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"PROCEDE ET APPAREIL POUR LE TRAITEMENT THERMIQUE
DE MATIERES DAIS DES FOURS ROTATIFS",
La présente invention a pour objet un procéda et un appareil pour le chauffage préalable et le cas échéant la réduction préliminaire de la charge dans la réduction des minerais au moyen de charbon dans des fours rotatifs, de pré- férence chauffés électriquement su moyen de gaz riches en oxyde de carbone,
On a proposé différents. procédés pour réaliser ce chauffage préalable, mais tousautant qu'on sache. étaient caractérisés par le fait que le chauffage préalable a lieu
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dans un four spécial sépàré du four- de-réduction* Dans ces.
conditions, on a propose- d'effectuer le chauffage préalable de façon que la combustion du gaz et le chauffage de la charge aient lieu dans la même chambre du four ou de façon que le gaz soit brûle dans une chambre extérieure du four entourant la chambre de la.charge en totalité ou en partie. Le premier procédés mentionné a l'inconvénient que. dans une telle combus- tion lorsque: la charge est en place, une partie du charbon de la charge est brûlée simultanément, ce qui entraîne une augmentation-de la consommation de. charbon. Quant au dernier prseédé. il est difficile à réaliser aveo un bon rendement économique et les pertes dues au rayonnement sont forcément relativement grandes..
Suivant la présente invention- le chauffage préala- ble est. également effectué, dans un four constitué. par une chambre centrale, et une chambre entourant, cette chambre cen- trale. mais avec la différence essentielle que suivant la. présente invention le gaz est introduit et le cas échéant brûlé en totalité ou on partie dans la.
chambre intérieure du four, dont les parois transfèrent la chaleur à la charge contenue dans la chambre extérieure,
Ce dispositif de chauffage préalable, peut naturel- lement être construit sous forme de four à chauffage préala- ble entièrement séparé du four servant à la réduction finale, mais pour réduire les pertes dues au rayonnement et pour rendre l'installation plus simple, il conviendra particuliè- rement de monter le dispositif de chauffage préalable à l'intérieur du four même où. a lieu la réduction finale.
Pour obtenir une transmission rapide de la chaleur entre la chambre intérieure et la chambre extérieure du four, la cloison qui se trouve entre ces chambres doit être en ma- tière aussi bonne conductrice de la chaleur que possible:'il convient de la faire en alliage métallique, résistant à la
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chaleur On. peut en outre améliorer la trana-mission de 1& chaleur en. utilisant une paroi ondulée ou en donnant à la -paroi une autre forme telle quon obtienne une grande sur-
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fa.ce:. der tianiamisaion., par exemple en la munissant d'ailet- tea extérieures. et/ou d'ailettes intérieures.
La uhmui'1'Ruu méslat7.a mart t GQnQr;,lQllIlal11< À. Dls :i9\H!I;J .buts. Tout d'abord il s'agit de sécher la charge et la va- peur ainsi formée doit être éliminée du four sans quelle vienne.en contact avec la matière carbonée après que cette
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ma.tisr.e continue à être chauffée,, parce du il se produit dans ce cas une aombinaiionochimique avec le charbon!, ce qui entratne une augmentation de la consommation de charbon.
Ensuite il faut chauffer la charge sèche jusqu'à la tempé- rature désirée lorsqu'elle entre dans la zone de réduction finale. Dans certains case par exemple dans la réduction
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de.minerais de ier, il faut s'efforcer de réaliser une xyz ductio,prélimin&i1dU minerai et le moyen le plus écorna- mique consiste à effectuer la réduction préalable avant, que le m1norl1l.1 ait été mélangé avec le oharbon de rduction. Ba Autre il peut être utile de griller le minerai avant sa ré- duction.
Pour réaliser des conditions favorables à ce point,
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de vuem "le chauffage préalable peut avoir lieu. de faon quu<* ne écluse.soit montée en un point approprié, de la chambre extérieure contenant la chargée cbest-à-dire dans l'espace compris, entre la chambre intérieure et la chambre extérieure cette, écluse étant construite de façon à permettre à la ma- tière constituant la charge. mais non aux gaz- de la réaction de passer.
De cette façons la vapeur produite par le chauffa= ge sera. obligée de revenir en arrière et elle sortira.du
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four ' à l'extrémité ou..se fait 1"alimentation> tandis que le gaz riche en oxyde de carbone formé pendant la réduction après le passage de la matière à travers l'écluse est obligé
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de sortir en traversant la chambre de. combustion. Grâce à cette disposition, le grillage et/ou la réduction préalable du minerai avant le mélange de celui-ci avec la matière car- bonée peuvent être effectuées de façon que le minerai soit introduit dans la chambre de combustion,. le charbon ou la matière carbonée étant seuls introduits dans la chambre ex- térieure.
Il,faut alors régler la combustion du gaz de façon que la combustion à 1*'extrémité extérieure de la chambre de combustion ait une action oxydante si on désiregrillerleminerai, et une action réductrice à l'extrémité intérieure, ai on déaire une réduction préalable du minerai à cet endroit,
Les dessins annexas représentent à titre d'exemple un four rotatif propre à la réalisation du procédé qui fait l'objet de l'invention.
Les figs. 1 et 2 montrent un mode de réalisation de ce four. La fig. 1 est une coupe longitudinale, la fig.
2 une coupe transversale par la ligne II-II de la fig. 1.
La ligne H-H est une ligne horizontale indiquant l'incli- nais.on approximative du four.
Les figs. 3 à 7 montrent une variante du four .
La fig. 3 est une coupe verticale par. la ligne III-III de la fig. 4, qui est une coupe transversale par la ligne IV-IV de la fig. 3.
Les figs 5 et 6 cont des coupes traneversales par les lignes V-V et VI-VI de la fig. 3 respectivement. La fige. 7 est une coupe longitudinale partielle du four rotatif et montre un autre mode de réalisation des électrodes..,
Ainsi qu'on peut le voir par les dessina, les ca- ractéristiques de la construction du four représenté dans la fig. 3, sont semblables à celles qui sont représentées dans la fig. 1, bien que la construction soit différente de celle de la fig. 1 en ce qui concerne, divers détails, en. particulfer en ce qui concerne la forme des électrodes; en outre, la cham-
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bre de combustion et la chambre de séchage ont une autre for-
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me.
Dans les dil:l,rentes figuresp les pièces correspondantes portent-les mêmes numéros de rélérenceo On décrira d'abord invention en se référant aux figsQ 1 et 2, . 1 est le four rotatif construit sous forme de tam- bour rotatif comportant sur son pourtour de façon connue,, des anneaux à reposant sur des galets 3 qui supportent le four, ces galets, dans l'exemple représentée étant montés
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deux. par deux. sur un arbre 4 et servant le cas échéant,> de façon connue, à faire tourner le four la 5 est une chambre Centrale qui me trouve à. 1 intériaur du four et. gai.est sup- portée dans celui-ci'au moyen d'entretaises ou de poutrelles.
6 ,ppropriées, à cet effet, 7 aont, des anneaux- de contact ou électrodes qui se trouvent à l'intérieur du four et qui s.ont reliés électriquement à des dispositifs ramenant du courant 9 est un compartiment du four, le compartiment de. séchage,. dans lequel la, change est séchée, et 10 est le
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.a.ompaxtiment servant à la réduction finale.) appelé, oom t1met de réduction finale, ll est une ouverture prati- quée dans la paroi extrême du four à l"extrémité- de charge- mot2t, pour l'1nl..:r:ç;duoUon de lu almrgsa t:
lo1id6 o j eat 1&01.1... verture de défournement de la matière traitée. 13 est un conduit à air amenant l'air de combustion à la chambre 3,
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ce onduit comportant de préférence des per-foraltiona telles que l'air soit réparti dans. la, chambre comme cela, est indi-
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Qué dans le dessin, La chargée constituée par du minerai et des agents
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de réductions, est introduite à travers Ilouvertuxe 11 et sé- chée dans-le compartiment de séchage 9a Elle passe ensuite su travers, l'écluse 14, qui esvt montée dans lnespace compria entre la chambre de uoaibustion 5 et la paroi intérieure du four, Dans le mode de réalisation représentée cette écluse eat constituée par quatre cloisons, angulaires.
15 montées
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une certaine distance les. unes des autres, chacune d'elles comportant sur son pourtour une petite ouverture au un petit . évidement 16, les diverses. ouvertures étant reparties les
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unes. par rapport aux autres dans lea t.11.t'.t't!:centef f.1,1.,1J1I:
Hal uu se trouvant à des. endroits. tels qu'il y en ait toujours, une
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qui soit fermée par la charge pendant 1opénatioù Toute- foia., pendant la rotation du four, la charge peut traverser lea ouvertures les unes après, les autres, de sorte que pra- tiquement auoun passage du gaz à travers l'écluse n'est pas-
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aiblee ce. passage étant empêché par la charge solide, de sorte que les gaz formés dans le compartiment de séchage sortent du four par l'ouverture 11 et que les gaz formés pendant la continuation du chauffage et la réduction de la
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Charge, c'est-à-dire après que la charge a traversé cette écluse, sont obligés, au moyen d*une écluse similaire 17
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montée à l'extrémité de uéfouxnement, de passer par l'une des ouvertures 18.
19 pour entrer dans la chambre de combustion, d'où les. gaz de la combustion sortent par l'ouverture 29 pra-
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tiquée à l'extrémité, d'enfournenent. L charge qui a tra- verse l'écluse 14 continue a être préalablement chauffée par de la chaleur transmise par la chambre de combustion à travers, sa paroi 21 et la charge est ainsi, le cas échéant,
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partiellement réduite avant d*atteindre la zone z de réduc- tion finale, ou elle est réduite davantage et simultanément
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chauffée par en courant électrique amena à la charge au moyen /réduit des électrodes 76 Ensuite le produit/entre dans. la chambre il Ô de refroidissement Us, qui a par exemple la forme.
d"une aile pénétrant dans le 'récipient-,41-2 contenant du liquide de me-
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froidissement,' et il sort refroidi du four après, avoir tra- versé 1'éclusa 17.
Mti 1' ufi df4ixe gti:L:Let ta minoPaÀ IVtû lt ;4q zeug langea avec le charbon, on, peut effectuer ce grillage en in-
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troduisant le minerai dans. la. chambre de aômhuatinn à trÀ4>;¯
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vers l'ouverture 29 et en ne le mélangeant avec le charbon introduit dans la chambre 9 que lorsqu'il a traversé la chambre de combustion et qu'il en est sorti par lea ouver-
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tu2 18.
Il faut alors régler la combustion des:, gaz. de }( fon que l'atmosphère de la chambre de combustion soit auf- fiaamment oxydantes au moins dans- la partie voisine de. les txémité d'enfourneemnt, c'est-à-dire la partie extérieure.,
On peut aussi effectuer la réduction préalable du minerai en maintenant une atmosphère suffisamment réductrice dans la partie intérieure de chambre de combustion et il peut ensuite être utile de séparer la chambre de réduction préala- ble 27 de la chambre de chauffage préalable et de grillage
28 au moyen dune cloison 23 comportant une ouverture cen- trale 19.
La paroi 21 de la chambre de combustion eat de. préférence ondulée et/ou maintenue d'ailettes extérieures et/ou intérieures pour en augmenter la surface de transmis- sion de la chaleur,
Les avantagea pouvant résulter de l'utilisation du four, construit d'après- les principes mentionnés plua , haute sont entre autres les suivants :
1) Le chauffage préalable (et le. cas échéant le grillage et la réduction préalable) peuvent effectuer éco- nomiquement en ce qui concerne la chaleurla source de cha- leur étant placée dans la partie centrale du fours de sorte que:
la. chaleur qui traverse la partie ou chambre extérieure
9 sera absorhée de. façon très efficace par la matière à trai- ter pendant la rotation du four,
2) Comme l'air de combustion est amené à la partie centiale, il est très: facile de faire arriver l'air et de ré- gler cette arrivée comme on le désire, bien que le four tour. ne.
3) La combustion peut être réalisée dans le four même où ce lieu la réduction finale ce quipermet une cons,-
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truction rationnelle.
4) Si on le désire, il est possible de griller le minerai et de le réduire préalablement avant de le mélanger avec le charbon de réduction.
L'utilisation d'un type approprié d'électrodes a une importance essentielle pour le fonctionnement des fours rotatifs servant à la mise en pratique du. procédé en ques- tion. Si les électrodes sont constituées, comme jusqu'ici! par des anneaux montés à une certaine distance les. uns des autres et reposant sur les parois du four ou pénétrant dans ce dernier, une fuite de courant peut se produire facilement entre- les anneaux ou électrodes, En effetssi la tempéeratu- re augmente accidentellement, il peut arriver que le fer spongieux, formé se concentre ou forme un gâteau sur les pa- rois en un point quelconque entre les électrodes.
Ceci a pour effet de réduire la résistance électrique à cet endroit, ce qui a pour conséquence une concentration du courante con- centration qui provoque une nouvelle augmentation de la tem- pérature et de l'agglomération du fer. Il peut ainsi se former rapidement entre les électrodes un pont en fer provoquant un court-circuit et l'interruption du travail.. Dans l'un des modes de réalisation du four représenté dans lea fige.
3 à7 los électrodos sont construites/de facon que la surface de contact entre elles, et la paroi soit relativement. petite par rapport à la surface effective des électrodes.. Des piàcea en forme de tiges convenablement montées: radialement sont utilisées suivant ce principe. au lieu d'électrodes angulai- res- ces tiges pouvant être placées avantageuaement de la mê- me façon que les rayons d'une roue. Les surfaces de. contact entre les électrodes et les parois du Cour peuvent alors êtro très. petites et constituer cependant une construction stable.
Il ,est. évident que ce résultat peut aussi être obtenu par\ des formes. de construction autres que oellea. qui sont repré-
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sentées par lea figs. 3 et 4. Les électrodes peuvent être constituées par exemple par des anneaux-, (fig. 7) ou des. dis- ques angulaires ayant un diamètre inférieur à celui de la chambre du four et maintenues en position sur les parois du four simplement au moyen d'un ou plusieurs supporta pouvant servir simultanément à faire arriver le courant à l'anneau ou au disque..
On peut aussi obtenir un bon résultat d'une autre façon. Il est de la plus brande importance que la surface de contact avec la maçonnerie ou la garniture ces parois du four soit aussi petite que possible ou supprimée complè- tement dans la zone la plus chaude du four. Toutefois° dans les parties les plus froides du four,un tel contact ne peut avoir aucun inconvénient. Les électrodes peuvent ainsi être supportées avantageusement par des organes de support fixes à la paroi du four à quelque distance de la zone traversée par le courant.
Un autre avantage obtenu par la construction des électrodes de faucon que la partie principale de leurs aux- faces effectives se trouve à quelque distance des. paroia du four, c'est que la production essentielle de chaleur a lieu à une certaine distance des parois du four:) de sorte que ces parois peuvent être maintenues à une température rela- tivement. basae et que les pertes par rayonnement sont plus petites.
Les figs. 3 et 4. montrent un mode de construction des électrodes montées radialement dans chaque phase,, mode de construction par lequel on cherche à maintenir une surface efficace relativement grande en même temps du une petite s.urface (ligne) de contact avec lea parois du four (dans la direction de la périphérie).
La fig.. 7 montre un mode ue construction d'élec- trodes en forme d'anneaux de diamètre plus petit que celui
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de. la chambre du four:, de sorte que les supports pénètrent dans les- paroia du four dans les zones les plus froides de celui-ci..
Les électrodes peuvent être en charbon, graphite, fer, un alliage résistant à la chaleur ou toutes autres. ma- tières appropriées bonnes conductrices de l'électricité,
Le four peut être un four à courant monophasé ou polyphasé.' L'agencement des électrodes pour le courant di- phasé, suivant le montage Scott, est particulièrement simple et approprié à l'usage en question. Dans ce cas, trois sys- tèmes d'électrodes sont disposés à la suite les uns des au- tres dans le sens de la longueur du four, les deux. systèmes extérieurs chacun pour une phase et le système central pour la phase de retour commune.
Dans le procédé de réduction en question il est très. important, pour la réalisation du procédé de façon éco- nomique, que le gaz riche en oxyde de carbone formé dans la
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/finale zone de réduction/soit utilisé le plua possible dans 1>opé- ¯ ration sous forme d'agent de réduction et de source de cha- leur.. Ceci n'est possible dans une grande mesure que si le minerai est. préalablement réduit par le gaz avant le mélange du minerai avec le charbon.
Un peut obtenir ainsi dans lea gaz d'échappement une teneur en acide carbonique, plus grande que si le charbon était simultanément en présence
Dans le mode de réalisation représenté par les. figs. 3 à 7, ce résultat 'est obtenu par le fait quelle four comporte à l'extrémité. d'enfournement un tube ou tuyau cen- tral fait de préférence en alliage résistant. à la chaleurs ce tube s'engageant dans le fourjusqu'à une certaine distan- ce. Le minerai est introduit dans ce tube, de préférence en forme de minerai concentré et le gaz qui ae forme dana le four pendant 1* opération sort dans le sena opposé et produit ainsi une réduction préliminaire du minerai.
La matière car-
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bonée est introduite dans le four en dehors du tube à tra- vexa: une écluse appropriée pour empêcher le gaz. de s'échap-
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per , cet endroit. .adur obtanir une rduaL1oa aâe,.eblt tisfaisarte du minerai concentré il faut d'abord chauffer celui-ci, ce qui peut se faire simplement par la combustion des gaz combustibles restant à l'extrémité extérieure du tube avec une arrivée d'air venant de l'extérieur à travers un tu- be de diamètre plus petito De cette façon!) le grillage du
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minerai et 1>élimination du soufre qu'il contientm peuvent également avoir lieu.
Si la matière carbonée est humide et si l'on ne veut pas que cette humidité entre dans la chambre du four:, la partie du tube dans laquelle le minerai est préalablement chauffé peut être entourée de préférence d'un tambour dans lequel le charbon est introduit avant d'ê- tre envoyé dans le four. La chaleur transmise à travers les parois du tube central peut alors provoquer un chauffage et un séchage de la matière carbonéeo
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Dans les ìgsa 5 à 7, les piùoes correspondantes portent les mêmes numéros de référence que dans les figs.
1 et 2.
Les fige. 3 et 4 montrent un mode de réalisation des électrodes dans lequel les électrodes sont constituées par des tiges radiales 30 faites ae préférence d'une seule pièce de façon à comporter une partie centrale commune 31.
Ainsi qu'on peut le voir par le dessin, leurs parties extrê- mes 32 fixées aux parois du four sont coniques, de sorte que la longueur dans le sens de la périphérie:) longueur sur laquelle elles sont en contact avec les parois du four, est relativement petite, c'est-à-dire que la surface de con-
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tact dos olootrodoa avuu leu lmxuls au l'uur tiara peliez comparée avec les surfaces de contact efficaces pour les électrodes, et la masse à travers laquelle arrive le cou- rant.
Les électrodes sont en contact conducteur;) au moyen
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de la partie 34, avec les conducteurs- 35, 36 qui amènent le courant et qui peuvent être reliés à une source de (jouant de façon connue, par exemple par l'intremédiaire de balais de contact reposant sur des bagues de contact ou des dis- positifs-analogues montés sur la périphérie du four et re- liée électriquement aux conducteurs 35, 36 respectivement.
Dans la fig. 7 Ion électrodes 37 sont constituées par des disques ou anneaux angulaires de diamètre plus petit que le diamètre intérieur du faux, ces disques ou auneaux étant montés à l'intérieur du four de façon à se trouver à quelque distance des parois du four, ce qui fait que la par- tie essentielle de la production de chaleur- a lieu à une cer- -taine distance des parois du four, de sorte que ces parois peuvent être maintenues plus froides et pax conséquent que les pertes par rayonnement seront plus petites.
Les élec- trodes. sont portées par des supporta 37' partant de celles des parties des parois de la chambre du four où la tempéra-* ture n'es.t pas aussi élevée que dans la zone de chauffage proprement dite, c'est-à-dire dana la zone comprise entre les électrodes 37 ou voisines de celles.-ci.
Dans le mode de construction représenté par la fig. 3, la chambre de combustion 5' a la. forme d'un tam- bour fixa au four: et communiquant avec le tube central 52 qui s'engage dans la chambre du four proprement dite et qui comporte de préférence, $ son extrémité intérieure, des re- bords verticaux 40 de façon que pendant la rotation du four les parcelles de minerai puissent ainsi être soulevées et redescendre ensuite en traversant les gaz de réduction qui passent dans le tube 52.
Le charbon est introduit dans le tambour 41 qui entoure la chambre de chauffage préalable montée à l'extrémité d'enfournement; il y est séché et il entre ensuite dans la chambre proprement dite du four en passant à travers l'écluse 14' qui correspond à l'écluse 14
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de. la fig. 1. Cette écluse est constituée par des cloisons 15 comportant sur leur pourtour des évidements ou des ouver- tures 16 ue la facon déjà. décrite.,
La chambre de refroidissement est construite sen- siblement de la même façon que dans la fig. 1.
Comme le montre la fig. 5 elle peut comporter de préférence des parois ondulées 42 de faon à présenter une surface de re froidissement plus grandes La masse refroidie traverse en- suite l'écluse 17 de la façon indiquée plus haut et sort du four par l'ouverture 12.
Le cas échéants la chambre de refroidissement 24, peut comporter des cloisons de¯façon à servir également décluse au lieu de l'écluse 17,
On a proposé autrefois de réduire les métaux non volatils et de préférence le fer en partant de leurs minerais à une température tellement basse quils ne fondent pas lors- qu'on utilise du cuurunt électrique pour pruduire l'énergie nécessaire, les minerais étant mélangés avec une quantité de charbon tellement supérieure à la quantité nécessaire pour effectuer la réduction que la matière carbonée serve aussi,, lorsque la réduction est terminée de résistance notable pour le courant électrique qui traverse la charge et produise ainsi la quantité de chaleur nécessaire pour l'opération. On,
a proposé de la poudre de charbon de bois qui serait un agent de réduction particulièrement approprié.
L'avantage obtenu lorsque l'agent de réduction est du charbon da bois, c'est premièrement que le charbon de bois entre facilement en réaction:, à cause de sa porosité, avec l'acide carbonique et 1 eau vaporisée qui se forment pendant la réduction du minerai par le gaz en présence conte- nant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, ce qui fait que l'oxyde de carbone et l'hydrogène sont récupérés., En outre, contrairement au charbon fossile, le charbon de bois ne con- tient pas de soufre.
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On a constaté toutefois que le charbon de bois a un inconvénient lorsqu'-il sert de résistance électrique., cet inconvénient étant causé, par le fait que la résistance du charbon de bois, qui est relativement grande à une basse tem- pérature, augmente rapidement avec la température et en parti- culier justement entre les limites de température exigées dans la réduction du minorai do Car (800 à 1000 c,), En consé- quence, une très petite différence de température provoquera une variation relativement- grande de la résistance.
C'est pourquoi il est difficile de maintenir une charge électrique uniforme et une température uniforme dans le four. A cause de la faible densité du charbon de bois, la capacité calo- rique de la charge du four sera relativement petite, ce qui augmente la, sensibilité du four par t'apport. aux vartations du l'énergie apportée..
Lorsqu)on cherche à utiliser un combustible fossile, par exemple du coke, comme agent réducteur et agent de ré- sistance, on obtient des conditions meilleures pour le cour- Tant$ mais on a simultanément l'inconvénient. mentionné ci- dessus d'une réaction plus lente et de 1.introduction de sou- fre dans le métal.
Il est vrai que la vitesse de la réac- tion peut être augmentée par une augmentation de la tempé- rature, mais lorsque l'augmentation de. la température atteint une valeur suffisante, on risque que le minerai ou le métal réduit s'agglomère. ae qui rend. plus difficile la réalisa- tion industrielle du procédé-,
Pour'éviter cet inconvénient. , on peut utiliser une combinaison de différentes matières carbonées dans le but envisagée On a constaté en effet que lorsqu'un mélange de coke et. de charbon de. bois est .utilisa en excès, suffisant comme agent de réduction, la. réduation peut être effeectuée sans que le coke y prenne aucune part essentielle.
Le coke
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sort du four¯ pratiquement non brûlé, de sorte. qu'en réalité la réduction a été effectuée au moyen de charbon de bois..
En choississant convenablement la quantité de charbon de bois pour. qu'elle soit suffisante pour effectuer la réac- tion sana laisser pratiquement aucun, excès.;) on obtient une matière de résistance constituée au début de la réaction par du coke et ducharbon de bois et à la fin de la réaction pra ' tiquement par du coke seul en plus du minerai ou du métal formé. De cette façonp on obtient des conditions de cou- rant favorables dans la fouro En botre on obtient cet avantage que le procédé peut être réalisé à une température relativmetn basse à cause de la présence de charbon de bois et en outre qu'on obtient un produit pur de soufre le coke n'ayant pria aucune part à la réaction, de Sorte qu'il n'a pas cédé son soufre.
Une autre amélioration des conditions peut être obtenue par un choix, approprié de la grouseru des parcelles des deux matières carbonées @. Plus une matière est fine, plus la réaction sera rapide. Il faut donc pulvériser fine- ment le charbon de boisp tandis que le coke ourra être utilisé. en grains plus gros.,, de sorte que sa surface de contact avec le gaz sera relativement petite, Toutefois le procédé n'est pas limité à 1 utilisation de matières tel- les que le charbon de bois et le coke La matiire dovant servir sensiblement de matière de réglage de la résistance et n'étant par conséquent pas consommée dans. une grande me sure. peut être constituée par de 1'anthractie du graphites des restes.
broyés, d'électrodes en charbon et d'autres, sortes de charbon. En outre il n'est pas du tout nécessaire que ce soit du charbon. Certains métaux et lliages des car- bures (tels que le carborundum) et d'autres matières ayant une résistance appropriée mais ne participant pas de façon favorable à la réaction peuvent servir au même usage Le
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charbon de bois peut naturellement être repané aiss par une autre matière carbonée ne contenant pas de soufre.
Pa le procéda décrit ci-dessu on peu* obtenir un produit pur de soufre, même enutilisant du charbon sulfu- reux dans. la charge. Toutefois,. on a constaté qu'il est avantageux-d'ajouter aussi de la chaux à certaines charges, même lorsque la réduction est effectuée au moyen de charbon de hais,. ce qui réduit sensiblement la teneur au métal en soufre.. L'action de la chaux sera plus énergique si la chaux est finemetn pulvérisée. mais. on peut aussi introduire la chaux en forme de gros grains et de gros morceaux,. ce qui peut faciliter sa séparation du charbon restant lorsqu'elle a é.té. consommée du fait qu'elle a absorbé du soufre.
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"METHOD AND APPARATUS FOR THERMAL TREATMENT
OF MATERIALS IN ROTARY OVENS ",
The object of the present invention is a process and an apparatus for the preliminary heating and, where appropriate, the preliminary reduction of the load in the reduction of ores by means of coal in rotary kilns, preferably electrically heated by means of rich gases. carbon monoxide,
We have proposed different. processes for carrying out this preliminary heating, but as far as we know. were characterized by the fact that the pre-heating takes place
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in a special oven separate from the reduction oven * In these.
Under conditions, it has been proposed to perform the preheating so that the combustion of the gas and the heating of the feed take place in the same chamber of the furnace or so that the gas is burned in an outer chamber of the furnace surrounding the chamber. of the load in whole or in part. The first mentioned process has the disadvantage that. in such combustion when: the charge is in place, part of the coal in the charge is burnt simultaneously, which results in an increase in the consumption of. coal. As for the last prseédé. it is difficult to achieve with a good economic return and the losses due to radiation are necessarily relatively large.
According to the present invention the preheating is. also carried out, in a built-up oven. by a central chamber, and a surrounding chamber, this central chamber. but with the essential difference that according to the. present invention the gas is introduced and optionally burned in whole or part in the.
inner chamber of the furnace, the walls of which transfer heat to the charge contained in the outer chamber,
This preheating device can of course be constructed in the form of a preheated furnace entirely separate from the furnace used for the final reduction, but to reduce losses due to radiation and to make installation simpler, it will be necessary to in particular to mount the preheater inside the oven itself where. the final reduction takes place.
To obtain rapid heat transfer between the inner chamber and the outer chamber of the furnace, the partition between these chambers must be of as good a heat conductor as possible: 'it should be made of an alloy. metallic, resistant to
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heat On. can further improve 1 & heat transfer in. using a corrugated wall or by giving the wall another shape such that a large sur-
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face:. der tianiamisaion., for example by providing it with exterior wings. and / or internal fins.
La uhmui'1'Ruu méslat7.a mart t GQnQr;, lQllIlal11 <To. Dls: i9 \ H! I; J. Goals. The first step is to dry the load, and the vapor thus formed must be removed from the furnace without coming into contact with the carbonaceous material after this
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ma.tisr.e continues to be heated, because in this case there is a chemical combination with the coal !, which leads to an increase in the consumption of coal.
Then the dry load must be heated to the desired temperature when it enters the final reduction zone. In some cases for example in the reduction
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Of the ore, every effort should be made to achieve a xyz ductio, preliminary & i1dU ore and the most economical way is to carry out the preliminary reduction before the mineral has been mixed with the reducing coal. Ba Other it may be useful to roast the ore before it is reduced.
To achieve favorable conditions at this point,
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de vuem "the preheating can take place. so that <* no lock. is mounted at a suitable point, of the outer chamber containing the charge, that is to say in the space between the inner chamber and the chamber. This lock being constructed so as to allow the material constituting the charge, but not the reaction gases, to pass.
In this way the steam produced by the heater will be. forced to go back and she will come out.
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furnace 'at the end or .. is made 1 "feed> while the gas rich in carbon monoxide formed during the reduction after the passage of the material through the lock is forced
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to exit through the bedroom. combustion. Thanks to this arrangement, the roasting and / or the preliminary reduction of the ore before mixing it with the carbon material can be carried out so that the ore is introduced into the combustion chamber. only the carbon or carbonaceous material being introduced into the outer chamber.
It is then necessary to regulate the combustion of the gas so that the combustion at the outer end of the combustion chamber has an oxidizing action if it is desired to roast the lead, and a reducing action at the inner end, requiring a prior reduction of the gas. ore there,
The accompanying drawings show by way of example a rotary oven suitable for carrying out the process which is the subject of the invention.
Figs. 1 and 2 show an embodiment of this oven. Fig. 1 is a longitudinal section, FIG.
2 a transverse section through the line II-II of FIG. 1.
Line H-H is a horizontal line indicating the approximate inclination of the oven.
Figs. 3 to 7 show a variant of the oven.
Fig. 3 is a vertical section through. line III-III of FIG. 4, which is a cross section through the line IV-IV of fig. 3.
The figs 5 and 6 cont of the traneversal sections by the lines V-V and VI-VI of fig. 3 respectively. The freeze. 7 is a partial longitudinal section of the rotary kiln and shows another embodiment of the electrodes ..,
As can be seen from the drawings, the characteristics of the construction of the furnace shown in fig. 3, are similar to those shown in FIG. 1, although the construction is different from that of FIG. 1 with regard to various details, in. particular with regard to the shape of the electrodes; in addition, the room
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combustion chamber and the drying chamber have a different
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me.
In the dil: l, rentes figuresp the corresponding parts bear the same reference numbers. The invention will first be described with reference to figsQ 1 and 2,. 1 is the rotary kiln constructed in the form of a rotary drum comprising on its periphery in a known manner, rings resting on rollers 3 which support the kiln, these rollers, in the example shown being mounted
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of them. by two. on a shaft 4 and serving where appropriate,> in a known manner, to turn the oven 5 is a Central chamber which I find at. 1 interior of the oven and. gai. is sup- ported in it by means of braces or joists.
6, ppropriées, for this purpose, 7 have contact rings or electrodes which are inside the oven and which are electrically connected to devices returning current 9 is a compartment of the oven, the compartment of . drying,. in which the change is dried, and 10 is the
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.a.ompaxtiment used for the final reduction.) called, oom t1met final reduction, It is an opening made in the end wall of the furnace at the end- of charge- mot2t, for the 1nl ..: r : ç; duoUon of lu almrgsa t:
lo1id6 where j eat 1 & 01.1 ... verture of discharge of the treated material. 13 is an air duct bringing the combustion air to chamber 3,
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this corrugation preferably comprising per-foraltiona such that the air is distributed in. the room like this is indicated
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Qué in the drawing, The load made up of ore and agents
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of reductions, is introduced through the open luxury 11 and dried in the drying compartment 9a It then passes through the lock 14, which is mounted in the space between the uoaibustion chamber 5 and the interior wall of the oven, In the embodiment shown, this lock consists of four angular partitions.
15 climbs
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some distance them. each other, each of them having on its perimeter a small opening to a small one. obviously 16, the various. openings being distributed on
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one. compared to others in lea t.11.t'.t't!: centef f.1,1., 1J1I:
Hal uu lying at. places. as there always is, a
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which is closed by the load during the opening where, however, during the rotation of the furnace the load can pass through the openings one after the other, so that practically no passage of gas through the lock is not-
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aiblee this. passage being prevented by the solid charge, so that the gases formed in the drying compartment exit the oven through the opening 11 and the gases formed during the continued heating and reduction of the
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Charge, i.e. after the charge has passed through this lock, are forced, by means of a similar lock 17
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mounted at the end of uéfouxnement, to go through one of the openings 18.
19 to enter the combustion chamber, hence the. combustion gases exit through opening 29 pra-
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ticked at the end of the oven. The charge which has passed through the lock 14 continues to be preheated by heat transmitted by the combustion chamber through its wall 21 and the charge is thus, if necessary,
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partially reduced before reaching the final reduction zone z, or it is reduced further and simultaneously
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heated by electric current brought to the load by means / reduced electrodes 76 Then the product / enters. the cooling chamber Ô Us, which has for example the form.
of a wing penetrating into the 'receptacle-, 41-2 containing measuring liquid
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cooling, 'and it leaves the oven cooled after having crossed the sluice 17.
Mti 1 'ufi df4ixe gti: L: Let ta minoPaÀ IVtû lt; 4q zeug langea with the charcoal, we can carry out this grilling in
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troducing the ore into. the. aômhuatinn chamber at trÀ4>; ¯
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towards opening 29 and not mixing it with the charcoal introduced into chamber 9 until it has passed through the combustion chamber and left it through the openings.
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tu2 18.
It is then necessary to adjust the combustion of :, gases. of} (so that the atmosphere of the combustion chamber is strongly oxidizing at least in the part close to the end of the oven, that is to say the outer part.,
The pre-reduction of the ore can also be carried out by maintaining a sufficiently reducing atmosphere in the interior part of the combustion chamber and it may then be useful to separate the pre-reduction chamber 27 from the pre-heating and roasting chamber.
28 by means of a partition 23 comprising a central opening 19.
The wall 21 of the combustion chamber is. preferably corrugated and / or maintained with outer and / or inner fins to increase the heat transmission surface,
The advantages that may result from the use of the oven, constructed according to the above mentioned principles, are among others the following:
1) The pre-heating (and if necessary the toasting and the pre-reduction) can be economical in terms of heat, the heat source being placed in the central part of the oven so that:
the. heat passing through the outer part or chamber
9 will be absorbed from. very efficient way by the material to be treated during the rotation of the furnace,
2) As the combustion air is brought to the central part, it is very: easy to bring in the air and to regulate this arrival as desired, although the furnace turns. born.
3) The combustion can be carried out in the same furnace where this place the final reduction which allows a cons, -
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rational construction.
4) If desired, it is possible to roast the ore and reduce it beforehand before mixing it with the reduction coal.
The use of a suitable type of electrodes is of essential importance for the operation of rotary kilns used in the practice of. process in question. If the electrodes are made, as so far! by rings mounted at a certain distance them. from each other and resting on the walls of the furnace or penetrating into the latter, a current leakage can easily occur between the rings or electrodes. Indeed, if the temperature accidentally increases, it can happen that the spongy iron formed is concentrates or forms a cake on the walls at any point between the electrodes.
This has the effect of reducing the electrical resistance there, which results in a concentration of the current concentration which causes a further increase in the temperature and the agglomeration of the iron. An iron bridge can thus quickly form between the electrodes causing a short circuit and the interruption of work. In one of the embodiments of the oven shown in the fig.
3 to 7 the electrodes are constructed / so that the contact surface between them, and the wall is relatively. small in relation to the effective surface of the electrodes. Rod-shaped pieces suitably mounted: radially are used according to this principle. instead of angular electrodes, these rods can be placed advantageously in the same way as the spokes of a wheel. The surfaces of. contact between the electrodes and the walls of the court can then be very. small and yet constitute a stable construction.
It is. obvious that this result can also be obtained by \ forms. of construction other than oellea. who are represented
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felt by the figs. 3 and 4. The electrodes can be constituted, for example, by rings (Fig. 7) or. angular discs having a diameter smaller than that of the furnace chamber and held in position on the walls of the furnace simply by means of one or more supports which can serve simultaneously to bring current to the ring or to the disc.
You can also get a good result in another way. It is of the greatest importance that the area of contact with the masonry or the lining of these walls of the furnace is as small as possible or completely eliminated in the hottest zone of the furnace. However, in the colder parts of the oven, such contact can have no problem. The electrodes can thus be supported advantageously by support members fixed to the wall of the furnace at some distance from the zone through which the current passes.
Another advantage obtained by the construction of the falcon electrodes is that the main part of their effective faces is some distance away from them. paroia of the furnace is that the essential heat production takes place at a certain distance from the walls of the furnace :) so that these walls can be maintained at a relative temperature. basae and the radiation losses are smaller.
Figs. 3 and 4 show a method of construction of the radially mounted electrodes in each phase, a method of construction whereby it is sought to maintain a relatively large effective area at the same time of a small area (line) of contact with the walls of the oven (in the direction of the periphery).
Fig. 7 shows an embodiment of the construction of electrodes in the form of rings of smaller diameter than that
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of. the oven chamber :, so that the supports penetrate into the oven walls in the coldest areas of the oven.
The electrodes can be made of carbon, graphite, iron, a heat resistant alloy or any other. suitable materials which are good conductors of electricity,
The furnace can be a single-phase or a polyphase current furnace. The arrangement of the electrodes for the divided current, according to the Scott assembly, is particularly simple and suitable for the use in question. In this case, three electrode systems are arranged one after the other in the direction of the length of the furnace, both. external systems each for one phase and the central system for the common return phase.
In the reduction process in question it is very. important for carrying out the process economically, that the gas rich in carbon monoxide formed in the
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/ final reduction zone / be used as much as possible in the operation as reducing agent and heat source. This is only possible to a great extent if the ore is. previously reduced by gas before mixing the ore with the coal.
One can thus obtain in the exhaust gases a carbonic acid content, greater than if the coal were simultaneously present.
In the embodiment represented by the. figs. 3 to 7, this result is obtained by the fact which oven has at the end. for charging, a central tube or pipe preferably made of a resistant alloy. in heat this tube engages in the furnace up to a certain distance. The ore is introduced into this tube, preferably in the form of concentrated ore, and the gas which formed in the furnace during the operation exits in the opposite sena and thus produces a preliminary reduction of the ore.
The raw material
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bonée is introduced into the furnace outside the trap tube: a suitable sluice to prevent the gas. to escape
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per, this place. .adur obtain a rduaL1oa aâe, .eblt tisfaisarte of the concentrated ore it is first necessary to heat this one, which can be done simply by the combustion of the combustible gases remaining at the outer end of the tube with an inlet of air coming from from the outside through a tube of smaller diameter o In this way!) the wire mesh
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ore and 1> removal of the sulfur contained therein can also take place.
If the carbonaceous material is wet and if one does not want this humidity to enter the furnace chamber :, the part of the tube in which the ore is previously heated can preferably be surrounded by a drum in which the coal is introduced before being sent to the oven. The heat transmitted through the walls of the central tube can then cause heating and drying of the carbonaceous material.
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In ìgsa 5 to 7, the corresponding piùoes bear the same reference numbers as in figs.
1 and 2.
Freezes them. 3 and 4 show an embodiment of the electrodes in which the electrodes are constituted by radial rods 30 made preferably in one piece so as to include a common central part 31.
As can be seen from the drawing, their end parts 32 fixed to the walls of the furnace are conical, so that the length in the direction of the periphery :) length over which they are in contact with the walls of the furnace , is relatively small, i.e. the surface area of
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tact dos olootrodoa avuu leu lmxuls au l'uur tiara peliez compared with the effective contact surfaces for the electrodes, and the mass through which the current arrives.
The electrodes are in conductive contact;) by means of
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of part 34, with the conductors 35, 36 which carry the current and which can be connected to a source of (operating in a known manner, for example by means of contact brushes resting on contact rings or disks - positive-analogues mounted on the periphery of the furnace and electrically connected to the conductors 35, 36 respectively.
In fig. 7 Ion electrodes 37 are formed by discs or angular rings of diameter smaller than the inside diameter of the scythe, these discs or auneaux being mounted inside the furnace so as to be at some distance from the walls of the furnace, which that the essential part of the heat production takes place some distance from the walls of the furnace, so that these walls can be kept cooler and therefore the radiation losses will be smaller.
The electrodes. are carried by supports 37 'starting from those of the parts of the walls of the furnace chamber where the temperature is not as high as in the heating zone proper, that is to say in the area between the electrodes 37 or adjacent to them.
In the construction mode represented by FIG. 3, the combustion chamber 5 'has the. in the form of a drum fixed to the oven: and communicating with the central tube 52 which engages in the chamber of the oven proper and which preferably comprises, at its inner end, vertical edges 40 so that during by rotating the furnace, the ore parcels can thus be lifted and then lowered by passing through the reduction gases which pass through tube 52.
The coal is introduced into the drum 41 which surrounds the pre-heating chamber mounted at the charging end; it is dried there and it then enters the actual chamber of the furnace, passing through the lock 14 'which corresponds to the lock 14
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of. fig. 1. This lock is formed by partitions 15 having on their periphery recesses or openings 16 as already. described.,
The cooling chamber is constructed in much the same way as in fig. 1.
As shown in fig. It may preferably have corrugated walls 42 so as to present a larger cooling surface. The cooled mass then passes through the lock 17 in the manner indicated above and leaves the furnace through the opening 12.
Where appropriate, the cooling chamber 24 may include partitions which are also to be used decluse instead of the lock 17,
It has formerly been proposed to reduce non-volatile metals and preferably iron by leaving their ores at such a low temperature that they do not melt when using electric cuurunt to conserve the energy required, the ores being mixed with it. a quantity of charcoal so greater than the quantity necessary to effect the reduction that the carbonaceous material also serves, when the reduction is complete of notable resistance for the electric current which passes through the load and thus produces the quantity of heat necessary for the operation . We,
has proposed charcoal powder which would be a particularly suitable reducing agent.
The advantage obtained when the reducing agent is charcoal is firstly that the charcoal easily reacts :, because of its porosity, with the carbonic acid and 1 vaporized water which form during reduction of the ore by gas in the presence containing carbon monoxide and hydrogen, so that carbon monoxide and hydrogen are recovered., In addition, unlike fossil coal, the charcoal does not contain sulfur.
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It has been found, however, that charcoal has a drawback when it serves as an electrical resistance, this drawback being caused by the fact that the resistance of the charcoal, which is relatively great at low temperature, increases. rapidly with the temperature and especially precisely between the temperature limits required in the reduction of the minorai do Car (800 to 1000 c,), Consequently, a very small difference in temperature will cause a relatively large variation of the resistance.
Therefore, it is difficult to maintain a uniform electric charge and a uniform temperature in the oven. Because of the low density of the charcoal, the heat capacity of the kiln load will be relatively small, which increases the sensitivity of the kiln by the input. to the variations in the energy supplied.
When it is sought to use a fossil fuel, for example coke, as reducing agent and resistance agent, better conditions are obtained for the current, but at the same time there is the disadvantage. mentioned above of a slower reaction and introduction of sulfur into the metal.
It is true that the speed of the reaction can be increased by an increase in temperature, but when the increase in. when the temperature reaches a sufficient value, there is a risk that the ore or the reduced metal will agglomerate. ae who makes. more difficult the industrial realization of the process-,
To avoid this inconvenience. , a combination of different carbonaceous materials can be used for the intended purpose. It has in fact been found that when a mixture of coke and. of coal. wood is used in excess sufficient as a reducing agent. reduction can be carried out without the coke taking any essential part in it.
Coke
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comes out of the oven¯ practically unburned, so. that in reality the reduction was carried out by means of charcoal.
By properly choosing the amount of charcoal for. sufficient to carry out the reaction without leaving practically any excess .;) a resistance material is obtained which is formed at the start of the reaction by coke and charcoal and at the end of the reaction by practically coke alone in addition to the ore or metal formed. In this way, favorable current conditions are obtained in the furnace. In botre this advantage is obtained that the process can be carried out at a relatively low temperature due to the presence of charcoal and furthermore that a product is obtained. pure sulfur, the coke having no part in the reaction, so that it did not give up its sulfur.
A further improvement in conditions can be obtained by an appropriate choice of the size of the plots of the two carbonaceous materials. The finer the material, the faster the reaction. The charcoal must therefore be finely pulverized while the coke can be used. coarser grain., so that its gas contact area will be relatively small. However, the process is not limited to the use of materials such as charcoal and coke. The material to be used substantially resistance adjustment material and therefore not consumed in. a great sure measure. may be anthractia of the leftover graphites.
crushed, carbon electrodes and others, kinds of coal. In addition, it does not have to be coal at all. Certain metals and carbide bonds (such as carborundum) and other materials having suitable strength but not participating favorably in the reaction may serve the same purpose.
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Charcoal can of course be resurfaced with another carbonaceous material which does not contain sulfur.
By the process described above, a pure sulfur product can be obtained, even using sulphurous carbon in it. load. However,. it has been found to be advantageous to also add lime to certain charges, even when the reduction is carried out by means of charcoal. which significantly reduces the sulfur content of the metal. The action of the lime will be more vigorous if the lime is finely pulverized. But. one can also introduce lime in the form of large grains and large pieces ,. which can facilitate its separation from the remaining carbon when it has been. consumed because it has absorbed sulfur.