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Perfectionnements au fonctionnement des haute-four- neaux" -la présente invention est relative à la fu- sien obtenue dans le haut-fourneau en utilisant comme vent de soufflerie un courant d'oxygène eu un courant $-la description qui va suivre fera apparaî- tre clairement 'la nature, les objets et avantages de l'invention,
Le rôle de la zone de fusion, dans un haut- fourneau, consiste à faire fondre le laitier et le fer et à réduire du silicium,- du manganèse et du phosphore et, dans certaine cas, une petite quantité de fer.
Le rôle de la cuve du four consiste à prépa-
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rer pour la zone de fusion la matière qui denceude, C'est dans cette partie du four que s'opèrent le
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chauffage préalable de la masse, la calcination dt :, carbonate de chaux et la réduction, à l'état dtépottge
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métallique .de la plue grande partie de l'oxyde de fer ;" Si l'on augmente jusqu'à une certaine liai*
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te la chaleur de fusion en se servant d'un vent fembuè >-*&->. enrichi d'oxygène ou d'Air oxygéné avec ou tans ehauf- fage préalable on augmente la capacité de production et l'efficacité de l'ensemble du four* ¯" Jg1" De;ne la fusion ordinaire du minerai de fefc. ' obtenue dans le haut-fourneau au moyen de l'air at :iiC:
'-' mosphérique, la pratique a permis de déterminer Va . ' js certain rapport qu'il est nécessaire d'obserrer entre
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le minerai et le coke pour charger le four. Si lîa& # zo,,: taugmente la teneur en oxygène dans le tent forcé ée ' qui a pour effet de diminuer la quantité dtftaoti res -: fermée dans le four), la température résultant dila 1 combustion de l'oxygène et du earbone du coke s**éiere dans la zone de fusion. Il existe une température cri-
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tique qu' il faut atteindre pour maintenir à l*<étai liquide le fer et le laitier fondus.
La chaleur en excès, au-dessus de cette température critique, sert à fondre le fer, et la quantité de fer fondue dépend de la quantité de chaleur en excès* Si 1*jon faisait fondre la même quantité de fer en augmentant la cha- leur disponible au-dessus de la température critique, . par l'addition d'oxygène dans le vent de la soufflerie
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. 't '
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alors la température du fer to*du a$..élève-rait pe-- . suite de 1* absorption de la chaleur en excès. *Y- . ne prenait pas de dispositions spéciales contre cette élévation de température, cette dernière s'élèverait beaucoup plus encore et pourrait avarier et détruire
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le four lui-même.
c'est vraisemblablement oe qui a ' ##
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.eu lieu jusqu'à présent dans les essaie qui ont pu être faits pour utiliser un vent oxygéné.
Tour ramener cette température excessive à un degré normal d'utilisation* le demandeur propose de faire fondre une plus grande masse de fer quand la chaleur disponible se trouve augmentée; par suite, pour chaque kilogramme de carbone brûlé avec l'oxygène, il propose de faire fondre un certain nombre de kilo- grammes de fer suivant le pourcentage d'.oxygène contenu dans le vent.
Pour obtenir un plus grand rapport entre la quantité de fer fondue et chaque kilogramme de car.. bone brûler le demandeur charge dans le sommet du four une proportion de minerai de fer par rapport au coke plus grande que celle que l'on chargerait en opé- rant avec l'air atmosphérique, En d'autres termes, pour contrôler les conditions du fonctionnement du haut-fourneau avec un vent oxygéné, on doit charger dans le gueulard du minerai et du coke dans un rapport déterminé, lequel est plus grand que lorsque le vent forcé est constitué par de l'air atmosphérique.
La quantité d'oxygène contenue dans le vent forcé se trouve ainsi augmentée, au point de maintenir, dans la zone de fusion la température entre deslimites convenables* c'est-à-dire pas trop élevée pour brûler le four ni trop basse pour refroidir le fer fondu.
En augmentant simplement la vitesse d'amenée de la charge (au lieu d'augmenter la proportion de minerai par rapport au coke)*' on n'abaisse pas la température jusquà une limite convenable. parce que la chaleur produite est proportionnelle à la quantité de coke amenée dans le four avec la oharge, tandis que la chaleur utilisée dans la fusion du fer est pro- portionnelle à la quantité de minerai chargée.
Dans ces conditions, quand la proportion de minerai par
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rapport au coke est maintenue constante, 'le rapport de -la quantité de chaleur produite à la masse de matière chargée d'absorber la chaleur demeure constante ce qui a pour effet d'établir dans le four la même ; < température* C'est seulement en augmentant la quanti- té de matière chargée d'absorber la chaleur par rapport à la quantité de matière qui donne naissance à la chaleur que l'on peut abaisser la température;
autrement dits on obtient des températures réduites en augmentent la proportion du minerai par rapport au coke. L'allure @ du four ne dépend pas du rapport existant entre le minerai de fer et le coke et 1*on ne peut pas accélé- rer cette allure en essayant d'amener plus de matière dans le gueulard;
la vitesse de fonctionnement est 'est réalité directement proportionnelle à la vitesse avec laquelle l'oxygène est amené au fond du four, de sorte que la capacité de production du four est directement proportionnelle à la vitesse d'amenée de l'oxygène*
Si l'on suppose maintenant que* conformément à l'invention,
les températures convenables soient maintenues dans la zone de fusion grâce à un* propor- tion convenable d'.oxygène et d'azote dans le vent proportion déterminée par le rapport des masse du mine- rai et du coke contenues dans la charge le rapport ' entre la'quantité de chaleur disponible dans la cave ' et la quantité de fer à réduire devient plus faible' lorsque le rapport de la quantité de minerai à celle du coke augmente ou lorsque la proportion d'oxygène par rapport à l'azote augmente.
Dans le haut-fourneau tel qu'on le construit actuellement, la cuve peut trai ter une quantité supplémentaire de matière si le tra- vail de la zone de fusion est accéléré. Dans ces con- dit ions, on peut utiliser cette propriété en ajoutant
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au vent de la soufflerie une quantité limitée d'oxy- ' gène insuffisante pour abaisser dune manière nuisible la température de la cuve,
La diminution de la chaleur disponible. dans la cuve, pour la réduction du minerai, est plutôt rapide quand on ajoute de 1 '.oxygène;
aussi un point peut-il être atteint pour lequel la chaleur est insuf- fusante pour que s'effectuent les opérations comprises dans la réduction du minerai et cela pour les raisons suivantes
Dans la marche pratique du haut-fourneau au moyen de l'air atmosphérique on a constaté que le rapport volumétrique de 00 à CO2,dans les gaz sortant au sommet du four, est rarement inférieur à 2:1. Au-
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trement dit, pour chaque centimètre cube de z ou de C-,S(4 gaz du gueulard, deux oentime tresse 00 ou de gaz réducteur sortent du four, On admettait autrefois que, pour marcher avec succès, ce rapport élevé de
00 à CO2 était nécessaire et que la plus faible limite
2 admissible du rapport 00/00, dans les conditions de laboratoire les plue idéales était en volume de 1 ; 1.
Bais il apparaît qu'à une température modérément bas- se, l'oxyde de fer n'est pas en équilibre avec un mélange formé d'un volume de CO et d'un volume de CO2, mais que 1'oxyde de fer est réduit et que la teneur du gaz en 00 est diminuée. Par suite, quand le haut*fourneau fonctionne aveo une augmentation d'o- zygène, 1'insuffisance de chaleur dans la cuve, tout en ayant pour effet de faire baisser la température, ne peut pas empêcher Inaction réductrice de se pro- duire en d'autres termes, les gaz du gueulard peuvent Obtenir une grande proportion de 00. et s'échapper à ùne température relativement basse si le minerai est complètement réduit dans la cuve.
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Si la température de .la cure détient trop basse pour réduit convenablement et chauffer préala- blement la charge, il sera alors nécessaire d'ajouter à la cuve de la ohaleur provenant d',une source extériet re, pour porter la température au point correspondant à la réduction réelle. Et si la charge (ou le minerai) comparée au oarbone chargé est assez forte pour rédui- re les propriétés réductrices du gaz au-dessous de leur limite d'action, il faudra également compléter 1'.action réductrice dans la cuve.
Pour cela le demandeur ajoute dans la cuve. en-un point situé au-dessus du ventres ' une substance réductrice supplémentaire telle que de la poudre de charbon, de l'huile combustible, des fragments de coke, du gaz de tour à coke, et*** Cette substance donne une chaleur suffisante pour porter la température des gaz ascendants du four au point voulu pour le chauffage préalable de la charge* Il peut également arriver qu'il faille ajouter; dans ce but, un agent réducteur supplémentaire.
Théoriquement, pour une augmentation donnée de la teneur en oxygène du vent de la souffleries on calculera d'une manière correspondante l'augmentation de la proportion du minerai par rapport au 0 on. mais le procédé permet de commander immédiatement les températures du four car, si les températures convena- blés ne sont pas maintenues par suite de la présence d'.une humidité excessive ou pour d'autres raisons* l'opérateur peut régler les soupapes qui commandent l'amenée de l'oxygène de manière à rectifier les con- ditions de température*
Dans la pratique ancienne,' quand il existait un excès d'humidité ou d'autres conditions normalement contrôlables affectant l'opération,
il était imossi- trie de oommander les températures du four pendant une période de temps inférieure au temps nécessaire pour
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modifier les proportions de la charge à traiter dans la zone de fusion* c'est-à-dire pendant douze heures, En utilisant le vend chaud, il a été possible de produire un très léger changement dans les condi- tiens de marche du four en modifiant la température du vent arrivant au tours mais oe oontrôle a été très limité et, dans la pratique, on opérai avec un vent de température constante au lieu d'utiliser une température variable pour contrôler les conditions de la marche du four, 3Ç *.,addition d'oxygène, sous la commande de l'opérateur,
permet de faire face presque immédiatement à toutes les conditions se produisant après le commencement de l'opération et de maintenir une-température de marche constante,
En augmentant la teneur du vent en oxygène, on économise du combustible, 1* allure du four ou sa capacité de production sont directement proportionnel- les à la vitesse à laquelle l'oxygène est amenée par le 'vent et cela pour les raisons suivantes :
La vitesse de combustion du carbone dans le coke est directement proportionnelle à la vitesse à laquelle l'oxyène est amené dans le four) en faite il est plus commode,dans bien des cas, de considérer la combustion comme une combustion de l'oxygène par addition de carbone, plutôt que comme une combustion du carbone par addition d'oxygène.
Si 1 '.oxygène est amené dans le four aussi vite avec de l'air oxygéné qu'avec de l'air atmosphérique, alors la vitesse de fusion du fer se trouve accrue, parce que la proportion de minerai de fer par rapport au coke aura été augmentée dans la charge, Si la quantité de vent est la même avec de l'air oxygéné qu'avec de l'air atmosphérique, alors la capacité de production du four se trouve augmentée pour deux raisons 4- a) à cause de la plus grande proportion de
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minerai par rapport au coke et b) parce que la vitesse d'amenée de l'oxygène est augmentée et que.
par suite, la vitesse de com- bustion se trouve accélérée,
La proportion'courante du coke par rapport
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au fer produit varie entre 815 et 1000 Icilograames de <Lt ;;: coke pour une tonne de suivant le minerai,;.' employé et la qualité du fer otenue.
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BEXEBBmMIcm 0l' ' '"' 1. Un procédé de fonctionnement d'un haut,.;- i .. i' 1,! fourneau aveo une charge comprenant une proportion dé- . ,4s . il,a ; terminée de minerai et de coke, caractérisé par le* fait ' que l'on règle et que l'on commande les températures de marche en modifiant les éléments constitutifs du vent de la soufflerie.
2. Un procédé conformément à la revendi-
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tion li caractérisé par le fait que l'on fait fa V/*f fit des conditions normalement incontrôlables de la zone de fusion du four en fournissant d'une manière réglable
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';-' - *, ;-i au vent de la soufflerie des quantités d',sg¯r; ; ".....:.(" ::1 i4 répondant aux conditions en question et en maintenant ainsi une température de marche à peu près constante.
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Improvements in the operation of blast furnaces "- the present invention relates to the smoke obtained in the blast furnace by using as blowing wind a current of oxygen at a current $ - the description which follows will emerge. - be clearly 'the nature, objects and advantages of the invention,
The role of the smelting zone in a blast furnace is to melt slag and iron and reduce silicon - manganese and phosphorus and in some cases a small amount of iron.
The role of the oven chamber is to prepare
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rer for the melting zone the material which denceude, It is in this part of the furnace that the
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preliminary heating of the mass, calcination of lime carbonate and reduction, in the state of deposit
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metal. of the greater part of the iron oxide; "If we increase to a certain level *
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you the heat of fusion using a fogged wind> - * & ->. enriched with oxygen or oxygenated air with or without preheating the production capacity and efficiency of the whole furnace are increased * ¯ "Jg1" From ordinary smelting of fefc ore. 'obtained in the blast furnace by means of air at: iiC:
'-' mospheric, practice has made it possible to determine Va. 'js certain relation that it is necessary to observe between
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ore and coke to charge the furnace. If lîa &# zo ,,: t increases the oxygen content in the forced tent 'which has the effect of reducing the quantity of dtftaoti res -: closed in the furnace), the resulting temperature dila 1 combustion of oxygen and coke s ** er in the melting zone. There is a critical temperature
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tick which must be reached in order to keep the molten iron and slag in the liquid prop.
The excess heat, above this critical temperature, serves to melt the iron, and the amount of molten iron depends on the amount of excess heat * If the same amount of iron was melted by increasing the heat. their available above the critical temperature,. by adding oxygen in the wind tunnel
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. 't'
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then the temperature of the iron to * from a $ .. would increase. resulting from the absorption of excess heat. * Y-. did not take special measures against this rise in temperature, it would rise much more and could damage and destroy
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the oven itself.
it is probably oe who has' ##
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. has taken place so far in the attempts which have been made to use an oxygenated wind.
In turn, reduce this excessive temperature to a normal degree of use * the applicant proposes to melt a greater mass of iron when the available heat is increased; consequently, for each kilogram of carbon burnt with oxygen, he proposes to melt a certain number of kilograms of iron according to the percentage of oxygen contained in the wind.
To obtain a greater ratio between the quantity of molten iron and each kilogram of carbon to burn the applicant charges in the top of the furnace a proportion of iron ore relative to the coke greater than that which would be charged in operation. - rant with atmospheric air, In other words, in order to control the operating conditions of the blast furnace with an oxygenated wind, ore and coke must be loaded into the throat in a determined ratio, which is greater than when the forced wind is atmospheric air.
The quantity of oxygen contained in the forced wind is thus increased, to the point of maintaining, in the melting zone, the temperature between suitable limits * that is to say not too high to burn the furnace nor too low to cool. molten iron.
By simply increasing the feed rate (instead of increasing the ratio of ore to coke) * the temperature is not lowered to a suitable limit. because the heat produced is proportional to the amount of coke fed into the furnace with the load, while the heat used in smelting iron is proportional to the amount of ore loaded.
Under these conditions, when the proportion of ore per
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relative to the coke is kept constant, 'the ratio of the quantity of heat produced to the mass of material responsible for absorbing the heat remains constant which has the effect of establishing in the oven the same; <temperature * It is only by increasing the amount of matter responsible for absorbing heat relative to the amount of matter which gives rise to heat that one can lower the temperature;
in other words, reduced temperatures are obtained by increasing the proportion of ore relative to coke. The speed of the furnace does not depend on the ratio existing between the iron ore and the coke, and this speed cannot be accelerated by trying to bring more material into the mouth;
the operating speed is actually directly proportional to the speed with which the oxygen is supplied to the bottom of the furnace, so that the production capacity of the furnace is directly proportional to the speed with which the oxygen is supplied *
If we now assume that * according to the invention,
proper temperatures are maintained in the melting zone by a suitable proportion of oxygen and nitrogen in the wind proportion determined by the ratio of the mass of ore and coke contained in the feed to the ratio ' between the 'amount of heat available in the cellar' and the amount of iron to be reduced becomes smaller 'when the ratio of the amount of ore to that of coke increases or when the proportion of oxygen to nitrogen increases.
In the blast furnace as presently constructed, the vessel can process additional material if the work of the melting zone is accelerated. In these conditions, we can use this property by adding
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to the wind from the blower a limited quantity of oxygen insufficient to lower the temperature of the tank in a detrimental manner,
The decrease in available heat. in the tank, for ore reduction, is rather fast when oxygen is added;
also a point can be reached at which the heat is insufficient for the operations included in the reduction of the ore to be carried out and this for the following reasons
In the practical operation of the blast furnace by means of atmospheric air it has been found that the volumetric ratio of 00 to CO2, in the gases leaving the top of the furnace, is seldom less than 2: 1. At-
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In other words, for every cubic centimeter of z or C-, S (4 gases from the top, two oentime braid 00 or reducing gas come out of the oven, It was once assumed that, in order to work successfully, this high ratio of
00 to CO2 was required and that the lowest limit
2 permissible from the 00/00 ratio, under the most ideal laboratory conditions was in volume of 1; 1.
But it appears that at a moderately low temperature, iron oxide is not in equilibrium with a mixture of one volume of CO and one volume of CO2, but iron oxide is. reduced and the 00 gas content is reduced. Therefore, when the blast furnace is operated with increased oxygen, the insufficient heat in the vessel, while having the effect of lowering the temperature, cannot prevent the reducing action from occurring. in other words, the top gases can get a large proportion of 00 and escape at a relatively low temperature if the ore is completely reduced in the tank.
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If the temperature of the cure is too low to properly reduce and preheat the load, then it will be necessary to add heat from an external source to the tank to bring the temperature to the corresponding point. to the actual reduction. And if the charge (or ore) compared to the charged carbon is strong enough to reduce the reducing properties of the gas below their limit of action, then the reducing action in the vessel will also have to be completed.
For this the applicant adds in the tank. at a point above the bellies an additional reducing substance such as coal powder, fuel oil, coke fragments, coke tower gas, and *** This substance gives off heat sufficient to bring the temperature of the ascending gases from the furnace to the point required for the preliminary heating of the load * It may also happen that it is necessary to add; for this purpose, an additional reducing agent.
Theoretically, for a given increase in the oxygen content of the wind from the wind tunnels, the increase in the proportion of the ore compared to 0 on will be calculated in a corresponding manner. but the method allows immediate control of the oven temperatures because, if the correct temperatures are not maintained due to the presence of excessive humidity or for other reasons * the operator can adjust the valves which control the supply of oxygen so as to correct the temperature conditions *
In the old practice, when there was an excess of humidity or other normally controllable conditions affecting the operation,
it was impractical to control the oven temperatures for a period of time less than the time required to
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modify the proportions of the charge to be treated in the melting zone * that is to say for twelve hours, Using the hot vend, it was possible to produce a very slight change in the operating conditions of the furnace by modifying the temperature of the wind arriving at the towers but this control was very limited and, in practice, one operated with a wind of constant temperature instead of using a variable temperature to control the operating conditions of the furnace, 3Ç * ., addition of oxygen, under operator control,
makes it possible to cope almost immediately with all conditions occurring after the start of the operation and to maintain a constant operating temperature,
By increasing the oxygen content of the wind, fuel is saved, the speed of the furnace or its production capacity are directly proportional to the speed at which the oxygen is carried by the wind for the following reasons:
The rate of combustion of the carbon in the coke is directly proportional to the rate at which the oxyene is fed into the furnace) in fact it is more convenient, in many cases, to regard the combustion as a combustion of oxygen by addition of carbon, rather than as a combustion of carbon by addition of oxygen.
If oxygen is brought into the furnace as quickly with oxygenated air as with atmospheric air, then the rate of iron melting is increased, because the ratio of iron ore to coke will have been increased in the load, If the amount of wind is the same with oxygenated air as with atmospheric air, then the production capacity of the furnace is increased for two reasons 4- a) because of the greatest proportion of
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ore compared to coke and b) because the oxygen supply speed is increased and that.
consequently, the speed of combustion is accelerated,
The current ratio of coke to
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iron produced varies between 815 and 1000 Icilograames of <Lt ;;: coke for a ton of depending on the ore,;. ' employee and the quality of the iron kept.
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BEXEBBmMIcm 0l '' '"' 1. A method of operating a high,.; - i .. i '1,! Furnace with a charge comprising a determined proportion, 4s. Il, has; finished ore and of coke, characterized by the fact that one regulates and that one controls the operating temperatures by modifying the constituent elements of the wind of the blower.
2. A process in accordance with the claim
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tion li characterized by the fact that one makes fa V / * f fit normally uncontrollable conditions of the melting zone of the furnace providing in an adjustable manner
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'; -' - *,; -i upwind of the blower quantities of, sg¯r; ; ".....:. (" :: 1 i4 satisfying the conditions in question and thus maintaining a more or less constant operating temperature.
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