale préférée pour la pré-réduction (800 à 8500C),en vue d'assurer une bonne vitesse de réduction. Opération 3. Le soufflage de la matière pré-réduite sur la surface de fonte, éventuellement en mélange avec un formateur de laitier,s'effectue en pratique au moyen d'une lance 106 avantageusement verticale, à double enveloppe , refroidie à l'eau, ayant deux canaux concentriques pour le gaz dirigés vers la partie centrale de la surface du bain de fonte. Le gaz mixte et la matière pré-réduite, convenablement chauffée, sont envoyés par le canal extérieur 107 tandis que l'oxygène gazeux est envoyé par le canal interne 108. L'impulsion des gaz de combustion issus de la flamme du jet qui se forme à la pointe de la lance doit être faible par rapport, par exemple, à l'impulsion de l'oxygène gazeux d'une lance BOF (LD) et suffisamment faible pour que la flamme du jet ne soit pas capable d'émulsionner une quantité notable de gouttes de fonte dans la couche du laitier mousseux. Le débit de gaz mixte envoyé par la lance est réglé,selon l'invention,de façon que la quantité de chaleur engendrée par la combustion de ce gaz avec l'oxygène gazeux soit-suffisante pour chauffer, fondre et surchauffer la matière chaude pré-réduite envoyée avec le gaz mixte. La température de flamme du jet qui est formé par la combustion du gaz mixte avec l'oxygène est très élevée et la Wustite contenue dans la matière pré-réduite envoyée dans la flamme est surchauffée à une température sensiblement supérieure à son point de fusion,ce qui réalise sa réduction très rapide par contact avec la fonte contenant du carbone. Opération 4. Pour l'injection de gaz mixte dans la couche de laitier mousseux,on utilise avantageusement plusieurs tuyères 109 à double enveloppe montées dans la paroi du réacteur. Le gaz mixte est de préférence injecté par les orifices extérieurs 109 tandis que l'oxygène gazeux est injecté par les orifices intérieurs 111. Pour que les gaz de combustion issus des flames du jet à chaque tuyère à double enveloppe, constribuent à la circulation dans le bain en coopération avec les gaz qui s'élèvent à travers la couche de fonte à partir des tuyères d'injection de combustible disposées périphériquement, les tuyères à double enveloppe,disposées dans la paroi du réacteur sont, conformément à l'invention, dirigées de manière qu'un plan vertical imaginaire passant par leur axe longitudinal soit tangent ou presque à la surface du cylindre vertical imaginaire suivant laquelle les gaz issus des tuyères périphériques d'injection s'élèvent dans la fonte (figure lB).Les tuyères forment de préférence un angle, avantageusement compris entre -300 et + 30 , avec le plan horizontal.La position des tuyères et leur direction amènent la couche de mousse ou écume de laitier à tourner,ce qui assure une bonne homogénéisation. Les deux courants d'écume de laitier dirigés vers le haut, en partie le long de l'axe central 112 du réacteur et en partie le long de sa paroi 112, donnent lieu à un courant dirigé vers le bas dans la zone qui les sépare. Dans cette zone, la mousse de laitier qui est surchauffée par les flammes du jet descend alors vers le bas le long de la zone de réduction adjacente à la surface de la fonte à laquelle elle transfère de la chaleur, en y maintenant la réduction par fusion. Opération 5.1 En pratique, le réglage du débit de combustible suivant 1 est réalisé par analyse de la teneur en carbone de la fonte produite et par réglage correspondant du débit de combustible. Opération 5.2 Le débit du gaz mixte destiné au soufflage selon 3 est réglé en fonction du débit de matériau brut contenant du fer. Ce débit de gaz mixte est maintenu à une valeur telle que sa combustion entrain une quantité de chaleur supérieure ou au moins égale à la chaleur nécessaire pour le chauffage et la fusion de la matière première pré-réduite contenant du fer. En pratique, il a été constaté qu'il était bon d'utiliser de 110 à 150% du débit théorique de gaz mélangé. Opération 5.3 Le réglage du débit d'oxygène gazeux aux tuyères d'injection 109 selon 4 est réalisé en pratique par réglage du rapport de ce débit à celui du gaz mixte. Selon l'invention,le rapport moléculaire 02/(CO + Ha) doit être inférieur à 0,51ce qui signifie que les gaz de combustion provenant des flammes du jet aux tuyères sont en équilibre avec la wüstite contenue dans l'écume ou mousse de laitier. Pour l'exploitation industrielle de l'invention, on essaie d'obtenir la plus faible consommation possible de combustible et d'oxygène par unité de fonte produite. Plus le rapport moléculaire 02/(CO + H2) peut être maintenu élevé aux tuyères i,lus d'injection/ la consommation de combustible est faible .Dans la pratique,on a constaté qu'il était possible d'entretenir la réduction en fusion pour un rapport moléculaire 02/(CO + H2)proche de 0,5, par exemple de 0,45 à 0,49. Opération 5.4 Le débit d'oxygène gazeux pendant le soufflage selon 3 est réglé en fonction de la température régnant dans la fonte. Le débit d'oxygène est reglé de façon telle que, dans la combustion du gaz mixte de soufflage et du carbone dissous dans la fonte,il fournisse une quantité de chaleur qui,avec celles provenant des stades 5.2 et 5.3 , couvre la chaleur de réaction nécessaire à la réduction en bain de fusion, la difference entre les chaleurs des courants de matières premières et de produits,et les pertes de chaleur du réacteur. Ceci signifie qu'une température constante est maintenue dans le bain de fonte. On a constaté en pratique qu'il était bon de maintenir cette température au-dessus de 12500C, de préférence de 1400 à 16000C. La consommation de combustible,avantageusement calculée en moles (molécules gramme) de combustible exempt de cendre par mole de Fe produite dans la réduction en bain de fusion dépend en partie au rapport H/C(=i) dans le combustible-et en partie du rapport O/Fe dans la matière première contenant du fer. Du fait que la pré-réduction entraîne une consommation réduite de combustible , il n'est question dans ce qui suit que du cas dans lequel la totalité ou la quasi-totalité de l'oxyde de fer contenu dans la matière première est pré-réduite en FeO avant la réduction en bain de fusion. Si l'on utilise par exemple de la magnétite comme matière première contenant du fer, et si l'on produit seulement de la fonte,on obtient la relation suivante pour une réduction en bain de fusion selon l'invention,des hydrocarbures ( O Ci 1/ CH. t"0,08 i + 0,55 (1) où CHi = mole CHi/mole Fe i = rapport H/C dans le combustible. La formule (1) est valable dans l'hypothèse où le taux de combustion dans les flammes du jet (selon 5.3) est de 94%, c'està-dire que 02/(CO + H2t) = 0.47 . Quand on utilise du fuel lourd (i = 1,7), la formule donne une consommation de combustible d'environ 1,45 mole par mole Fe, ce qui correspond à 360 kg de fuel lourd par tonne de Fe ou 3,50 kTh par tonne de Fe. Dans le cas où l'on utilise par exemple du butane ( i = 2,5) t? la formule donne une consommation de 340 kg par tonne de Fe ou 3,71 kTh par tonne de Fe. A prix égal de l'énergie ( Francs/kTh ) ,les combustibles à faible teneur en H sont préférables. La relation moléculaire H2/CO dans le gaz mixte utilisé pour le soufflage et l'injection dépend beaucoup du rapport H/C dans le combustible. Dans les mêmes hypothèses que celles faites pour la formule (l),la relation approchée suivante est alors valable: p # 2,83 x i - 0,37 (2) où p = mole H2/mole CO dans le gaz mixte i = rapport H/C dans le combustible. Cette formule donne les rapports moléculaires p = 4,4 et p = 6,7 respectivement pour le fuel lourd et pour le butane. Si,en plus de la fonte,on souhaite produire du gaz mixte pour d'autres usages,par exemple la synthèse de l'ammoniac, la consommation de combustible est évidemment accrue au-delà de ce qui est exigé selon la formule (1). Comme on peut le prévoir, il existe une relation presque linéaire entre le débit de combustible et celui du gaz mixte prélevé pour des usages extérieurs. La relation approchée suivante convient par exemple, dans les mêmes conditions que celles de la formule (1) et avec du fuel lourd comme combustible. CH1,7 # 0,58 # + 1,45 (3) où CH1,7 = mole de fuel /mole Fe # = moles de gaz mixte pour usagees extérieurs/mole Fe. Pour pouvoir prélever par exemple 1 mole de gaz mixte/ mole Fe, il est nécessaire (formule 3) de fournir 2,03 mols de fuel/ mole Fe,ce qui correspond à 495 kg de fuel /t.Fe . Le débit total de gaz de réaction résultant d'une réduction en bain de fusion selon l'invention augmente quelque peu avec quantité de gaz mixte prélevé, mais sensiblement moins que proportionnellement à la consommation de combustible. La relation approximative suivante convient dans les conditions prévues pour la formule (3): où 4,8 + l,l (4) =molesde gaz réagissant/mole Fe =moles de gaz mixte prélevé /mole Fe La faible augmentation du débit total de gaz du fait du prélèvement de gaz mixte signifie par exemple que le prélèvement de 1 mole de gaz mixte/mole de Fe, qui correspond,pour la fabrication de NH3,par exemple à environ 2/3 mole NH3/mole Fe où environ 200 kg NH3/tde Fe se traduit par un accroissement d'environ 23% du débit total de gaz de réaction.Afin de maintenir la même vitesse de gaz dans le ou les réacteurs, le diamètre de ceuxeci doit être augmenté de 11% ce qui correspond à un accroissement de environ seulement/7% du prix du ou des réacteurs. Le réacteur peut ainsi servir de "gazogène économique" en plus de la production de fonte, ce qui est économiquement et techniquement avantageux dans le cas où où une industrie qui produit de la fonte est combinée avec une industrie chimique consommant du gaz mixte. Le débit d'oxygène nécessaire pour la réduction en bain de fusion selon l'invention dépend du débit de combustible et du débit de gaz mixte envoyé. La relation approximative suivante convient par exemple,dans les mêmes conditions que pour la formule (1): 02 # 0,97 + 0,09 . i . CH i + 0,22# (5) où O2 = molesoxygène/mole Fe CHi= moles hydrocarbure/mole Fe A = moles prélevées de gaz mixte/mole Fe Opération 6 Le refroidissement du gaz de réaction chaud venant du bain de fonte jusqu' à une température convenant à la pré-réduction est pratiquement réalisé en faisant passer le gaz mélangé dans une section d'un générateur de vapeur qui est séparé du coté gaz en deux sections.Le gaz est refroidi jusqu'à une température qui dépasse celle convenant pour la pré-réduction d'une valeur telle que la chaleur sensible du gaz correspondant à la baisse de température jusqu'à celle appliquée pendant la pré-réduction couvre pour partie la dépense de chaleur nécessaire pour chauffer la matière première à base de fer jusqu'à la température de réaction,de préférence 700 à 900 C, et pour partie la chaleur de réaction requise pour la réduction en FeO et les pertes de chaleur qui se produisent à cette occasion. La vapeur engendrée grace à la chaleur consommée dans le générateur est avantageusement utilisée pour engendrer de l'énergie électrique dans une génératrice à turbine. Opération 7 Utilisation du gaz de réaction refroidi selon l'opération 6,pour la pré-réduction selon l'opération 2 ci-dessus. Opération 8 Le refroidissement du gaz venant de la pré-réduction après dépoussiérage dans des cyclones, s'opère généralement en amenant le gaz dans la seconde section du générateur de vapeur défini en 6. Le gaz est refroidi à environ 12O0C en utilisant sa chaleur sensible pour la production de vapeur. Opération 9 Le dépoussiérage est effectué de façon connue,par exemple dans un laveur à venturi. La chaleur contenue dans le courant d'eau venant du laveur est avantageusement utilisée par échange de chaleur avec l'eau d'alimentation du générateur de vapeur mentionné en 6. Le nettoyage humide libère les gaz de ses poussières et de la majeure partie de leur teneur en vapeur d'eau. Opération 10 L'élimination de 1120 et C02 dans le gaz dépoussiéré selon 9 est réalisée de façon connue par refroidissement supplémentaire et lavage par un absorbant de C02 convenable tel qu'une solution de potasse, une solution de méthanolamine etc. La présente opération 10 est avantageusement réalisée en surpression,tandis que l'agent absorbant du C02 est de préférence régénéré en balayant le C02 par la vapeur à la pression atmosphérique. Le gaz mixte résultant contient essentiellement H2 et CO et de faibles quantités de H20 et C02. Opération 11 Utilisation du gaz mixte obtenu selon 10 , en partie pour des opérations externes, en partie pour des opérations internes, (opérations 3 et 4).destiné a 4). destiné à des opérations Le gaz mixte/selon 10 peut être utilisé de différentes manières. I1 peut par exemple servir au chauffage dans les industries du fer et de l'acier, partout où l'on utilise actuellement des gaz de haut fourneau . ou de four à coke. Tout particulièrement avantageuse est la production de NH3 sur la base de gaz mixte converti et de N2 obtenu comme sousproduit de la production de 02 qui résulte de la réduction en bain de fusion selon l'invention. Compte tenu de la "gazéification économique" de l'azote sans frais",susmentionnés, la production de NH3, en liaison avec la production de fonte selon l'invention,devient économiquenent très avantageuse. Opération 12 Coulée ou soutirage par lots ou en continu de fonte et de laitier . I1 y a lieu de remarquer qu'une profondeur suffisante du bain (selon 1) est toujours maintenue aussi longtemps qu'il y a injection de combustible. L'addition d'un formateur de laitier (selon 3) est avantageusement regelée de manière que la basicité du laitier soit supérieure à 0,8, de préférence à 1,0 et, de préférence encore,doit être de 1 à 1,5. I1 est également bon d'avoir une teneur relativement élevée en MgO en considération du garnissage du réacteur.Les matériaux propres au garnissage sont les briques de graphite, la magnésite fondue, ou un garnissage obtenu par refroidissement qui "gèle" le laitier, un tel garnissage pouvant venir doubler l'un de ceux précédemment cités. Pour représenter davantage le procédé de l'invention, les formules de réaction ont été groupées dans les tableaux reproduits en fin de . description et qui donnent schématiquement les réactions chimiques de réduction en bain de fusion,de pré-réduction et le traitement du gaz de réaction avec divers combustibles. Les cas A, B et D donnent les formules de réaction lorsqu'on . utilise respectivement du butane, du fuel lourd ou du charbon ih gaz et pour la seule production de fonte à 4%C. Le cas C représente la production de fonte et de gaz mixte pour usage externe,avec du fuel lourd comme combustible. La chaleur de réaction développée dans les réactions citées dans les différents cas respectifs pour la réduction en bain de fusion elle-même correspond à la chaleur sensible des produits à 16000C et aux pertes de chaleur dans la réduction en bain de fusion.Dans les cas respectifs, la composition du gaz de réaction correspond à l'équilibre eau-gaz à ladite température, alors que la composition après réduction correspond à l'équilibre à 8200C et, après refroidissement dans le générateur de vapeur, à l'équilibre à 5000C. Pour le reste,les formules correspondent aux exemples donnés ci-dessus et confirment aussi les relations (1), (2), (3) (4) et (5) entre le rapport H/C du combustible et la demande de combustible ou le rapport H2/CO dans le gaz mixte,entre le volume de gaz de la réaction totale et le volume de gaz mixte fourni ainsi qu' entre la demande de combustible, le volume prélevé de gaz mixte et la demande d'oxygène. Le procédé selon l'invention est exposé en outre au moyen de l'exemple ci-après, avec référence au schéma de la figure 2 schématisant la production de fonte. Les données ci- après concernent une production imaginée de 1000 KT/ an de fonte pour une durée de travail effective de 7000 heures/an, les quantités mentionnées se référant toutes à 1 tonne de Fe sous forme de fonte à 4% de carbone. Le combustible 201 est constitué par 535 kg de poudre de carbone séchée (2% d?humidité) formée par du poussier de charbon riche en volatils répondant à l'analyse suivante: C H O N S cendres humidité 71,4 4,7 5,7 1,3 0,8 7,9 9,0 Ce combustible 201 est amené dans le conduit 202 où il est soufflé par du gaz mixte (100 Nm3)225 comprimé par le compresseur 204 jusque dans le réacteur 206 de réduction en bain de fusion (opération l)par les orifices intérieurs des tuyères 207 à double enveloppe (une seule tuyère est représentée), dans le bain de fonte 208. En même temps, 20 Nm3 de gaz mixte 205 sont soufflés par les orifices extérieurs. La profondeur du bain de fonte est maintenue au-dessus de 0,5 m par une cadence appropriée de coulée ou de soutirage de fonte 209.Pour la pré-réduction 211(opération 2) on envoie, en 212, 1650 kg de magnétite finement granulée (FetOt= 69% et 5% de gangue), 45 kg de poussière provenant du nettoyage humide (voir plus loin) et 72 kg de CaO. La pré-réduction est représentée en détail à la figure 3, elle comporte quatre phases 1 à 4 en contre courant. La matière solide 301 est introduite dans le courant de gaz 302 qui vient de la phase 2 et est entraîné en suspension dans ce gaz vers la phase 1 dans les cyclones de laquelle il est séparé du gaz tandis que celui-ciffis' en va par 312 vers l'opération 8, c'est-à-dire vers le refroidissement dans la deuxième section du générateur de vapeur 221. La matière ainsi traitée est envoyée dans le courant de gaz 305 quittant la phase 3 et est entraînée en sus pension dans le gaz vers la phase 2 dans le cyclone de laquelle il est séparé et introduit dans le courant de gaz 307 de la phase 4 et séparé dans le cyclone 308 en phase 3. La matière chauffée et légèrement réduite est introduite dans le courant de gaz 309 qui arrive du générateur de vapeur (opération 6) et est refroidi à environ 1000C après quoi elle est conduite en suspension dans le gaz jusqu'à la phase 4 dans le cyclone 310 où elle est séparée dru gaz et sort par 311 vers le conduit extérieur de la lance 213 refroidie mixte à l'eau (figure 2),à laquelle sont également amenés 230 Nm3 de gaz/ En même temps, 220 Nm3 d'oxygène gazeux 214 venant de l'usine à oxygène 215 sont envoyés par le canal intérieur de la lance (opération 3). Par les tuyères 216 à double enveloppe disposées dans la paroi du réacteur de réduction en bain de fusion 206, on envoie 590 Nm3 de gaz mixte 205 (par les canaux extérieurs), en même temps que 275 Nm3 d'oxygène gazeux 217 sont envoyés dans les canaux intérieurs (opération 4). Avec ces quantités de combustible, minerai, gaz mélangé et oxygène,la fonte 209 prend une teneur en carbone d'environ 0,4%, en même temps que l'on maintient dans le bain de fonte une température d'environ 1450 C, le volume de gaz mixte dans le réservoir à gaz 218 restant constant pourvu qu'aucun gaz mixte ne soit soutiré par 219 pour une utilisation extérieure. Si le volume de gaz dans le réservoir 218 tend à diminuer, on augmente un peu l'alimentation en combustible 201 , l'alimentation en matière première contenant du fer restant constante,en même temps que la température dans le récipient 206 de réduction en bain de fusion est maintenue à 14500C par augmentation dudébit d'oxygène 214 à la lance 213. A cette occasion,on vérifie que la teneur en carbone du bain reste constante. Le gaz de réaction 220 quittant la réduction en bain de fusion est à une température d'environ 1600 C et représente un volume de 1770 Nm3 . En utilisant deux réacteurs d'un diamètre de 5,8 m au niveau de la surface du bain,la vitesse du gaz calculée sur l'aire de section des réacteurs est d'environ 9 m/s, c'est-àdire la même que dans un convertisseur Thomas pendant la phase initiale de soufflage Le gaz de réaction 220 est envoyé dans une section du générateur de vapeur 221 dont le côté 'tgaz "est divisé en deux sections. Ici, les gaz de réaction sont refroidis à environ 9000C en produisant de la vapeur à haute pression-et haute température (100 bars, 500 C) (Opération 9).La vapeur est utilisée dans la génératrice à turbine à vapeur 222 pour engendrer de l'énergie électrique qui est utilisée--entre autres pour la production d'oxygène gazeux 215. La génératrice à turbine donnant 38600kW,produit ainsi 270kWh qui couvrent les besoins d'électricité pour la production du volume d'oxygène gazeux nécessaire pour la réduction au bain de fusion. Quand le gaz de la réaction a traversé la première section du générateur de vapeur 221 ,la pré-réduction 211 et la seconde section du générateur 221,sa température est d'environ 1200C Dans le laveur à venturi 223, le gaz est débarrassé des poussières qu' il a entrainées et de la majeure partie de sa teneur en vapeur d'eau. Après compression à 2 bars dans le compresseur 224 ,ce qui consomme 45 kwh, le gaz réactionnel lavé est débarassé en 225 du C02 qu'il contient,par lavage à l'aide d'une solution de monoéthanolamine 226. Cette dernière est régénérée en 227 à la pression atmosphérique par lavage du C02 dissous par de la vapeur basse pression 228 soutirée de la turbine à vapeur 222. Le gaz mixte 205 venant de l'unité d'absorption de C02 contient plus de 90?% de H2+ CO , un faible pourcentage d'eau et un faible pourcentage de C02. Le gaz mixte 205 est utilisé pour l'injection de combustible dans le bain de fonte,pour le soufflage sur le matériau contenant du fer pré-réduit,pour l'injection dans la couche de mousse ou écume de laitier et éventuellement pour des utilisations extérieures en 219. On stocke le gaz mixte dans le réservoir 218 d'où on peut éventuellement en soutirer aussi pour des utilisations extérieures. La fonte 209 et le laitier 210 sont soutirés, en continu ou par intermittence,du récipient de réaction 206. La fourniture totale d'énergie pour la production de fonte à 4% de C selon l'invention s'élève , dans l'exemple ci-dessus,à 535 kg de charbon ayant l'analyse ci-dessus et 60 kWh d'énergie électrique. Ceci correspond à une fourniture d'énergie de 3,74 Gcal/t de fonte,ce qui est lamême que celle d'un haut fourneau moderne. Tenant compte de la différence sensible en prix d'énergie pour les matières premières fournissant cette dernière, il est cependant évident que le prix de l'énergie par tonne de fonte dans le procédé de l'invention est d'environ la moitié du prix correspondant dans un procédé au haut fourneau. Le tableau ci-dessous donne les consommations d'énergie en kTh kilothermie 109 calories)/tonne de fonte,pour les deux procédés. poussière coke huile électri- Total de char- cité bon Procédé au haut fourneau frittage 0,560 0,050 0,065 0,675 haut fourneau 2,080 0,800 0,155 3,035 3,710 Procédé de l'invention 3,590 - - 0,145 3,735 Avec les prix ci-dessùsXvalables pour les années 1975 1976et en admettant que le gaz de haut fourneau peut couvrir le besoin d'énergie électrique dans le procédé au haut fourneau, les frais d'énergie suivants sont atteints pour les deux procédés:: Energie pour matériau Procédé Prix de l'énergie brut couronnes suédoise/ Couronnes suédoises/ t fonte GCal coke morceaux 67 , haut fourneau 188 coke poussière 42 invention 93 huile 30 différence 95 charbon poussiè re 25 Comme l'investissement nécessaire en capital pour le procédé de l'invention est, par tonne et par an,sensiblement plus faible que pour un haut fourneau et une usine de frittage,l'avantage économique de la production de fonte selon l'invention est plus grand que celui qui résulte des chiffres ci-dessus. Un autre avantage essentiel de l'invention est qu'il ne se produit que de faibles émissions de soufre vers l'atmosphère. TABLEAU 1 ,02C0+6, 76H2+ 3FeO+3 ,96CH2, ? 4O2=l, 2Fe+0, 6Fe3C+3 & 0/5,37H2+0,97C02+6,36H20 - - - - production d'électricité A + Fe304 butane 3FeO+2 C; [ ff Cq m cur N In cu c cu x E: X m cr, u3 a, - a, mo CD r( (D O CV In o o c -r- i o f rc O f 1 Ni ri 4 k U cV Ea6 , N U k rP O o O Q; c, u g m u o cy U 8 N q e s OYU cJ" yu n aifi ri ' r M FrJ N +, 35CH1 t Cq 60 ffl ffl NS ~ a m 3W tc o o- tr O CO O X m eD H tu 0 0 d'électricité tn" cl IOI rr, - C, - C1 a O n O tt C) X 1 3FeO + Fe304 V O t V z Z XS oo t U fuel CVk lourd Ck N S1 R d k ri aolPI L4 N A ~ . ~ ~ ≈ ~ ~ 1, I z l , 6011 + 75C02+3, H Q I O X Q I O ~ ~ . O h al h i e i I X +O I o+ I ffl i oh -1 1 l ~1 oCq f l offl l l ~ J o W~ ~1 eO OO h * +ffl + I gD GD uz ffV ll O O ffl 4 H 4 4 0 Tableau (suite) 1, 84C+5, 21H2+3Fe0+6,06CH1 7+4,5302=1, 2Fe+0, 6Fe3C+5, 88C0+5, 16112+1, 42C02+5,19H20 -- - - production d'électricité I + Fe304 Ooz 3 g $ Iffl C p me o N 'O + ,1 t1 fuel lourd 0M w sP 4 W X 4Q I + 4,68C02+2,94H20 c > X 0 rl ., n d C( + k (V k i + k on N 1 0 f X r n i a, U ffl 0,79CO +2,21112 9 9 O 4 + m 9 O 0 kgs N113/t Fe) u a, (Y Ln a, o a > J a, o + a, a, CU rl a > rl rl u 4 ri m c - n a, Fr n GO cN 9, a, x a t O g O ffl O O > t t -;;.4 ~ 0z ~ t D w + b X C3 1- n \ 0 0 + Q > f jc Er) U C + 0 Q, CV C CV a X 'ctc O \m I-r -1 X o X o -, + R cn + C, CV rl CO rl Q n C O o 7 ri c > oO -1 O U 3 V O n C) CV O a 9 I lo =r X u a cr) O n + + t " - ,l4 X O délectricité UO Ok 1 k a: : charbon I n nto 3FeO H l ffl eD I O -1 O o" I 0 V+ ss production 1 1h 1 2 l 2 I e I e z ~ 4,81C02+2,12H2O J eq o V I W vH > I ffvl o. th a } > - ffl O 1i4 C+ + p teq V 1 ) ffX ffl t b ~ ~ Ss ^ d1 U) S O + q O ^ d H V qq Q O -REVENDICATIONS- 1. Procédé de réduction en bain de fusion pour.la production de fonte et éventuellement d'un mélange de gaz contenant H2 et CO, les matières premières étant une matière contenant des oxydes de fer, finement granulée , des combustibles carbonés solides finement granulés ou liquides ou gazeux et de l'oxygène gazeux, caractérisé par le fait que:: -du combustible est injecté dans un bain de fonte à une profondeur réglée de manière que le carbone contenu dans le combustible se dissolve dans la fonte,le débit de combustible étant reglé pour qu'il se maintienne dans le bain une teneur en carbone supérieure à 2%, -la matière contenant de l'oxyde de fer,de préférence pré-réduite au moyen d'un gaz mixte préparé comme il est dit ciaprès,est souffléeà travers un canaî,de préférence le canal extérieur d'une lance à double enveloppe,sur la surface du bain de fonte, en même temps qu'un débit réglé d'oxygène gazeux est soufflé par l'autre canal de la lance,le courant de gaz mélangé étant réglé de manière que la quantité de chaleur obtenue par combustion du gaz mixte et de l'oxygène est au moins assez grande pour chauffer et fondre la matière pré-réduite accompagnant le gaz mélangé, le gaz mixte,après soutirage éventuel pour une utilisation extérieure, et destiné à souffler ladite matière pré-réduite sur la surface de la fonte, est injecté dans la couche d'écume de laitier sur le haut du bain de fonte,de préférence par les canaux extérieurs de tuyères à double enveloppe,à travers les canaux internes de laquelle est soufflé un débit réglé d'oxygène,un rapport molaire 0i(H2 + CO) inférieur à 0,5 étant maintenu dans chaque tuyère à double enveloppe, le débit d'oxygène vers ladite lance est réglé pour que la chaleur engendrée par combustion du gaz mixte de soufflage et du gaz mélangé d'injection et du carbone dissous dans la fonte couvre le besoin en chaleur de réaction pour la réduction en bain de fusion,la différence des chaleurs entre les courants de matériau brut/de produit ainsi que les pertes de chaleur, le gaz de réaction quittant la réduction en bain de fusion,après utilisation de sa chaleur et son emploi pour la préréduction est nettoyé par voie humide et libéré de ses teneurs en H20 et C02,le gaz mixte résultant étant utilisé pour les opérations ci-dessus. 2.Procédé selon la revendication 1,caractérisé par la combinaison des opérations suivantes: 1 injection d'un courant de combustible réglé suivant 5. 1 ci-après,de préférence divisé en plusieurs courants,dans un bain de fonte,à une profondeur telle, au-dessous de la surface du bain, que la teneur en carbone du combustible se dissolve totalement ou pres-que dans le bain de fonte. 2 Pré-réduction en FeO de la plus grande partie du fer dans un courant réglé de matière contenant les oxydes de fer,ladite réduction s'effectuant par un gaz réducteur selon 7. 3 Soufflage de l'oxyde de fer, de préférence chaud, contenant la matière pr8ccéduite selon 2 , éventuellement mélangée avec un formateur de laitier, de préférence sur la partie centrale de la surface du bain selon 1, au moyen d'un courant de gaz mélangé résultant de l'opération 11, réglé suivant 5.2 , passant par un canal,de préférence le canal extérieur d'une lance à double enveloppe, un débit d'oxygène gazeux réglé suivant 2.5-4 étant envoyé par l'autre canal. 4 injection du reste du courant de gaz mélangé obtenu selon 11 par des tuyères à double enveloppe dans la couche de mous se de laitier, ce courant étant divisé en plusieurs courants partiels, le gaz mixte étant injecté de préférence par les canaux extérieurs des tuyères, tandis que de l'oxygène gazeux est injecté par les canaux intérieurs,le débit d'oxygène étant réglé selon 5.3. 5.1 Réglage du débit de combustible selon 1 de .manière que la teneur en carbone de la fonte soit supérieure à 2%, de préférence comprise entre 2,5 et 5%, de préférence encore ss et 4,5% .,en poids. 5.2 Réglage du débit de gaz mixte- destiné au soufflage selon 3 de manière que la combustion du gaz avec l'oxygène engendre au moins suffisamment de chaleur pour chauffer, fondre et surchauffer la matière pré-réduite transportée par le gaz mixte. 5.3 Réglage du débit d'oxygène vers les tuyères dtinjec- tion selon 2.4 pour la combustion du reste du courant de gaz mixte selon ll,de telle manière qu'un rapport moléculaire 02/(CO+H2) inférieur à 0,5de préférence de 0,45 à 0,49soit maintenu dans les tuyères. 5.4 R6glage du débit d'oxygène pendant le soufflage suivant 3 de manière que la chaleur engendrée par la combustion du gaz mixte/du carbone dissous dans la fonte,avec la chaleur engendrée selon 5.2 et 5.3, couvre la chaleur de réaction nécessaire pour la réduction en bain de fusion,la différence de chaleur entre les débits des matières premières et des produits ainsi que les pertes de chaleur du réacteur,ce qui se traduit par le maintien dans le réacteur de la température désirée,supérieure à 12500C de préférence de 1400 à 16000C. 6 Refroidissement, de façon connue, du gaz chaud de réaction quittant le bain de fonte et utilisation de la chaleur qu'il contient. 7 Utilisation du gaz refroidi suivant 6 comme gaz de réduction selon 2. 8 Refroidissement à la manière connue du gaz issu de la pré-réduction et utilisation de la chaleur qu il contient. 9 Dépoussiérage , de façon connue, du gaz de réaction refroidi selon 8,et utilisation d'une partie de la chaleur qu'il contient 10 Elimination,de façon connue, par condensation et absorption, de 1120 et C02 contenus dans les poussières du gaz nettoyées selon 9, avec obtention d'un gaz mixte contenant CO + 112 et de petites quantités de C02 et de H20. 11 Extraction éventuelle, en vue d'un usage extérieur, d'une partie régulée du gaz mixte obtenu suivant 10 , utilisation d'une partie dudit gaz mixte réglée suivant 5.2 pour le soufflage selon 3 et du reste de ce gaz pourp'injection dans la couche d'écume ou mousse de laitier (4). 12 Extraction par lots en continu de la fonte et du laitier produits,l'extraction de la fonte étant regelée de manière à maintenir une profondeur du bain suffisante selon 1. 3. Procédé selon la revendication 2,caractérisé par le fait que l'injection du combustibb en plusieurs courants partiels est la revendication réalisée selon/2,1 de façon à former des courants de fonte dirigés vers le haut dans la partie centrale du réacteur et le long de sa paroi. 4. Procédé selon la revendication 3,caractérisé en ce que des combustibles, au besoin liquides,sont injectés dans des tuyères à triple enveloppe, le combustible étant envoyé dans le canal intermédiaire, et un gaz inerte par rapport à la fonte,de préférence du gaz mixte,étant soufflé à grande vitesse, de préférence supersonique ,dans les canaux intérieurs et extérieurs. 5. Procédé selon la revendication 2,caractérisé par le fait que le soufflage selon la revendication 2,3 est assuré de manière que l'impulsion des gaz de combustion issus du jet de flammes à la sortie de la lance à double enveloppe n'est pas assez forte pour émulsionner une quantité notable de fonte sous forme de gouttes et projeter celles-ci dans la couche de laitier mousseux. 6. Procédé selon la revendcaton 2,caractérisé en ce que l'utilisation de la chaleur du gaz de réaction par refroidissement selon la revendication 216 est réalisée dans une section d'un générateur de vapeur divisé en deux sections, le refroidissement se faisant jusqu'à une température reglée de façon que,lorsque le gaz sert à la pré-réduction selon la revendication 2,7 ,l'abaisse- ment de la température qui en résulte correspond à la chaleur nécessaire pour la pré-réduction. 7.Procédé selon la revendication 6,caractérisé en ce que le refroidissement du gaz issu de la pré-réduction selon la revendication 2,8 est réalisé en utilisant la quantité de chaleur de l'autre section du générateur de vapeur de la revendication 6. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 et 6Jcaraeté- risé en ce que le dépoussiérage du gaz refroidi selon la revendication 2,8 est réalisé par refroidissement à 1'eau,de préférence dans un laveur à venturi,la chaleur contenue dans l'eau de lavage servant le cas -échéant au préchauffage de l'eau d'alimentation du générateur de vapeur de la revendication 6. 9.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8J caractérisé en ce que l'on soutire du gaz mixte et qu'on l'utilise pour la fabrication de NH3 a près conversion connue avec N2 provenant de la fabrication de l'oxygène 02 nécessaire pour fabriquer la fonte.