<Desc/Clms Page number 1>
Procédé pour l'extraction directe d'un métal, en particulier du fer, de ses minerais et installation de four pour la réalisation du procédé.
L'extraction directe du fer de ses minerais s'obtient par de nombreux procédés connus, Le premier groupe comprend les procédés comportant l'emploi de fours à cuve ou à tube tournant. Ceux-ci fonctionnent bien, le plus souvent d'une manière continue, mais les matières brutes réagissant les unes sur les autres, particulièrement le produit final re- cherché et le laitier résiduaire se meuvent toutes, pendant les réactions, ensemble et dans le même sens,
Un deuxième groupe comprend les procédés au bas- foyer qui, le plus souvent, ne fonctionnent pas d'une manière continue, mais par intermittences, c'est-a-dire par fusions coopérations séparées depuis l'état initial jusqu'au pro- duit final.
Ici se placent aussi les extractions partielle-
<Desc/Clms Page number 2>
ment directes du fer qui se produisent dans les opérations d'affinage. c'est-a-dire que la faculté de réduction limi- tée de la fonte brute est utilisée pour ag:ir sur des minerais.
Mais, dans ces opérations connues au bas-foyer ou d'affinage. au vent, on ne travaille pas avec une réaction strictement continue, et les matières destinées à réagir les unes sur les autres ne font, non plus, que séjourner cote à cote, sans mouvement continu en sens opposés. Il n'est rien changé à cette caractéristique principale lorsque le laitier ou le bain est, pour certaines charges, percé partiellement.
La caractéristique de tous les procédés entrant en ligne de compte pour une compc.raison avec le nouveau procé- dé diaprés l'invention est le défaut de contre-courant ou de oontinuité ou des deux. Dans ces procédés connus, toutes les matières brutes sont chargées ensemble. Elles trouvent toutes les réactions et phases de travail ensemble et dans le même 'sens: Dans les procédés au bas-foyer, on charge avant les fusions et on perce après l'opération.
Toutes les opé- rations ont lieu par intermittences (par charges successi- ves) Les minerais, le bain de métal et le laitier se sé- parent en couches par suite de la différence de poids spé- cifique. Le contact réciproque de ces matières a lieu le long de surfaces, de constitution homogène, Le processus de réaction a donc lieu aussi d'une manière unifmrme le long de la surface de contact entière et produit, chez tous les éléments; une neutralisation de même sens, De ce fait, les réactions se ralentissent, parce qu'on n'agit plus avec la chuta de réaction initiale. Le manque de mouvement continue diminue le contact intime nécessaire.
De plus, il se forme, entre les éléments réagissant les uns sur les autres (aussi longtemps qu'ont lieu les réactions) une couche de produits neutralisés (ayant cessé de réagir), qui, à défaut d'un mou- vement réglé, ne sont pas évacués et forment une couche iso- lante: Même dans le mouvement, de bouillonnement, il se pro-
<Desc/Clms Page number 3>
duit une dilution indésirable. '
On essaie de compenser partiellement ces inconvé- nients des bains au repos, et des procédés à mouvement en sens unique, au moyen d'excédents de matières brutes occa- sionnant des pertes et par un plus fort réchauffage au moyen de supertempératures supérieures.
On produit,, bien ainsi des remous de bouillonnement et, par suite, on améliore par- tiellement le contact, mais la dilution des produits neutra- lisés des réactions ne peut être empêchée parce qu'il ne s.e produit pas une évacuation et un éloignement réglés de ces produits hors des zones de réaction
Mais on sait, en outre, que le garnissage des fours est très sensible aux supertempératures et, de même, le chan- gement de température que comportent les procédés intermit- tents entraîne une usure plus grande des parois du four.
Les inconvénients énumérés jusqu'ici des procédés connus à cou- rants de même sens ou des procédés intermittents sont suppri- més, d'après l'invention, par un procédé continu dans lequel on applique en même temps le principe du contre-courant pour le mouvement des matières réagissant les unes sur les autres'.
Les éléments de réaction s'écoulent en couches minces et en- trent, grâce au mouvement de contre-courant, en contact di- rect variant constamment. Du laitier isolant ou diluant neutralisé est, en celà, évacué dans le sens de la,descente de manière à ne plus pouvoir exercer une'action nuisible.
Les matières brutes peuvent être amenées (chargées) sous une forme liquide ou solide. Dns ce dernier cas, on introduit d'avance, pour produire le.mouvement convenable; un bain ayant la constitution du produit qu'on veut obtenir; sur lequel s'opèrent pour une température'convenable, les, réactions initiales désirées:
<Desc/Clms Page number 4>
.Un exemple de réalisation sera décrit en référant au*dessin. Dans celui-ci, la fig.I est une coupe longitudi-. nale d'une installation de four pour la réalisation du procé- dé, la fig. 2 est une coupe horizontale correspondantes et la fig.3 est une coupe transversale.
La forme fondamentale au foyer est, pour cet exemple, allongée,* il forme une chambre de foyer fermée avec foyer h et voûte g. Le minerai est, avec des agents de réduction, par exemple,' du charbon et les additions qui ne peuvent être introduites plus tard, chargé en a '(ceci peut avoir lieu par le haut ou latéralement.)
Le refouleur de scories m ou un abaissement de la voûte force le déplacement à la surface du bain à se produire dans la direction de b,
Dans la direction opposée z se meat le bain de métal, introduit en b, lequel bain s'écoule en 1 (coulée du fer) Pendant le mouvement de contre-courant dans le foyer, le mi- nerai nageant sur le bain de métal est réduit par l'agent de réduction ajouté. Le métal formé peut immédiatement dégout- ter hors des minces couches.
Le minerai se transforme peu à peu,:dans le sens de son mouvement, en une scorie de plus en plus pauvre en métal. Pour renforcer sa faculté de réaction on peut ajouter de nouveau, en chemin, des agents de réduc- tion. Enfin, après le percement du laitier, celui-ci peut être conduit au-dessus d'agents' de réduction concentrés, par exemple, au-dessus de charbon chauffé par soufflage ou contre un gaz réducteur. La chaleur nécessaire est amenée de la voûte ou des parois du four par un nombre convenable de brûleurs al, c2, c3. Il est possible, par l'emploi de plu- sieurs brûleurs pour l'amenée de combustible, d'adapter la température et la constitution chimique à la réaction se produisant précisément à cet endroit.
Ainsi, par exemple, on peut donner au brûleur el se trouvant près de a un plus grand excédent de carbone ou d'oxyde de carbone.lorsqu'on
<Desc/Clms Page number 5>
charge des minerais tels que des spaths bruts; Il se forme alors du 00 par le grillage de Fe 003, sans qu'il faille emprunter l'oxygène à l'air comburant et on peut ainsi tra- vailler avec une moindre quantité d'azote d'accompagnement.
Les réactions 2 00 = CO +C sont réversibles. La première
2 réaction mentionnée est fortement exothermique et est très importante du fait qu'elle permet 'la réduction de Fe 0 à travers la phase d'amenée de gaz.
Par suite de l'action, oxydante du minerai en a, le bain de fer s'écoulant vers le bas en une couche mince, est énergiquement affiné et peut être terminé après la coulée du fer en 1. Pour cela, par exemple, l'espace du foyer entre m et 1 peut être convenablement établi. Pour obtenir une meilleure séparation des réactions, une partie du minerai peut, en cela, être chargée aussi sans agents de réduction plus près de m (donc dans le sens dé l'écoulement du fer) tandis que les agents de réduction sont chargés à l'endroit opposé, donc plus près de la zone de réduction..
Par une telle subdivision.des réductions, on petit aussi modifier le produit final, On peut; par une action fortement affinante,, produire un acier coulé doux,maïs on peut aussi briquer des qualités plus'dures par carburation jusqu'à obtenir de la fônte brute, en particulier des espè ces de fonte brute pour le s.oufflage desquelles il faut, dans le haut-fourneau, des températures élevées et une grande dé- pense de combustible du fait que le procédé au haut-fourneau connu ne permet pas de mouvement de-contre-courant de-la ma- tière chargée.
Du bain de fer percé en 1 une partie peut, par exem- ple, être introduite de nouveau en b ou dans le foyer, avec. ou sans carburation,afin d'augmenter la vitesse de traversée et d'accélérer les réactions dans les éléments de réaction
<Desc/Clms Page number 6>
se déplaçant sur ce bain. On peut également, en cas d'em- ploi de plusieurs foyers disposés les uns à côté ou à la suite des autres, remployer, après le changement de foyer, les produits fer et laitier percés dans les phases finales ou intermédiaires, afin d'utiliser d'une part des substances chimiques encore actives et, d'autre part, les chaleurs per- dues et intervenir ainsi à des endroits déterminés pour la modification des processus de réaction.
Pour amener en contact plus intime, dans un but d'échange, le métal arrivant de b et le laitier s'écoulant vers b, on peut employer un foyer se rétrécissant vers la collée du laitier.
Comme les réactions sont essentiellement basées sur un contact, intime, on peut aussi réaliser un mouvement accéléré et une plus grande vitesse de traversée par une mo- dification de la position du foyer, par exemple par une in- clinaison de l'axe longitudinal du foyer. Il sera avanta- geux, pour prévenir de trop grands excédents de poids, de donner au chemin à rouleaux désigné par w dans le croquis, une forme telle que la ligne de gravité traverse la ligne de contact sur la plaque de sole v.
<Desc / Clms Page number 1>
Process for the direct extraction of a metal, in particular iron, from its ores and furnace installation for carrying out the process.
The direct extraction of iron from its ores is obtained by many known processes. The first group comprises processes comprising the use of shaft or rotary tube furnaces. These work well, most often in a continuous fashion, but the raw materials reacting with each other, especially the desired end product and the slag residue all move, during the reactions, together and in the same. meaning,
A second group includes the low-focus processes which, most often, do not operate continuously, but intermittently, that is to say by mergers and separate cooperations from the initial state to the pro- final result.
Here are also placed the partial extractions-
<Desc / Clms Page number 2>
direct iron effects that occur in refining operations. that is, the limited reduction power of pig iron is used to act on ores.
But, in these operations known at low-hearth or refining. in the wind, one does not work with a strictly continuous reaction, and the materials intended to react on each other do, either, only stay side by side, without continuous movement in opposite directions. Nothing is changed in this main characteristic when the slag or the bath is, for certain loads, partially pierced.
The characteristic of all the methods that come into consideration for comparison with the new method after the invention is the lack of backflow or continuity or both. In these known methods, all the raw materials are loaded together. They find all the reactions and phases of work together and in the same direction: In the low-focus processes, we charge before the fusions and we drill after the operation.
All the operations take place intermittently (in successive loads) The ores, the metal bath and the slag separate in layers as a result of the specific weight difference. The reciprocal contact of these materials takes place along surfaces of homogeneous constitution. The reaction process therefore also takes place in a uniform manner along the entire contact surface and produced, in all elements; a neutralization of the same meaning, As a result, the reactions slow down, because we no longer act with the initial reaction drop. The continued lack of movement decreases the intimate contact needed.
In addition, a layer of neutralized products (having ceased to react) forms between the elements reacting with each other (as long as the reactions take place), which, in the absence of a controlled movement, are not evacuated and form an insulating layer: Even in the movement, of bubbling, it pro-
<Desc / Clms Page number 3>
results in unwanted dilution. '
Attempts are being made to partially compensate for these disadvantages of still baths, and one-way motion processes, by excess raw materials causing losses and by greater reheating by means of higher super temperatures.
Bubbling eddies are thus produced and, consequently, the contact is partially improved, but the dilution of the neutralized products of the reactions cannot be prevented because there is no evacuation and removal. regulated of these products outside the reaction zones
However, it is also known that the lining of the furnaces is very sensitive to super temperatures and, likewise, the change in temperature which intermittent processes involve causes greater wear of the walls of the furnace.
The drawbacks enumerated hitherto of the known processes with currents in the same direction or of intermittent processes are eliminated, according to the invention, by a continuous process in which the principle of countercurrent is applied at the same time for the movement of materials reacting on each other '.
The reaction elements flow in thin layers and, thanks to the countercurrent movement, come into constantly varying direct contact. Insulating slag or neutralized diluent is, in this, evacuated in the direction of the, descent so as to no longer be able to exert a harmful action.
The raw materials can be fed (charged) in liquid or solid form. In this last case, we introduce in advance, to produce the suitable movement; a bath having the constitution of the product that is to be obtained; on which take place for a suitable temperature, the desired initial reactions:
<Desc / Clms Page number 4>
An exemplary embodiment will be described with reference to the * drawing. In this one, fig.I is a longitudi- section. nal of an oven installation for carrying out the process, fig. 2 is a corresponding horizontal section and Fig. 3 is a cross section.
The fundamental shape at the hearth is, for this example, elongated, * it forms a closed hearth chamber with hearth h and vault g. The ore is, together with reducing agents, for example, 'coal and additions which cannot be introduced later, loaded at a' (this can take place from above or from the side.)
Slag repelling m or lowering of the arch forces the displacement on the bath surface to occur in the direction of b,
In the opposite direction z takes the metal bath, introduced at b, which bath flows at 1 (iron casting) During the counter-current movement in the hearth, the ore swimming on the metal bath is reduced by the reducing agent added. The formed metal can immediately drip out of the thin layers.
The ore is transformed little by little: in the direction of its movement, into a slag which is increasingly poor in metal. To strengthen its reactivity, reducing agents can be added along the way. Finally, after the slag has been pierced, it can be conducted over concentrated reducing agents, for example, over heated coal by blowing or against a reducing gas. The necessary heat is brought from the roof or from the walls of the furnace by a suitable number of burners a1, c2, c3. It is possible, by the use of several burners for the supply of fuel, to adapt the temperature and the chemical constitution to the reaction occurring precisely at this point.
Thus, for example, one can give the burner el near to a greater excess of carbon or carbon monoxide.
<Desc / Clms Page number 5>
loading ores such as raw spars; 00 is then formed by the roasting of Fe 003, without the need to borrow oxygen from the combustion air and it is thus possible to work with a smaller quantity of accompanying nitrogen.
The 200 = CO + C reactions are reversible. The first one
The reaction mentioned is highly exothermic and is very important because it allows the reduction of Fe 0 through the gas supply phase.
As a result of the oxidizing action of the α-ore, the iron bath flowing down in a thin layer, is vigorously refined and can be finished after the casting of the iron in 1. For this, for example, l The focal space between m and 1 can be suitably established. In order to obtain a better separation of the reactions, part of the ore can, in this, be charged also without reducing agents closer to m (therefore in the direction of the flow of iron) while the reducing agents are charged to l 'opposite place, so closer to the reduction zone.
By such a subdivision of reductions, we can also modify the final product, We can; by a strongly refining action ,, to produce a mild cast steel, maize it is also possible to brick harder qualities by carburizing until obtaining raw fônte, in particular species of pig iron for the blowing of which it is necessary In the blast furnace, high temperatures and a great expense of fuel because the known blast furnace process does not allow countercurrent movement of the charged material.
A part of the iron bath drilled in 1 can, for example, be introduced again at b or in the hearth, with. or without carburization, in order to increase the flow rate and accelerate the reactions in the reaction elements
<Desc / Clms Page number 6>
moving on this bath. It is also possible, when using several hearths arranged one beside or one after the other, re-use, after the change of hearth, the iron and milk products pierced in the final or intermediate phases, in order to to use on the one hand chemical substances which are still active and, on the other hand, the lost heat and thus intervene in specific places to modify the reaction processes.
To bring into more intimate contact, for the purpose of exchange, the metal arriving from b and the slag flowing towards b, a focus can be used which narrows towards the glue of the slag.
As the reactions are essentially based on an intimate contact, one can also achieve an accelerated movement and a greater speed of passage by a modification of the position of the focus, for example by an inclination of the longitudinal axis of the hearth. It will be advantageous, in order to prevent excessive excess weight, to give the roller track designated by w in the sketch, such a shape that the line of gravity crosses the line of contact on the sole plate v.