FR2780965A1 - Procede de traitement de laitier et poussieres de four, notamment de four d'acieries electriques - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de traitement de laitier, caractérisé en ce que l'on soumet le laitier liquide à un traitement physicochimique réducteur, on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du laitier traité, et on récupère la fraction métallique et la fraction minérale. Elle s'applique notamment aux laitiers de four d'aciéries électriques. Elle concerne également le traitement des poussières de four.

Description

La présente invention concerne un procédé de traitement de laitiers

de four d'aciéries électriques.

Lors de l'élaboration de l'acier au four à arc, des déchets solides sont produits. Il s'agit des laitiers d'une part, et des poussières d'autre part, les deux étant problématiques pour l'environnement, notamment à cause des

éléments métalliques lixiviables ou potentiellement lixiviables qu'ils renferment.

Les quantités de laitiers produites par l'élaboration de l'acier au four à arc sont comprises 110 et 130 kg par tonne d'acier, quand il s'agit d'aciers au carbone, et de l'ordre de 200 kg par tonne d'acier élaboré, lorsqu'il s'agit d'aciers

io inoxydables.

Au niveau mondial, si l'on évalue à 250 millions de tonnes d'acier les quantités produites par la filière électrique et par année, ce sont 25 à

millions de tonnes de laitiers qui sont générées.

Actuellement, les laitiers issus de la fabrication de la fonte pour l'élaboration de l'acier, issus de la technique des hauts-foumeaux, et qui ne contiennent pas d'éléments lixiviables, peuvent être valorisés comme remblais,

dans la fabrication du ciment ou des engrais.

Dans la situation actuelle, lors de la sortie des laitiers liquides, ceux-ci sont refroidis et solidifiés afin que l'on puisse séparer, d'une part des oxydes, d'autre part des métaux. Dans les faits, on récupère seulement les métaux par broyage des laitiers, criblage du broyat et récupération usuelle. Des morceaux de l'acier contenu sont récupérés par les moyens physiques connus,

par séparation magnétique lorsque l'acier est magnétique, par exemple.

En revanche, les laitiers d'aciéries électriques sont à l'heure actuelle peu ou pas valorisés, car ils contiennent des éléments métalliques qui interdisent leur utilisation. Ils sont stockés dans des décharges internes et ce

stockage devient problématique.

En ce qui concerne les poussières, 15 à 25 kilos de poussières sont

produites par tonne d'acier au four à arc.

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Les poussières sont également stockées en décharges internes dans les sites sidérurgiques, sites o sont rencontrés des problèmes dus à la

lixiviation ou à l'envolement de ces poussières.

Actuellement, les poussières peuvent être retraitées selon deux filières. La première consiste à leur faire subir un traitement de pyrométallurgie. La seconde filière consiste à lixivier les poussières en milieu aqueux et, par

électrolyse, récupérer du zinc métallique qui se dépose sur la cathode.

Que ce soit la filière pyrométallurgique ou la filière hydrométallurgique, ce traitement ne s'applique qu'à une faible proportion des io poussières produites, pour des raisons économiques et des raisons de capacité

de traitement.

Il existe donc un réel besoin de valoriser ce qui constitue à l'heure actuelle les déchets d'aciéries, à savoir les laitiers d'une part, et les poussières

d'autre part. Ceci constitue l'objet de la présente invention.

En effet, la présente invention permet la valorisation des laitiers, et notamment des laitiers d'aciers électriques, par une opération dite "métallurgie secondaire des laitiers", qui a pour but de transformer ce déchet en produit commercial (qualités physique et chimique constantes et adaptées à une utilisation industrielle). Elle a aussi pour objet de résoudre dans la même opération les problèmes actuels liés au traitement des poussières ou aux

contraintes économiques liées à ce traitement.

L'invention concerne un procédé de traitement des déchets de la métallurgie que sont les laitiers et les poussières, o le laitier liquide et les poussières sont mélangées, subissent un traitement réducteur, le produit de la

réduction étant décanté et les fractions métallique et minérale récupérées.

Ainsi, la présente invention concerne un procédé de laitier,

caractérisé en ce que l'on soumet le laitier liquide à un traitement physico-

chimique réducteur, on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du

laitier traité, et on récupère la fraction métallique et la fraction minérale.

Bien que le procédé de l'invention s'applique aux laitiers de toutes origines, seuls ou en association avec les poussières, comme les laitiers de

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métallurgies ferreuses et non-ferreuses, le procédé de l'invention s'applique en

particulier aux laitiers et poussières d'aciéries électriques.

Selon l'invention, par laitier, on entend les composés chimiques, généralement oxydés, apportés par les matières premières, minerais, réducteurs et fondants, ou formés au contact de l'oxygène libre ou combiné, dans les opérations de fabrication des métaux et alliages. On retrouve ces laitiers dans la métallurgie extractive, ferreuse et non ferreuse. Les constituants principaux des laitiers sont le plus souvent l'oxyde de calcium CaO ou chaux, le dioxyde de silicium SiO2 ou silice, et le sesquioxyde d'aluminium AI203, ou alumine. Ce sont les oxydes les plus stables thermodynamiquement, et donc difficilement réductibles par carbothermie. Ils sont en revanche facilement obtenus par

oxydation des métaux correspondants.

Dans le cas particulier de la filière électrique, ces laitiers renferment également des éléments présents dans l'acier élaboré, sous leur forme

métallique ou oxydée.

Par poussières selon l'invention, on entend les particules solides captées dans les fumées d'aciéries, par les filtres. Elles sont émises au four à arc pour partie au moment de l'enfoumement des ferrailles et, pour une autre partie, elles résultent du procédé lui-même. Ces poussières présentent des composants chimiques analogues à ceux constituant les laitiers, toutefois dans des proportions différentes. Elles se distinguent principalement des laitiers par la présence de métaux volatils comme le zinc, le plomb et le cadmium, qui y sont

présents principalement sous la forme d'oxydes.

Par traitement physico-chimique selon l'invention, on entend le (ou les) traitement(s) de réduction des oxydes métalliques et les étapes usuelles de coulée, moulage et solidification du laitier, qui permettent de pratiquer la mise au titre par contrôle de sa composition chimique et sa présentation physique

adaptée à sa commercialisation (lingots, morceaux, granulés).

La réduction des oxydes métalliques est réalisée par adjonction de réducteurs. Les réducteurs sont des produits réducteurs classiquement utilisés en métallurgie, à savoir les produits carbones réducteurs comme des cokes,

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c'est-à-dire coke de pétrole, coke métallurgique, des anthracites, et des houilles,

généralement sous forme de poussières, grains ou morceaux.

Sont aussi utilisés des mix réducteurs spécifiques usuels, comme du carbure de silicium, du silicium et alliages du silicium comme du ferrosilicium, notamment du ferro-silicium à 75 % de silicium, du silicomanganèse, du silico- calcium, de l'aluminium, pur, allié ou en mélange, par exemple sous forme de

crasses issues de la métallurgie de l'aluminium.

Le procédé de l'invention permet de valoriser le laitier, et éventuellement les poussières, en séparant la fraction métallique du laitier de la io partie minérale du laitier, c'est-à-dire le résidu de la séparation de la fraction

métallique, ou la partie du iaitier traité dont on a séparé la fraction métallique.

Par fraction métallique selon l'invention, on entend le mélange constitué par l'alliage résultant de la réduction, l'acier emprisonné et le réducteur

en exces.

Contrairement au procédé usuel de traitement du laitier, qui consiste essentiellement à le faire solidifier en le versant sur le sol avant de l'acheminer à l'état solide vers le stockage, sans traitement chimique, le procédé de traitement de l'invention est réalisé avec du laitier qui est et reste liquide tout

au long de son traitement, notamment lors de l'étape ou des étapes de réduction.

Par laitier liquide, on entend du laitier dont la température est de l'ordre de 1300 C à 1800 C, plus précisément autour de 1500 C. Le laitier peut être traité directement à sa sortie du four, ou encore le traitement réalisé avec du laitier maintenu à une température o il est liquide, par exemple proche de sa

température de sortie du four.

L'énergie sensible du laitier est de ce fait conservée et utilisée.

Toutefois, cette énergie peut être insuffisante et il peut être nécessaire, pour compenser la déperdition d'énergie durant la sortie, le stockage et le transfert du laitier, et durant le traitement réducteur lui-même dont certaines des réactions

sont endothermiques, d'apporter de l'énergie au laitier.

Peuvent être prévus tous moyens usuels de chauffage de récipient

susceptibles de contenir du métal ou laitier liquide, dans l'industrie sidérurgique.

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On peut aussi prévoir de réaliser un apport d'énergie pour réaliser le traitement lui-même. Cet apport d'énergie peut être réalisé grâce à un chauffage par

électrodes immergées dans le laitier liquide ou par arc électrique.

Ainsi, les objectifs de la métallurgie secondaire des laitiers atteints selon l'invention sont multiples: - valoriser les laitiers, et éventuellement les poussières, et notamment la fraction minérale des laitiers, par des applications commerciales, lesquelles conduisent à limiter ou à éviter la mise en décharge, en obtenant des produits inertes et commerciaux; - valoriser les métaux contenus dans les laitiers; valoriser l'énergie contenue dans les laitiers; - valoriser l'état laitier défini comme un mélange liquide à haute température de composés oxydés thermodynamiquement stables et ses synergies avec les poussières de four en traitant celles-ci dans le laitier; - neutraliser les composés toxiques éventuellement contenus dans

le laitier et dans les poussières de four.

Comme cela apparaîtra dans la description détaillée et dans les

exemples ci-dessous, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans

des installations initialement prévues pour la métallurgie usuelle de l'acier.

Selon l'invention, le traitement réducteur comporte au moins une étape de réduction par des réducteurs carbonés. Il peut toutefois comporter une

étape supplémentaire de réduction par des mix réducteurs.

A titre d'exemple, la quantité de carbone fixe, c'est-à-dire la quantité de carbone utilisé en tant que réducteur thermodynamique dans les réducteurs carbonés, est comprise entre 25 et 100 kg/t de laitier ou de mélange de laitier et des poussières, dans le cas des aciers au carbone, et comprise entre 0 et 25 kg/t de laitier ou de mélange du laitier et des poussières, dans le cas des aciers inoxydables. Lorsqu'une étape supplémentaire de réduction par des mix réducteurs est réalisée, c'est-à-dire que l'on réalise une réduction fine après la réduction grossière réalisée aux réducteurs carbonés, on utilise des quantités de

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mix réducteurs de l'ordre de 10 à 50 kg/t de laitier ou du mélange de laitier et des poussières. Comme moyen de chauffage, durant les étapes de réduction, on prévoit un chauffage électrique. Celui-ci peut être réalisé par immersion d'une ou plusieurs électrodes dans le laitier liquide; le laitier liquide agit alors comme résistance. On peut aussi réaliser le chauffage en utilisant des électrodes situées au-dessus du laitier liquide; il se crée alors un arc électrique entre les électrodes

et le laitier.

Par ailleurs, il peut être nécessaire de prévoir un chauffage annexe, en dehors de l'étape ou des étapes de réduction, c'est-à-dire par exemple pendant la coulée du laitier hors du four de production de l'acier, et/ou pendant les phases d'attente entre deux opérations de traitement de la métallurgie secondaire du laitier, ou encore en préchauffage des récipients o vont être versés le laitier ou les fractions une fois séparées. Ce chauffage annexe peut être réalisé par combustion de produits fossiles avec de l'air ou de l'oxygène, ou

de l'air enrichi en oxygène.

Pour la phase de chauffage et pendant la durée de la coulée, plutôt

qu'un brûleur oxyde/gaz naturel, on peut utiliser un brûleur à combustion fossile.

Selon l'invention, les réducteurs sont introduits dans le laitier

liquide.

Les réducteurs carbonés et mix réducteurs, avant leur introduction dans le laitier, sont stockés sous forme solide, granulaire ou pulvérulente. Selon leur granulométrie, I'adjonction peut être réalisée par injection, insufflation, projection, ou par gravité, par exemple à l'aide d'une vis sans fin ou d'un extracteur vibrant. On peut aussi les introduire dans le récipient de traitement

avant d'y couler le laitier. Pour l'injection, on utilise des lances.

Dans un aspect particulier du procédé de traitement des laitiers de l'invention, on peut aussi traiter les poussières. Dans ce cas, les poussières préalablement stockées ou provenant directement des filtres peuvent être introduites par des moyens adaptés à leur granulométrie, ou encore être

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introduite dans le récipient de traitement du laitier avant que celui-ci n'y soit verse. L'invention concerne également un procédé de traitement de poussières d'aciérie, caractérisé en ce que l'on introduit les poussières dans du laitier liquide, en ce que l'on soumet le mélange des poussières et du laitier liquide à un traitement physico-chimique réducteur, en ce que l'on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du mélange traité, et en ce que l'on

récupère la fraction métallique et la fraction minérale.

Dans les exemples ci-après, les poussières sont traitées dans le procédé de traitement. Toutefois, dans la variante o les poussières de four d'aciérie ne sont pas traitées, le poste de traitement peut voir ses moyens

d'introduction des poussières inactivés.

Une fois la réduction opérée, et la mise au titre éventuelle effectuée, la séparation de la fraction métallique de la fraction minérale s'opère par décantation. Cette décantation peut être réalisée dans le creuset, la poche ou le four dédié o a eu lieu le traitement réducteur. On récupère alors la fraction métallique d'une part et la fraction minérale d'autre part, à l'état liquide, par coulée. Des trous de coulées peuvent être prévus dans le récipient o la décantation a lieu, dans sa partie supérieure pour la fraction minérale, et sa partie inférieure pour la fraction métallique. On peut aussi prévoir de verser la fraction métallique, en inclinant le four, dans une poche o une mise au titre correspondant à l'utilisation finale peut être opérée, avant la préparation physique de la fraction minérale du laitier. Il peut être prévu par exemple une granulation par des systèmes usuels à air ou à eau. La fraction métallique est

quant à elle traitée de façon usuelle en métallurgie, par exemple lingotage.

Du point de vue des temps de traitement, la durée de traitement de la métallurgie secondaire du laitier, depuis la sortie de la poche du laitier sous le four d'aciérie jusqu'à la coulée finale de la fraction minérale, peuvent aller jusqu'à minutes, et sont de l'ordre de 30 à 90 minutes, des durées plus courtes étant obtenues dans le cas des aciers inoxydables. Dans le cas o le laitier seul est

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traité, c'est-à-dire o les poussières ne le sont pas, des durées plus courtes que

minutes, de l'ordre de 25 minutes, peuvent également être obtenues.

Du fait de ces durées, il apparaît un autre avantage du procédé de l'invention, à savoir que la métallurgie secondaire du laitier peut être mise en oeuvre indépendamment du cycle de production de l'acier lui- même. De ce fait, il

résulte que le traitement de production de l'acier devient encore plus productif.

Comme cela apparaît dans les exemples ci-après, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre avec des installations et moyens similaires à ceux de la métallurgie secondaire de l'acier. Ainsi, les récipients pour recueillir et

traiter le laitier peuvent être des fours refroidis à l'eau, o le laitier forme un auto-

creuset, ou des fours ou cuves réfractaires, ou des fours-poche. Ces fours peuvent servir en même temps à transporter, stocker du laitier liquide en attente

de traitement et à y effectuer le traitement avant décantation et coulée.

EXEMPLE 1

Une aciérie produit annuellement 540000 t de produits plats d'un

mix d'aciers inoxydables, 50 % ferritiques, 50 % austénitiques.

Les outils de production sont un four électrique triphasé de capacité 100 t par coulée, un convertisseur AOD ("Argon Oxygen Decarburation") d'une capacité de 100 t par coulée, une installation de métallurgie secondaire et une

coulée continue.

Cette aciérie produit annuellement 54000 t de laitier de four électrique, 54000 t de laitier de convertisseur AOD et 6000 t de laitier de

métallurgie secondaire, soit, tous laitiers confondus, 114000 t.

Elle produit enfin annuellement 8400 t de poussières de four électrique, 2400 t de poussières de convertisseur AOD et 200 t de poussières de

métallurgie secondaire, soit, toutes poussières confondues, 11000 t.

Art antérieur Usuellement, les laitiers sont coulés en fosse, solidifiés, puis broyés et criblés pour en récupérer les aciers inoxydables contenus sous forme de

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morceaux, grains et poussières. Après ce traitement, on a une "farine" de laitiers, qui est soit mise en décharge avec tous les problèmes d'envolement dû au vent,

soit vendue à une cimenterie voisine. Les poussières sont mises en décharge.

Mise en oeuvre de l'invention Le four électrique produit 9 tonnes +/- 2 t de laitier et 1,4 t +/- 0,3 t de poussières par coulée, le temps moyen entre deux coulées successives étant

o0 de 60 minutes.

Le convertisseur AOD produit 9 t +/- 2 t de laitier et 0,4 t +/- 0,1 t de poussières par coulée, le temps moyen entre deux coulées successives étant de

minutes.

Enfin, la métallurgie secondaire de l'acier produit 1 t +/- 0,2 t de

laitier et 0,03 t de poussières aussi avec un cycle de 60 minutes.

Au total, la métallurgie secondaire du laitier traite en 60 minutes 19 t

+/- 4 t de laitiers et 1,8 t +/- 0,4 t de poussières.

Sa capacité de traitement permet de traiter tous les laitiers et toutes

les poussières produites par l'aciérie, soit 20,8 t +/- 4,4 t par heure.

On évalue l'accroissement de capacité de production de l'aciérie à % et la capacité nominale de la métallurgie secondaire du laitier est d'environ t/h. On a reporté dans le tableau ci-dessous la composition moyenne

des laitiers et des poussières ainsi que celle de leurs mélanges.

Tableau

composition moyenne du laitier de four, du laitier d'AOD, des poussières de four, des poussières d'AOD et du mélange laitiers/poussières dans les proportions respectives 90190/1414 kg par t d'acier

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composé laitier laitier poussières poussières mélange four AOD four AOD laitiers et poussières CaO 40, 7 53,7 10,0 4,5 43,7 SiO2 31,1 30,8 6,3 n.d. 29,2 A1203 8,7 3,3 1,3 n.d. 5,7 MgO 5,8 4,7 2,1 n.d. 5,0 FeO 2,5 0,8 33,1 51,4 4,9 MnO 2,4 0,9 5,1 12,9 2,1 Cr203 7,2 1,9 14,0 21,9 5,6 NiO 0,1 0,1 2,2 2,0 0,3 autres 0,8 2,5 7,9 4,8 1,4 ZnO n.d. n.d. 16,1 1,5 1,2 PbO n.d. n.d. 1,2 1,0 0,1 CdO n.d. n.d. n. d. n.d. n.d. F 0,6 1,2 0,03 n.d. 0,8

CI n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

Na n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

K n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

C 0,1 0,1 0,7 n.d. 0,1 iB(CaO/SiO2) 1,31 1,74 1,59 n.d. 1,50 Total 100 100 100 100 100 Il 2780965 Dans le cas de l'aciérie objet de l'exemple, I'installation de métallurgie secondaire a été placée à 70 m du four électrique et à 150 m du

convertisseur AOD.

La séquence des opérations de production des aciers inoxydables est telle que le laitier du four électrique contenu dans une poche transportée au pont roulant arrive en même temps que la poche contenant le laitier du

convertisseur AOD. Chaque poche a une capacité de 14 t de laitier.

Pour éviter des pertes thermiques trop importantes pendant les attentes sous le four électrique et à côté du convertisseur, on maintient les poches chaudes en utilisant des brûleurs, des couvercles ou des couvertes; ces deux derniers systèmes sont utilisés aussi pendant les transferts jusqu'au poste

de traitement.

Le brûleur installé sous le four électrique est un brûleur

oxygène/propane d'une puissance nominale de 750 thermies.

Le poste de traitement comprend un four électrique de capacité de t de laitier et de puissance 7 MW correspondant au traitement simultané des

mélanges de laitiers et de poussières.

Le four comprend une électrode centrale et une électrode de sole, l'alimentation électrique pouvant être faite soit en courant alternatif monophasé,

soit en courant continu.

Les parois verticales extérieures du four sont refroidies à l'eau pour

former un auto-creuset.

La sole, conductrice, est aussi refroidie à l'eau, et est en matière carbonée. Le four est fixe et on a deux trous de coulée, le plus haut destiné à la coulée du laitier final minéral, c'est-à-dire la fraction minérale du laitier traité, le plus bas à la coulée de la fraction métallique du laitier traité, ou "métal". On appelle "métal" le mélange liquide constitué pour partie par les aciers inoxydables accompagnant les laitiers et pour partie par l'alliage obtenu par réduction des composés réductibles contenus dans les laitiers. Le dernier trou de

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coulée est situé légèrement au-dessus de la sole et on travaille donc en

permanence avec un pied de bain de métal liquide.

Le four est étanche, muni d'un couvercle mobile avec des passages étanches pour l'électrode centrale, la captation des gaz et l'introduction des produits de traitement et d'addition. Les gaz sont captés et traités, en particulier dépoussiérés par un

système de filtration à sec, avant d'être envoyés à l'atmosphère.

Les produits d'addition et de traitement sont stockés dans des trémies placées juste à côté du four; celles des poussières de four électrique et de convertisseur AOD sont de grande capacité et sont alimentées par camion citerne. Les poches de laitiers en provenance du four électrique et du convertisseur sont vidées au pont dans le four de traitement contenant le pied de bain de métal liquide et un peu de laitier de la précédente opération: cette opération de versage a lieu alors que le couvercle du four de traitement a été mis sur le côté. Lorsque le four de traitement est rempli, le couvercle est remis en position et le traitement commence avec simultanément la mise en chauffe à puissance électrique nominale, I'introduction des poussières de four et des

réducteurs carbones.

Les poussières, seules ou en mélange avec un réducteur carbone, sont introduites par gravité, soit sous forme de boulettes avec un extracteur

vibrant, soit sous forme de poussières avec une vis sans fin.

Les réducteurs carbonés, en granulométrie 2 à 10 mm, sont aussi

introduits par gravité.

On observe après quelques instants un léger moussage du laitier

qui disparaît au bout de 10 minutes.

On introduit alors, toujours par gravité, un mix réducteur composé pour 60 % en poids par du carbure de calcium technique en granulométrie 2 à mm et pour 40 % en poids par du ferro-silicium 75 % en granulométrie 5 à 20 mm. Après 10 minutes, les réactions de réduction sont terminées, ce que l'on

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vérifie par une analyse du laitier. Le chauffage électrique est ramené à 20 % de

la puissance nominale et on procède aux éventuelles correction d'analyse.

Le laitier est laissé au repos pendant 15 minutes pour permettre la

séparation du métal contenu dans le laitier.

On ouvre alors le trou de coulée du laitier qui est recueilli dans une poche de capacité 25 t, ensuite amenée à un stand de granulation à l'air,

opération réalisée en 10 minutes.

Le laitier minéral granulé a la composition suivante. CaO: 49 %; SiO2: 32 %; A1203: 6 %; MgO: 5 %; FeO, MnO et Cr203: moins de 2 %

io chacun; ZnO et PbO: moins de 1 % chacun.

Le trou de coulée du métal est ouvert seulement toutes les 4 heures (au lieu d'une fois par heure pour le laitier) de façon à couler une quantité plus importante de métal. Celui-ci, coulé en poche, est ensuite coulé en lingotières o il se solidifie; enfin, il est fragmenté en morceaux qui seront

réintroduits comme composant de la charge, par exemple dans le four électrique.

Une alternative consiste à verser directement le métal liquide dans

le four électrique, évitant ainsi l'étape de solidification et de fragmentation.

Le métal produit a, dépendant principalement des laitiers et poussières traités, dans l'exemple considéré, la composition suivante: chrome: 27 %; nickel: 3 %; silicium: 1 %; carbone: 1 %; le solde étant principalement

du fer.

Les poussières recueillies dans les filtres de l'installation de dépoussiérage du four de traitement ont, dépendant principalement des poussières traitées, dans l'exemple considéré, la composition suivante: ZnO: 62 %; PbO: 5 %, le solde étant des halogénures de sodium, potassium et

calcium et de très faibles quantités d'oxydes de fer, c'est-à-dire moins de 1 %.

Pour réaliser le traitement de cet exemple, on a noté les mises au mille suivantes par tonne de mélange de laitiers et de poussières: - produits utilisés: anthracite: 6 kg; carbure de calcium technique: 20 kg; ferrosilicium 75 %: 12 kg; électricité: 196 kwh; gaz propane: 2 Nm3;

oxygène, 4 Nm3.

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- produits obtenus: laitier final minéral: 870 kg; métal: 110 kg;

poussières secondaires:4 kg.

Le traitement dure 35 minutes dans le four, 45 minutes en incluant la granulation, tous temps comptés à partir du moment o les laitiers sont versés dans le four de traitement. Ainsi, selon la présente invention, le procédé de métallurgie secondaire du laitier supprime les mises en décharge de laitiers et de poussières, conserve la valorisation actuelle des aciers inoxydables mélangés aux laitiers et permet la vente de la totalité du laitier final minéral à différentes io industries utilisatrices, cimenterie, travaux publics, construction, sidérurgie, etc.

EXEMPLE_2

Une aciérie produit annuellement 600000 t de billettes bonnes

d'aciers au carbone destinées à la production de ronds à béton.

Les outils de production sont un four électrique double cuve à courant continu de capacité 110t par coulée, une installation de métallurgie

secondaire et une coulée continue.

Cette aciérie produit aussi annuellement 70000 t de laitier de four électrique et 5000 t de laitier de métallurgie secondaire, soit, tous laitiers

confondus, 75000 t.

Elle produit enfin annuellement 9600 t de poussières de four électrique et 400 t de poussières de métallurgie secondaire, soit, toutes

poussières confondues, 10000 t.

Art antérieur Usuellement, le laitier de four est coulé en poche, transporté à proximité du crassier de l'usine, coulé au sol et repris, solide et refroidi, à l'engin

pour être stocké sur le crassier; il n'y a pas de vente de laitier. Les poussières de four sont (a) soit repassées au four électrique, avec

l'avantage de les enrichir en zinc et avec l'inconvénient de perturber légèrement la marche du four électrique: augmentation par tonne de billettes bonnes de la consommation électrique de 10 kwh et de la consommation de

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produits carbones de 6 kg et baisse de productivité de 3 minutes sur la durée entre deux coulées successives; (b) soit confiées à un opérateur industriel qui

fait payer une redevance de traitement.

Mise en oeuvre de l'invention Le four électrique produit 12 t +/- 2 t de laitier et 1,6 t +/- 0,3 t de poussières par coulée, le temps moyen entre deux coulées successives étant de minutes. Tenant compte de la métallurgie secondaire de l'acier, la métallurgie secondaire du laitier doit traiter 13 t +/- 2 t de laitiers et 2 t +/- 0, 4 t de

poussières, soit au total 15 t +/- 2,4 t en 45 minutes.

On évalue l'accroissement de capacité de production de l'aciérie à % et la capacité nominale de la métallurgie secondaire du laitier est d'environ

28 t/h.

On a reporté dans le tableau ci-dessous la composition moyenne

des laitiers et des poussières ainsi que celles de leurs mélanges.

Tableau

composition moyenne du laitier, des poussières de four et du mélange laitiers/poussières dans les proportions respectives 110115 kg par t d'acier composé laitier poussières mélange laitiers et four four poussières CaO 35 9 31,9 SiO2 16 5 14,7

A1203 6 1 5,4

MgO 6. 2 5,5 FeO 30 32 30,2 MnO 5 4 4,9 Cr203 1 n.d. 0,9

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composé laitier poussières mélange laitiers et four four poussières autres 1 n.d. 0,9 ZnO n.d. 34 4,1 PbO n.d. 4,5 0, 5

CdO n.d. n.d.

F n.d. 1 0,1 CI n. d. 3,5 0,4 Na n.d. 1 0,1 K n.d. 1 0,1 C n.d. 2 0,2 iB(CaO/SiO2) 2,19 1,80 2,17 Total 100 100 100 Dans le cas de l'aciérie objet de l'exemple, I'installation de

métallurgie secondaire a été placée à 30 m du four électrique.

La laitier sortant du four est coulé dans une poche de capacité de 20 T de laitier et de poussières. La séquence des opérations de traitement du laitier et de poussières s'adapte à celle des opérations de production des aciers au carbone

dont elle est totalement indépendante.

Pour tenir compte des incidents de marche du four électrique et être définitivement indépendant de la marche de celui-ci, pour éviter des pertes thermiques trop importantes pendant les attentes sous le four électrique, on maintient les poches chaudes en utilisant des brûleurs, des couvercles ou des couvertes, ces derniers systèmes sont utilisés aussi pendant les transferts

jusqu'au poste de traitement.

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Le brûleur installé sous le four électrique est un brûleur

oxygène/fuel d'une puissance nominale de 1200 thermies.

Le poste de traitement comprend: - un système porte électrodes à trois électrodes en carbone avec couvercle s'adaptant sur la poche qui fait office de creuset; - une alimentation électrique en courant alternatif triphasé, avec une puissance électrique nominale de 13 mw; - un système de refroidissement par eau des parois verticales extérieures de la poche pour former un auto-creuset; - un accès pour un pont roulant pour manutentionner la poche et en particulier pour la basculer au poste de coulée; - le couvercle mobile est étanche avec des passages pour les trois électrodes, la captation des gaz ainsi que le chargement des produits de

traitement et d'addition.

Les gaz sont captés et traités, en particulier dépoussiérés par un

système de filtration à sec, avant d'être envoyés à l'atmosphère.

Les produits d'addition et de traitement sont stockés dans des trémies placées juste à côté du four; pour les poussières de four électrique, la trémie est directement raccordée par conduit étanche à l'installation de

dépoussiérage du four électrique.

Enfin, des injecteurs d'oxygène, destinés à la post-combustion du

gaz de réduction de l'oxyde de fer par le carbone, sont solidaires du couvercle.

La poche de laitier en provenance du four électrique est amenée au

poste de traitement par un chariot porte-poche sur rail.

Le couvercle est alors mis en place et le traitement commence avec simultanément la mise en chauffe à puissance électrique nominale, I'introduction des poussières de four par injection et des réducteurs carbones, en

granulométrie 2 à 10 mm, par trémie peseuse avec extracteur vibrant.

Pratiquement instantanément, on observe un fort moussage du laitier; les électrodes travaillent alors en arc-résistance de la même façon que le

four électrique d'aciérie opérant avec un laitier moussant.

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Après 15 minutes, le moussage a considérablement perdu de son intensité et on vérifie que toutes les teneurs en oxydes réductibles sont devenues inférieures à 5 % pour FeO, MnO et Cr203, et inférieures à 1 % pour

ZnO et PbO.

On arrête l'injection des poussières et l'addition des réducteurs carbones et on aborde l'étape de réduction poussée en faisant d'abord agir du carbure de calcium technique à hauteur de 90 % en poids du mix réducteur en

même temps qu'on réduit la puissance électrique à 60 % de sa valeur nominale.

On a immédiatement un moussage important qui disparaît au bout de 5 minutes.

* 0o On ajoute alors du silico-calcium à hauteur de 10 % en poids du mix réducteur en même temps qu'on abaisse le chauffage électrique à 30 % de sa puissance nominale: les électrodes sont alors immergées dans le laitier et travaillent en

résistance pure. Après 5 à 10 minutes, les réactions de réduction sont terminées.

Si nécessaire, on procède alors aux additions de correction de la composition du laitier final minéral et on s'assure que sa température est égale à celle de consigne, c'est-à-dire la température de coulée finale augmentée des

chutes de température dues aux attentes, en particulier à l'étape de décantation.

Si le temps le permet, on peut ne pas changer la poche de place et attendre les 15 minutes nécessaires pour obtenir une séparation satisfaisante, d'au moins 70 % de métal récupéré, par décantation. "Métal" a ici le même sens

qu'à l'Exemple 1.

On peut aussi amener la poche au poste de coulée du laitier et du métal par le pont roulant, I'attente correspondant à la décantation se faisant alors

à ce poste.

La décantation faite, la poche est vidée par basculement dans des lingotières planes en fonte, le métal étant coulé en demrnier et séparément du laitier. Les lingots de laitier et de métal sont séparément solidifiés et refroidis avant d'être concassés pour obtenir les granulométries requises par leurs applications.

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Le laitier final minéral a, dans les conditions de l'exemple, la composition suivante. CaO: 52 %; SiO2: 23 %; A1203: 9 %; MgO: 9 %; FeO,

MnO et Cr203: moins de 2 % chacun; ZnO et PbO: moins de 1 % chacun.

Le métal produit a, dépendant principalement des laitiers et poussières traités, dans l'exemple considéré, la composition suivante:

manganèse: 7,8 %; carbone: 3,2 %, le solde étant principalement du fer.

C'est un ferro-manganèse carburé assez proche par sa composition

de la fonte spiegel autrefois utilisée par les sidérurgistes.

Les poussières recueillies dans les filtres de l'installation de dépoussiérage du poste de traitement ont, dépendant principalement des poussières traitées, dans l'exemple considéré, la composition suivante: ZnO: 59 %; PbO: 5 %; MnO: 3 %; le solde étant des halogénures de sodium, de potassium et calcium et de très faibles quantités d'oxydes de fer, c'est-à-dire

moins de 1 %.

Pour réaliser le traitement de cet exemple, on a noté les mises au mille suivantes par tonne de mélange de laitier et de poussières: - produits utilisés: coke de pétrole à 90 % de carbone: 54 kg; coke sidérurgique à 90 % de carbone: 18 kg; carbure de calcium technique: 22 kg; silico- calcium: 2 kg; chaux de ajustement du titre: 10 kg; électricité: 475 kwh; fuel:4 kg; oxygène: 6 Nm3; - produits obtenus: laitier final minéral: 570 kg; métal: 236 kg;

poussières secondaires: 63 kg.

Le traitement aura duré entre 35 et 40 minutes au poste de traitement, entre 50 et 55 minutes décantation inclus, entre 60 et 65 minutes

coulée en lingotières inclus.

Ainsi, selon cet exemple de réalisation de l'invention, le procédé de métallurgie secondaire du laitier supprime la mise en décharge du laitier, évite le prix du traitement des poussières, que ce soit en coût supplémentaire au four électrique ou en redevance à payer au transformateur exploitant par exemple un four Waelz et permet la vente. de la totalité du laitier final minéral aux différentes

industries utilisatrices: cimenterie, travaux publics, construction, sidérurgie.

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Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement de laitier, caractérisé en ce que l'on soumet le laitier liquide à un traitement physico-chimique réducteur, on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du laitier traité, et

on récupère la fraction métallique et la fraction minérale.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le

laitier est un laitier de four d'aciérie électrique.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le traitement physico-chimique est réalisé par ajout de réducteurs au laitier liquide.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le laitier liquide est traité directement à la sortie du four et/ou maintenu liquide

entre la sortie du four et son traitement réducteur.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en

ce que le traitement réducteur est réalisé par adjonction au laitier liquide de matériaux réducteurs choisis parmi les produits carbones réducteurs et les mix réducteurs.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en

ce que le traitement réducteur comporte une étape de réduction par des réducteurs carbones, éventuellement suivie d'une étape de réduction par des

réducteurs métalliques.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en

ce qu'avant ou durant le(s) traitement(s) réducteur(s), le laitier est chauffé.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le chauffage est électrique et réalisé à l'aide d'une ou plusieurs électrodes, les électrodes étant immergées dans le laitier liquide ou situées au-dessus du laitier liquide.

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9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en

ce qu'un chauffage du laitier ou des récipients destinés à son transport, son

stockage, font l'objet d'un chauffage.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en

ce que la séparation des fractions métallique et minérale est effectuée par décantation.

11. Procédé selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé

en ce que la durée du traitement du laitier, entre la sortie du four et la séparation

par coulée de la fraction minérale, est comprise entre 25 et 90 minutes.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé

en ce que l'on soumet, en outre, des poussières d'aciérie au traitement du laitier

liquide, en introduisant les poussières dans le laitier.

13. Procédé selon l'une des revendications 3 à 12, caractérisé

en ce que la quantité de réducteurs carbonés utilisés pour le traitement réducteur, par tonne de laitier ou de mélange de laitier et de poussières, est comprise entre 25 et 100 kg pour des aciers au carbone et 0 et 25 kg pour des

aciers inoxydables.

14. Procédé selon l'une des revendications 3 à 13, caractérisé

en ce que la quantité de mix réducteur utilisée pour le traitement réducteur, par tonne de laitier ou de mélange de laitiers et de poussières, est comprise entre 10

et 50 kg.

15. Procédé de traitement de poussières d'aciérie, caractérisé en ce que l'on introduit les poussières dans du laitier liquide, en ce que l'on soumet le mélange des poussières et du laitier liquide à un traitement physico-chimique réducteur, en ce que l'on sépare la fraction métallique de la fraction minérale du mélange traité, et en ce que l'on récupère la fraction métallique et la fraction minerale.