Amélioration et évolution des recyclages à Matagglo

Amélio a ion e é olu ion des ecyclages à Ma agglo. MORATA ROYES Anna 1 Reme ciemen s Je eme cie ou d’abo d Mademoiselle Cla a Fe nandez, manage p ocess opé a ionnel du dépa emen on e e aussi ma u ice de s age, de m’a oi accueilli dans A celo Mi al, de m’a oi aidé ainsi que de m’a oi donné ses conseils pendan ou le pa cou s de mon s age. Je eme cie aussi Monsieu Je emie Galle , manage p ocess suppo , de m’a oi accueilli pou e ec ue mon s age de de niè e année e Mas e Ca alyse e P océdé au sein du dépa emen on e dans le sec eu Ma agglo ainsi que ou e son aide au long de mon s age. Je iens égalemen à eme cie Monsieu Lionel Ga in, manage en i onnemen . Son aide e sa disponibili é m’on pe mis d’a ance dans mon s age. J’exp ime aussi ma g a i ude à l’ensemble du se ice p ocess de Ma agglo, Thie y Gheysens, Jean-Claude Boin, Yann Gou e neu , F anck B ucke , An hony Lampin, Julie Du i ie , Ma hieu Cou in, Ma go Lewandowski, S éphanie Rose, pou leu s explica ions, pou leu disponibili é, pou les isi es du si e e pou m’a oi ai pa age l’ambiance au sein du p ocess. Je souhai e eme cie Monsieu B uno T eulie , du Sys èmes d'In o ma ions, pou m’a oi aidé à ins alle e u ilise ous les p og ammes in o ma iques e ous les documen s don j’ai eu besoin pendan mon s age. Je eme cie aussi ou es les pe sonnes que j’ai pu encon e e qui m’on aidé lo s de mon s age pou l’ob en ion des in o ma ions nécessai es. 2 Résumé L’usine A celo Mi al Dunke que p odui ous les ans 7 millions de onnes d’acie , p incipalemen à pa i de di e s mine ais de e , mais égalemen en ecyclan des cop odui s sidé u giques. Chaque ma iè e p emiè e possède ses a an ages chimiques ( aux de Fe , éne gie), mais égalemen ses incon énien s (Phospho e, zinc8). Le s age consis e, d’une pa , à amélio e le sui i e la p é ision des ecyclages e d’au e pa , à éalise des é udes su l’impac des nou eaux ecyclages pou oi si leu consomma ion es possible, e si c’es le cas, en op imise la quan i é. Pou ai e cela, nous a ons analysé les élémen s qui peu en pose p oblèmes (g âce à la cha e quali é des ecyclages ainsi que la cha e quali é on e) e nous a ons iden i ié quelles son les limi a ions. Summa y The A celo Mi al Dunke que plan p oduces 7 million ons o s eel e e y yea , mainly om di e se i on o e, bu also by ecycling s eel-making e e s. E e y aw ma e ial possesses i s own chemical ad an ages (i on a e, ene gy), bu also d awbacks (Phospho , zinc8). The in e nship I am cu en ly ca ying ou consis s o , on one side, imp o ing he ollow-up and he o ecas o ecycled ma e ials. On he o he side, de elop s udies on he impac o new ecycled ma e ials o see i i is possible o euse hem, and i i ’s he case, op imise he quan i y ha is ecycled. Fo his pu pose, we ha e analysed he elemen s which can aise p oblems (using he cha e quali y o he ecycled p oduc s as well as he cha e quali y o cas i on) and ha e iden i ied wha hei limi a ions a e. Mo s clés Recyclage, agglomé é, acie , on e, lai ie , cha e quali é, ésiduels. 3 Sommai e 1 Le g oupe ................................................................................................................................ 4 1.1 A celo Mi al-A lan ique.................................................................................................... 5 2 In oduc ion .............................................................................................................................. 7 2.1 Objec i s .......................................................................................................................... 7 2.2 Les cop odui s ................................................................................................................. 8 2.3 E a de l’a .................................................................................................................... 10 3 Recyclage des ines é ac ai es ............................................................................................ 12 3.1 Cas d’é ude ................................................................................................................... 12 3.2 Résul a s e discussion .................................................................................................. 14 4 Recyclage du mélange TLS (Top Laye Sin e ing) ................................................................. 18 4.1 Cas d’é ude ................................................................................................................... 18 4.2 Résul a e discussions .................................................................................................. 19 4.2.1 Analyse géné ale ....................................................................................................... 19 4.2.2 Analyse spéci ique silice ............................................................................................ 20 5 Recyclage des calamines ...................................................................................................... 22 5.1 Cas d’é ude ................................................................................................................... 22 5.1.1 E ude ini iale .............................................................................................................. 22 5.1.2 E ude dé aillée ........................................................................................................... 23 5.2 Résul a e discussions .................................................................................................. 25 5.2.1 E ude ini iale .............................................................................................................. 25 5.2.2 E ude dé aillée ........................................................................................................... 26 6 Conclusions e pe spec i es .................................................................................................. 29 6.1 Recyclages .................................................................................................................... 29 6.1.1 Fines é ac ai es magné iques .................................................................................. 29 6.1.2 TLS ............................................................................................................................ 29 6.1.3 Calamines ................................................................................................................. 30 6.2 Changemen s éalisés pendan mon s age .................................................................... 31 6.3 Pe spec i es u u es ...................................................................................................... 31 7 Les e e ences ....................................................................................................................... 32 8 Annexes ................................................................................................................................. 33 8.1 Annexe 1 : Ma iè es p emiè es ...................................................................................... 33 8.1.1 Les mine ais .............................................................................................................. 33 8.1.2 Les ondan s / Les en ées de MgO ........................................................................... 34 8.1.3 Le cha bon ................................................................................................................ 34 8.2 Annexe 2: P océdé d’agglomé a ion .............................................................................. 35 8.2.1 E ape d’homogénéisa ion .......................................................................................... 35 8.2.2 La nodulisa ion .......................................................................................................... 36 8.2.3 Le cha gemen ........................................................................................................... 38 8.2.4 L’allumage ................................................................................................................. 40 8.2.5 Le i age .................................................................................................................. 42 8.2.6 Re oidissemen e condi ionnemen .......................................................................... 42 8.2.7 Cap a ions des umées .............................................................................................. 43 8.3 Annexe 3 : é udes ISO co igés ..................................................................................... 44 4 1 Le g oupe Le g oupe A celo Mi al, leade de l’indus ie sidé u gique, p odui 10 % de l’acie mondial. L’exis ence de essou ces miniè es dans le g oupe es un ac eu a o able pou limi e la hausse des coû s des ma iè es p emiè es. P ésen dans plus de 60 pays, a ec 310 000 sala iés, A celo Mi al es leade su ous les ma chés mondiaux. Les di é en s p odui s d’A celo Mi al : • Acie s pla s au ca bone, • Acie s longs au ca bone, • Acie s inoxydables. Les g ands ma chés d’A celo Mi al : • Au omobile: il es le p emie ou nisseu mondial d’acie des iné à l’indus ie au omobile, a ec une pa de ma ché de 55%. Il a une p ésence indus ielle mondiale, a ec 42 chaînes de e ê emen en Eu ope, Amé ique du No d, Amé ique du Sud e en A ique. • Cons uc ion: il es aussi le p emie ou nisseu d’acie du sec eu de la cons uc ion, a ec une p oduc ion annuelle d’en i on 35 millions de onnes des inées à ce ma ché. • Elec oménage : ce ma ché-là en egis e un aux de c oissance pou an a eind e jusqu’à 5% dans ce aines égions. • Emballage: il es cons ammen à la eche che de nou eaux concep s d’emballages pou une di é en ia ion à a e s les solu ions acie (cane es, boî es à ou e u e acile8) Les aleu s d’A celo Mi al : • Dé eloppemen du able : guide l’é olu ion de la sidé u gie de açon à assu e le meilleu a eni possible à l’indus ie e aux géné a ions u u es. • Quali é : a i e e dé eloppe les meilleu s alen s, a in que les clien s béné icien des meilleu es solu ions. • Leade ship : esp i d’en ep ise qui c ée chaque jou de nou elles oppo uni és à po e au p emie plan de l’indus ie sidé u gique, e alle au-delà de ce que le monde a end de l’acie . La p oduc ion : Pendan 25 ans, l’indus ie sidé u gique a connu une su capaci é ch onique e les p ix chu aien de 3% chaque année. Depuis 2000, l’impo an e demande de la Chine e dans une moind e mesu e des au es ma chés éme gen s, a édui ce e su capaci é e les p ix augmen en pa ou dans le monde. 5 Figu e 1. P oduc ion globale annuelle d’acie (M ) Pa ses p op ié és de ecyclage, l’acie es le ma é iau le plus espec ueux de l’en i onnemen . Pou ce aines applica ions, 90% de l’acie employé es ecyclé. En i on 600 millions de onnes de CO 2 peu en ê e économisées pa an g âce au ecyclage de l’acie à l’échelle mondiale. 1.1 A celo Mi al-A lan ique A celo Mi al A lan ique a un pé imè e la ge au no d de la F ance. Les p incipales ins alla ions son à Dunke que, Ma dyck, Mon a ai e, Des es e La P aye. Le si e de Dunke que, a ec 3400 sala iés, p odui annuellemen 6,7M de b ames e 4,7M de coils. Sui an les engagemen s en i onnemen aux du g oupe, le si e de Dunke que a le dé i de édui e des émissions a mosphé iques e ê e capable de p odui e plus de 7 millions de onnes de b ames pa an en manipulan plus de 14 millions de onnes de mine ai de e e de cha bon. Le si e de Dunke que, d’une su ace de 450 hec a es, es une usine in ég ée a ec un quai de décha gemen des mine ais, deux chaînes d’agglomé a ions, une coke ie, ois hau s ou neaux, ois con e isseu s, ois s a ions de ai emen de poche, qua e coulées con inues e un T ain Con inu à Chaud (TCC). Figu e 2. Di é en es uni és de l’usine de Dunke que. 6 Desc ip ion géné ale du p océdé de ab ica ion d’acie Le dépa emen on e comp end Ma agglo, la coke ie e les hau s ou neaux (HFx) : • L’uni é Ma agglo ai de l’agglomé é à pa i des mine ais, cop odui s e addi i s. • La coke ie se pou l’app o isionnemen des hau s ou neaux en coke (p odui à pa i de cha bons) comme u ilisa ion de combus ible. • Les hau s- ou neaux u ilisen ce agglomé é, ainsi que le coke, pou o me de la on e. La combus ion du coke dans les HFx pe me de édui e le e , ini ialemen sous o me oxydé dans les mine ais e agglomé é : C+O 2  CO 2 pa combus ion C + CO 2  2 CO pa consomma ion du CO 2 Fe 2 O 3 + 3 CO  2 Fe + 3 CO 2 Dans l’acié ie on ans o me la on e qui a i e des hau s ou neaux, iche en C, S e P, en acie liquide. L’excès de ca bone con enu dans la on e es éliminé dans un con e isseu à oxygène. L’acie sau age ob enu es alo s ai é dans une s a ion d’a inage pou égle ès p écisémen sa composi ion chimique inale dé inie en onc ion des besoins du clien . L’acie en usion es e sé en con inu dans le moule de la machine de coulée con inue. En a e san ce moule, il commence à se solidi ie sous o me de b ame. Le T ain Con inu à Chaud (TCC) es l’uni é qui eçoi les b ames d’acie pou les con e i pa laminage en de l’acie plus in e malléable. Ce acie es en oulé en bobine appelée coil. Figu e 3. Schéma géné al de la chaîne de p oduc ion. On peu oi qu’il y a di é en es phases de ans o ma ion (chimique e g anulomé ique) des mine ais ainsi que les équipemen s nécessai es pou l’ob en ion inale de l’acie . Le poin de onc ionnemen de ce p océdé là es oujou s le ésul a du comp omis en e la quan i é, le coû , la quali é e l’en i onnemen . Pou ma pa , j’ai e ec ué mon s age au sein de l’équipe p ocess en cha ge du choix des ma iè es p emiè es consommées, du ecyclage e des pa amè es du p océdé d’agglomé a ion pou a eind e les objec i s. 7 2 In oduc ion 2.1 Objec i s L’objec i p incipal de mon s age consis e à op imise la consomma ion ac uelle des cop odui s (en é udian leu s impac s e les p ocessus dans lesquels ils son in odui s), ainsi que pe me e l’in oduc ion des nou eaux ecyclages. Pou l’accomplissemen de ce objec i , il au : 1. Sui e les ecyclages chaque semaine e op imise la quan i é pa appo aux con ain es e à la p obléma ique de s ockage. 2. Analyse les éca s en e les analyses éelles e héo iques du Top Laye Sin e ing (TLS) : oi chapi e 4. 3. Comp end e les o igines de nou elles ma iè es à ecycle . 4. Analyse les élémen s qui peu en pose des p oblèmes (g âce à la cha e quali é des ecyclages). 5. Voi l’impac chimique des nou eaux ecyclages su la quali é. 6. E udie les in luences de ces ma iè es en onc ion du onnage à consomme . 7. Op imise la consomma ion des cop odui s. 8. Rega de le onc ionnemen de ecyclage des au es usines A celo Mi al. 9. E udie les impac s su la quali é des nou eaux essais de ecyclage. 10. Appo e des solu ions à ces p obléma iques. 11. Essaye ces solu ions e oi le ésul a . Le ecyclage es ès impo an pa ce qu’il pe me de alo ise les cop odui s, qui emplacen des ma iè es p emiè es qui cons i uen 75% du coû de la p oduc ion d’acie . Cela pe me de éalise d’impo an es économies. 8 2.2 Les cop odui s Les cop odui s son ous les ésidus géné és dans le p ocessus de p oduc ion de l’acie . Ils iennen de ou e l’usine e chaque cop odui a un ai emen e un s ockage di é en pa appo à sa chimie. Le ecyclage es un le ie e icace pou économise des ma iè es p emiè es mais il au sa oi qu’il es limi é pa les quan i és s ockées disponibles ainsi que pa les impu e és ou poisons con enus dans les cop odui s qui peu en a ec e la chimie de l’agglomé é e , en conséquence, de l’acie . Nous pou ons dis ingue di é en s ypes de cop odui s pa appo au sec eu de l’usine: • Ma agglo: o Ne oyage Ca boné (ne oyage pa c cha bon pou agglomé a ion). o Ne oyage pa c décha gemen de ba eaux. o Ne oyage des au es pa cs de s ockage des mine ais. Recycle cela nous donne un gain mine ai (en ca bone e en e ). • Hau s-Fou neaux (HFx): o Fines de e ou : ines de c iblage sous accus HFx (agglomé és + mine ais ocheux + boule es). o Poussiè es de gaz : poussiè es issues du dépoussié age du gaz p odui pa le hau ou neau. o Poussiè es di e ses (poussiè es d’assainissemen , e c.). Recycle cela nous donne un gain mine ai ( e ) e en combus ible. • Acié ie: o Poussiè es di e ses issues des équipemen s de dépoussié age. o Lai ie de poche ou sco ies mousseuses : lai ie a inage acié ie. o Ré ac ai es usagés: pa ie ine p o enan du con e isseu . Recycle ces cop odui s nous donne un gain mine ai ( e ). o E incelles on e : issues des lai ie s de désul u a ion de la on e à l'en ée de l'acié ie. o E incelles acié ie : p odui es à pa i des lai ie s de con e isseu e d’a inage. o Boues classi ica eu : p o iennen de la écupé a ion gaz au con e isseu ( ac ion la plus g ossiè e). Recycle ces ois cop odui s nous donne un gain mine ai ( e ) e combus ible. o Boues ines d’acié ie qui p o iennen de la écupé a ion gaz au con e isseu ( ac ion la plus ine). Recycle ce cop odui nous donne un gain en mine ai ( e ),en ondan s e en p oduc i i é (la chaux es sous o me de CaO i e). o Lai ie débo demen : p o ien du con e isseu de l’acié ie. o Lai ie du con e isseu de s ock ancien (appelé aussi Lai ie du Puy ouck). o Lai ie de désul u a ion ou s é ile on e, p o ien de la on e (en ée à l’acié ie) pa ie s é ile. Recycle ces ois cop odui s nous donne un gain mine ai ( e ) e en ondan s. 15 On a éalisé di é en es modi ica ions su l’é ude ISO s anda d de l’usine pou essaye de édui e les impac s des e e s inconnues. L’e e du combus ible (cha bon) ainsi que des mine ais u ilisés écemmen n’é aien pas p is en comp e. Ils on donc é é in ég és. Pou cela nous a ons ai un bilan de ou es les é udes disponibles su Dunke que e nous a ons in ég é les di é en es donnés dans le ichie de calcul. A ec ce e é ude plus dé aillée des impac s, on ob ien les ésul a s sui an s : Tableau 3. Amélio a ion des éca s des e e s inconnus. Tas Pile e e s inconnues a ec ISO s anda d e e s inconnues a ec ISO modi ié 21 PH71 -6,30 -0,63 22 PH72 -5,50 -2,25 23 PH73 -6,10 -1,50 24 PH74 -5,90 -0,35 25 PH75 -6,60 -0,02 26 PH76 -7,40 0,55 27 PH77 -6,00 -0,14 28 PH78 -1,80 -2,76 29 PH79 -4,00 -3,20 Il y a donc une diminu ion des e e s inconnus (sau dans l’é ude ISO du as 28). Cela nous pe me d’a oi moins d’in e é ences e aussi d’ê e plus p oche de oi le possible e e des ines é ac ai es. Su le as 25 la bonne aleu d’ISO s’explique pa les e e s posi i s, plus impo an s que les e e s néga i s (exemple les ines de e ou , la eneu en e , la magnésie8) comme on peu oi su la igu e 5. Analyse des éca s ISO as 25 e é é ence 2011 81,45 82,1 0,33 0,81 -0,14 -0,24 0,21 -0,250,54 -0,02 50 55 60 65 70 75 80 85 90 é 2011 mix hau eu couche ines de e ou indice he ses e o al MgO Conso ca bone di e s ISO as 25 -0,59 Figu e 5. É ude ISO s anda d co espondan à l’agglomé é ob enu du as 25 % 16 Si nous analysons les as 25,26 e 27 (qui con iennen des ines é ac ai es), nous pou ons di e que : • Su le as 25 o L’ISO é ai meilleu que les au es : g âce p incipalemen à un impac posi i de la hau eu de couche, des ines de e ou , du manganèse, ainsi qu’une meilleu e eneu en e . o Les e e s di e ses son p esque nuls e il peu y a oi une compensa ion en e les di é en s e e s (posi i s e néga i s) des mine ais inconnus ainsi que des au es ecyclages. • Su le as 26 o L’ISO diminue de 1.3% pa appo à l’ISO p écéden . Ce e e es p incipalemen due à l’ajou des mine ais (no ammen le Se a Azul, nou eau mine ai de e u ilisé en quan i é impo an e), e dans un pe i e pa ie à l’e e des he ses e de la consomma ion du ca bone. o On obse e un e e posi i qui peu ê e à cause de l’e e des mine ais e ecyclages o Le ai d’a oi doublé le onnage en ines é ac ai es magné iques de la pile 75 à la 76, ne nous mon e pas une in luence néga i e di ec e su les e e s di e s. • Su le as 27 o L’ISO es assez bas, comme dans le as p écéden , mais dans ce cas là, c’es p incipalemen à cause de la hau eu de couche, e dans une pe i e pa ie les mine ais connues, les he ses e la consomma ion du ca bone. o En p enan des données de aux de ma che cons an e, on passe d’un impac posi i à un impac néga i . Dans ce as là, il peu a oi aussi l’in luence des boues d’acié ie. D’ailleu s, on obse e que su les as 22 e 28 qui ne con iennen que des boues ines d’acié ie, les e e s di e s son de -2.25% e -2.76% espec i emen . Ce e e peu ê e à cause de l’in oduc ion des boues ines d’acié ie mais aussi des au es ecyclages e des mine ais. • Su le as 22 o L’ISO é ai de 80.6% p incipalemen à cause de l’impac néga i des mine ais e ecyclages inconnus ainsi que du mélange des mine ais connus e de l’en oncemen des he ses. • Su le as 28 o L’ISO é ai de 81% p incipalemen à cause de l’impac néga i mine ais e ecyclages inconnus ainsi que de la hau eu de couche e dans un moind e mesu e aux mine ais connus. Nous pou ons oi aussi qu’a ec le as 29, qui con ien 10% de ecyclage du lai ie du Puy ouck, on a -3.2% de diminu ion de l’ISO. Nous pou ons conclu e que : 1. Soi les ines magné iques on un impac masqué pa l’impac d’au es mine ais e ecyclages. Dans ce cas là, si elles on un impac masqué, cela implique que l’impac des au es mine ais e ecyclages es plus impo an . 2. Soi elles on un impac négligeable (peu ê e ca les quan i és u ilisées son aibles). Dans ce cas, pou alle plus loin, nous pou ons ega de l’impac des ines é ac ai es su la chimie du p é-homo mais aussi l’impac de ou e la pile de p é-homo con enan les ecyclages su la chimie du as : 17 a) In luence de la chimie des ines é ac ai es su la chimie du p é-homo Tableau 4. In luence des ines é ac ai es Fines é ac ai es magné iques PH 75 sans ines a ec ines Fe T 27,440 47,386 46,833 SiO2 8,207 7,490 7,510 Cao 22,948 12,431 12,723 MgO 6,967 2,511 2,635 Zn 0,022 0,045 0,045 S 0,088 0,271 0,266 % de ines 2,77 Nous pou ons oi que la quali é de la pile de p é-homogénéisa ion es légè emen moins bonne en ajou an les ines é ac ai es. Il y a une diminu ion de l’o d e d’un 1.2% de Fe . D’au e pa la Magnésie augmen e de 5% a ec l’ajou des ines é ac ai es. Ce poin doi ê e sui i a in de ne pas dépasse les limi es dans l’agglomé é. b) In luence de la chimie de la pile p é-homo su chimie du as Tableau 5. In luence du p é-homo PH75 TAS 25 sans PH a ec PH Fe T 46,833 54,372 53,960 Sio2 7,510 4,495 4,660 CaO 12,723 7,156 7,460 MgO 2,635 0,948 1,040 Zn 0,045 0,004 0,006 S 0,266 0,026 0,039 % de PH 5,47 Nous pou ons oi que la eneu du as es modi iée : diminu ion de 0.76% du Fe e augmen a ion de 10% Magnésie. Il au sa oi que la a ia ion de la eneu en Magnésie appo ée pa les ines é ac ai es es de 0.5% su la o ali é du as. Nous ne pou ons pas conclu e que le ai d’in odui e les ines é ac ai es en aible quan i é (0.15% su la o ali é du as) peu a oi un impac di ec su la quali é de l’agglomé é. Il y a un impac inconnu liée aux mine ais e aux ecyclages mais don on ne connai pas la p opo ion. Pou l’ins an nous sa ons que l’on peu con inue en ecyclan les ines é ac ai es à ce e quan i é là. 18 4 Recyclage du mélange TLS (Top Laye Sin e ing) 4.1 Cas d’é ude Le TLS es un sys ème d’agglomé a ion de la couche supé ieu e pe me an le ecyclage de cop odui s. Les polluan s e les ma iè es huileuses p ésen s dans les umées de la couche supé ieu e son obligés de passe dans la couche in e ieu e où ils son dé ui s dans le on de lamme à 1300 °C. Le sys ème TLS pe me donc ecycle des ma iè es à o e eneu en huiles sans isque dans les élec o il es. Ce sys ème es in é essan ca il y à des s ocks impo an s e anciens p ésen s su le si e (boues g asses de laminoi ). Le mélange TLS u ilisé es cons i ué p incipalemen de BGL e de ines de e ou , mais il peu y a oi aussi du lai ie de débo demen , des poussiè es de gaz, du ne oyage, des boues p essées acié ie e de la cas ine. On eu essaye de me e aussi le lai ie du Puy ouck pou maximise les ecyclages e pou économise de la cas ine e de l’oli ine. Cependan , ap ès le déma age de la consomma ion du TLS il y a eu di é en s soucis : d’un cô é, l’augmen a ion des émissions poussiè es en cheminé dépassan la limi e en i onnemen ale (ce poin ne ai pas pa ie du suje du s age), d’un au e cô é de g ands éca s en e la composi ion chimique p é ue e éalisée du TLS. Nous a ons éalisé une é ude pou ou e les causes de ce de nie phénomène e aussi pou pou oi a oi un modèle de p édic ion ep ésen a i . Pou éalise le calcul de la composi ion chimique du TLS héo ique, nous a ons c éé un ichie Excel. Ce ichie nous pe me aussi de sui e ous les mix TLS e leu s éca s pa appo aux analyses héo iques e éelles du mix. Pou ai e cela, nous a ons besoin des composi ions chimiques de chaque cop odui ainsi que son pou cen age massique dans le TLS. Les composi ions chimiques son issues d’analyses ai es su les di é en es ma iè es pa A celo Mi al. Le pou cen age massique es ajus é éguliè emen en onc ion des con ain es chimiques. P emiè emen nous a ons p is la moyenne de ou es les analyses 2012. Nous a ons u que dans ce e moyenne-là il y a un éca moyen de 8% su le e pa appo aux aleu s éelles. Ce pou cen age es éle é pa appo à la cha e de quali é. On a aille dans une échelle indus ielle (de l’o d e de g andeu de millie s de onnes pa semaine) e ce pou cen age de 8% implique beaucoup d’e eu de p é ision. Nous a ons essayé de p end e une moyenne des analyses chimiques des cop odui s su un mois : le mois a an de la cons i u ion de chaque pile de TLS. L’objec i é an d’a oi des analyses moyennes plus p oches de la composi ion des ma iè es. En aisan cela, nous a ons u que dans 62% des ois on diminue ce éca . Cependan , il au sa oi que l’amélio a ion n’es que de 0.98% de e (en moyenne), ce qui es e aible. Donc nous a ons pu ob eni des amélio a ions mais on n’a i e pas à no e objec i . Le p oblème ien d’au e pa , e pou le solu ionne , nous a ons analysé les possibles causes de la a iabili é. Ce poin es dé aillé dans la pa ie ésul a . 19 4.2 Résul a e discussions 4.2.1 Analyse géné ale Nous a ons ai une é ude plus dé aillée des éca s éels e héo iques des di é en s composan s chimiques. Dans les g aphiques sui an s on peu oi pou chaque élémen chimique l’é olu ion des éca s pa appo aux di é en s mélanges TLS. Figu e 6. É olu ion des éca s des di é en s composan s chimiques. Fe To al 46 48 50 52 54 56 58 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo . an éel Alumine 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo . an éel Chaux 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo an éel Silice 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo an éel MgO 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo an éel P 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo an éel S 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo an éel Mn 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo an éel Zn 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo an éel Ca bone 2 3 4 5 6 7 8 TLS04 TLS05 TLS06 TLS07 TLS08 TLS09 TLS11 TLS12 TLS13 TLS14 TLS15 TLS16 TLS17 TLS18 heo an éel % 20 Les lignes ouges du Zn e Mn ep ésen en le seuil maximal qui ne doi pas ê e dépassé. Comme on peu oi su les g aphiques p écéden s, il y a des pics ema quables pa appo à la composi ion du TLS. De plus, on peu oi aussi pa appo aux analyses d’alumine, de silice e de sou e, un pic su le TLS 16. Cela peu ê e du à des e eu s su les mesu es liées au ai qu’il n’y a qu’une analyse pou chaque mix TLS. D’ailleu s, les éca s de ces ois p emie s TLS é aien moins a iables que les sui an s mais, il y a des éca s pe manen s que l’on doi analyse pou pou oi les édui e. Il au considé e que si l’on a des analyses éelles plus éle ées que les héo iques, on peu dépasse les con ain es chimiques. Donc il au oujou s a oi des analyses héo iques majo an es. Les éca s du phospho e, magnésie, alumine, chaux e manganèse peu en ê e à cause du lai ie de débo demen , cop odui qui a la eneu la plus éle ée de ces composan s là. Le manganèse pa con e a eu un éca depuis le débu . Cela nous po e à pense qu’il y a des au es cop odui s qui en con iennen . Pa exemple les BGL e les ines HFx. En plus, l’analyse éelle du Mn a une eneu plus éle ée que la héo ique. Ça n’es pas bon d’un poin de ue chimique pa ce que les analyses héo iques doi en assu e une ma ge de sécu i é pou ne pas dépasse les con ain es. Pa appo au zinc, il y a d’un co é un pic qui semble ê e décalé (mau aise base de données des analyses héo iques) e d’un au e co é un inc émen de l’éca su les de nie s mix TLS. Cela peu ê e pa ce qu’on a mis des boues ines d’acié ie (TLS 15 e 16), composan qui con ien le plus de zinc. Les aleu s de zinc éelles des deux de nie s TLS peu en aussi ê e éle ées à cause de l’in oduc ion d’une cas ine a ec une eneu plus éle ée en zinc. Le ca bone a aussi des pics qui peu en ê e en g ande pa ie dus à des e eu s de mesu e. La possible a ia ion du ca bone peu ê e liée aussi au p ocess e à la a iabili é du combus ible u ilisé su les hau s ou neaux. En e e , le ecyclage qui a plus de ca bone es les poussiè es de gaz des hau s ou neaux. Cependan , l’impac des poussiè es des hau s ou neaux ne peux pas ê e aussi o que obse é dans les TLS 07, 11 e 18. Il y a donc des in luences inconnues. Tous les cop odui s n’on pas des analyses éguliè es de ca bone. Il au donc analyse le ca bone su chaque cop odui . Nous pou ons oi que la eneu en e éelle es plus basse que p é ue. C’es pa ce que ou es les analyses éelles des au es composan s qui cons i uen le TLS son plus hau es que les analyses héo iques. La eneu en e es impo an e d’un poin de ue chimique pou pou oi ob eni de l’acie de bonne quali é donc il au diminue ce éca . Pou cela il au que les analyses héo iques soien p oches des analyses éelles. Dans le cas de la silice, nous pou ons oi ois pics des analyses éelles co espondan s aux TLS 07, 14 e 16. Il doi y a oi plus de silice dans le lai ie de débo demen e le ne oyage que p é u. De plus, on a u que su la chaîne d’agglomé a ion qui con ien le TLS, il y a un éca pa appo à la silice, qui n’exis e pas su l’au e chaîne. Donc, le compo emen du TLS su ce e chaîne a é é é udié pou oi s’il es aimen la cause de ce éca . 4.2.2 Analyse spéci ique silice Dans la igu e 7, nous pou ons oi la eneu en silice éelle de chaque TLS e la silice éelle de la chaîne d’agglomé a ion (donnés a ec l’échelle p incipale). De plus, il y a la silice isée pou chaque jou née (échelle p incipale aussi) e ap ès il y a le onnage (échelle secondai e). On peu oi qu’au débu mai, la aleu de silice isée dans l’agglo é ai de 5.3 e la aleu éelle de la silice du TLS é ai de 5.9. Pa conséquence, si la quan i é du mix TLS in odui su chaîne es éle ée (350 T), la silice de l’agglomé é se a plus éle ée, le mix TLS n’é an pas p is en comp e dans le ichie de calcul de as. 21 4,8 5,3 5,8 6,3 6,8 01/05/2012 06/05/2012 11/05/2012 16/05/2012 21/05/2012 26/05/2012 31/05/2012 05/06/2012 10/06/2012 15/06/2012 20/06/2012 25/06/2012 30/06/2012 05/07/2012 10/07/2012 15/07/2012 0 100 200 300 400 500 Si Ag2 éel Si isée Ag2 Silice éel TLS Tonnage TLS Figu e 7. E e s de la a ia ion de la eneu en silice. Si la silice éelle du mix TLS es plus aible que la silice isée de l’agglo, l’ajou du mix TLS p o oque a l’e e in e se. Dans ou es les cas, le mélange TLS impac la eneu en silice de l’agglomé é, en onc ion du onnage consommé. Nous obse ons ce compo emen su la igu e 7 à l’excep ion de la pé iode signalée en ouge due à d’au es phénomènes (les mine ais mis dans le as d’homogénéisa ion n’on peu ê e pas la eneu p é ue à cause d’une mau aise mélange e il y a plus de silice qui es consommé ce e jou née là). Dans le ableau 6, nous pou ons oi une es ima ion de l’impac du TLS dans la chaîne d’agglomé a ion : Tableau 6. Va ia ions chimiques pa appo à l’ajou du TLS. % Fe T SiO2 Al2O3 CaO MgO Mn P Zn S ∆ TLS 18 -0,715 0,037 0,028 -0,013 0,045 0,006 0,002 0,004 0,009 ∆ TLS 19 -0,704 0,060 0,013 -0,001 0,048 0,005 -0,001 0,007 0,009 ∆ TLS 20 -0,550 0,067 0,007 0,016 0,026 0,009 -0,007 0,003 0,006 Nous pou ons oi qu’il y a aussi des éca s pa appo au e o al, de -0.7% app oxima i emen , e cela a ec e la quali é de l’agglomé é. La silice qui égule la basici é de l’agglomé é impac e égalemen la quali é. Donc la silice es un pa amè e impo an à mai ise . A ec le ecyclage ac uel on es dans la limi e de la cha e quali é de l’agglo lo sque l’on me du TLS e ça nous pe me de alo ise 80Kg de déche s pa onne d’agglomé é. % Tonnage mix TLS 22 5 Recyclage des calamines 5.1 Cas d’é ude Les calamines son un cop odui qui p o ien de la phase de laminage de l’acie dans le ain con inu à chaud. Pou l’ins an il es possible de ecycle les calamines p odui es à Dunke que (ba i u es) e les calamines de Flo ange, mais l’objec i de ce e é ude es de alo ise des calamines d’au es si es. On écupè e des calamines de Liège, des au es usines de Lo aine, e des acié ies élec iques. Elles on une na u e ès di é en e pa ce que le p ocess d’ob en ion de l’acie n’es pas du ou le même donc, nous de ons ou e la meilleu e açon pou les ecycle . Nous de ons op imise la quan i é pou ne pas dépasse les con ain es chimiques de l’acie . Comme ça nous pou ons change ses p op ié és physiques qui ne son pas en conco dance a ec les spéci ica ions du clien . Dans l’é ude de ecyclage des calamines il au p end e en comp e qu’elles on une o e eneu en ma iè e o ganique ainsi qu’en élémen s ésiduels, els que le Cu, C , Ni, Mo, V e Sn. La ma iè e o ganique pose de p oblèmes su les élec o il es (enc assemen , pe e d’e icaci é, augmen a ion des eje s e isque d’incendie). Elle es p ésen e dans les déche s du TCC pa ce que l’huile es essen ielle pou pou oi ai e le laminage de l’acie (bon onc ionnemen des ouleaux, con ôle de la empé a u e, e c.). Les mé aux ésiduels ne posen pas de p oblèmes dans la quali é de l’agglomè e mais, pa con e, il au ai e a en ion pa ce que si dans l’agglomé é on ne con ôle pas la quan i é de ces élémen s, il y au a des p oblèmes de quali é su l’acie . Les mé aux ésiduels son des élémen s qui ne éagissen pas, il es di icile de les oxyde , donc ils son conse és dans ou le p ocessus de p oduc ion. Les deux ésiduels les plus c i iques son à p io i le C e Cu. Le V peu l'ê e aussi. 5.1.1 E ude ini iale P emiè emen , nous a ons oulu oi l’impac (de maniè e majo an e) des mé aux ésiduels des calamines su la on e pou oi à p io i s’il es in é essan de les sui e ou pas; Nous a ons ai di é en es hypo hèses e scena ios possibles. Hypo hèses géné ales : • La eneu en eau, en l’absence d’analyse, es considé ée à 0% (le plus es ic i ). • Analyses de é é ence de l’année 2011 comme analyses alides, mais il au sa oi que ces analyses ne son pas p écises. • Tous les mé aux ésiduels on dans la on e (aucune oxyda ion). Hypo hèses pa iculiè es : Scéna io 1 : onnage à ecycle en sep emb e 2012 (dés ockage). 1000 /semaine de calamines de Lo aine 1000 /semaine de calamines de Liège 1000 /semaine de nou elles calamines (g oupe 1 : p emiè e sélec ion des calamines qui son de na u e similai e) Scéna io 2 : onnage à ecycle à long e me éalis e (es ima ion de consomma ion éelle). 500 /semaine de calamines de lo aine 250 /semaine de calamines de Liège 320 /semaine de nou elles calamines Scéna io 3 : onnage à ecycle à long e me po en iel (es ima ion de consomma ion maximale). 500 /semaine de calamines de lo aine 250 /semaine de calamines de Liège 2000 /semaine de nou elles calamines 23 5.1.2 E ude dé aillée Le bu de ce e é ude es de connai e ous les appo s possibles des mé aux ésiduels dans ou le p océdé de ab ica ion de l’agglomé é ( oi annexe 2) jusqu’à l’ob en ion de l’acie ainsi que pou oi ai e une p édic ion de la quan i é de calamines qu’on peu me e dans la p é- homogénéisa ion en onc ion des limi a ions en ésiduels de la on e ob enue. Pou ce e de niè e pa ie, on a ai un benchma k en demandan les mé hodes de ecyclage des calamines dans d’au es usines, ainsi qu’en demandan les p oblèmes pa appo aux limi a ions du cui e dans les nuances plus es ic i es de l’acie . Voici un pe i schéma pou comp end e le chemin des mé aux ésiduels que nous de ons sui e. Figu e 8. Ci cui des mé aux ésiduels. Benchma k Dans le benchma k que nous a ons éalisé su d’au es usines sidé u giques (Lo aine, Espagne 8), nous a ons ou é di é en es choses à p end e en comp e : 1. Su les mé aux ésiduels : • Sou ces (ma iè es p emiè es) : o Le C pénalise p incipalemen la nuance plus es ic i e. o Les sou ces p incipales de Ch ome : Oli ine (25%) e Ca ajas (5%). • Subs i u ion de l’oli ine pa un au e appo de magnésie. o Les sou ces p incipales de Cu : Ca ajas (5%). • Sou ces (coke) : o Il appa aî que la eneu en Cu (e en C no ammen ) des cend es ne peu ê e négligées. • Sou ces (HF) : o Pe es he miques : une co éla ion en e la pe e he mique e le cui e exis e : plus de pe e donne plus de cui e dans la on e. o Le coe icien de pa age on e/lai ie n’es pas nul pou le Ch ome con ai emen au Cu. o Une diminu ion de l’indice de basici é du lai ie se ai a o able à un ans e en mé aux ésiduels e s le lai ie . o Pou l’essen iel, le Cu de la on e ien de l’agglomé é. Ma agglo Hau s- ou neaux Acié ie TCC Ba i u es Lai ie Lai ie Calamines au es usines De niè es ai emen s 24 • Acié ie o Ce aines e ailles on un Cu à 0.018% e son donc plus iches en Cu que la on e. Leu impac doi ê e p is en comp e. 2. Su les huiles o L’objec i es de consomme des huiles in e ieu es à un eneu de 0,5%. En e 0,5 e 1%, des pénali és son appliquées au ou nisseu , e au-delà de 1%, les calamines ne doi en ê e plus accep ées. Mé hodologie 1. Demande d’analyses : Pou ai e le bilan des ésiduels qui en en dans le as d’homogénéisa ion, Nous a ons ega dé ou es les analyses (de l’année 2010 jusqu’à 2012) des mine ais, des addi i s e des ecyclages. Pou cela il au ai e une sélec ion en e açan ou es les anomalies qui peu en pe u be la éali é. Pou pou oi ai e ce e é ude il au a oi , p emiè emen , des analyses ep ésen a i es de ou es les calamines que l’on eu ecycle , e aussi de ous les mine ais e addi i s u ilisés dans le p ocessus. Pou édui e la dépense, nous a ons demandé aux labo a oi es de ai e les analyses des ma iè es les plus impo an es don on ne connai pas les ésiduels. On a ega dé su ou les ma iè es p emiè es qui appa aissen su le benchma k ainsi que les ma iè es qu’on consomme en g ande quan i é. L’analyse des ésul a s ob enus nous pe me de dé e mine les ma iè es qui con iennen le plus de ésiduels: • Les sou ces p incipales de C : les sco ies mousseuses (33%)* e l’oli ine (27%). Si on compa e a ec le benchma k, le Ca ajas passe d’un 5% à un 1%. • Les sou ces p incipales de Cu : les calamines (23%), Ca ajas (11%) e ba i u es (10%). • Les sou ces p incipales de Ni : l’oli ine (70%). • Mo : Se a Azul (16%) e ap ès les calamines de Lo aine (10%). • V : les sco ies mousseuses (19%), cas ine (6%) e le coke (5%). *pou cen age lié à la eneu en ésiduels Ces p odui s doi en ê e sui is en ésiduels. 2. Modèle p édic i : Il au sa oi que chaque semaine il y a une cons i u ion du as, e chaque as es di é en en onc ion de nos besoins. No e objec i es de ai e un modèle (de composi ion chimique) p édic i , de l’agglomé é e la on e. Pou ai e cela, nous nous sommes basé su un documen u ilisé anciennemen pou op imise le calcul de as. Aujou d’hui ce documen n’es plus u ilisé (pa ce qu’il y a un p og amme qui ai ces calculs) mais c’es un documen qui p end en comp e p esque ous les pa amè es. Ce modèle doi ê e ac ualisé e adap é à son u ilisa ion hebdomadai e. Pou in ég e les ésiduels dans le logiciel (Excel), une modi ica ion des mac os a du ê e ai e : • D’abo d, nous a ons du comp end e son onc ionnemen o On peu dis ingue la pa ie des mine ais e les ecyclages qui cons i uen le as (a ec ces con ain es, e c.) ainsi que l’ajou du combus ible e ondan s nécessai es dans l’agglomé é e la on e. • Ensui e, nous a ons ac ualisé ou es les analyses dans le ichie Excel. • Ap ès, nous a ons modi ié la mac o de açon à in ég e huile e ésiduels. 31 6.2 Changemen s éalisés pendan mon s age L’amélio a ion e l’augmen a ion des ecyclages p obléma iques : • Dans le cas du TLS, nous a ons pu dé e mine la p obléma ique e oi la aison des éca s des analyses éelles e héo iques e ainsi ai e des p oposi ions d’amélio a ion pou les diminue . Nous a ons pu ai e plus d’analyses du TLS éel e main enan on ai un échan illonnage chaque 500T. Ce e modi ica ion es ès écen e, donc on ne connai pas enco e si il y a des gains ou pas ( ès peu de aleu s pou pou oi ai e la compa aison). • Nous a ons augmen é la consomma ion de ecyclages mis di ec emen su le as d’homogénéisa ion, els que les calamines de Liège e Lo aine, mais pas enco e les calamines des au es usines (essai p é u en in sep emb e). Nous a ons ai un modèle p édic i en p enan en comp e les ma iè es a ec plus d’in luence e nous connaissons nos aiblesses qu’il au pe ec ionne . • Pa appo aux lai ie s du Puy ouck, nous a ons commencé à dés ocke la pa ie la plus g ossiè e en ep enan son ecyclage su chaîne e su le TLS. • Dans le cas des boues d’acié ie p essés, nous a ons op imisé le ecyclage des boues de basse eneu en zinc e on a commencé à ai e des analyses de piles his o iques s ockées. 6.3 Pe spec i es u u es De açon à augmen e enco e le ecyclage, il au éalise les p oposi ions d’amélio a ion déc i es p écédemmen su les ines é ac ai es. Les essais peu en ê e éalisés su la cu e d’essai agglo à Dunke que. Su le TLS, il aud a e ai e un sui i des analyses éelles e héo iques ap ès a oi éalisée les p oposi ions d’amélio a ion p écédemmen expliquées a in d’es ime les gains. Ap ès é ude du ecyclage des calamines, nous sommes en phase d’essais. Il aud a ensui e é udie ce e phase, in ég e les ésul a s dans le ichie d’op imisa ion e l’adap e à chaque as. Si nécessai e, des bilans en ésiduels plus spéci iques de on ê e éalisés pou chaque hau s- ou neaux. Dans le cas des boues d’acié ie p essées, nous a ons op imisé le ecyclage des boues bas zinc mais nous de ons éussi à consomme celles qui pou l’ins an son s ockées e qui on une eneu en zinc plus éle ée. 32 7 Les e e ences Fichie ISO S anda d Fichie Excel calcul de as Fo ma ion, Ce i ica in e ne acié ie Fichie In en ai e des ma iè es p emiè es su les pa cs FERNANDEZ C., 2010, Fo ma ion Exploi a ion, Recyclages, cop odui s, ma iè es p emiè es GOUVERNEUR Y., 2009, Tableaux ac ionneu s ST Agglomé a ion SOLLAC DK GALLET J., 2011, Fo ma ion, En ou nemen s HERMENT B., 2004, Fo ma ion, Le i age LERICHE D., 2010, Couche de p o ec ion bedding LERICHE D., 2010, Les conséquences du alu age au cha gemen de la chaîne LERICHE D., 2010, Condi ionnemen de l’agglomé é LERICHE D., 2010, Dosage des ma iè es à l’agglomé a ion LERICHE D., 2010, L’ISO LERICHE D., 2010, L’humidi é du mélange à l’agglomé é des mine ais LERICHE D., 2010, Mécanisme de l’agglomé a ion cou be op imale de onc ionnemen app o isionnemen logis ique lux ma iè es PETITNICOLAS L., 2008, Fo ma ion, Les mine ais de e PETITNICOLAS L., 2008, Fo ma ion, P océdé d’agglomé a ion géné ale TANCHON D., 2006, Con ôle de quali é des agglomé és TANCHON D., 2006, Fo ma ion, L’allumage de la couche TANCHON D., 2006, Fo ma ion, La nodulisa ion à l’agglomé a ion TANCHON D., 2006, Fo ma ion, Le epè e de cuisson SGRO F., 2007, Fo ma ion, Récep ion e S ockage SGRO F., 2007, Fo ma ion, Ci cui s mine ais-pelle s SGRO F., 2007, Fo ma ion, Cas ine e Ma iè es di e ses SGRO F., 2007, Fo ma ion, Homogénéisa ion e Alimen a ion Agglos 33 8 Annexes 8.1 Annexe 1 : Ma iè es p emiè es Les ma iè es p emiè es u ilisées peu en ê e classi iées en onc ion de leu na u e e de leu ôle dans le p océdé d’agglomé a ion : 8.1.1 Les mine ais Les mine ais, p o enan su ou des pays els que Canada, B ésil, Mau i anie e Aus alie, con iennen beaucoup de e , composan p incipal dans l’acie e 3 ème composan le plus abondan de la c oû e du globe e es e Il y a ois ypes de mine ai pa appo à leu g anulomé ie ; • Mine ais Rocheux d’u ilisa ion di ec e au Hau -Fou neaux (HFx) : o Comp is en e 5 – 40 mm. • Mine ais pou agglomé a ion (U ilisé pou p odui e de l’agglomé é, de dimensions 5- 40mm) o Fins de bases : 1 – 5 mm. o Concen és g enus : 0,15 – 1 mm. o Concen és ins : 0,1 – 0,15 mm. • Mine ais pou boule age o Ul a – ins : in é ieu à 0,1 mm. Les boule es e les ocheux son en géné al plus che s que l’agglomé é, mais égalemen de meilleu e quali é pou les HFx que l’agglomé é ca ils con iennen plus de Fe . Classi ica ion des mine ais qu’on u ilise: • Hema i e : Fe 2 O 3 ( e oxydé) o Fins : Ca ajas, SSFT, SFOT, Moun W igh o Rocheux : LOBT o Boule es : QCM • Magne i e : Fe 3 O 4 ( e p é- édui ) o Fins : GMAB • Goe hi e / Limoni es : Fe 2 O 3 .nH 2 O ( e lié à l’eau de cons i u ion) o Fins : Robe Ri e o Rocheux : Moun Newman Réac ions de éduc ion dans les hau s- ou neaux T > 350 °C 3 Fe 2 O 3 (s) + CO(g)  2 Fe 3 O 4 (s) + CO 2 (g) T > 650 °C Fe 3 O 4 (s) + CO(g)  3 FeO(s) + CO 2 (g) T > 950 °C FeO(s) + CO(g)  Fe(s) + CO 2 (g) 34 8.1.2 Les ondan s / Les en ées de MgO Le ôle des ondan s es de diminue la empé a u e de usion des mine ais e aussi égle l’indice de basici é de l’agglomé é. Les ondan s se en aussi de lian , assu an ainsi la ésis ance de l’agglomé é. Il y a qua e ypes de ondan s : la cas ine (CaCO 3 ), l’oli ine ((FeMg) 2 SiO 4 ), la dolomie (con ien 90% d’oli ine minimum), la duni e (CaMg(CO 3 ) 2 ) • La cas ine donne un appo de CaO, pou les p op ié és du lai ie HFx, e pou ê e capable de p odui e de l’agglomé é de bonne quali é physique (ISO) • L’oli ine, la dolomie, la duni e donnen un appo de MgO dans le lai ie HFx, pou qu’il s’é acue co ec emen du c euse ( iscosi é), e ainsi qu’il cap e bien les alcalins. L’oli ine ai augmen e o emen la quan i é de lai ie dans les HFx , La dolomie, pa con e, dég ade la quali é physique (ISO) de l’agglomé é, e la duni e ocheuse es en ou née aux HFx en pe i e quan i é, donc, di icile à dose . Comme pou les mine ais, nous u ilisons les 3 pou panache a an ages e incon énien s. Réac ions des ondan s: À T ~ 1 300 °C Fe 2 O 3 + CaO  CaOFeOFe 2 O 3 ou CaO(Fe 2 O 3 ) 2 - e i es de chaux SiO 2 + CaO  CaOSiO 2 - silica es de chaux À T ~ 900 °C CaCO 3 (s)  CaO + CO 2 (g) MgCO 3 (s)  MgO + CO 2 (g) 8.1.3 Le cha bon Le coke p o ien p incipalemen des g andes o ê s ma écageuses de l'époque ca boni è e Les cha bons son des oches sédimen ai es o gano-dé i iques ( égé aux di e s, ougè es, champignons, algues8) On peu classi ie les di é en s ypes de cha bon : • An h aci e : u ilisé dans l’agglomé a ion e les hau s- ou neaux. • Houille : u ilisé dans la coke ie e les hau s- ou neaux. • Ligni e : u ilisé comme élec ici é. • Tou be. Le cha bon es cons i ué pa de: • Vi ini e : p incipal cons i uan du cha bon, bonnes p op ié és mécaniques. • Exini e : compo emen plas ique. • Ine i e : compo emen élas ique. Les p op ié és du cha bon son d’appo e l’éne gie he mique nécessai e à la éac ion de i age pou pou oi ai e l’agglomé a ion. Le coke pe me de sou eni mécaniquemen la cha ge e de p odui e l’agen éduc eu pou pou oi ans o me le e dans les hau s- ou neaux. Dans les hau s- ou neaux on peu dis ingue di é en s ypes de coke: • Tou coke: ai e à pa i de cha bons à coke. • Pe i coke: coke consommée dans la cha ge miné ale. • Cha bon de hau - ou neau ou pul é isé (PCI): injec é aux uyè es. 35 Réac ions de ans o ma ion de coke dans les hau s- ou neaux : C(s) + CO 2 (g)  2 CO(g) C(s) + O 2 (g)  CO 2 (g) Le choix es une op imisa ion echnico-économique : quali é, disponibili é, p ix. 8.2 Annexe 2: P océdé d’agglomé a ion Les agglomé és on un ôle de g ande impo ance dans l’ob en ion de la on e. L’u ilisa ion di ec e des mine ais dans les hau s- ou neaux es impossible pa ce qu’ils son de plus en plus ins e cela a un e e ès dange eux. Les mine ais ès ins peu en é ou e le ou e aussi o me des chamb es explosi es de gaz. Le p océdé d’agglomé a ion pe me pa ailleu s de alo ise les cop odui s ins de l’usine e de édui e le cou des ma iè es p emiè es qui ep ésen en 85% du coû de l’agglomé é. Ci-dessous, on peu oi un schéma des di é en es é apes de p ocessus d’agglomé a ion es p ésen é. Figu e 13. Schéma de la chaîne de p oduc ion d’agglomé é. Nous pou ons dis ingue di é en es é apes : 8.2.1 E ape d’homogénéisa ion L’homogénéisa ion dans le p océdé d’agglomé a ion es impo an e pa ce que il y a di é en s composan s, lesquels on une composi ion ès a iables (mine ais, addi ions, ecyclage, ...) e on eche che des bonnes pe o mances su chaîne (g anulomé ie) e une bonne quali é / égula i é de l’agglomé é (chimie). L’homogénéisa ion a pou bu de lisse les eneu s chimiques e g anulomé iques à l’in é ieu du as en déposan les ma iè es longi udinalemen e en les ep enan sui an un angle dé ini. Le as es cons i ué en « che ons supe posés ». C’es la mé hode la plus cou an e, de ès 36 loin la plus simple. Elle p ésen e, en ou e, l’a an age de pe me e en in de cons i u ion des appoin s de ma iè es de églage. L’homogénéi é du as es d’au an meilleu e si le nomb e de ile s es éle é, donc que les débi s son aibles. P é- homogénéisa ion La p é-homogénéisa ion es l’é ape d’homogénéisa ion de ous les déche s que l’on che che à ecycle e que l’on peu in odui e ap ès su l’é ape d’homogénéisa ion. La pile a une composi ion di é en e chaque semaine pa ce le s ock disponible su le pa c es a iable mais la pile p é-homo doi espec e oujou s les con ain es chimiques pou la bonne quali é de l’agglomé é. La limi e de chaque composan chimique dans la pile p é-homo es alidée chaque semaine e ansmise à la socié é en cha ge du pa c p é-homo. Sachan le onnage de chaque ma iè e e sa composi ion chimique es imée (moyenne des analyses an é ieu es), on peu ai e une es ima ion de la composi ion qu’il y au ai dans la pile e nous pe me a de oi s’il y a des ma iè es qu’on doi diminue le onnage. Homogénéisa ion L’homogénéisa ion a le même p incipe que la p é-homogénéisa ion mais le as con ien des couches de mine ais ainsi que la couche de p é-homo. Tous les mine ais ins on des a an ages e des incon énien s qu’il au équilib e g âce au as d’homo. Pa exemple le Ca ajas con ien beaucoup de e , mais égalemen beaucoup de manganèse, e es ès humide; le CVG con ien beaucoup de e , mais égalemen beaucoup de phospho e e es che ; le Moun W igh con ien peu d’impu e és né as es (manganèse, phospho e), es ès égulie , mais es ès in e le GMAB con ien du e p é- édui ( e e eux) e ai économise du combus ible à l’agglo, mais es in e siliceux. Pou assu e une bonne composi ion de l’homo e espec e ou es les con ain es (agglo, HFx, acié ie), il au p é oi la composi ion de l’agglomé é qui se a p odui a ec chaque as d’homo. Pou la bonne homogénéisa ion, il es aussi impo an de sui e la bonne cons i u ion de la pile e d’a oi des che ons éguliè es. Figu e 14. À gauche cons i u ion du as homo, à d oi e les che ons. 8.2.2 La nodulisa ion Dans ce e é ape-là on dose les di é en s p odui s qu’on eu nodulise . Les p odui s dosés son , d’un cô é les ma iè es p emiè es (le mélange homogénéisé de mine ais, essen iellemen ; les ondan es e le cha bon), e d’au e cô é les ines de e ou 37 ( ecyclage de l’agglomé é op pe i ) e addi ions di e ses (chaux i e qui pe me amélio e la p oduc i i é, poussiè es d’élec o il es qui son iches en e , e c.). La nodulisa ion pe me de ans o me les ines pa icules du mélange miné al en mic o boule es (ou nodules) qui se on déposées su la chaîne d’agglomé a ion. Les mic o boule es son cons i uées d’un noyau au ou duquel se collen les ines pa icules : Figu e 15. Mic o boule e On peu oi dans la igu e 15 les mic os boule es (3 mm) cons i uées des pa icules ines (< 1 mm) au ou d’un noyau (>1 mm). Les mic o boule es doi en ê e su isammen ésis an es au anspo , séchage e a la cuisson Dans le nodulisa eu , le mélange es en o a ion a in de pe me e le con ac en e les pa icules. Il y a ois ypes de mou emen dans le mélangeu : • Le glissemen • L’éclaboussemen : • La cascade G âce à l’aspe sion d’eau e boues d’acié ie e la o a ion du nodulisa eu , on peu a oi un bon con ac en e pa icules. Pou chaque mélange miné al il es nécessai e de ou e : 1. l’humidi é qui donne le meilleu mic o boule age, donc une p oduc i i é maximale. Figu e 16. P oduc i i é maximale. C’es un pa amè e ès impo an du p ocessus Agglo. Il exis e une humidi é op imale pou chaque mélange miné al. Des es s son ai s à chaque cha gemen de as pou ou e l’humidi é op imale. . 38 Un mélange op humide ou op sec peu anéan i la pe méabili é su chaîne. L’appo de ines de e ou chaudes nécessi e de con ôle l’humidi é selon l’élé a ion de la T° du mélange. L’appo de chaux i e, selon son aux d’injec ion, amène a égalemen à e oi l’addi ion d’eau au mélange. 2. La chaux i e qui augmen e la ésis ance mécanique à chaud des mic o boule es, ce qui pe me d’augmen e la p oduc i i é. Les ma iè es p emiè es, pa con e, on une double in luence. C’un cô é, leu g anulomé ie pe me une épa i ion a o able ou non en e les ines pa icules e les noyaux. De l’au e cô é la na u e miné alogique du mélange in lue su la quali é du mic o boule age. Pou chaque mélange miné al il es nécessai e de ou e l’humidi é op imale qui donne a le meilleu mic o-boule age. Le choix des ma iè es p emiè es e l’addi ion de chaux i e son des pa amè es echnico- économiques, su lesquels l’opé a eu ne peu pas a oi d’ac ion. Pa con e l’humidi é du mélange es un pa amè e impo an à con ôle éguliè emen . 8.2.3 Le cha gemen Ap ès la nodulisa ion on in oduise les mic o boule es su la émie ê e de chaîne. D’ailleu s, il y a une au e émie, la émie de bedding, qui o me une couche de p o ec ion. On o me donc un dépô en con inu des mic o boule es su une g ille en mou emen comme on peu le oi su la igu e 17: Figu e 17. Cha gemen ma iè es dans chaîne agglomé a ion. 1. La couche de p o ec ion La couche de p o ec ion ou bedding, cons i uée d'agglomé é ecyclé, a comme onc ions p incipales de p o ége les o i ices en e les ba eaux de cha io pou a o ise le passage des umées aspi ées pa les en ila eu s p incipaux ainsi que p o ége les ba eaux con e le collage des plaques d’agglomé é sco i ié qui diminue la su ace d’aspi a ion. Le bedding p o ège aussi les ba eaux de la g ille he miquemen con e l’e e de su chau e du on de lamme du gâ eau d’agglomé é. Il peu diminue l’aspi a ion des ines pa icules du mélange pa les en ila eu s, ce qui diminue les pe es dans les ma iè es cha gées ( ines miné ales e combus ible solide) e p o ège aussi les gaines, il es e en ila eu con e l’ab asion. 39 La g anulomé ie e l’épaisseu de ce e couche de p o ec ion ne son pas sans incidence su la p oduc i i é de la chaîne ; une g anulomé ie g ossiè e e une épaisseu égale à 3 ois la médiane de la couche de p o ec ion, a o isen un meilleu écoulemen des gaz. • Réglage de la couche de p o ec ion Le cha gemen doi ê e con inu e égulie a in de espec e la consigne de hau eu de couche. De plus, la i esse du ouleau se ègle en % de la i esse de chaîne. L’ou e u e des egis es du bas de émie dé e mine l’épaisseu de la couche qui peu ê e ensui e ajus ée à l’aide du acleu . Des dé lec eu s la é aux dans la émie pe me en le églage su les joues de cha io pou é i e les alus qui pe u ben le cha gemen e l’allumage Figu e 18. Réglage ma iè es dans la chaîne d’agglomé a ion. • Le mélange L'opé a ion de cha gemen du mélange ( echnologie, débi ..) indui une o ganisa ion spa iale des mic oboule es dans le li (pa g a i é). Ce e o ganisa ion condi ionne en g ande pa ie la sui e du p ocessus d'agglomé a ion, puisque la p oduc i i é es onc ion de la pe méabili é aux gaz pendan la cuisson. Comme on peu le oi su la igu e 17, le mélange ombe su un plan incliné, le ablie de chu e. Sa onc ion es de dé ie les mic o boule es pou o me un alus d'éboulemen su la g ille. Le alus d’éboulemen se o me au-dessus de la couche de p o ec ion cha gée p éalablemen , soi pa ex ac ion di ec e pa a ancemen de la chaîne, soi pa un sys ème analogue à celui du mélange. • In luence du cha gemen su la pe méabili é Le cha gemen es le de nie poin où un églage es enco e possible e impo an e donc, le dessus de la couche doi ê e le plus lisse e le moins dense possible. Une densi é de cha gemen éle ée diminue la p oduc i i é de la chaîne. D’ailleu s, il au con ôle éguliè emen l’é a des he ses e su eille l’é olu ion des eje s. Les he ses son des ba es qui a e sen la couche e pe me en d’amélio e la pe méabili é donc, la p oduc ion. 40 La p oduc i i é de la chaîne d'agglomé a ion es liée à la bonne pe méabili é aux gaz du mélange cha gé. Celle-ci peu ê e ob enue soi pa une aible densi é de cha gemen , soi pa une ség éga ion g anulomé ique su la hau eu de couche. Le phénomène de ség éga ion g anulomé ique sépa e plus ou moins e icacemen les g osses pa icules des plus ines. Sans ce phénomène-là, les pa icules ines se placen dans les espaces lib es laissés pa les plus g osses e end la couche moins pe méable aux gaz, donc, comme on a di ou à l’heu e, moins p oduc i e. 8.2.4 L’allumage L’allumage es le phénomène d'ini ialisa ion du p ocessus de i age du mélange déposé su la chaîne. Ce e opé a ion es éalisée g âce à l'in lamma ion du combus ible p oche de la su ace du mélange lo s de son passage sous la ho e d’allumage. L'ou il classiquemen u ilisé es une ho e équipée de b ûleu s à gaz e l'appo he mique se ai pa con ec ion (g âce à des umées chaudes oxydan es p o enan des b ûleu s) e ayonnemen (g âce aux lammes des b ûleu s e au é ac ai e de la ho e). Les umées chaudes p odui es pa la ho e pénè en dans la couche g âce à l’e e de la dép ession. Dans un p emie emps, il au po e la cha ge à une empé a u e su isan e pou éalise les éac ions endo he miques (CO 2 , H 2 O) e po e le combus ible à sa empé a u e d’in lamma ion (~700°C). Dans ce e phase, la eneu en oxygène n’es pas impo an e mais pou l’in lamma ion du combus ible, la p ésence d’oxygène es nécessai e. A ec plusieu s ampes d’allumage, la combus ion doi ê e de plus en plus oxydan e. Il au sa oi que ous les combus ibles gazeux son u ilisables mais le choix dépend de considé a ions echniques (disponibili é e p ix). La combus ion doi ê e e minée au ni eau de l’allumage pa ce que la combus ion des umées ne se pou sui pas dans la couche. C’es pou ça qu’il au un bon dimensionnemen des b uleu s. L'allumage es dé e miné pa les ca ac é is iques echnologiques de la ho e e de l'aspi a ion sous chaîne e pa le églage de la combus ion. Dans la pa ie supé ieu e de la couche, la ésis ance mécanique es plus aible e l'agglomé é plus pe i . Figu e 19. Cuisson agglomé é. Une augmen a ion de l'appo he mique à l'allumage implique une diminu ion de la consomma ion de combus ible solide. En plus, l'augmen a ion de la eneu en oxygène (si elle es aible, in é ieu e à 10%) en aîne égalemen une diminu ion de la consomma ion de combus ible solide. En e e umées doi en con eni une quan i é su isan e d'oxygène pou assu e la combus ion du combus ible solide, au-delà de ce e quan i é su isan e, l'oxygène supplémen ai e n'es pas u ilisé e se e ou e dans les umées de cuisson (signe d'un excès d'ai e donc de umées moins chaudes). L'éne gie appo ée à l'allumage modi ie l'é a de su ace du gâ eau e c ée ainsi un on de lamme plus ou moins pe méable. Lo sque le on de lamme de ien épais, e pa conséquen 47 Analyse des éca s ISO as 27 e é é ence 2011 81,45 80,6 -0,14 0,57 -0,17 0,02 -0,28 0,14 0,21 -0,75 50 55 60 65 70 75 80 85 90 é 2011 mix hau eu couche ines de e ou indice he ses e o al MgO Conso ca bone di e s ISO as 27 -0,45 Figu e 28. É ude ISO as 27. Analyse des éca s ISO as 28 e é é ence 2011 81,45 81,0 -2,76 0,45 0,44 0,12 0,90 0,35 2,18 -1,91 50 55 60 65 70 75 80 85 90 é 2011 mix hau eu couche ines de e ou indice he ses e o al MgO Conso ca bone di e s ISO as 28 -0,23 Figu e 29. É ude ISO as 28.