PROCEDE D'OPTIMISATION DU FONCTIONNEMENT D'UN HAUT FOUR

Description

[0001] L'invention comme un procédé d'optimisation du fonctionnement d'un haut fourneau.

[0002] Des fours à cuve sont utilisés depuis bien longtemps pour la production de fonte et au cours des années, ils ont été modifiés et améliorés de manière à accroître leur productivité. Il en résulte qu'un certain nombre d'usines sont à la limite de la capacité de production de leurs fours à cuve, notamment parce que la limite de la charge des soufflantes de vent est atteinte.

[0003] Une manière d'augmenter la productivité en dépit de ceci consiste à enfourner au niveau du gueulard une partie du minerai de fer sous la forme de fer préréduit (DRI). Les inconvénients de cette solution sont un coût de transformation élevé, et l'obligation de mettre le DRI sous forme de boulets ou briquettes.

[0004] Une autre solution consiste à utiliser comme « smelter » le creuset du four à cuve, en injectant des fines de DRI aux tuyères. Il faut néanmoins tenir compte du besoin thermique supplémentaire engendré par cette injection, et veiller à ne pas boucher la cavité des tuyères. Il est ainsi possible d'augmenter la production de fonte du four à cuve, cependant les paramètres du four à cuve doivent être modifiés sensiblement.

[0005] Le document DE 312 935 C décrit l'introduction de minerai préréduit de fer finement divisé, par les tuyères dans le creuset du haut fourneau. Afin de séparer la gangue, de la chaux est soit mélangée à l'avance avec le préréduit, soit ajoutée dans les tuyères. Enfin, du carbone finement broyé peut être ajouté au vent chaud dans les tuyères. L'injection de minerai de fer préréduit par les tuyères avec du charbon parait intéressante pour fournir une partie de la chaleur nécessaire à la fusion du préréduit. Toutefois, l'application des mesures décrites dans le document DE 312 935 C se traduit par un bouchage des cavités des tuyères, et un abaissement de température du métal en fusion dans le creuset du haut fourneau.

[0006] Le document JP-A-62077412 divulgue un procédé de soufflage de poudres dans un haut fourneau. De l'oxyde de fer ou du fer réduit ainsi que du charbon pulvérulent sont introduits dans un mélangeur, dans lequel on réalise un mélange uniforme de ces deux poudres. Le mélange est alors envoyé du mélangeur vers un distributeur, qui répartit le mélange entre les tuyères pour l'introduction dans le haut fourneau.

[0007] Les documents US-A-2 846 300 et EP-A-0 063 924 divulguent chacun un procédé d'optimisation d'un four à cuve comportant des tuyères selon les étapes suivantes:

a) fabrication de particules fines de fer préréduit,

b) mélange de ces particules fines de fer préréduit avec un réducteur carboné solide à l'état de poudre,

c) injection du mélange dans le four à cuve par les tuyères,

d) fusion des particules fines de fer préréduit.

[0008] II serait avantageux de disposer d'un procédé permettant d'augmenter la production de fonte d'un four à cuve.

[0009] L'objet de la présente invention est de proposer un procédé d'optimisation du fonctionnement d'un four à cuve.

[0010] Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par un procédé d'optimisation du fonctionnement d'un haut fourneau comportant des tuyères, , comprenant les étapes suivantes :

a) fabrication de particules fines de fer préreduit ;

b) mélange des particules fines de fer préréduit avec un réducteur carboné solide, les particules fines de fer préréduit ayant une granulométrie inférieure à 2 mm et le réducteur carboné solide ayant une granulométrie inférieure à 200 µm;

c) injection du mélange dans le haut fourneau par les tuyères ;

d) fusion des particules de fer préréduit.

[0011] Un des avantages de ce procédé consiste dans le fait que le principe de fonctionnement du haut fourneau n'est pas perturbé. De plus, la production de fonte est rapidement accrue, grâce à la nature du mélange proposé par le présent procédé. En effet, on injecte un mélange de particules de fer préréduit et de réducteur carboné dans le haut fourneau où ces particules sont réduites et fondues et le réducteur carboné est consommé. Les granulométries choisies pour le réducteur carboné et les particules fines de fer préréduit permettent l'injection d'un mélange qui est bien assimilé par le haut fourneau. Il est donc essentiel de non seulement de réaliser un mélange du préréduit et du réducteur carboné, mais également de choisir les granulométries des composants du mélange. L'injection d'un tel mélange permet de garantir un fonctionnement stable des tuyères et des cavités de coke en face des tuyères. Comme le mélange contient un réducteur carboné, les besoins thermiques supplémentaires associés à l'injection peuvent être couverts par l'énergie libérée lors de l'oxydation du réducteur carboné.

[0012] Avantageusement, on injecte un mélange intime de particules fines de fer préréduit et de réducteur carboné solide. Ceci peut être obtenu en prévoyant une distance de transport du mélange avant son injection dans le haut fourneau par les tuyères égale à au moins 25 fois, de préférence 50 fois, le diamètre de l'orifice d'éjection du mélange au nez de la tuyère. Un mélange intime facilite la fusion du mélange dans le creuset du haut fourneau.

[0013] Une fois le régime d'injection stabilisé, la mise de coke dans la charge du four peut être adaptée. C'est un autre aspect de l'optimisation du haut fourneau puisqu'on peut économiser le coke introduit par le gueulard.

[0014] Le réducteur carboné solide que l'on met en oeuvre est normalement du charbon.

[0015] Selon un premier mode de réalisation, on réalise un mélange comprenant 300 à 600 kg de charbon par tonne de particules fines de fer préréduit. Jusqu'à 6% de fonte supplémentaire obtenue par la fusion du fer préréduit, il n'est pas nécessaire de changer les paramètres de fonctionnement du haut fourneau. De préférence, entre 6% et 20% de fonte supplémentaire on introduit dans le four à cuve environ 100 m³ supplémentaires d'oxygène pur par tonne de particules de fer préréduit. Ainsi le mélange proposé permet d'augmenter sensiblement la quantité de fonte produite dans le haut fourneau en limitant les modification de paramètres de marche. On remarquera que le présent procédé peut être mis en oeuvre sur n'importe quel site de production avec un four à cuve tel qu'un haut fourneau. Il n'est pas nécessaire que le site de production possède un four de préréduction, il faut simplement réaliser le mélange avant l'introduction dans le vent chaud des tuyères.

[0016] Selon un deuxième mode de réalisation, le mélange et l'injection des particules fines de fer préréduit et du réducteur carboné solide se font à chaud. Comme le mélange injecté est chaud, les besoins thermiques supplémentaires associés à l'injection sont faibles et peuvent être facilement couverts par l'énergie libérée lors de l'oxydation du réducteur carboné. Le mélange et l'injection à chaud peuvent être avantageusement réalisés lorsqu'un four de préréduction, par ex. un four multi-étages est situé à proximité du haut fourneau.

[0017] De préférence, on adapte la quantité d'oxygène introduite dans le four à cuve. C'est à dire qu'on adapte la quantité d'oxygène introduite dans le four de manière à avoir suffisamment d'oxygène pour le fonctionnement traditionnel du haut fourneau et l'oxydation du réducteur carboné ajouté au minerai de fer préréduit. Cette adaptation, qui consiste généralement à augmenter la quantité d'oxygène introduite dans le haut fourneau, est fonction de la quantité de réducteur carboné injecté mais également de sa qualité. Cet apport supplémentaire d'oxygène est réalisable, soit en augmentant la concentration d'oxygène du vent chaud, soit en augmentant le débit de vent chaud, ou encore en injectant directement de l'oxygène pur au niveau des tuyères, chaud ou froid.

[0018] Le réducteur carboné solide que l'on met en oeuvre est normalement du charbon. Par le mélange avec les particules de fer préréduit chaud, le charbon est avantageusement porté à une température à laquelle il est libéré de sa fraction volatile.

[0019] Pendant ce mélange, il peut être utile d'injecter un gaz contenant de l'oxygène afin de brûler les matières volatiles contenues dans le charbon. La chaleur libérée pendant la combustion des matières volatiles du charbon peut être utilisée dans l'étape a) pour la fabrication de particules fines de fer préreduit ou bien pour chauffer le mélange de particules de fer préréduit et de charbon.

[0020] En injectant un mélange chaud, il est en outre possible de modifier les paramètres du haut fourneau afin d'en accroître encore la productivité :

• on apporte la totalité du comburant, oxygène, pour la combustion du réducteur carboné nécessaire pour la fusion des particules de fer préréduit ;
• on abaisse la température du vent chaud de manière à maintenir la température de flamme constante ;

[0021] Le réglage vent/oxygène conduit à une baisse de la consommation de coke pour la fonte « traversante », une diminution du débit de vent, et un enrichissement en CO du gaz de four à cuve.

[0022] On notera que l'abaissement de la température de vent et l'augmentation simultanée du pouvoir calorifique du gaz de gueulard permettent de réaliser une économie substantielle sur le coût de chauffage du vent, et sur l'entretien des cowpers, économie qui vient s'ajouter à celle qui est faite sur le coke. En outre, la diminution du débit de vent redonne un potentiel d'augmentation de productivité par rapport à la limite des soufflantes.

[0023] Selon un autre mode de réalisation préféré, on ajoute en outre des agents de formation de laitier pendant l'étape a) ou l'étape b). Ces agents de formation de laitier sont choisis, de préférence parmi le groupe constitué de chaux, de castine et de magnésie ainsi que de leurs mélanges.

[0024] On utilisera avantageusement pendant l'étape b) une quantité de charbon suffisant à réduire complètement et à fondre les particules de fer préréduit dans le haut fourneau.

[0025] Selon un mode de réalisation préféré, on utilise pendant l'étape b) un excès de charbon qui est suffisant pour couvrir les besoins en charbon du four. Ceci évite de devoir injecter du charbon séparément par les tuyères.

[0026] D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée de deux modes de réalisation avantageux présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en se référant au dessin annexé. Celui-ci montre:

Fig.1:

Schéma de principe du couplage d'un four de préréduction et d'un haut fourneau.

[0027] Dans son fonctionnement classique, un four à cuve tel qu'un haut fourneau est alimenté par le haut, le gueulard, en minerai aggloméré et en coke. De l'air chaud, et dans certains cas du charbon, sont soufflés dans le bas du haut fourneau. L'air soufflé brûle une partie du combustible carboné pour générer la chaleur nécessaire aux réactions chimiques et à la fusion du fer dans le bas du haut fourneau, alors que le reste du combustible carboné ainsi qu'une partie des gaz réduisent les oxydes de fer. Dans la partie inférieure du haut fourneau, le creuset, se trouvent la fonte en fusion et le laitier.

[0028] De l'air est soufflé dans le haut fourneau par l'intermédiaire de tuyères situées juste au dessus du creuset. Cet air a été préalablement chauffé dans des « cowpers », qui délivrent ce qu'on appelle le « vent chaud ». Les cowpers sont des régénérateurs en briques réfractaires placées dans une enceinte circulaire métallique recouverte d'un dôme. Avant d'introduire l'air dans les cowpers, les réfractaires sont mis à température en y brûlant des gaz de haut fourneau et un gaz riche (gaz naturel par exemple).

[0029] Le haut fourneau bien exploité fonctionne aux limites de sa productivité. Il utilise le débit de vent chaud maximal pour ses soufflantes, et, pour minimiser la consommation de coke, ce vent est chauffé à la température maximale réalisable dans les cowpers : entre 1200 et 1300°C. Cela a comme contrepartie un entretien coûteux des cowpers, dont les réfractaires et la carcasse métallique sont aux limites des sollicitations autorisées par l'état de la technique. A long terme, les réfractaires sont détruits par les cycles thermiques à haute température et la carcasse métallique est attaquée par la corrosion fissurante. Enfin, un gaz riche doit être utilisé en complément du gaz de haut fourneau pour atteindre la température de flamme nécessaire.

[0030] Dans le cas présent, pour optimiser le fonctionnement du haut fourneau, et en accroître la productivité, on injecte par les tuyères un mélange de particules fines de fer préréduit et de charbon. Les particules fines de fer préréduit ont une granulométrie inférieure à 2 mm, de préférence inférieure à 1 mm si l'on souhaite injecter des quantités importantes. Le réducteur carboné solide, le charbon, est de préférence du charbon dit « pulvérisé » avec une granulométrie inférieure à 200 µm et un diamètre médian inférieur à 100 µm.

[0031] Le mélange est donc avantageusement préparé en amont de la tuyère et amené par une conduite dans le nez de la tuyère, où il est introduit dans le vent chaud à travers un orifice d'injection.

[0032] On veillera également à injecter un mélange intime des particules de fer préréduit avec le charbon, ce qui permet un fonctionnement stable des tuyères et des cavités de coke en face des tuyères. Ceci est assuré en réalisant le mélange en amont du tube d'injection et en respectant une distance de transport du mélange représentant au moins 25 fois (de préférence 50 fois) le diamètre de l'orifice d'éjection du mélange dans le vent chaud au nez de la tuyère.

[0033] Une injection non contrôlée du préréduit et du charbon risquerait de boucher les tuyères et/ou de diminuer considérablement la température du bain métallique liquide dans le creuset du haut fourneau. Les conditions d'injections préconisées dans le cadre de la présente seront donc avantageusement respectées pour les différents modes de réalisation présentés par la suite, à savoir l'injection du mélange à froid et à chaud.

1. Injection du mélange à froid

[0034] Un premier mode de réalisation du présent procédé propose le mélange et l'injection du mélange à froid. C'est-à-dire que le haut fourneau n'est pas couplé avec un réacteur de préréduction.

[0035] Dans le cadre de l'injection du mélange à froid on utilise un à titre d'exemple un haut fourneau dont les caractéristiques de fonctionnement sont les suivantes :

• mise de coke 270 kg/t_fonte
• injection aux tuyères de charbon gras 200 kg/t_fonte
• vent à 1200°C, suroxygéné à 25,6 % d'O₂ ce qui correspond pour 850 m³vent/t_fonte à une consommation d'oxygène pur de 54 m³ O₂/t_fonte.

[0036] Le minerai de fer préréduit injecté possède les caractéristiques d'un minerai de fer préréduit de qualité commerciale c'est-à-dire 5 à 8 % de gangue, métallisation de 90 à 95 %, et 0 à 2 % de carbone.

[0037] Dans ces conditions, 1 tonne de minerai de fer préréduit donne 0,9 à 0,95 tonne de fonte.

[0038] Une gamme d'injection d'un mélange minerai de fer préréduit / charbon permettant au haut fourneau d'absorber cette injection avec un minimum de modification des paramètres de base, est la suivante :

[0039] Associer à chaque tonne de minerai de fer préréduit injectée 300 kg de charbon (voire jusqu'à 600 kg suivant qualité du fer préréduit et qualité de charbon utilisées) en maintenant sensiblement le débit et la température du vent chaud. Après mise en régime de l'injection, ajuster la mise de coke en retranchant environ 60 % de la quantité de charbon associé à l'injection de DRI (Exemple : si l'on injecte une quantité de minerai de fer préréduit donnant 10 % de fonte supplémentaire, la mise de coke avec la charge traversante pourra être diminuée de (300 x 10 x 0,60)/100= 18 kg coke /t_{fonte traversante}).

[0040] A partir de 6 % de fonte supplémentaire, et jusqu'à 20 % de fonte supplémentaire produite à partir de minerai de fer préréduit, on ajoutera pour maintenir la température de flamme aux tuyères environ 100 m³ d'oxygène pur par tonne de préréduit, au-delà de la quantité donnant 6 % de fonte supplémentaire. Ce qui conduit à enrichir le vent chaud :

• pour 6 % de fonte supplémentaire on n'ajoute pas d'O₂, soit une concentration de 25,6 % O₂ ;
• pour 12 % de fonte supplémentaire on ajoute 12 m³ O₂ pur /t_{fonte traversante}, soit une concentration de 26,6 % O₂ ;
• pour 18 % de fonte supplémentaire on ajoute 25 m³ O₂ pur /t_{fonte traversante}, soit 27,6 % O₂.

2. Injection du mélange à chaud

[0041] Dans le deuxième mode de réalisation, on injecte dans le creuset du haut fourneau un mélange de minerai de fer préréduit chaud et de charbon, dès la sortie du four de préréduction, par les tuyères du haut fourneau. Le couplage d'un haut fourneau et d'un réacteur de préréduction, tel qu'un four à étages, est particulièrement intéressant car il permet d'améliorer le fonctionnement des deux réacteurs.

[0042] On emploie ici un four à étages classique, tel que celui décrit dans le brevet US-2,089,782, dans lequel le minerai de fer est préréduit par un réducteur carboné solide. Il s'agit d'un four à sole multiple, les soles étant annulaires et espacées verticalement. Des soles de chargement et de déchargement sont disposées alternativement. Les premières possèdent une partie circulaire centrale ouverte ; les secondes possèdent une série d'orifices espacés le long de la périphérie de la sole. Le four est également muni, en sa partie centrale, d'un arbre de rotation vertical auquel sont attachés des râteaux s'étendant sur tout le rayon des soles. Le minerai de fer est introduit par la partie supérieure du four et tombe sur la première sole de chargement. Les râteaux, entraînés par l'arbre de rotation vertical, étalent le minerai de fer et le ramènent vers l'ouverture centrale par laquelle il tombe sur la sole de déchargement inférieure. Les râteaux dirigent ensuite le minerai de fer vers les orifices périphériques, par lesquels il tombe sur la sole de chargement inférieure. Ces étapes se répètent jusqu'à ce que le minerai de fer atteigne l'étage le plus bas. Le minerai de fer est alors évacué et on parle de minerai de fer préréduit. Le matériau réducteur, le charbon, peut être introduit au niveau de la première sole de chargement, mais également à un niveau inférieur. Alors que le minerai de fer descend dans le four, les gaz produits par les réductions s'élèvent : c'est un réacteur à contre-courant. Les gaz de la réduction sont brûlés dans la partie supérieure du four par injection d'air ou d'oxygène. Les hautes températures qui règnent à l'intérieur du four sont atteintes avec une énergie d'appoint telle que du gaz naturel. Les râteaux, par leur brassage permanent, permettent un mélange intime du minerai de fer et du charbon. Les angles et la vitesse des râteaux sont calculés pour éviter l'écrasement et l'agglomération du minerai.

[0043] Bien entendu, tout réacteur capable de produire du fer préréduit à partir de minerai de fer peut être utilisé dans le cadre de la présente.

[0044] Sur la figure 1, le fonctionnement du procédé selon la présente invention est présenté à l'aide d'un schéma de principe.

[0045] Au sommet d'un four à étages 10 on introduit du minerai de fer sous formes de fines. La flèche 12 illustre la réduction graduelle du minerai de fer qui descend les étages du four à étages 10. La flèche 13 symbolise les gaz de réduction ascendants. Des granulométries fines du minerai de fer et du charbon permettent de bons échanges thermiques et favorisent les réactions chimiques. On notera que le charbon de réduction peut être inséré sur la sole supérieure, ou dans une partie inférieure du four à étages 10. De préférence, on injecte également dans le four à étage des agents de liaison et de formation de laitier choisis parmi le groupe de la chaux, la castine et la magnésie ainsi que de leur mélange. Ces agents sont introduits en même temps que le minerai de fer ou sur des soles inférieures dans des proportions convenables pour donner le laitier de basicité visée au haut fourneau.

[0046] A la fin de la préréduction, le minerai de fer se trouve à une température d'environ 1000°C. On lui ajoute alors une quantité de charbon nécessaire à sa fusion dans le haut fourneau. Le mélange du charbon de fusion et du minerai de fer préréduit peut se faire soit dans la dernière zone du four à étages 10, soit dans une enceinte séparée. Dans les deux cas, le mélange provoque une élévation de température du charbon dont les matières volatiles passent en phase gazeuse ; la température du mélange est d'environ 500°C. L'ajout d'air ou d'oxygène permet de brûler une fraction de ces matières volatiles, d'élever ainsi la température du mélange à 600°C, et de compléter la dévolatilisation du charbon. Le reste des gaz volatiles est dirigé vers le four à étages 10 dans lequel il est brûlé, réalisant une économie partielle de l'énergie d'appoint. De plus, on remarquera que le fait de mélanger le minerai de fer et son charbon de fusion dans la dernière zone du four à étages 10 ou dans une enceinte séparée permet de mettre à profit les matières volatiles du charbon dans le réacteur de préréduction, alors qu'on ne sait pas bien les exploiter dans le haut fourneau.

[0047] L'étape suivante consiste à transférer le mélange dégazé vers un haut fourneau 14, ce qui peut se faire de manière pneumatique. Puis, le mélange est injecté par les tuyères dans le creuset du haut fourneau 14. Ce dernier est quant à lui alimenté de manière traditionnelle en minerai aggloméré et en coke. Le trajet du minerai aggloméré à travers le haut fourneau est représenté par la flèche 16, la flèche 18 symbolise le trajet des gaz de haut fourneau qui s'échappent par le gueulard. Les cowpers, générateurs de vent chaud, sont désignés par la référence 20.

[0048] En définitive, lors de la coulée du four à cuve, on récupérera de la fonte provenant de la fusion du minerai aggloméré ainsi que de la fonte provenant de la fusion des fines.

[0049] Afin de profiter de l'injection du mélange pour améliorer le fonctionnement et l'efficacité du haut fourneau, il est nécessaire de faire quelques réglages. Le tableau suivant présente les variations des paramètres de marche du haut fourneau avec une injection optimisée de fines de préréduit (85% de métallisation) donnant 10% de fonte supplémentaire.

Paramètre	Vent chaud			Tflamme (°C)	Mise de coke (kg/t fonte)	Gaz de haut fourneau
	Température (°C)	Oxygène (%)	Débit (Nm3/h)			Débit (Nm3/t fonte)	Pouvoir calorifique (Mcal/Nm3)
Référence	1200	21∼24*	1080	2150	350∼270*	1600	700-
Variation	-75	+2,7	-50	∼0	-20	∼0	+50

*suivant le niveau d'injection de charbon (100 à 200 kg / t fonte)

[0050] Pour 250 t/h de fonte traversante, le surplus de production souhaité est de 25 t/h, soit une production totale de 275 t/h de fonte. Pour ce faire, on injecte par les tuyères 29 t/h de fines de DRI mélangées à 12 t/h de charbon de fusion maigre. La température du mélange déposé dans les tuyères est comprise entre 400 et 600°C. Les paramètres du four à cuve ont été modifiés :

• on apporte la totalité du comburant, oxygène, pour la combustion du charbon de fusion des fines de DRI ;
• on abaisse la température du vent chaud de manière à maintenir la température de flamme constante ;

[0051] On adapte donc la quantité d'oxygène introduite dans le four de manière à avoir suffisamment d'oxygène pour le fonctionnement traditionnel du haut fourneau et l'oxydation du réducteur carboné ajouté au minerai de fer préréduit. Dans cet exemple, l'adaptation de la quantité d'oxygène consiste en une augmentation de 2,7% de la concentration d'oxygène du vent chaud. Une autre alternative serait d'augmenter le débit de vent chaud, ou encore d'injecter de l'oxygène, chaud ou froid, directement par les tuyères. Un taux de 2,7% d'oxygène supplémentaire correspond à l'injection de 12 t/h de charbon maigre. Ce taux varie évidemment en fonction de la quantité, et de la qualité de ce réducteur carboné.

[0052] Le réglage vent/oxygène conduit à une baisse de la consommation de coke pour la fonte « traversante », une diminution du débit de vent, et un enrichissement en CO du gaz de four à cuve.

[0053] On notera que l'abaissement de la température de vent et l'augmentation simultanée du pouvoir calorifique du gaz de four à cuve permettent de réaliser une économie substantielle sur le coût de chauffage du vent, et sur l'entretien des cowpers, économie qui vient s'ajouter à celle qui est faite sur le coke. En outre, la réduction du débit de vent redonne un potentiel d'augmentation de productivité par rapport à la limite des soufflantes.

[0054] Le présent procédé permet donc d'accroître la production globale du haut fourneau. Le four à étages est particulièrement intéressant dans ce procédé, de par son fonctionnement à contre courant, car il permet une meilleure exploitation énergétique des matières volatiles du charbon.

3. Remarques :

[0055] Comme indiqué plus haut, dans l'utilisation traditionnelle du haut fourneau, une certaine quantité supplémentaire de charbon est injectée par les tuyères. Ce charbon supplémentaire peut être injecté de manière indépendante, mais peut également être mélangé en même temps que le charbon de fusion au minerai de fer préréduit. Par ailleurs, une partie du charbon de fusion et/ou le charbon supplémentaire peuvent être injectés en même temps que le charbon de réduction dans le four à étages, ce qui ne nuit en rien aux réactions de réduction.

[0056] On remarquera que le mélange qui est injecté ici (minerai de fer préréduit, charbon de fusion, agents de liaison) possède une caractéristique très intéressante : il est « autofondant. » En effet, il contient le réducteur, le combustible et le « fondant » nécessaires à sa fusion dans le creuset du haut fourneau.

[0057] On remarquera enfin, que si l'on ne dispose plus de minerai de fer préréduit à injecter, par exemple suite à une panne du four de préréduction, le haut fourneau peut être rapidement rétabli dans son mode de fonctionnement traditionnel.

Revendications

1. Procédé d'optimisation du fonctionnement d'un haut fourneau comportant des tuyères, comprenant les étapes suivantes :

a) fabrication de particules fines de fer préreduit ;

b) mélange des particules fines de fer préréduit avec un réducteur carboné solide, les particules fines de fer préréduit ayant une granulométrie inférieure à 2 mm et le réducteur carboné solide ayant une granulométrie inférieure à 200 µm;

c) injection du mélange dans le haut fourneau par les tuyères ;

d) fusion des particules fines de fer préréduit.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte un mélange intime de particules fines de fer préréduit et de réducteur carboné solide.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la distance de transport du mélange avant son injection dans le haut fourneau par les tuyères est égale à au moins 25 fois, de préférence 50 fois, le diamètre de l'orifice d'éjection du mélange au nez de la tuyère.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on adapte la mise de coke de la charge du haut fourneau, une fois le régime d'injection établi.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réducteur carboné solide est du charbon.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on réalise un mélange comprenant 300 à 600 kg de charbon par tonne de particules fines de fer préréduit.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'entre 6% et 20% de fonte supplémentaire obtenue par la fusion des particules de fer préréduit on introduit dans le haut fourneau environ 100 m³ supplémentaires d'oxygène pur par tonne de particules de fer préréduit.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mélange et l'injection des particules fines de fer préréduit et du réducteur carboné solide se font à chaud.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on adapte la quantité d'oxygène introduite dans le haut fourneau.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le mélange de l'étape b) est porté à une température à laquelle le réducteur carboné solide est libéré de sa fraction volatile.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'on injecte un gaz contenant de l'oxygène pendant le mélange du réducteur carboné solide et du fer préréduit chaud afin de brûler les matières volatiles contenues dans le réducteur carboné solide.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la chaleur libérée pendant la combustion des matières volatiles du réducteur carboné solide est utilisée dans l'étape a) pour la fabrication de particules fines de fer préreduit.

13. Procédé selon la revendication l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on ajoute en outre des agents de formation de laitier pendant l'étape a) ou l'étape b).

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les agents de formation de laitier sont choisis parmi le groupe constitué de chaux, de castine et de magnésie ainsi que de leurs mélanges.

15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise pendant l'étape b) une quantité de réducteur carboné solide suffisant à réduire complètement et à fondre les particules de fer préréduit.

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise pendant l'étape b) un excès de réducteur carboné solide.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'excès de réducteur carboné solide est suffisant pour couvrir les besoins en réducteur carboné solide du haut fourneau.

Ansprüche

1. Verfahren zur Prozessoptimierung eines Hochofens mit Düsen, umfassend folgende Schritte:

a) Herstellen feiner Teilchen aus vorreduziertem Eisen,

b) Mischen der feinen Teilchen aus vorreduziertem Eisen mit einem festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel, wobei die feinen Teilchen aus vorreduziertem Eisen eine Korngröße kleiner als 2 mm haben und das feste, kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel eine Korngröße kleiner als 200 µm hat,

c) Einblasen der Gemischs in den Hochofen durch die Düsen

d) Einschmelzen der feinen Teilchen aus vorreduziertem Eisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine intensive Mischung von feinen Teilchen aus vorreduziertem Eisen und festem, kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke des Gemischs vor seinem Einblasen in den Hochofen durch die Düsen mindestens dem 25-fachen, vorzugsweise dem 50-fachen Durchmesser der Gemischausströmöffnung an der Düsennase entspricht.

4. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kokssatz der Hochofenbeschickung nach Einstellung der Einblasbedingungen angepasst wird.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das feste, kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel Kohle ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch mit 300 bis 600 kg Kohle pro Tonne feiner Teilchen aus vorreduziertem Eisen hergestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei 6 bis 20 % zusätzlicher Schmelzmasse, die durch Einschmelzen der Teilchen aus vorreduziertem Eisen gewonnen wird, zusätzlich etwa 100 m³ reiner Sauerstoff pro Tonne Teilchen aus vorreduziertem Eisen in den Hochofen eingeleitet werden.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen und das Einblasen der feinen Teilchen aus vorreduziertem Eisen und des festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels warm erfolgen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Hochofen eingeleitete Sauerstoffmenge angepasst wird.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Schritt b) auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das feste, kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel von seiner flüchtigen Fraktion befreit wird.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Mischens des festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels und des warmen, vorreduzierten Eisens ein sauerstoffhaltiges Gas eingeblasen wird, um die flüchtigen Bestandteile des festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels zu verbrennen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme, die während der Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels freigesetzt wird, im Schritt a) zur Herstellung feiner Teilchen aus vorreduziertem Eisen genutzt wird.

13. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Schlackenbildner während des Schritts a) oder des Schritts b) zugesetzt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackenbildner aus der Gruppe bestehend aus Kalk, Kalkstein und Magnesia sowie ihrer Gemische gewählt werden.

15. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts b) eine ausreichende Menge an festem, kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel eingesetzt wird, um die Teilchen aus vorreduzierten Eisen fertigzureduzieren und einzuschmelzen.

16. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts b) ein Überschuss an festem, kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel eingesetzt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Überschuss an festem, kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel ausreichend ist, um den Bedarf an festem, kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel des Hochofens zu decken.

Claims

1. Method for optimizing the operation of a blast furnace having tuyeres, comprising the following steps:

a) manufacture of fine prereduced iron particles;

b) mixing of the fine prereduced iron particles with a solid carbonaceous reducing agent, the fine prereduced iron particles having a particle size of less than 2 mm and the solid carbonaceous reducing agent having a particle size of less than 200 µm;

c) injection of the mixture into the blast furnace via the tuyeres; and

d) melting of the fine prereduced iron particles.

2. Method according to Claim 1, characterized in that an intimate mixture of fine prereduced iron particles and solid carbonaceous reducing agent is injected.

3. Method according to Claim 2, characterized in that the distance that the mixture is transported before it is injected into the blast furnace via the tuyeres is equal to at least 25 times, preferably 50 times, the diameter of the orifice at the outlet of the tuyere for ejecting the mixture.

4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the coking of the blast furnace charge is adapted once injection is in the steady state.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solid carbonaceous reducing agent is coal.

6. Method according to Claim 5, characterized in that a mixture comprising 300 to 600 kg of coal per metric ton of fine prereduced iron particles is produced.

7. Method according to Claim 6, characterized in that between 6% and 20% of additional cast iron obtained by melting the prereduced iron particles, approximately an additional 100 m³ of pure oxygen per metric ton of prereduced iron particles is introduced into the blast furnace.

8. Method according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the mixing of the fine prereduced iron particles with the solid carbonaceous reducing agent and the injection of the resulting mixture are carried out hot.

9. Method according to Claim 8, characterized in that the amount of oxygen introduced into the blast furnace is adapted.

10. Method according to either of Claims 8 or 9, characterized in that the mixture obtained in step b) is heated to a temperature at which the solid carbonaceous reducing agent is freed of its volatile fraction.

11. Method according to any one of Claims 8 to 10, characterized in that an oxygen-containing gas is injected while the solid carbonaceous reducing agent is being mixed with the hot prereduced iron so as to burn the volatile materials contained in the solid carbonaceous reducing agent.

12. Method according to Claim 11, characterized in that the heat released during the combustion of the volatile materials of the solid carbonaceous reducing agent is used in step a) for manufacturing fine prereduced iron particles.

13. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that slag-forming agents are also added during step a) or step b).

14. Method according to Claim 13, characterized in that the slag-forming agents are chosen from the group consisting of lime, castine and magnesia, and also mixtures thereof.

15. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that an amount of solid carbonaceous reducing agent sufficient to completely reduce and to melt the prereduced iron particles is used during step b).

16. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that an excess of solid carbonaceous reducing agent is used during step b).

17. Method according to Claim 16, characterized in that the excess solid carbonaceous reducing agent is sufficient to cover the needs of the blast furnace for solid carbonaceous reducing agent.

Dessins