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Procédé de conditionnement de résidus ferreux, porteurs de matières grasses, en vue de leur recyclage en sidérurgie.
La présente invention concerne un procédé de conditionnement de résidus ferreux, porteurs de matières grasses, en vue de leur recyclage en sidérurgie.
La fabrication et la transformation des métaux ferreux engendrent différents types de résidus, porteurs de matières grasses telles que des huiles ou des graisses, dans des proportions variables.
Dans l'industrie sidérurgique, ces résidus proviennent en particulier d'opérations aussi diverses que la coulée continue, le laminage, la rectification ou le dégraissage des produits. A ces résidus s'ajoutent les copeaux résultant d'opérations d'usinage mécanique, qui sont chargés d'huile de coupe.
Parmi ces résidus, on trouve des huiles et des graisses usées, qui ne contiennent pratiquement pas de particules solides et d'eau ; elles ont perdu leurs propriétés de base, par exemple leur pouvoir lubrifiant, mais elles peuvent être régénérées ou être utilisées comme combustible de substitution. On trouve également des boues et des écumes huileuses, faiblement chargées en fines particules solides, qui peuvent présenter un pouvoir énergétique intéressant lorsque leur teneur en eau est suffisamment réduite.
Actuellement, ces deux types de résidus, qui se trouvent essentiellement à l'état liquide, peuvent être utilisés sans grandes difficultés comme combustibles dans les centrales thermiques, les chaudières ou les hauts fourneaux.
Les résidus ferreux comprennent encore un troisième type de matières, dont l'élimination pose aujourd'hui un problème écologique et économique sérieux. Il s'agit des boues lourdes et des pailles huileuses, qui se trouvent souvent à l'état pâteux ; elles peuvent contenir d'importantes quanti-
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tés de fer et leurs teneurs en huiles usées et en eau peuvent être relativement élevées.
En règle générale, la production de ce dernier type de résidus en sidérurgie s'élève à un maximum de 5 kg par tonne d'acier laminé. La teneur en huile est généralement comprise entre 0,2 % et 25 % en poids, tandis que la teneur en particules solides, essentiellement du fer à l'état oxydé, se situe entre 65 % et 90 % en poids, le solde étant de l'eau.
Ces résidus lourds ne peuvent pas être injectés par les tuyères de haut fourneau ou dans les brûleurs de chambres de combustion, en raison de leur très forte proportion de matières métalliques. Ils ne peuvent pas davantage être recyclés à l'agglomération des minerais de fer, car leur teneur en huile est telle qu'elle conduit à des problèmes de distillation d'hydrocarbures, à des risques de combustion dans les électrofiltres et à un possible transfert de pollution. Pour cette raison, on ne recycle à l'agglomération que les résidus ayant une teneur en huile inférieure à 0,2 %.
Diverses techniques ont déjà été envisagées pour chercher à récupérer les composants intéressants de ces résidus huileux lourds et d'éviter ainsi leur mise en décharge.
Une première série de procédés consiste à séparer les matières grasses des composants inorganiques, soit par extraction chimique, soit par combustion dans un four approprié. La matière ferrifère pourrait ensuite être recyclée à l'agglomération des minerais. Ces procédés sont handicapés par des coûts d'investissement et d'exploitation élevés.
Une autre voie consiste à incorporer ces résidus huileux ou graisseux à d'autres résidus sidérurgiques, tels que des poussières zincifères de haut fourneau et d'aciérie, et à les briqueter ou à les pelletier en vue de les recycler comme charge ferrifère à l'aciérie ou au haut fourneau. A cet effet, on utilise des liants de nature minérale, tels que ciments, chaux, bentonite, hydroxydes, cendres volantes, qui se retrouvent dans les opérations de recyclage, ou des liants de nature organique, comme le bitume, le brai de goudron ou la mélasse de sucrerie. De plus, la proportion de boues lourdes ou de pailles huileuses incorporées ne dépasse généra-
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lement pas 20 % du mélange.
Aucune de ces techniques antérieures n'est cependant axée prioritairement sur le conditionnement des boues lourdes et des pailles huileuses riches en fer.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé de conditionnement de ce type de résidus, dans lequel ces résidus ferreux, porteurs de matières grasses, constituent l'essentiel de la charge, c'est-à-dire au moins 50 % de celle-ci. Une application particulièrement intéressante du procédé de l'invention est l'utilisation de ces résidus comme agent de remplacement des minerais de fer pour l'ajustement de la température d'un bain d'acier en cours d'élaboration.
Conformément à la présente invention, un procédé de conditionnement de résidus ferreux, porteurs de matières grasses, dans lequel lesdits résidus contiennent au moins 65 % en poids de particules solides et au maximum 25 % en poids de matières grasses, le solde étant essentiellement de l'eau, est caractérisé en ce que l'on mélange lesdits résidus avec au moins une substance liante, en ce que l'on soumet ledit mélange à une opération d'extrusion en un corps compact allongé, et en ce que l'on divise ledit corps allongé en fragments de dimensions appropriées.
Au sens de la présente demande, la substance liante peut exercer son action par voie physique ou par voie chimique.
Suivant une première mise en oeuvre particulière, on utilise une substance liante qui a un effet agglomérant sur les matières grasses présentes dans les résidus. De ce fait, ces matières grasses se transforment en une masse à forte viscosité qui solidarise les particules métalliques.
A titre d'exemple, on peut utiliser une substance agissant par polymérisation comme le peroxyde de benzoyle, par polycondensation comme l'acide orthophtalique, ou encore par gélification comme l'argile ammonium alkyle.
Suivant une autre mise en oeuvre intéressante, on utilise une substance liante à base de réactifs minéraux qui joue le rôle d'un liant hydrau-
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lique. Dans ce cas, on peut par exemple utiliser un ciment colle à prise rapide.
Une autre mise en oeuvre concerne l'addition d'une substance liante agissant par voie physique, par exemple par adsorption de l'eau et des matières grasses, telle que la sciure de bois.
Cette dernière substance peut d'ailleurs être ajoutée en combinaison avec d'autres substances telles que la substance agglomérante précitée, de façon à faciliter l'insertion homogène des réactifs, faire face à des fluctuations de la composition des résidus et assurer un état physique acceptable pour le conditionnement.
L'emploi de sciure de bois comme substance liante présente plusieurs avantages, dans l'optique du procédé de la présente invention.
Son pouvoir d'adsorption permet de réaliser avec les résidus ferreux, une masse plastique qui peut être extrudée sans difficultés majeures. De plus, les matières grasses contenues dans cette masse assurent une lubrification
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qui facilite l'extrusion.
La cellulose présente dans la sciure de bois est stable jusqu'à une température d'environ 2500C ; il convient de limiter à cette température l'échauffement provoqué par l'extrusion.
Cet échauffement est cependant suffisant pour garantir l'action lubrifiante des matières grasses. De plus, la lignine, qui est un liant naturel du bois, se ramollit à partir d'environ lOO'C et se rassemble à la surface du produit extrudé où elle forme, au refroidissement, une couche protectrice.
La présence de sciure de bois permet par ailleurs d'éviter l'éclatement du produit proposé, lors du contact avec le bain d'acier liquide.
Suivant une caractéristique supplémentaire, on soumet ledit corps allongé, de préférence après l'opération de division en fragments, à un traitement de séchage et de durcissement.
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Ce traitement peut consister en un séchage naturel dans l'air ; il comporte cependant de préférence un chauffage à une température comprise entre 1000C et 250 C, sous une atmosphère exempte d'humidité.
Suivant une autre caractéristique particulière, on revêt ledit corps allongé, de préférence après l'opération de division en fragments, d'une substance d'enrobage destinée à accroître sa résistance mécanique et thermique en vue des manipulations ultérieures.
Cette substance d'enrobage peut être déposée par projection, par immersion, par saupoudrage ou par toute autre méthode appropriée connue en soi.
En particulier, il s'est avéré intéressant de faire rouler lesdits fragments du corps allongé sur un plan légèrement incliné tout en projetant sur eux la substance d'enrobage, par exemple un ciment colle à prise rapide. Cette substance d'enrobage peut également contenir de la sciure de bois.
L'opération précitée de séchage et de durcissement peut avantageusement être effectuée après le dépôt de ladite substance d'enrobage, afin d'assurer simultanément le séchage du corps compact et la prise de l'enrobage.
Les substances utilisées dans le présent procédé, à savoir la substance liante et la substance d'enrobage, sont choisies de façon à ne pas donner lieu à la production de dérivés polluants, tels que des dioxines ou des composés organiques chlorés, dans les conditions de traitement précitées.
Le corps allongé, respectivement ses fragments, sont destinés à être ajoutés à un bain d'acier en fusion, en guise d'agent de refroidissement. Outre une résistance mécanique suffisante leur permettant de supporter diverses manipulations, ils présentent de préférence une densité supérieure à celle de l'acier en fusion, pour assurer leur pénétration dans le bain d'acier. La densité requise est obtenue par un réglage du taux de compression des résidus pendant l'opération d'extrusion. L'échauffement provoqué par l'opération d'extrusion peut également favoriser l'action de la substance liante ajoutée, en particulier de la substance agglomérante.
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Process for the conditioning of ferrous residues, carriers of fats, with a view to their recycling in the steel industry.
The present invention relates to a process for conditioning ferrous residues, carrying fatty substances, with a view to their recycling in the steel industry.
The manufacture and transformation of ferrous metals generate different types of residues, carrying fats such as oils or fats, in variable proportions.
In the steel industry, these residues come in particular from operations as diverse as continuous casting, rolling, grinding or degreasing of products. To these residues are added the chips resulting from mechanical machining operations, which are loaded with cutting oil.
Among these residues are used oils and fats, which contain practically no solid particles and water; they have lost their basic properties, for example their lubricating power, but they can be regenerated or used as an alternative fuel. There are also oily sludges and scum, weakly charged with fine solid particles, which can have an interesting energy power when their water content is sufficiently reduced.
Currently, these two types of residue, which are essentially in the liquid state, can be used without great difficulty as fuel in thermal power plants, boilers or blast furnaces.
Ferrous residues still include a third type of material, the elimination of which today poses a serious ecological and economic problem. These are heavy mud and oily straws, which are often found in a pasty state; they may contain significant amounts
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Iron tees and their waste oil and water contents can be relatively high.
As a general rule, the production of the latter type of residues in the steel industry amounts to a maximum of 5 kg per tonne of rolled steel. The oil content is generally between 0.2% and 25% by weight, while the content of solid particles, essentially iron in the oxidized state, is between 65% and 90% by weight, the balance being the water.
These heavy residues cannot be injected through blast furnace nozzles or into combustion chamber burners, due to their very high proportion of metallic materials. Nor can they be recycled to the agglomeration of iron ores, since their oil content is such that it leads to problems of hydrocarbon distillation, to risks of combustion in the electrostatic precipitators and to a possible transfer of pollution. For this reason, only the residues having an oil content of less than 0.2% are recycled to the agglomeration.
Various techniques have already been envisaged in order to seek to recover the interesting components of these heavy oily residues and thus to avoid their landfill.
A first series of processes consists in separating the fats from the inorganic components, either by chemical extraction or by combustion in a suitable oven. The iron material could then be recycled to the agglomeration of ores. These processes are handicapped by high investment and operating costs.
Another way is to incorporate these oily or greasy residues with other iron and steel residues, such as zinc-bearing dust from blast furnaces and steelworks, and to briquetting or pelletizing them with a view to recycling them as iron feedstock. steelworks or blast furnace. For this purpose, use is made of binders of a mineral nature, such as cements, lime, bentonite, hydroxides, fly ash, which are found in recycling operations, or binders of an organic nature, such as bitumen, tar pitch or candy molasses. In addition, the proportion of heavy mud or oily straw incorporated does not generally exceed
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not 20% of the mixture.
None of these prior techniques is however primarily focused on the conditioning of heavy sludges and oily straws rich in iron.
The object of the present invention is to propose a process for conditioning this type of residue, in which these ferrous residues, carrying fat, constitute the main part of the charge, that is to say at least 50% of that -this. A particularly advantageous application of the process of the invention is the use of these residues as an agent for replacing iron ores for adjusting the temperature of a steel bath during production.
In accordance with the present invention, a process for conditioning ferrous residues, carrying fat, in which said residues contain at least 65% by weight of solid particles and at most 25% by weight of fatty substances, the balance being essentially 1 water, is characterized in that said residues are mixed with at least one binding substance, in that said mixture is subjected to an extrusion operation in an elongated compact body, and in that it is divided said body elongated into fragments of appropriate dimensions.
Within the meaning of the present application, the binding substance can exert its action physically or chemically.
According to a first particular implementation, a binding substance is used which has an agglomerating effect on the fatty substances present in the residues. Therefore, these fats are transformed into a mass with high viscosity which fixes the metallic particles together.
For example, one can use a substance acting by polymerization such as benzoyl peroxide, by polycondensation such as orthophthalic acid, or by gelation such as alkyl ammonium clay.
According to another advantageous implementation, a binder substance based on mineral reagents is used which plays the role of a hydraulic binder.
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lique. In this case, one can for example use a quick-setting adhesive cement.
Another implementation relates to the addition of a binder substance which acts physically, for example by adsorption of water and fat, such as sawdust.
The latter substance can moreover be added in combination with other substances such as the above-mentioned agglomerating substance, so as to facilitate the homogeneous insertion of the reagents, to cope with fluctuations in the composition of the residues and to ensure an acceptable physical state. for conditioning.
The use of sawdust as a binding substance has several advantages, in view of the process of the present invention.
Its adsorption power makes it possible to produce, with ferrous residues, a plastic mass which can be extruded without major difficulties. In addition, the fats contained in this mass provide lubrication
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which facilitates extrusion.
The cellulose present in sawdust is stable up to a temperature of around 2500C; the heating caused by extrusion should be limited to this temperature.
This heating is however sufficient to guarantee the lubricating action of the fatty substances. In addition, lignin, which is a natural binder of wood, softens from about 100 ° C and collects on the surface of the extruded product where it forms, on cooling, a protective layer.
The presence of sawdust also prevents the proposed product from bursting when it comes into contact with the liquid steel bath.
According to an additional characteristic, said elongated body is subjected, preferably after the operation of dividing into fragments, to a drying and hardening treatment.
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This treatment may consist of natural drying in the air; however, it preferably includes heating to a temperature between 1000C and 250C, in an atmosphere free of humidity.
According to another particular characteristic, said elongated body is coated, preferably after the operation of dividing into fragments, with a coating substance intended to increase its mechanical and thermal resistance with a view to subsequent handling.
This coating substance can be deposited by projection, by immersion, by dusting or by any other suitable method known per se.
In particular, it has proved to be advantageous to roll said fragments of the elongated body on a slightly inclined plane while projecting onto them the coating substance, for example a quick-setting adhesive cement. This coating substance may also contain sawdust.
The aforementioned drying and curing operation can advantageously be carried out after the deposition of said coating substance, in order to simultaneously ensure the drying of the compact body and the setting of the coating.
The substances used in the present process, namely the binding substance and the coating substance, are chosen so as not to give rise to the production of polluting derivatives, such as dioxins or chlorinated organic compounds, under the conditions of aforementioned treatment.
The elongated body, respectively its fragments, are intended to be added to a bath of molten steel, as a cooling agent. In addition to sufficient mechanical strength allowing them to withstand various manipulations, they preferably have a density greater than that of molten steel, to ensure their penetration into the steel bath. The required density is obtained by adjusting the compression ratio of the residues during the extrusion operation. The heating caused by the extrusion operation can also favor the action of the added binding substance, in particular of the agglomerating substance.