Granulation de fer liquide

Granulation de fer liquide

La granulation de fonte liquide est une méthode de gestion de la production excédentaire de métal chaud dans un haut fourneau (BF) qui ne peut pas être consommée par la fabrication d'acier dans l'atelier de fusion d'acier d'une usine sidérurgique intégrée. Il s'agit d'une méthode rentable de production d'un produit solide connu sous le nom de fer granulé (GI). Le GI a de bonnes propriétés chimiques et physiques comme la fonte brute et peut être utilisé comme matière première de choix pour la fabrication de l'acier.

GI a une composition chimique identique à la fonte liquide qui est granulée. Il n'y a pas d'oxydation ou de piégeage de scories dans le GI et la teneur en métal est élevée. La figure 1 montre quelques morceaux de GI.

Fig 1 Fer granulé

Une usine GI s'occupe de tout décalage entre la production dans les installations de fabrication de fer et les besoins en fonte liquide dans les installations de fabrication d'acier. Il est positionné logistiquement entre les deux installations. L'excès de fer liquide du BF est détourné vers l'usine GI pour la production de GI. Cela élimine la réduction du volume de vent chaud au BF tout en produisant du GI qui peut être utilisé comme matière première interne comme liquide de refroidissement dans le BOF, ou pour les ventes externes à utiliser par les cubilots, les fours à induction (IF) et les fours à arc électrique (EAF).

Les usines GI peuvent être construites et exploitées avec des capacités correspondant aux sorties BF. Ils sont une alternative aux machines de coulée de porc (PCM) mais avec des capacités considérablement plus élevées. Les capacités des MCP même double brin sont limitées en raison du temps de solidification de la fonte liquide dans les gueuses. Les PCM nécessitent également une maintenance mécanique fréquente en raison de la conception complexe. Le GI a des propriétés identiques à celles de la fonte mais avec l'avantage supplémentaire de pouvoir être manipulé dans des systèmes de bacs.

Les quatre étapes de base du processus de granulation de la fonte liquide sont les suivantes.

• Contrôle du débit de fonte liquide vers le granulateur
• Granulation par formation de gouttelettes de fonte liquide et leur trempe rapide dans l'eau
• Décharge de GI solidifié et refroidi généralement par éjecteur air-eau
• Assèchement du GI et transport vers le lieu de stockage

L'équipement et le processus de granulation

  L'équipement peut être conçu pour la granulation de gros lots de fer liquide et à la cadence de production d'un BF. Le principe est basé sur le transfert de chaleur entre la fonte liquide et l'eau de refroidissement. La chaleur dégagée lors du refroidissement et de la solidification de la fonte liquide est transférée à l'eau de refroidissement, qui évacue la chaleur du processus.

Les équipements utilisés pour la granulation du fer sont des équipements standards.

Pour la manipulation des poches de fonte liquide à l'usine de granulation, une tourelle à deux poches, similaire à la tourelle utilisée dans une machine de coulée continue, est utilisée. La tourelle en combinaison avec un répartiteur peut assurer une séquence de fonctionnement fluide à l'usine de granulation sans aucune discontinuité entre les poches de fonte liquide.

Les répartiteurs utilisés pour la granulation du fer sont des répartiteurs de coulée continue standard avec des modifications mineures. Les répartiteurs sont équipés soit d'un système de tige d'arrêt, soit d'un système de porte coulissante. Cela permet d'arrêter rapidement la granulation en cas de problème. Le système standard peut être utilisé pour contrôler le taux de granulation. Le répartiteur et la buse sont normalement préchauffés pendant environ 20 à 30 minutes avant le début de la granulation.

Le granulateur de fer liquide est au cœur du processus. Il se compose d'un réservoir contenant de l'eau et d'un distributeur de fer liquide. La fonction principale du distributeur de fer liquide est de diviser le flux de fer liquide en particules plus petites et de le répartir uniformément sur la surface de l'eau. La division du flux de fer liquide fournit non seulement une plus grande surface pour un refroidissement plus rapide du fer liquide, mais distribue également le fer liquide sur une plus grande surface dans le granulateur. Cela aide également à éviter la concentration de chaleur dans un volume d'eau plus petit et permet ainsi un débit élevé de fer liquide. Le distributeur de fer liquide est un équipement critique car il doit résister aux chocs thermiques et à l'impact à long terme du flux de fer liquide.

La surface extérieure des gouttelettes de fer liquide se solidifie pendant son trajet de déplacement du distributeur à la surface de l'eau et avant de pénétrer la surface de l'eau. La partie interne restante de la gouttelette semi-liquide, maintenant un granulé, est trempée lorsqu'elle frappe la surface de l'eau et commence son mouvement dans le volume d'eau. Au moment de l'impact des granulés dans l'eau, ils se déforment légèrement mais sont empêchés de se fragmenter, évitant ainsi la génération de fines.

Pendant le mouvement des granulés de fer dans l'eau du réservoir de granulation, la chaleur du fer est transférée à l'eau de refroidissement. L'eau de refroidissement permet aux granulés d'atteindre une température inférieure à 100 deg C.

Pour un taux de granulation de 100 tonnes/h, la charge thermique générée qui est transférée de la fonte liquide à l'eau de refroidissement est de l'ordre d'environ 8 M cal/seconde. Le système d'eau est conçu pour prendre en charge cette ampleur de la charge thermique. Dans le système d'eau, la chaleur est distribuée à l'eau de manière à garantir que la concentration de chaleur (unité de chaleur / volume) est inférieure à la concentration critique pour les explosions de vapeur.

Le réservoir de granulation contient suffisamment de volume d'eau nécessaire pour accueillir les gouttelettes de fer liquide formées par la division du flux de fer liquide et par la dynamique d'impact du flux de fer liquide sur la surface de l'eau.

La conception et la construction du réservoir d'eau facilitent la concentration et la décharge des morceaux de GI refroidis du réservoir. Les systèmes d'éjection air-eau sont normalement utilisés pour la décharge de fer granulé refroidi.

Le GI solidifié déchargé est déshydraté et transporté par le tapis roulant vers la zone de stockage où il est stocké dans une pile de stockage pour expédition.

Le système de refroidissement et de manipulation de l'eau est soigneusement équilibré afin de garantir que la grande quantité de chaleur ajoutée par la fonte liquide est évacuée par l'eau de refroidissement. Le système d'eau est normalement un système d'eau de procédé en circuit fermé. Le flux d'eau de refroidissement dans le bac de granulation est à contre-courant du mouvement de la fonte liquide. Lors de son écoulement dans le réservoir granulé, l'eau absorbe la chaleur de la fonte liquide et s'échauffe. L'eau chauffée du réservoir granulé est retirée et renvoyée au système de traitement de l'eau. L'eau de process chaude de retour est refroidie soit dans une tour de refroidissement, soit par des échangeurs de chaleur.

Les usines de granulation de fer liquide sont généralement entièrement automatisées, ce qui permet de n'avoir besoin que d'une petite main-d'œuvre pour exécuter l'ensemble de l'opération. Le temps de passage pour la granulation du fer est généralement d'environ 30 à 40 secondes et a un rendement de procédé supérieur à 99 %. Il s'agit d'une bonne amélioration par rapport aux rendements inférieurs obtenus dans les PCM.

Voici les caractéristiques importantes du processus de granulation de la fonte liquide.

• Temps de démarrage court pour répondre aux décisions de dernière minute de détournement de fonte liquide des installations de fabrication d'acier
• Temps de traitement rapide de la fonte liquide à un GI refroidi
• Aucun changement dans l'analyse chimique du fer en raison de la trempe rapide
• Plus de 99 % du rendement du processus
• Processus robuste avec une haute disponibilité et une maintenance limitée en raison de l'utilisation d'équipements standards
• Facile à utiliser
• Capacité de production élevée correspondant à la production de BF
• Production d'un produit de fer de première qualité ne nécessitant aucun traitement supplémentaire
• Faible impact environnemental
• Disposition flexible et peut être installé dans l'espace existant disponible
• Faible coût d'exploitation
• Coût d'investissement raisonnable

Produit de fer granulé

GI a des propriétés physiques et chimiques cohérentes. Il combine la haute teneur en métal de la ferraille primaire avec la faible teneur en résidus des sources de fer vierges. D'un point de vue pratique, la densité apparente élevée et la forme physique conviennent à une manutention efficace des matériaux.

La composition chimique du GI est la même que celle du fer liquide. L'analyse typique est de 4 % à 4,5 % de carbone, de 0,5 % à 0,6 % de silicium et d'environ 95 % à 95,5 % de fer. Les éléments indésirables (cuivre, nickel, molybdène et étain) sont jusqu'à un maximum de 0,05 %.

Les GI ont une forme compacte et petite d'une sphère aplatie qui se traduit par une densité apparente élevée d'environ 4 tonnes/cum. La taille du GI est comprise entre 8 mm et 25 mm. GI a un angle de repos élevé, ce qui permet un transport et un stockage efficaces.

Certaines des caractéristiques de l'IG sont données ci-dessous.

• Composition homogène
• Pratiquement aucune teneur en oxyde
• Rendement métallique élevé lors de la fabrication de l'acier
• Très bonnes propriétés de préchauffage et fusion/dissolution rapide lorsqu'il est ajouté au processus métallurgique
• Contient du carbure de fer dans la matrice, ce qui est bénéfique pour le remplacement de la ferraille dans les opérations EAF
• Haute densité apparente
• Inerte pendant l'expédition et le stockage
• A une taille et une forme qui facilitent la manipulation avec un tapis roulant, un aimant, un chargeur frontal, des systèmes de bacs et une benne à ferraille
• A une résistance physique et une forme élevées qui éliminent les ruptures lors de la manipulation et réduisent la formation de poussière
• Ne montre aucun comportement pyroforique et peut donc être transporté et manipulé sans souci de combustion. Il est inerte pendant le transport et le stockage

La simplicité du processus de solidification et de refroidissement de la fonte liquide, associée à une capacité élevée répondant à un débit BF standard, rend le processus de granulation de la fonte adapté à l'installation dans les usines sidérurgiques intégrées.