FR2626008A1 - Procede d'obtention de ferrosilicium dans une unite energetique a foyer - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé d'obtention de ferro-silicium dans une unité énergétique à foyer utilisant, comme combustible, des matières carbonées dont les laitiers contiennent des oxydes de fer à une proportion de 10 à 22 % en poids. Selon l'invention, on crée un bain de laitier dans l'unité énergétique à foyer, on amène, sur sa surface, un jet de combustible hydrocarboné, en réchauffant le bain de laitier jusqu'à une température de 1 700 à 1 800 degre(s)C, en amenant, simultanément avec le combustible hydrocarboné, des produits pulvérisés résultant de la combustion de matières carbonées, et on isole le ferrosilicium des laitiers qui se forment lors du brûlage du combustible. L'invention s'applique notamment aux centrales thermiques et à la sidérurgie.

Description

La présente invention concerne les centrales ther-

miques et la sidérurgie, et plus spécialement elle vise un'procédé d'obtention de ferrosilicium dans une unité

énergétique à foyer.

L'invention peut être mise en oeuvre pour obtenir du ferrosilicium dans des unités énergétiques à foyer, parallèlement à la production d'énergie électrique, ce qui permet de réduire au minimum les déchets provenant

de cette dernière opération.

On sait que la qualité des combustibles solides à

vocation énergétique se déprécie partout dans le monde.

Cela est dû à l'accroissement de la part relative du com-

bustible à faible pouvoir calorifique, extrait à ciel ou-

vert. L'extraction mécanisée de couches minces decharbon dans les mines et la forte proportion de la gangue dans le charbon provenant des carrières sont à l'origine du taux élevé de cendres des charbons et de leur faible pouvoir calorique. Les minéraux non combustibles mêlés aux combustibles solides et constitués à 50% en poids, au maximum, d'oxydes de silicium, à 27% en poids,au maximum, d'oxydes d'aluminium et à 10 à 20% en poids d'oxydes de fer, passent totalement dans les cendres et les scories à la suite de la combustion

dans des unités énergétiques à foyer. On voit ainsi augmen-

ter la masse des déchets provenant des centrales thermiques

sous forme de cendres et de laitier.

Les déchets vont au crassier en séchant et en se tassant peu à peu. A cet état, les déchets en question ne trouvent que des débouchés très restreints. On en emploie

le plus souvent pour l'aménagement du territoire, le nivel-

lement du terrain, l'aplanissement du sol en vue de la recul-

tivation des terres, pour la construction de routes et de

logements. Plus rarement, le mélange de cendres et de lai-

tier trouve des applications comme matière première dans la fabrication de matériaux de construction: des ciments, des

matières liantes et remplissantes pour des bétons, des gra-

viers et des gravillons.

Un taux élevé d'oxydes de fer, atteignant 22% en

poids, s'oppose à l'utilisation à grande échelle des mélan-

ges de cendres et de laitier. La solidité des graviers et des gravillons artificiels obtenus des mélanges de cendres et de laitier est inférieure à celle des matériaux naturels analogues et dépend de la teneur en composés de fer. les

produits en béton, obtenus avec l'utilisation de liants con-

tenant des produits de traitement de mélanges de cendres et

de laitier, ont une présentation médiocre qui va en s'empi-

rant. Dans un milieu humide, on voit apparaître, sur la sur-

face des ouvrages, des tâches de rouille.

L'emploi des mélanges de cendres et de laitier dans l'agriculture, comme engrais apportant des éléments-traces, est limité du fait de la présence de métaux lourds (le plomb, le zinc et autres), éléments nocifs qui risquent de passer

dans les aliments.

Une autre utilisation des cendres et du laitier con-

siste à en extraire des gouttes d'un alliage métallique

(ferrosilicium) contenant environ 12 à 25% en poids de sili-

cium. Le besoin en ferrosilicium à faible taux de silicium va croissant partout dans le monde, ce qui s'explique par

la progression de la fonderie à partir de déchets réutilisa-

bles et la grande extension en métallurgie de l'affinage au

convertisseur à oxygène.

Le ferrosilicium est un désoxydant de choix dans

l'élaboration de métaux ferreux en sidérurgie et la fabri-

cation de produits de forme en fonderie.

Dans les unités énergétiques à foyer actuellement connues, la fabrication de ferrosilicium n'est pas prévue, parallèlement à la production de l'énergie électrique. Bien que certaines conditions soient réunies à cet effet dans les

unités connues, elles n'y sont pas exploite-es à fond.

On connait un procédé d'obtention de ferrosilicium

dans des unités à foyer du type à puits: les hauts four-

neaux (R. Durrer, G. Folkert "Metallurgia ferrosplavov" ("La métallurgie des ferro-alliages"), 1976, Metallurgia, Moscou. L'enceinte du haut fourneau, revêtue de matériaux réfractaires, est formée de trois portions cylindriques et

de deux portions tronconiques. la portion cylindrique supé-

rieure - le gueulard - sert à l'enfournement de la charge.

Elle jouxte une portion tronconique occupant la majeure par-

tie de l'enceinte du four; c'est sa cuve qui renferme la partie essentielle de la charge descendant vers les zones

aux températures plus élevées. La base de la portion tron-

conique est prolongée par une portion cylindrique médiane -

le ventre - qui assure un passage progressif de la charge dans la seconde portion tronconique à conicité inverse: l'étalage. Celui-ci prend appui sur la partie cylindrique

inférieure qui se divise, en hauteur, en deux zones, l'ou-

vrage et le creuset, ce dernier se terminant par un fond revêtu, la sole. Le creuset recueille les produits liquides

de la fusion: le laitier au-dessus, le ferrosilicium au-

dessous. Dans la partie supérieure du creuset, est prévu un trou de coulée pour le laitier, et dans sa partie inférieure, un trou de coulée pour le ferrosilicium. Sur le pourtour de l'ouvrage sont disposées des tuyères à brûleurs amenant dans

le four de l'air, un gaz, un combustible pulvérisé ou li-

quide. On obtient du ferrosilicium dans un four à puits par fusion de minéraux à taux élevé de silice avec du fer

ou ses oxydes en présence d'un réducteur carboné.

Le procédé prévoit l'enfournement, par la trémie du gueulard, d'une charge constituée de quartz, de quartzite ou d'autres minéraux au taux de bioxyde de silicium (silice) non inférieur à 96%, de copeaux de fer sans rouille et d'un

réducteur carboné solide: du petit coke. Après le charge-

ment, on réchauffe le four en amenant, par les brûleurs, un mélange enflammé de gas-oil, d'un gaz ou de poussières de charbon en mélange avec l'air. Lorsque la charge est portée à 1350 C, il y a, en présence du réducteur carboné de petit coke, une réduction du fer et du silicium à partir de leurs

oxydes, avec formation de ferrosilicum. Lors de la réduc-

tion, il y a un dégagement d'oxyde de carbone gazeux qui est

évacué du four à travers le gueulard. L'élévation de tempé-

rature favorise l'accroissement du taux de silicium dans le ferrosilicum. Le ferrosilicum et le laitier descendent en

formant un bain. Le laitier flotte à la.surface du ferrosi-

licium. Après une accumulation suffisante du métal, lorsque le niveau du laitier dépasse l'orifice du trou supérieur de coulée, on le perce et on soutire le laitier, après quoi

on évacue le ferrosilium par le trou inférieur de coulée.

Ensuite, on bouche les trous de coulée avec de l'argile

réfractaire et on procède à un nouveau cycle de fusion.

Toutefois, ce procédé fournit du ferrosilicium à faible taux de silicium, à partir de minerais riches en

bioxyde de silicium.

Le procédé prévoit un accroissement du taux de débris métalliques dans la charge jusqu'à 45% en poids et une forte

consommation de matériau carboné spécialement préparé,le pe-

tit coke. Cela étant, 30%' en poids seulement du silicium sont réduits du minerai, le reste du bioxyde de silicium passant dans le laitier. La quantité des déchets solides se voit augmenter dans le procédé en question. En outre, le procédé de fabrication de ferrosilicium dans une unité à

foyer n'est pas conjugué à la production d'énergie électri-

que.

On connait un procédé d'obtention de ferrosilicium dans une unité énergétique à foyer (SU, A, 815060). En.tant que combustibles, on utilise, dans cette unité à foyer, des matières carbonées dont le laitier contient 10 à 22% en

poids d'oxyde de fer.

L'unité énergétique à foyer est formée par quatre parois verticales, et sa sole, par deux parois inclinées constituées de sections qui sont des faisceaux de tubes refroidis à l'eau. De chaque côté longitudinal de l'unité

à foyer, dans ses parois verticales, sont prévues des ouver-

tures, disposées deux par deux, et laissant passer des brû-

leurs. la surface intérieure du foyer, à l'endroit du mon-

tage des brûleurs et au-dessous d'eux, ainsi que toutes les surfaces en pente de la sole, sont revêtues de matériaux réfractaires. L'inclinaison des sections de la sole est orientée vers les trous de coulée. Ils sont destinés à éva- cuer le laitier de l'unité à foyer dans des cuves montées

au-dessous de ceux-ci et remplies d'eau: les granulateurs.

Ces derniers sont munis de bandes transporteuses qui amè-

nent le laitier granulé vers le conduit d'évacuation hydrau-

lique, ce laitier empruntant ensuite un conduit aboutissant au crassier. Dans la partie supérieure de l'unité à foyer,

est prévu un générateur de vapeur tubulaire, mis en communi-

cation avec une turbine à vapeur et un générateur électri-

que. Plus loin, sur la voie de cheminement des gaz chauffés,

sont disposés des échangeurs de chaleur, des filtres élec-

triques et un tube engendrant une dépression aérodynamique

dans l'unité à foyer.

La plupart des brûleurs de l'unité à foyer sont con-

çus pour amener des poussières de charbon avec un coeffi-

cient d'excédent d'oxygène de 1,1 à 1,19. Un ou deux brû-

leurs marchent au gas-oil et sont destinés à maintenir la température d'éclair du combustible solide. La nécessité d'utiliser des brûleurs fonctionnant au gas-oil apparaît en cas de mise en oeuvre de combustibles de basse qualité, caractérisés par une faible teneur en matières organiques

et en hydrocarbures volatils.

Selon le procédé connu, le combustible carboné,

mélange à l'air, est amené dans l'unité énergétique à foyer.

La température à l'intérieur du foyer étant de 1500 à 1550 C, le combustible est mis à feu et brûle avec un coefficient d'excédent d'oxygène de 1,1 à 1,19, en réchauffant les gaz à l'intérieur du foyer. Les gaz cèdent leur chaleur aux surfaces de chauffage du générateur de vapeur, dans les tubes duquel l'eau se transforme en vapeur. Cette dernière est amenée à la turbine. qui met le générateur électrique

en rotation, qui produit de l'énergie électrique.

Dans le foyer, lors de la combustion des poussières de charbon, les conditions se trouvent réunies pour déclencher la réaction de réduction des éléments à partir des oxydes correspondants (partie minérale du combustible): lefer, le

silicium, l'aluminium, le calcium, etc. Ces conditions.

sont: la haute température du milieu gazeux dans le foyer, comprise entre 1500 et 1550 C, la présence d'un réducteur solide (le carbone) et gazeux (l'oxyde de carbone) et le temps suffisant au déroulement de la réaction de réduction

et à la séparation des produits de la réaction. Des parti-

cules microscopiques d'un métal réduit, le fer pour l'essen-

tiel, et de ferro-silicium à faible taux de silicium, se forment au sein des grains de charbon: les cendres et le

laitier déposés sur les parois et la sole du foyer.

Toutefois, la durée de séjour des particules de charbon au sein des gaz portés à une haute température n'assure pas l'intégralité de la réduction des oxydes de fer et de silicium et l'agglomération des gouttes des éléments réduits en leur alliage: un ferrosilicium à

faible taux de silicium.

Les petites inclusions de fer réduit et de son alliage avec le silicium, présentes dans les particules des cendres, ne sauraient être considérées comme un produit

marchand à vocation métallurgique.

La majeure partie (80 à 859o en poids) du combustible brûlé est évacuée de l'enceinte du foyer, sous forme de particules de cendres, conjointement avec les gaz dégagés lors de la combustion. En refroidissant progressivement dans les échangeurs de chaleur, les gaz passent à travers les filtres électriques et sont rejetés à l'atmosphère par la cheminée. Les particules de cendres sont séparées des gaz dans les filtres électriques et éliminées par lavage dans le conduit d'évacuation de cendres et de laitier. La pulpe de cendres et de laitier va au crassier par des canalisations. Une partie moins importante '15 à 20% en poids; des matières incombustibles contenues dans le combustible se dépose sur les parois et les surfaces de la sole du foyer sous forme de laitier. Ce laitier migre à une vitesse relativement peu élevée, qui est fonction de sa viscosité à une température donnée, vers la partie inférieure de l'enceinte du foyer, en direction du trou de coulée. Au cours du cheminement du laitier, des phénomènes similaires à ceux procédemment décrits se déroulent en son

sein.

Toutefois, les conditions thermiques stables, déterminées par la grande capacité calorifique du laitier et la durée considérable de son séjour dans ces conditions, favorisent le déroulement à fond des réactions de réduction des oxydes de fer et de silicium, qui sont plus complètes dans le laitier que dans les cendres. Il se forme, au sein du laitier, un alliage. à savoir un ferrosilicium à faible taux de silicium, qui revêt l'aspect de gouttes distinctes dont le diamètre atteint 4 à 5 mm. Les gouttes d'alliage sont évacuées par le trou de coulée, conjointement avec la masse non réduite des oxydes et envoyées dans la cuve de granulation. La granulation de la masse fondue s'effectue avec un refroidissement rapide, la conséquence en étant le dégagement d'une partie des gouttes de ferrosilicium. Les granules de ferrosilicium peuvent ainsi être séparés de 'la masse minérale figée de laitier. A cette fin, dans le système d'évacuation de cendres et de laitier avec de l'eau, est prévu un poste o un piège hydraulique est monté, qui capte

les granules de ferrosilicium.

En procédant de la sorte, on parvient à cumuler,

dans une même unité à foyer, la production d'énergie électri-

que et une transformation partielle des déchets solides

provenant du foyer en produits commercialisables: un ferro-

silicium à faible taux de silicium et des matières premières

pour la fabrication de matériaux de construction.

Etant donné que la réduction conduisant à l'obtention d'un ferro-alliage à partir des oxydes de métaux se déroule à une température ne dépassant pas 1400 à 1450 C, qui assure l'évacuation du laitier à l'état liquide, ce dernier s'écoulant par gravité sur les parois et la sole du foyer vers le trou de coulée, la viscosité du-laitier reste assez élevée: à peu près de 6 à 20 Pa.s. Dans ces conditions, l'échange de masse au sein du laitier en fusion se voit entravé. Les gouttes susceptibles d'être captées dans les pièges hydrauliques résultent du fusionnement des particules de ferrosilicium constituant 2,5 à 20% en poids

des oxydes de fer ou 0,5 à 2,0% en poids du laitier.

Le procédé en question ne prévoit l'obtention de ferrosilicium qu'à partir de la partie des déchets solides du combustible qui passe dans le laitier. C'est ce qui équivaut à 15 à 20% en poids-des constituants incombustibles

du combustible solide ou à 4,5 à 6,0% en poids du charbon.

Les cendres provenant des centrales thermiques et les scories résultant de la combustion du gas-oil n'interviennent pas dans les processus décrits d'obtention de ferrosilicium et

de matières premières de construction.

L'invention a pour objectif de mettre au point un

procédé d'obtention de ferrosilicium dans une unité énergé-

tique à foyer, procédé qui permettrait, en créant les conditions thermodynamiques les plus favorables pour le déroulement de la réaction de réduction et en régulant le régime thermique dans l'unité énergétique à foyer, d'accroître le rendement en ferrosilicium tout en fournissant une technique de production d'énergie électrique avec une faible

quantité de déchets.

Le problème ainsi posé est résolu avec un procédé d'obtention de ferrosilicium dans une unité énergétique à foyer utilisant, comme combustible, des matières carbonées

dont les laitiers contiennent des oxydes de fer à la pro-

portion de 10 à 22% en poids, procédé consistant à isoler le ferrosilicium du laitier résultant de la combustion, procédé o, conformément à l'invention, on crée, dans l'unité à foyer, un bain de laitier et on amène, sur sa surface, un jet de combustible hydrocarboné, en réchauffant ce bain à une température de 1700 à 1800 C, le combustible hydrocarboné étant amené simultanément avec des produits

pulvérisés résultant de la combustion de matières carbonées.

L'amenée d'un jet de combustible hydrocarboné assure les conditions isothermiques du déroulement de la réaction

de réduction. A cet effet, le jet de combustible hydro-

carboné est amené sur la surface du bain de laitier inten-

tionnellement créé dans la partie du foyer attenant à la

sole et on porte ce bain à une température de 1700 à 1800 C.

La création du bain de laitier assure des conditions favorables pour une surchauffe du laitier en fusion de 200 à 250 C par rapport à la température normale d'évacuation du laitier liquide. Cela est rendu possible grâce à la chaleur supplémentaire dégagée lors du brûlage du combustible hydrocarboné. En outre, l'existence d'un bain de laitier créé des conditions thermodynamiques favorables pour la réduction des oxydes de fer par le carbone, à savoir la température constante et plus haute du milieu qu'est le laitier en fusion contenant les oxydes de métaux et le réducteur carboné, assure une surface réactionnelle plus grande de la réduction. Il s'ensuit qu'à la réaction de réduction peut prendre part une plus grande partie des oxydes de fer et d'autres métaux que

dans le procédé connu.

D'autre part, une faible viscosité du milieu dans lequel se déroule la réaction de réduction favorise un échange de masse plus intense. Les produits gazeux de la ré-action se dégagent et remontent à là surface du laitier en fusion d'une façon plus intense. Les gouttes de métal fondu, résultant de la réduction à partir de ses oxydes, descendent par gravité et s'accumulent sur le fond du foyer. A cause de la grande différence entre les densités du laitier et du métal, ce dernier forme, sur le fond du foyer, une couche d'alliage de Si et Fe. C'est ce qui permet d'organiser le processus technologique de manière à assurer les coulées disctinctes du laitier et de l'alliage métallique,

notamment du ferrosilicium.

L'amenée de matières carbonées pulvérisées simulta-

nément avec le combustible hydrocarboné favorise l'entrée, dans la réduction, des oxydes les plus facilement réducti-

bles, en accroissant ainsi le rendement en ferroalliages.

On a intérêt à utiliser, comme matières carbonées pulvérisées, les produits résultant de la combustion des matières carbonées, ces produits prenant naissance dans

l'unité énergétique à foyer elle-même.

Cela contribue à réduire-les déchets de la production

d'énergie électrique.

Le procédé proposé d'obtention de ferrosilicium dans

une unité énergétique à foyer permet donc d'obtenir, simul-

tanément et dans un même groupe, de l'énergie thermique ou

électrique et du ferrosilicium.

La conjugaison rationnelle des deux processus fournit un produit inédit pour les unités énergétiques. Sa production utilise l'énergie engagée pour fondre la partie

incombustible du charbon, en la transformant en laitier.

La réalisation du processus conjugué ne nécessite qu'une

faible quantité de chaleur supplémentaire. Elle est néces-

saire pour surchauffer le laitier de 200 à 250 C afin d'améliorer l'échange de masse lors de la réaction de réduction de métaux à partir des oxydes contenus dans le laitier.

L'introduction, dans le jet de combustible hydro-

carboné, des additifs mentionnés plus haut permet, d'une part, d'améliorer le rendement en ferrosilicium, et d'autre

part, de réduire plus encore les déchets solides.

Grâce à ce qui vient d'être énuméré, le procédé proposé permet d'organiser, avec une faible quantité de déchets, la production d'énergie thermique ou électrique en utilisant la chaleur du laitier en fusion et, partiellement, les déchets solides du combustible énergétique dans les centrales thermiques pour la production de ferroalliages et de matières premières pour la fabrication de matériaux de construction. La meilleure variante non limitative de réalisation

de l'invention consiste en ce qui suit.

Le procédé de l'invention est réalisé dans n'importe quelle unité énergétique à foyer connue, qui utilise, comme combustible, des matières carbonées dont le laitier contient des oxydes de fer à la proportion de 10 à 22%o en poids. C'est ainsi que l'unité à foyer peut être formée par quatre parois

verticales, et son fond, par deux parois inclinées consti-

tuées de sections qui sont des faisceaux de tubes refroidis à l'eau. Ces sections sont revêtues intérieurement de matériaux réfractaires. Dans la paroi frontale et la paroi arrière de l'unité à foyer, sont prévues des ouvertures dans lesquelles sont montés des brûleurs disposés deux par deux, l'un en face de l'autre. L'unité énergétique à foyer possède normalement huit à douze brûleurs dont un ou deux marchent au combustible hydrocarboné, de préférence au gas-oil ou au gaz naturel, et les autres au combustible carboné solide

pulvérisé: le charbon, la tourbe, les schistes.

Dans l'unité considérée, les brûleurs fonctionnant au

combustible hydrocarboné sont orientés vers le fond de l'uni-

té à foyer. En outre, ils sont munis d'un système d'amenée de matières pulvérisées conjointement avec le combustible

hydrocarboné.

Dans la partie de sole de l'unité énergétique à fo-

yer, sont prévus des trous de coulée pour le laitier. L'in-

clinaison des sections formant la sole de l'unité à foyer

est orientée vers ces trous de coulée, servant à l'évacua-

tion du laitier. Autour des trous de coulée est prévue une protection en un matériau réfractaire. Cette protection, avec une partie des sections de la sole, forme l'enceinte remplie de laitier en fusion lors du fonctionnement de

l'unité énergétique à foyer, formant le bain de laitier.

Dans la sole est pratiqué un trou de coulée pour l'évacua-

tion du ferrosilicium. Immédiatement au-dessous des trous de

coulée pour le laitier sont disposées des cuves de granula-

tion, munies de bandes transporteuses pour l'amenée du lai-

tier granulé refroidi vers le conduit d'évacuation de cen-

dres et de laitier avec de l'eau. Ce conduit est mis en com-

munication avec une station de pompage, dont les pompes sont raccordées à la canalisation aboutissant au crassier de la

centrale thermique.

La régulation du régime de combustion dans l'unité énergétique à foyer s'effectue par modification du débit du

combustible amené par les brûleurs, et de celui du combu-

rant, dont le rapport est défini par le coefficient d'excé-

dent d'oxygène. I1 a normalement une valeur voisine de l'unité. Lors du brûlage du combustible carboné, il y a un dégagement de chaleur qui réchauffe la surface des tubes refroidis à l'eau. Il y a formation, dans les tubes, d'une vapeur surchauffée. Elle est aménée à une turbine qui met un

rotor d'un générateur d'énergie électrique en rotation.

La combustion non seulement fournit de la chaleur,

mais engendre également des particules solides du com-

bustible non brûlé, des cendres emportées avec les gaz chauds, et le laitier. Ces matières sont les déchets de

la production de l'énergie électrique.

Le laitier déposé sur les parois du foyer ruisselle sur elles pour former un bain de laitier dans la partie de sole de l'unité énergétique à foyer. La température du laitier est voisine de celle requise pour l'évacuation

normale du laitier liquide d'un combustible donné.

En dirigeant, sur la surface du bain de laitier,la torche d'un brûleur marchant à un combustible hydrocarboné,

notamment au gas-oil, dont le pouvoir calorifique est supé-

rieur à celui du combustible carboné pulvérisé (charbon,

tourbe, schistes), on porte le bain de laitier à une tempé-

rature de 1700 à 1800 C.

Le chauffage du bain de laitier jusqu'à la tempéra-

ture de 1700 à 1800 C accroît le rendement en fer et sili-

cium réduits.

Ces données ont été obtenues par voie expérimentale

et sont résumées au tableau 1.

TABLEAU 1

N Température Taux de ferro- taux de silicium d'ordre du laitier silicium réduit, dans le ferro- d'aluminium fondu, C % du poids du silicium du laitier

1 1 550 0,6 8 à 12

2 1 610 ' 1,85 10 à 14 traces

3 1 650 2,4 10 à 17 0,56

4 1 700 6,8 18 à 25 0,67

1 720 7,4 22 à 28 1,11

6 1 760 8,3 24 à 32 1,86

7 1 800 10,1 34 à 40 1,96

8 1 810 6,1 17 à 22 4,7

9 1 840 3,7 14 à 17 9,63 -

I1 ressort, du tableau 1, que le résultat optimal s'obtient avec un réchauffement du bain de laitier à une

température comprise en 1700 et 1800 C.

On n'a pas intérêt à rechauffer le bain de laitier à une température inférieure à 1700 C, car le rendement en ferrosil'icium réduit se maintient au niveau du procédé

connu décrit plus haut.-

Le réchauffement du bain de laitier à une température supérieure à 1800 0C ne peut être recommandé, car on observe

une baisse du rendement en ferrosilicium du fait de la for-

mation du mono-oxyde de silicium. Parallèlement, on assiste à l'accroissement de la quantité de l'aluminium réduit, à

partir de son oxyde. Sa présence dans les pré-alliages déso-

xydants est indésirable et réglementée par les spécifications

correspondantes de la métallurgie. En outre, à des tempéra-

tures aussi élevées, le matériau formant le revêtement du

bain de laitier subit une intense destruction.

Il faut considérer comme optimal le déroulement du processus de réduction de fer et de silicium à partir de leurs oxydes à une température de 1780 à 1800 C, assurant un rendement en ferro-alliage allant jusqu'à 10% en poids

et un taux de silicium maximal dans l'alliage, allant jus-

qu'à 34 à 40% en poids.

A une température de 1700 à 1800 C, la viscosité

du laitier, qui est à l'origine de 4 à 6 Pa's, se voit bais-

ser jusqu'à 1 à 2 Pa.-s. Dans un milieu ayant une faible résistance hydraulique, l'intensité de l'échange de masse s'accroît à la surface des particules du désoxydant solide (le charbon) à la faveur du transport des gouttes de fer et de silicium réduits en direction du fond du bain de laitier et des bulles d'oxyde de carbone remontant à la surface du

bain de laitier. Ensuite, les gaz qui se dégagent à la sur-

face du laitier sont entraînés avec les gaz dégagés lors de

*la combustion.

D'autre part, avec une faible viscosité du laitier, il se produit, sous l'effet de la force de gravité, une démixtion du laitier en fusion. Dansla partie inférieure s'accumule une couche pleine de métal réduit, et audessus

d'elle, celle de laitier, plus léger. Tout au long du fonc-

tionnement de l'unité énergétique à foyer, le transport des métaux vers le bas et la montée du laitier débarrassé des

métaux lourds se poursuivent sans discontinuer.

L'élévation de la température du bain de laitier

jusqu'à 1700 à 1800 C a donc pour effet d'augmenter la quan-

tité du métal réduit à partir du laitier et d'améliorer sa qualité à la faveur des conditions thermodynamiques plus

favorables de déroulement de la réaction de réduction.

Simultanément avec le combustible hydrocarboné, on

amène, sur la surface du bain de laitier, des produits pul-

vérisés résultant de la combustion de matières carbonées et

prenant naissance dans l'unité énergétique à foyer elle-

même.

L'amenée, conjointement avec le combustible hydro-

carboné, des produits pulvérisés résultant de la combustion de matières carbonées, notamment des poussières de charbon et des cendres, sur la surface du bain de laitier, accroit la quantité des déchets solides des centrales thermiques que

l'on peut réutiliser, et, partant, la quantité de ferrosili-

cium obtenu et des matières premières pour la fabrication de

matériaux de construction, débarrassées des oxydes de fer.

En tant que produits pulvérisés résultant de la com-

bustion de matières carbonées, on peut utiliser non seule-

ment des produits provenant de l'unité énergétique à foyer elle-même, mais encore tous les autres produits pulvérisés

provenant de la combustion de matières carbonées.

L'amenée des produits pulvérisés résultant de la combustion de matières carbonées sur la surface du bain de laitier par simple déversement baisserait la température de la couche supérieure du laitier, en faisant un effet d'écran

sur la transmission de chaleur au laitier par radiation.

Pour l'éviter, l'introduction des produits pulvérisés résul-

tant de la combustion de matières carbonées est effectuée

dans le jet de combustible hydrocarboné. La haute tempéra-

ture de la torche réchauffe l'additif pulvérisé, ce qui con-

tribue è maintenir le bilan de l'apport de la chaleur à la

surface du bain de laitier.

Au fur et à mesure de l'accumulation du ferro-alliage,

l'épaisseur de sa couche dans le bain' de laitier s'accroît.

On fait périodiquement couler le ferro-alliage par le trou inférieur de coulée, la périodicité étant fonction du volume

du bain de laitier. et du type de l'unité énergétique à foyer.

Ensuite, le trou de coulée est bouché en laissant une petite couche de ferro-alliage qu'on accumule jusqu'à la coulée

suivante. La couche supérieure de laitier se déplace en con-

tinu des parois au trou de coulée. Elle franchit la protec-

tion et s'introduit dans la cuve de granulation, puis va dans un piège hvdraulique et dans une trémie pour les matières

premières de construction.

D'autres caractéristique et avantages de l'invention

seront mieux compris à la lecture de la description qui va

suivre de plusieurs exemples non limitatifs de réalisation

du procédé d'obtention de ferrosilicium dans une unité éner-

gétique à foyer.

Exemple 1

On enfourne dans une unité énergétique à foyer, en mélange avec de l'air, du charbon dont le laitier contient 49,2% en poids d'oxydes de silicium, 25,4%' en poids d'oxydes

d'aluminium et 15,4% en poids d'oxydes de fer, le coeffi-

cient d'excédent de l'air étant de 1,1 à 1,19. On brûle le mélange à une température de 1500 à 1550 C. Une partie des matières incombustibles du charbon, contenant 20% en poids de cendres, se dépose sur les parois du foyer, au-dessous

du niveau des brûleurs, puis descend sur la sole du foyer.

Le laitier s'y accumule pour former un bain de laitier. Sur la surface du laitier en fusion, on amène un jet de gas-oil, en élevant la température du laitier jusqu'à 1650 C. Après

avoir accumulé le ferrosilicium pendant 16 heures, on l'éva-

cue par le trou de coulée.

La quantité de ferrosilicium est de 2,4%9 en poids par

rapport au laitier. Le taux de silicium dans l'alliage va-

rie entre 10 et 17%' en poids. Le taux d'aluminium est infé-

rieur à 0,6%' en poids.

Exemple 2

On brûle le même charbon, dans les conditions de

l'exemple 1. En amenant, sur la surface du bain de laitier, un jet de gas-

oil, on élève la température du bain de laitier jusqu'à 1700 C, la sur-

chauffe étant de 100 à 150 C par rapport à la température d'évacuation nor-

male du laitier à l'état liquide.

On obtient finalement du ferrosilicium avec un taux de silicium de 18 à 25% en poids, alors que le rendement en ferrosilicium se chiffre à

6,8%, en poids, résultat meilleur que celui de l'exemple 1.

Exemple 3

on brûle le même charbon, dans les conditions de l'exemple 1, en élevant la température du bain de laitier

jusqu' 18000C.

Le rendement en ferrosicilicium est de 10,1% en poids,' le taux de silicum dans l'alliage étant de 34 à

400 en poids, celui d'aluminium, de 1,96% en poids.

Exemple 4

En brûlant le même charbon et en élevant la tempé-

rature du bain de laitier jusqu'à 1840 C, on a vu le rende-

ment en ferrosilicium chuter à 3,7% en poids. Le taux de silicium dans l'alliage était de 14 à 17% en poids. Le taux d'aluminium réduit s'étant pourtant accru jusqu'à 9,6% en poids.

Exemple 5

On brûle, dans une unité énergétique à foyer, du charbon dont le laitier contient 56,4% en poids d'oxydes de silicium, 22,5% en poids d'oxydes d'aluminium et 11,0% en poids d'oxydes de fer. Le combustible pulvérisé est amené

dans le foyer en mélange avec l'air, le coefficient d'exé-

dent d'oxygène étant de 1,1 à 1,19. Après la formation, sur la sole, d'un bain de laitier, on met un brûleur orienté vers la surface du bain de laitier en marche. Le jet émis par ce brûleur, contenant un mélange d'air, de gas-oil et de produits pulvérisés résultant du brûlage du combustible,

maintient la température du laitier au niveau de 1700 C.

Dans ce jet, la proportion des produits pulvérisés résultant du brûlage du combustible est de 0,1% en poids par rapport au laitier provenant du brûlage du charbon en question dans

l'unité énergétique à foyer elle-même.

Le rendement en ferrosilicium réduit est de 10% en poids, le taux de silicium dans l'alliage est d'environ 30% en poids, celui de l'aluminium étant inférieur à 1%O en poids.

les exemples cités font ressortir que des tempéra-

tures comprises entre 1700 et 1800 C sont optimales pour le bain de laitier. On obtient, à ces températures, le rende- ment maximal en ferrosilicium pour un taux maximal d'oxydes d'aluminium.

Claims (2)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1. Procédé d'obtention de ferrosilicium dans une unité énergétique à foyer, utilisant comme combustible des matières carbonées dont les laitiers contiennent des oxydes de fer à une proportion de 10 à 22% en poids, consistant à isoler le ferrosilicium du laitier résultant de la combus- tion, caractérisé en ce qu'on crée, dans l'unité énergétique à foyer, un bain de laitier et on amène, sur sa surface, un

jet de combustible hydrocarboné, en réchauffant ce bain jus-

qu'à une température de 1700 à 1800 C, en amenant, simulta-

nément avec le combustible hydrocarboné, des produits pulié-

risés résultant de la combustion de maitères carbonées.

2. Procédé d'obtention de ferrosilicium dans une

unité énergétique à foyer selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'en tant que produits pulvérisés, on utilise les produits de combustion de matières carbonées prenant

naissance dans l'unité énergétique à foyer elle-même.