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Procédé en vue de la préparation de métaux, et en particulier de fer, à partir de minerais oxydés, à une température de réduction quelconque, dans un four de réduction à gouttes.
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L'invention concerne un procédé de fabrication de métaux, et en particulier d'acier, à partir de minerais oxydés, et en particulier de minerais de fer, dans un four de fusion réducteur recouvert par le haut de minerai de granulométrie quelconque qui est réchauffé jusqu'à la température de fusion et pré-réduit par les gaz réducteurs chauds provenant de la base du puits à travers une grille supportant la colonne de minerai, dans lequel le liquide de fusion consistant en minerai préréduit et éventuellement de fer en fusion et de gangue traverse goutte à goutte la grille de fond à contre-courant du déplacement des gaz et s'écoule vers le bas à travers un puits dans un récipient approprié, où prennent place tant la réduction finale que la séparation du métal en fusion, de préférence le fer,
d'avec la gangue et les éléments non souhaités et d'où le métal, et de préférence le fer, est conduit vers une utilisation appropriée.
Il existe dans la métallurgie actuelle différents procédés en vue par exemple d'extraire le métal de minerais métalliques ou le fer de minerais de fer. En matière de procédés de principe pour le fer, on revient toujours en partie à la technique de base du procédé traditionnel du haut-foumeau, dont la domination sur l'économie résulte de l'utilisation poussée des gaz de réaction (gaz CO) provenant de la réduction finale dans le bain métallique en vue de la pré-réduction dans le puits.
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Pré-réduction ou réduction indirecte :
CO + 1/2 02 (minerai) = C02 + FeO Réduction finale ou réduction directe :
C + FeO = CO + Fe
Le produit gazeux provenant de la réduction finale (gaz CO) s'écoule depuis l'endroit de son apparition, dans le bain, vers le haut et à travers le volume poreux le la charge de minerai et de coke introduit par le haut du puits. La chaleur se transfère ainsi à la charge et l'oxygène est en même temps extrait du minerai.
Cette réaction d'oxydation du CO gazeux se termine dès que la dernière étape d'oxydation a formé du C02 gazeux. Simultanément, la teneur en oxygène du minerai se réduit jusqu'à FeO, qui de son côté est réduit directement en fer par le carbone, ce qui occasionne par ailleurs la fraction la plus grande de la dépense énergétique de l'ensemble de la réaction. Les deux réactions, d'oxydation et de réduction, ont lieu sur l'ensemble de la hauteur de la colonne de chargement. A l'extrémité inférieure de la colonne de chargement, le minerai est pré-réduit en FeO qui est mis en fusion et subit la réduction finale dans le foyer.
Pour des raisons économiques, c'est le CO qui est le plus important pour la réduction dans le haut-foumeau. La perméabilité aux gaz est dans ce cas capitale pour la réaction, elle doit exister de manière permanente tout au long de l'ensemble de la réaction et elle est assurée uniquement par une porosité suffisante de la charge. Tous les autres paramètres de la réaction dépendent de cette exigence particulière.
Ainsi, la température du CO gazeux doit être limitée à moins de IOOOOC, en vue d'éviter un compactage du minerai par frittage et la réduction de la porosité, Il faut également recourir à du coke mécaniquement plus résistant que le charbon. en vue de maintenir la porosité de la charge. Pour ces mêmes raisons, une granulométrie de minerai d'environ 40 000 microns est nécessaire.
Une trop faible porosité est également la raison pour laquelle on n'utilise pas
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en haut-fourneau de minerais de granulométrie fine, ni à fortiori du minerai poudreux.
La réaction est malheureusement aussi caractérisée par une utilisation de carbone en excès stoechiométrique. Une des raisons en est l'obligation de recourir à plus d'énergie pour la réduction finale que pour la pré-réduction du minerai. On produit lors de la réduction finale plus de CO gazeux que ce qui est nécessaire pour assurer la pré-réduction. Il est heureux que le CO produit en excès pour les besoins de la réduction puisse aussi être utilisé thermiquement, puisqu'on le brûle de même en C02 par l'oxygène gazeux avec effets exothermiques. Il est cependant regrettable que cet effet ne puisse convenir au préchauffage à l'intérieur du hautfourneau de l'air de soufflage, qui ne peut s'effectuer qu'à l'extérieur et avec des pertes de transformation.
Une autre raison imposant le recours un excès steochiométrique en carbone découle de ce que le coke et le minerai traversent le four dans le même sens. Les échanges thermiques et de matériaux sont fondamentalement meilleurs lorsque les partenaires de réaction se déplacent à contre-courant l'un de l'autre.
Cependant, à ce jour l'importance économique de la réaction du hautfourneau est dominante, et est basée sur l'utilisation poussée du CO gazeux produit dans le foyer de fusion en-vue du réchauffage et de la pré-réduction du minerai dans le puits. Ce procédé est l'étalon auquel tous les autres procédés doivent être comparés. Aussi, et malgré toutes les recherches, à ce jour seul le procédé COREX est parvenu à mettre au point un procédé de réduction et de fusion dans lequel c'est le CO gazeux propre du foyer qui est de même utilisé pour la pré-réduction du minerai, et même alors dans les mêmes limitations de température.
Il n'a pas lieu dans un four vertical, mais dans deux réacteurs fonctionnant de manière séparée. le CO gazeux de réduction produit dans le réacteur inférieur étant conduit dans le réacteur supérieur rempli de minerai, le minerai pré-réduit en FeO provenant du réacteur supérieur étant conduit dans le four inférieur.
Le charbon est injecté en conditions réductrices dans le four inférieur de gazéification et de fusion et y est gazéifié à une température inférieure à 1. 300 C. Le coke ainsi produit se déplace par gravité vers la couche inférieure de la colonne et y est gazéifié en CO gazeux par soufflage d'oxygène à 1. 600-1. 7000C. Ce
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mélange de gaz provenant du charbon et du coke oxydé consiste en environ 75 % de CO et 25 % d'hydrogène. Avant d'être conduit vers le réacteur supérieur de réduction, il doit cependant être refroidi à environ 9000c à l'extérieur des deux réacteurs, en vue d'y empêcher la cuisson du minerai en masse compacte.
La réduction ainsi ralentie détermine le débit du four et donc l'économie du procédé qui actuellement est utilisé pour la première fois à ISCOR en Afrique du Sud. Le minerai pré-réduit à 95 % est injecté par un extracteur à vis dans le réacteur de gazéification où après fusion à la température mentionnée plus haut, la gangue est séparée du fer plus dense.
Un autre désavantage réside en ce que malgré une pression de service élevée, jusqu'à 5 bars. en vue de l'obtention de la perméabilité aux gaz. seuls des minerais de granulométrie supérieure à 5.000 microns peuvent être utilisés. Comme la granulométrie est encore limitée assez haut, seule une classe assez étroite de la distribution granulométrique peut être utilisée. Les minerais poudreux ou en gros blocs sont inutilisables. L'avantage incontestable du procédé COREX réside en l'utilisation de charbon et non de coke, mais pour le reste la pré-réduction est soumise à une restriction de la température à une valeur inférieure à I. OOOOC. Le haut-fourneau reste l'inspirateur de tous les autres nouveaux développements
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séparant le foyer du puits de chargement.
Ils peuvent se classer en ceux dans lesquels ne se produit qu'une réaction à Vétct so\ide dans un puBs (ptocedè pox réduction directe) avec un produit final à l'état solide, et ceux dans lesquels on obtient dans un four contenant un bain de fer en fusion (procédé de fusion réductrice) avec un produit final à l'état liquide. Ces procédés présentent ainsi soit une partie puits avec réduction indirecte sans réduction finale ou la partie foyer sans la préréduction.
Le groupe des procédés avec puits existe en principe depuis le début de l'histoire du fer. Tous ces procédés dépendent aussi automatiquement des lois de la perméabilité aux gaz, qui n'autorisent pas de températures de réduction supérieures à 900 C, car à des températures supérieures le compactage du minerai par cuisson empêcherait la perméabilité aux gaz qui est à la base du procédé. Les procédés de réduction directe sont utilisés industriellement.
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Aucun procédé du second groupe, apparenté au foyer liquide du hautfourneau, n'a à ce jour percé. La réduction directe, avec recours per exemple au charbon et formation de CO gazeux se produit bien dans le foyer, et sans difficultés, mais il n'est pas possible de réaliser un réduction indirecte dans le bain de fusion. Le fer en fusion ne permet pas l'oxidation exothermique du CO gazeux en C02, car l'oxygène se lie au fer de préférence au CO gazeux. On ne peut oxyder que le fer en fusion, par le CO gazeux.
Dans ces conditions, l'utilisation dans le bain de fusion du fer des composants exothermiques du CO gazeux n'est pas possible. Une utilisation exothermique externe du CO gazeux ne peut être envisagée qu'avec de mauvais rendements et ne permettrait pas des vitesses de réduction compatibles avec un débit plus élevé du réacteur de pré-réduction. Il ne reste que l'utilisation externe dans un but de réduction du CO gazeux dans un but de réduction dans un puits de minerai séparé, ce qui est à nouveau soumis aux lois déjà mentionnées de la perméabilité, de sorte que la température maximale de réduction doit de même se situer en-dessous de la température de frittage du minerai. En pratique, on revient alors au procédé du haut-fourneau, dont l'économie est, au vrai sens du terme, remarquable.
Tous les procédés de pré-réduction prenant place dans un puits présentent tant un faible rendement spécifique dû aux basses températures de réduction qu'un produit final solide qui doit être mis en fusion après la préréduction. Tous les procédés de réduction finale prenant place dans un bain liquide de fusion présentent il est vrai un produit final liquide, mais également une limitation de température pour la pré-réduction dans un puits. Dans tous les cas, c'est la durée de la pré-réduction qui détermine la durée de l'ensemble du procédé.
Réduire la durée du procédé implique réduire celle de la pré-réduction, ce qui ne peut s'effectuer que par augmentation de la température de pré-réduction, car les durées de réduction décroissent exponentiellement avec la température de réduction. Ce qui dure des heures à 9000C s'effectue en secondes à la température de fusion du minerai. Il n'existe cependant pas à ce jour de procédé dans lequel la pré-réduction puisse avoir lieu avec du gaz, sans limite de température, à des températures supérieures à la température de frittage ou atteignant la température de fusion. Un tel procédé réduirait en pratique les durées nécessaires à la pré-réduction et renforceraient aussi considérablement les performances en débit.
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L'économie du haut-fourneau en serait dépassée. Si en plus on parvenait à utiliser du charbon au lieu de coke, le procédé COREX serait aussi économiquement dépassé. Ces conditions impliquent un procédé dans lequel des gaz chauds, à des températures pouvant atteindre 2. 000oC et plus (au-delà de la température de fusion) pourraient réchauffer le minerai et le réduire, la porosité n'étant plus une condition préalable pour la pré-réduction. Tous les pores se compactent par cuisson au cours du frittage. Il faut assurer la réduction du minerai sans perméabilité aux gaz. Si l'on accélère ainsi la pré-réduction, la durée de l'ensemble de la réaction est diminuée.
De ces constatations découlent les conditions fondamentales d'un procédé de réduction plus économique : 1. le recours, pour la pré-réduction, à des températures quelconques de gaz. plus élevées et pouvant dépaseer la température de fusion du minerai ; 2. l'élimination de la porosité comme condition préalable à la pré-réduction, de manière à pouvoir réduire le minerai de manière indépendante de sa granulométrie ; 3. l'utilisation de charbon au lieu de coke ; 4. l'écoulement à contre-courant des gaz et du produit à réduire.
Le procédé de réduction à gouttes
En pré-réduction classique, le CO gazeux de réduction attaque par étapes l'oxygène du minerai simultanément dans de nombreuses couches de la colonne de minerai pendant des heures, jusqu'à l'étape finale du FeO. A l'inverse, le CO gazeux est lentement oxydé en C02 par l'oxygène du minerai en traversant la colonne de minerai. Lorsque les étapes finales ont produit du C02 et du FeO, l'objectif de la pré-réduction est atteint et les deux partenaires ne peuvent plus réagir.
Si l'on parvenait, en recourant à de plus hautes températures de gaz, à faire traverser très rapidement toutes les étapes de réduction jusqu'à l'état final de FeO en fusion par des couches successives de minerai, comme en accéléré, le gaz à
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oxyder simultanément en C02 aurait rempli sa mission dès le début. Comme le travail de pré-réduction et de réalisation de la fusion du minerai seraient terminés, et qu'il n'y aurait pratiquement plus de porosité. le gaz pourrait quitter l'endroit où ces fonctions sont réalisées par la colonne de minerai, mais pas nécessairement par là.
Il est une fois de plus conseillé de choisir la température des. gaz de réduction aussi haute que possible. car la liquéfaction et la pré-réduction s'effectuent plus rapidement avec l'augmentation de la température. Le minerai pré-réduit (FeO) et s'écoulant en gouttes devrait quitter l'endroit de la réaction au niveau de la couche frontale pour subir la réduction finale dans le bain en fusion, et pour offrir au CO gazeux qui arrive de nouvelles couches de minerai à mettre en fusion et à réduire, ce qui s'effectue sans réglages par l'action automatique de la pesanteur sur les gouttes à l'état naissant. Ces gouttelettes peuvent être réchauffées encore au cours de leur libre chute dans les gaz chauds.
Si l'étape finale de la préréduction (FeO) n'était pas complètement atteinte à la température de fusion des gouttes, elle peut être terminée au cours de la chute libre vers le bain de fusion.
Le CO gazeux de réduction peut être produit à partir de charbon et d'oxygène dans n'importe quel four de fusion gazéificateur ou être amené de l'extérieur. A côté d'énergie primaire, il est recommandé de recourir en cas de besoin également à une énergie secondaire en vue de maintenir la fusion au niveau de température souhaité. La séparation du laitier et du fer s'effectue sous l'action de la différence des poids spécifiques.
Le four de réduction à gouttes
Il s'agit ici par exemple d'un four à puits vertical, dans lequel le bain de fusion et la colonne de minerai sont séparés par un espace intermédiaire. La colonne de minerai est retenue par une grille appropriée située sous la colonne de minerai et qui laisse passer vers le bas la matière pré-réduite liquéfiée et vers le haut les gaz de réduction très chauds, mais ne laisse par passer la matière solide. Les gaz chauds réchauffent la colonne de minerai par le bas et par couches successives. jusqu'à ce que la couche de pré réduction s'égoutte au niveau du front gaz/minerai/FeO.
Les couches de minerai au-dessus du niveau d'égouttage coalescent par
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cuisson dès qu'elles atteignent des températures supérieures à 950 C, de sorte qu'il se forme un gros bloc de minerai et que la granulométrie finale du minerai n'a aucune importance. Le minerai compacté par frittage interdit bientôt toute perméabilité aux gaz, mais le gaz peut cependant, après sa réaction, s'échapper
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du four à hauteur de la grille ou latéralement s'il le faut à l'aide de clapets de surpression.
Le charbon et l'oxygène peuvent être injectés dans le bain de fusion au niveau de l'espace intermédiaire. Lors de la combustion du carbone par l'oxygène il se produit du CO gazeux dans une réaction exothermique, et lorsqu'il s'échappe, ce gaz réalisera la fusion et la réduction au niveau de la grille.
A côté du recours à l'énergie primaire, on peut utiliser de l'énergie secondaire, comme par exemple un chauffage par induction, pour maintenir la température de réaction dans le foyer en fusion.
Dans le foyer, le laitier se sépare du fer sous l'action de la différence de poids spécifique. Les deux produits de réaction peuvent être extraits en continu ou en discontinu.
La grille de support et l'utilisation, en vue de la pré-réduction, de températures de gaz largement supérieures à la température de frittage ou de fusion du minerai sont essentielles au procédé et relèvent du droit de la propriété intellectuelle.
Même de petits fours peuvent ainsi réaliser des débits considérablement plus élevés, avec utilisation de charbon au lieu de coke et suivant le principe du contrecourant.
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Process for the preparation of metals, and in particular iron, from oxidized ores, at any reduction temperature, in a drop reduction oven.
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The invention relates to a method for manufacturing metals, and in particular steel, from oxidized ores, and in particular iron ores, in a reducing smelting furnace covered from above by ore of any particle size which is heated. up to the melting temperature and pre-reduced by the hot reducing gases coming from the base of the well through a grid supporting the ore column, in which the fusion liquid consisting of pre-reduced ore and possibly of molten iron and gangue drips through the bottom grid against the flow of gases and flows down through a well into a suitable container, where both the final reduction and the separation of the molten metal take place, preferably the iron,
with the gangue and the undesired elements and from where the metal, and preferably iron, is led to an appropriate use.
There are various processes in present metallurgy for the purpose of, for example, extracting metal from metal ores or iron from iron ores. In terms of basic processes for iron, we always come back in part to the basic technique of the traditional blast-burner process, whose dominance over the economy results from the extensive use of reaction gases (CO gas) from final reduction in the metal bath for pre-reduction in the well.
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Pre-reduction or indirect reduction:
CO + 1/2 02 (ore) = C02 + FeO Final reduction or direct reduction:
C + FeO = CO + Fe
The gaseous product from the final reduction (CO gas) flows from the place of its appearance, in the bath, upwards and through the pore volume the ore and coke charge introduced from the top of the well . The heat is thus transferred to the charge and the oxygen is at the same time extracted from the ore.
This gaseous CO oxidation reaction ends as soon as the last oxidation step has formed CO 2 gas. Simultaneously, the oxygen content of the ore decreases to FeO, which in turn is reduced directly to iron by carbon, which also causes the largest fraction of the energy expenditure of the entire reaction. The two reactions, oxidation and reduction, take place over the entire height of the loading column. At the lower end of the loading column, the ore is pre-reduced to FeO which is melted and undergoes the final reduction in the hearth.
For economic reasons, it is the CO which is most important for the reduction in the high-flow. In this case, gas permeability is essential for the reaction, it must exist permanently throughout the entire reaction and it is ensured only by sufficient porosity of the charge. All other parameters of the reaction depend on this particular requirement.
Thus, the temperature of the CO gas must be limited to less than IOOOOC, in order to avoid compaction of the ore by sintering and reduction of the porosity. It is also necessary to use coke which is mechanically more resistant than coal. in order to maintain the porosity of the load. For these same reasons, an ore particle size of around 40,000 microns is required.
Too low porosity is also the reason why we do not use
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in the blast furnace of fine-grained ores, nor a fortiori of powdery ore.
Unfortunately, the reaction is also characterized by the use of carbon in stoichiometric excess. One reason is the requirement to use more energy for final reduction than for pre-reduction of the ore. During the final reduction, more CO gas is produced than is necessary to ensure the pre-reduction. It is fortunate that the CO produced in excess for the needs of reduction can also be used thermally, since it is likewise burned in C02 by gaseous oxygen with exothermic effects. It is however regrettable that this effect cannot be suitable for preheating inside the blast furnace of the blowing air, which can only take place outside and with transformation losses.
Another reason for resorting to a steochiometric excess of carbon stems from the fact that the coke and the ore pass through the furnace in the same direction. The heat and material exchanges are basically better when the reaction partners move against each other.
However, to date the economic importance of the blast furnace reaction is dominant, and is based on the extensive use of the gaseous CO produced in the hotplate for the purpose of reheating and pre-reduction of the ore in the well. . This process is the standard against which all other processes must be compared. Also, and despite all the research, to date only the COREX process has managed to develop a reduction and fusion process in which it is the clean CO gas of the hearth which is also used for the pre-reduction of ore, and even then within the same temperature limitations.
It does not take place in a vertical oven, but in two reactors operating separately. the gaseous reduction CO produced in the lower reactor being led into the upper reactor filled with ore, the ore pre-reduced into FeO coming from the upper reactor being led into the lower oven.
The coal is injected under reducing conditions into the lower gasification and melting furnace and is gasified therein at a temperature below 1,300 C. The coke thus produced moves by gravity to the lower layer of the column and is gasified therein. CO gas by blowing oxygen at 1,600-1. 7000C. This
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mixture of gases from coal and oxidized coke consists of about 75% CO and 25% hydrogen. Before being led to the upper reduction reactor, it must however be cooled to around 9000c outside the two reactors, in order to prevent the cooking of the ore in compact mass.
The reduction thus slowed down determines the flow rate of the furnace and therefore the economy of the process which is currently used for the first time at ISCOR in South Africa. The 95% pre-reduced ore is injected by a screw extractor into the gasification reactor where, after melting at the temperature mentioned above, the gangue is separated from the denser iron.
Another disadvantage is that despite a high operating pressure, up to 5 bar. with a view to obtaining gas permeability. only ores with a grain size greater than 5,000 microns can be used. As the particle size distribution is still limited high enough, only a fairly narrow class of the particle size distribution can be used. Powdery or large block ores are unusable. The undeniable advantage of the COREX process lies in the use of coal and not of coke, but for the rest the pre-reduction is subject to a temperature restriction to a value lower than I. OOOOC. The blast furnace remains the inspiration for all other new developments
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separating the fireplace from the loading well.
They can be classified into those in which only a reaction to Vétct so \ ide occurs in a puBs (ptocedè pox direct reduction) with a final product in the solid state, and those in which one obtains in an oven containing a molten iron bath (reductive melting process) with a final product in the liquid state. These methods thus present either a well part with indirect reduction without final reduction or the hearth part without pre-reduction.
The group of well processes has existed in principle since the beginning of the history of iron. All these processes also automatically depend on the laws of gas permeability, which do not allow reduction temperatures above 900 C, because at higher temperatures the compaction of the ore by cooking would prevent the gas permeability which is the basis of process. Direct reduction processes are used industrially.
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No process of the second group, related to the liquid hearth of the Hautfourneau, has so far pierced. Direct reduction, using for example coal and gaseous CO, occurs well in the furnace, and without difficulty, but it is not possible to carry out an indirect reduction in the melt. Molten iron does not allow the exothermic oxidation of CO gas to C02, because oxygen preferably binds to iron CO gas. Only molten iron can be oxidized by gaseous CO.
Under these conditions, the use in the iron melt of the exothermic components of the gaseous CO is not possible. External exothermic use of the gaseous CO can only be envisaged with poor yields and would not allow reduction rates compatible with a higher flow rate of the pre-reduction reactor. Only external use remains for the purpose of reducing CO gas for the purpose of reduction in a separate ore well, which is again subject to the already mentioned laws of permeability, so that the maximum temperature of reduction likewise must be below the sintering temperature of the ore. In practice, we then return to the blast furnace process, whose economy is, in the true sense of the term, remarkable.
All the pre-reduction processes taking place in a well have both a low specific yield due to the low reduction temperatures and a solid final product which must be melted after the pre-reduction. All the final reduction processes taking place in a liquid melting bath present, it is true, a liquid final product, but also a temperature limitation for the pre-reduction in a well. In all cases, it is the duration of the pre-reduction which determines the duration of the entire process.
Reducing the duration of the process implies reducing that of the pre-reduction, which can only be done by increasing the pre-reduction temperature, since the reduction times decrease exponentially with the reduction temperature. What lasts for hours at 9000C takes place in seconds at the ore's melting temperature. However, to date there is no process in which the pre-reduction can take place with gas, without temperature limit, at temperatures above the sintering temperature or reaching the melting temperature. Such a process would in practice reduce the durations necessary for the pre-reduction and would also considerably improve the flow performance.
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The economy of the blast furnace would be out of date. If in addition we managed to use coal instead of coke, the COREX process would also be economically out of date. These conditions imply a process in which hot gases, at temperatures up to 2,000oC and above (above the melting temperature) could heat the ore and reduce it, porosity no longer being a prerequisite for the pre-reduction. All pores are compacted by cooking during sintering. Ore reduction must be ensured without gas permeability. If the pre-reduction is thus accelerated, the duration of the whole reaction is reduced.
From these observations arise the fundamental conditions for a more economical reduction process: 1. the use, for pre-reduction, at any gas temperatures. higher and may exceed the ore's melting temperature; 2. the elimination of porosity as a prerequisite for pre-reduction, so that the ore can be reduced independently of its particle size; 3. the use of coal instead of coke; 4. the counterflow of gases and the product to be reduced.
The drop reduction process
In conventional pre-reduction, the CO reduction gas attacks the ore oxygen in stages simultaneously in many layers of the ore column for hours, until the final stage of FeO. Conversely, the CO gas is slowly oxidized to C02 by the oxygen of the ore by passing through the column of ore. When the final stages have produced CO2 and FeO, the pre-reduction objective is achieved and the two partners can no longer react.
If we were able, by using higher gas temperatures, to pass very quickly through all the reduction stages to the final state of molten FeO by successive layers of ore, as in accelerated, the gas at
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oxidizing simultaneously in C02 would have fulfilled its mission from the start. As the work of pre-reduction and realization of the fusion of the ore would be finished, and that there would be practically no more porosity. the gas could leave the place where these functions are performed by the ore column, but not necessarily there.
It is once again advisable to choose the temperature. reduction gas as high as possible. because liquefaction and pre-reduction take place more quickly with increasing temperature. The pre-reduced ore (FeO) and flowing in drops should leave the place of the reaction at the level of the front layer to undergo the final reduction in the molten bath, and to offer to the gaseous CO which arrives new layers of ore to be melted and reduced, which is done without adjustments by the automatic action of gravity on the drops in the nascent state. These droplets can be reheated during their free fall in the hot gases.
If the final pre-reduction stage (FeO) was not completely reached at the drop melting temperature, it can be completed during the free fall towards the melt.
The CO reduction gas can be produced from coal and oxygen in any gasification melting furnace or brought from outside. In addition to primary energy, it is recommended to use secondary energy when necessary to maintain fusion at the desired temperature level. The separation of slag and iron takes place under the action of the difference in specific weights.
The drop reduction oven
This is for example a vertical well furnace, in which the molten bath and the ore column are separated by an intermediate space. The ore column is retained by an appropriate grid located under the ore column which allows the liquefied pre-reduced material to pass downwards and the very hot reduction gases to go upwards, but does not allow the solid matter to pass through. The hot gases heat the ore column from below and in successive layers. until the pre-reduction layer drips at the gas / ore / FeO front.
The ore layers above the dripping level coalesce through
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baking as soon as they reach temperatures above 950 C, so that a large block of ore is formed and the final grain size of the ore is of no importance. The ore compacted by sintering soon prohibits any permeability to gases, but the gas can however, after its reaction, escape
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from the oven at the level of the rack or laterally if necessary using pressure relief valves.
Coal and oxygen can be injected into the melt at the intermediate space. During the combustion of carbon by oxygen, CO gas is produced in an exothermic reaction, and when it escapes, this gas will carry out fusion and reduction at the level of the grid.
Besides the use of primary energy, secondary energy, such as induction heating, can be used to maintain the reaction temperature in the molten hearth.
In the hearth, the slag separates from the iron under the action of the difference in specific weight. The two reaction products can be extracted continuously or batchwise.
The support grid and the use, for the purpose of pre-reduction, of gas temperatures much higher than the sintering or smelting temperature of the ore are essential to the process and fall under intellectual property law.
Even small ovens can thus achieve considerably higher flow rates, using coal instead of coke and following the principle of the countercurrent.