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Procédé pour l'exploitation de fours de fusion pour mine- rais, minéraux et métaux, en particulier pour le ciment de Portland, les minerais de cuivré, la mitraille d'acier et l'éponge de ier ".
Les processus de fusion de mitraille d'acier, d'éponge de fer, de minerais de enivre et à 1 aut r es matières fusibles seulement à haute température,réussissent d'autant mieux 1 que la température de combustion da foyer petit être plus élevée et 2 que la production de gaz oxydants lors de la combustion est moindre. Il faut donc éviter autant que pos- sible la formation d'acide carbonique pendant la combustion, et ne consumer le charbon oa le coke qu'en oxyde de carbone.
Mais cela entraîne une grande consommation de combastible parce que 2450 Cal. seulement deviennent libres par kg. de carbone consumé, contre 8080 Cal. lors de la combustion en acide carbonique.
L'objet de l'invention est an procédé en cycle pour l'exploitation des fours de fusion à gaz réducteur ( ou aussi alternativement à gaz réducteur et gaz oxydant ) où le processus de production calorifique est dirigé de façon
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que finalement le charbon se consüms toujours en C02.
Dans an foar à cave, le gaz cède sa chaleur ail contenu à fondre en contre-coür'ant (o'est-b,-dire en allant da bas
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vers le haut), est aspiré ensuite à sa sortie dans le haut
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da foar de fusion par r are soufflerie et est insufflé de non- veau par tin réchaaffear à gaz, garni de coke très chaud ou d'an autre combustible, en courants parallèles (c'est-à- dire en se dirigeant da haut vers le b ) dans le foar de
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fas ion.
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Ainsi, le gaz du cycle absorbe la chaleur sensible da combustible et la transmet aa contenu da four de fusion.
Cette circalation dure quelques minâtes et ensuite il faut remplacer la chaleur qui a été enlevée eu combustible da réoliaaffear à gaz. Cela se fait par soufflage à chaud
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alternatif avec de l'air, selon le processus connu de la
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fabrication du. gaz à l'eau. Dans le réchauffeür à gaz cir-
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calent alors alternativement le gaz du cycle et les gaz
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de combustion de la période de soufflage z. chaud; le premier . dans le même sens que le déplacement da combustible et les
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antres en contre courant.
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Le gaz du. cycle se compose principalement de CO et n'exfi-
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ce pour cette raison aucune influence oxydante sur la matiè-
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re à fondre: ce qui est d'are importance primordiale pour la fusion des métaux, s artout pour l'éponge de fer et la mi- traille dacie r.
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Pendant le soafflage à cbsad da garnissage de charbon du. réchaaffear à gaz, la combustion da carbone en GO2 ne se produit que d'une façon incomplète. Les gaz dtéchappemant peuvent toujours encore contenir jasqatà 20 de Co et pos- sèdent de ce fait encore une certaire valeur ealorifigàe.
Celle-ci est at ilisée poar chauffer préalablement à 800
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environ l'air de combustion servant au soufflage à chaud
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(cas I ); oa bien encore, on introduit ce gaz paavre égale- ment dans le four de fusion où il est eonsamé avec de l'eiy- gène par potter obtenir une température saffisamment haute -'"
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(cas II).
Dans le premier cas, on introduit ce gaz d'échappement dans un réchauffeur à vent et le consume là complètement
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en OQl; ainsi on obtient une combustion canplète du charbon ou du coke, sans que la matière à fondre entre en contact avec l'acide carbonique du processus de combustion. Dans le deuxième cas, le fonctionnement du four de fusion se fait alternativement en atmosphère rédactrice et oxydante, parce que d'abord on dirige seulement du CO dans le four à cave,
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etlconsume ensuite le gaz pauvre avec de l'oxygène ex 002.
,Par le soufflage à chaud avec une température de vent de 8b0 , on peut obtenir une température de combustign d'en- viron 170'OS. ronrtant la température du gaz du cycle ne pour- ra être portée gàià 15000 enraison de la différence de tem- pérature causée par la transmission de chaleur du combastî- ble Incandescent au gaz du cycle, Cette température de 1500 est dans certains cas (mitraille d'acier, éponge de fer)
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insuffisante pour obtenir la faaion.
Foar cette raison,on introduit dans le gaz du cycle chauffé à 15000, pendant son trajet da réchauffeur à gaz au four de fusion, un peu d'oxy-
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gène par, provoquant ainsi la combustion partielle enCO 2 jasqu'à 1800 ou 2Q)000 , ou bien, par soufflage postérieur, on introduit pendant une courte période, de l'oxygène après le soufflage à chaud par l'air chauffé, ou bien encore, on enrichit en oxygène l'air chauffé du soufflage à chaud. Dans
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le premier cas, e 'est-à-àire en opérant la combustion par- tielle da a0 en con, il saffit de (;0 nsumer 5 % de la qaanti- té du gaz da cycle avec de l'oxygène, de sorte que la teneur
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enCO 2 ne dépasse pas cette valeur.
Dans cette proportion très réduite, l'acide carbonique est tout-à-fait inoffensif pendant le processus du fus14n, Mais si, dans certains cas, on doit éviter complètement la présence d'acide carbonique, on insaffle, selon l'antre proposition, l'oxygène non dans le gaz du cycle, mais dans
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le garnissage de charbon même du réchauffeur à gaz et cela après chaque soufflage à chaud, ou bien on insuffle avec l'o- zygène un peu. de poussière de charbon dans le gaz du cycle au passage entre le réchauffeur à gaz et le four de fusion.
Le dessin ci-joint (fig. 1) représente schématiquement et à titre d'exemple une installation pour la réalisation du procédé selon le cas I.
Celle-ci est composée du four de fusion a , des ré- chauffeurs à gaz b' et b", des réchauffeurs à vent c' et en, des vannes d'inversion d'et dit , de la soufflerie du cir- cuit f, de la soufflerie à vent g, des laveurs à gaz h' et h", des tuyères à oxygène k' et k" , de tuyètes à poussière de charbon r'et r" et des registres de fermeture s'et s" dans les canaux de jonction, situés entre les réchauffeurs à gazet le four de fusion.
Au commencement de la marche, les réchauffeurs à gaz b' et b" et les réchauffeurs à vent et et c" sont soufflés à chaud par la soufflerie g ; ces derniers par la combustion du gaz d'échappement, contenant du CO provenant des réchauf- feurs à gaz. Le garnissage de charbon des réchauffeurs à gaz possède, en bas, une température d'environ 1700 qui va en diminuant vers le haut, jusqu'à 100 . Ainsi les gaz d'é- chappement sortent toujours refroidis avant d'être intro- duits par le laveur à gaz dans le réchauffeur à vent pour se consumer là complètement. Le four de fusion est rempli avec la matière à fondre .
Alors on manoeuvre la soupape dtinversion d pour ren- verser le sens de la marche du circuit et le registre s' s'ouvre obligatoirement. La soufflerie f est mise en marche et aspire le gaz du four de fusion par la conduite 1' à tra- vers le laveur à gaz h'. Par la conduite 2' il est refoulé dans le réchauffeur à gaz b' où il se réchauffe en contact avec le contenu de coke incandescent à environ 1500 .
A cette température, il passe du réchauffeur à gaz par le ca-
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nal de communication dans le four de fus iono Fendant ce tra- jet, il est chauffé, si cela est nécessaire, jusqu'à 1800 ou 2000 : 1 ) par combustion partielle avec de l'oxygène par (tuyère k.') ou 2 ) par l'introduction d'oxygène ou d'air riche en oxygène dans le foyer du réchauffeur à gaz (k").
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20 àr empêcher toute formation de C2 on peut insuffler de la poussière de charbon en même temps que l'oxygène,par les tuyères r'et r".
Dans le four de fus ion a, le gaz du cycle cède alo rs sa chaleur à la matière fondre et sort à 200 environ.
Il est aspiré à l'aide de la soufflerie f par la conduite 1' et le laveur à gaz hi, et refoulé ensuite par la conduite 2' dans le réchauffeur à gaz, ce qai terne le cycle.
Au bout d'une ou deux minutes, on manoeuvre la vanne d'inversion d' pour faire fonctionner le soufflage à chaud.
La soafflerie g insuffle par la conduite 3' et le réchauf-
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feàr à vent de l'air à 800 dans le réchauffeur à gaz,qui provoque là par la combustion partielle de coke, le souf-
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flage à chaud du garnissage de coke da réch811ffea.r à gaz.
En le quittant en haut ( à 1500-Z5Go) par la conduite 4', l'air contenant environ\20!% de CO est aspiré à travers le lavear à gaz par la soufflerie g pour être conduit par la
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conduite 5 il dans le réchauffeur' à vent est. Là il est allumé et brûlé complètement pour réchaaffer le garnissage da ré- chauffeur à vent composé de briques réfractaires,
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rendant que le réchauffeur à gaz b' est souffl à chaud et que le gaz d'échappement de celui-ci sert à
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rihaaffer le réchauffeur à vent cil, a lieu la circulation da gaz entre le four a et le réchauffeur à gaz b" et in- versement, Ainsi une fusion continue est possible malgré le soafflage à chaud alternatif.
La communication avec le four de fusion est fermée pen-
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dant le soufflage à chaud des réchauffeurs à gaz par les registres s'et s" refroidis à l8eauo Far les pistons a, avancés et refoulés par l'air comprimé dans les cylindres t )*-/ T) ft f6 ft '
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les registres sont refermés et oaverts en liaison avec les vannes d'inversion d'et d" .
Une autre vanne d'inversion n est destinée à diriger
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alternativement l'air nécessaire au s oaffla ge \Jà chaud des réchauffeurs à gaz à l'aide de la soufflerie g â travers les réchaaffears à vent c' et cet dans les réchauffeurs à gaz b' et b".
Suivant la figure 2 (cas II) le mode de réalisation
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da procédé est le suivant: les gaz dléohappement contenant da Ces au lien d'être braies dans le réchaafear à air, sont également introduits dans le four de fusion où ils sont brûlés par de l'oxygène par ou presque par.
Par ce mode de réalisation, les réchauffeurs à air sont
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alors supprimés, et le gaz. d'échappement anbastible de la période de soafflage à chaad des réchaaffears à gaz est in- trodait par la conduite 2 en e dans le foar de fusion pour y être brûlé par de l'oxygène. On le fait sortir ensuite du foar de fusion par i. Pendant la phase suivante, aa contrai-
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re, le C0. eir;ale en cycle dans le four de fusion et les réchauffears à gaz. Le fonctionnement de ce mode de réalisa- tion du procédé est le suivant :
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Le réchaùffeur à gaz b est soufflé à chaud avec de l'air ordinaire ou de l'air riche en oxygène, qui est amené à l'aide de la soufflerie g par la conduite 1.
Tendant cette période, le registre s da canal de communication entre le réchauffeur à gaz et le e f oàr de fusion est fermé.
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Les gaz d'échappement à 250 environ et contenant en- viron 20% de CO sont introduits en e par la conduite 2 dans le four de fusion a. Dans le canal d'alimentation et par ad-
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dition d'oxygène (tuyères kit ) ils sont br8.1és complètement et sont expulsés en haut, en i, par la vanne d'inversion d.
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Alors la vanne d est manoenvtée poar renverser la marche, da circuit et le registre s s'ouvre. Par la soufflerie f, le contenu de gaz da four de fusion a et da téchaàffeut à gaz
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b circule en cycle,de façonque le gaz aspiré dans le haut du four de fusion passe par la conduite 3 dans le laveur h et est refoalé ensaite en haut dans le réchauffeur à gaz b, (préalablement soafflé à chaud) d'où il est expulsésurchauf- fé ( à 1500 environ) dans le foar de fasion poar y être as- piré de nouveau en haut du four,Dans le four de fusion ou dans le canal de communication, on introduit an pea d'oxy- gène dans le gaz (tayères k') et une petite partie en est brûlée en CO2 pour obtenir une haate température;
ou bien, pendant le fonctionnement du cycle, on insuffle par les tuyères k" de l'oxygène dans le foyer des réchauffeurs à gaz. Si, par contre, le soafflage à chaud a lieu avec de l'air enrichi en oxygène,cette addition supplémentairede- vient inutile .
Ce mode de réalisation n'exige qu'un seul régénérateur parce qae la fusion peut avoir lieu aussi pendant le soaffla- ge à chaud,
La fusion la plus économique peat seulement être obtenue dans an four à cave parce que le gaz y circule en contre-courant avec la charge des matières à fondre et qu'il peut leur céder sa chaleur dans les proportions les plus larges. Dans le haut fourneau, cela ne se réalise que dans une mesare tout-àfait insuffisante.
D'antre part, le four à sole possède le grand avanta- ge qu'on y peut, par alimentation de chaleur, continuer le traitement de la matière à l'état liquide, et l'affiner, l'améliorer , ou la faire entrer en alliages. Dans des cas semblables, on place devant le four à cave an four à sole, dans lequel le fer liquide peut être surchauifé, affiné et exposé au traitement supplémentaire par une flamme à oxygè- ne-poussière de charbon. Le gaz d'échappement de la flamme à poussière de charbon cède alors sa chaleur de rayonnement au fer liquide dans la sole avant d'être évacué dans le foar à cave..
En cas de besoin, le gaz d'échappement peut être
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réchauffé à son entrée dans le foar à cave par une alimenta- tion renoavelée d'oxygène et de poussière de charbon.
Cette construction est illustrée par les fig. 3 et 4.
Elle ne se différencie des fig. 1 et 2 que par le four à sole ajoute (p) et par une deuxième série de tuyères à oxy- gène et poussière de charbon (q a ). La fig. 3 indique la combinaison de procédés à four à sole et four à cuve dans le cas I; échauffement de l'air du soafflage à chaud par la valeur calorifique des gaz d'échappement da soufflage à chaad; la fig. 4 montre par contre, le cas combustion par l'oxygène des gaz d'échappement de la période du soaf- flage à chaud dans le foar de fusion.
De cette manière, on pont réunir les avantages da four à sole pour le traitement supplémentaire de la matière fon- due avecceux du fonctionnement d'un foar à cave, beaucoup plus économiqae pour la fusion.
Ainsi on peat charger, par .ex :le four à sole avec de la fonte à l'état liquide provenant du haut fourneau; et le four à cave avec de la mitraille d'acier oa de la fonte brate sol ide .
L'affinage dans le foar à sole peut aussi se réaliser avec du minerai ou de l'oxyde de laminoirs; dans ce cas, la flamme à oxygène-poussière de charbon sert principalement à l'alimentation de chaleur poar le four à sole,
Les fig. 5 et* 6 (cas i et cas II) représentent schéma- tiqaement un mode de réalisation da proc édé qui est appli- qué par la fusion de fonte brute, de mitraille de fonte ou de mélanges tels que: fonte brute, mitraille d'acier oa mitraille d'acier-mitraille de fonte, dans un foar à cave avec processus d'affinage subséquent poar la transformation en acier fonda.
Le fer fonda est déjà affiné de façon continue pendant son écoulement dans le collecteur par un jet d'oxygène ou par l'acide carbonique d'une flamme à oxy- gène-poussière de charbon.
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Comme la fonte brute ajoutée et la mitraille d'acier contiennent, comme on le sait, du carbone, il est utile de condaire le processus de fusion de manière qu'une action d'affinage se produise dé jà, comme il est nécessaire, 9 au. moment de l'entrée en fusion.
Dans ce but, on place un deuxième foyer dans le four à cave même, ou dans le canal d'écoulement allant au collec- teur z, ou aussi dans le collecteur sous forme d'une flamme à oxygène-poussière de charbon ( tuyères q u ).
Dans cette flamme le carbone est brûlé complètement ave formation d'acide uarbonique, avec lequel on peut aussi bien affiner (oxyder) le fer liquide qu'exploiter la fusion oxy- dante, parce que les gaz d'échappement de la flamme à pous- sière de charbon sortent par le four à cuve. L'affinage peut également avoir lieu, en cas de besoin, par un jet d'oxygène sans addition de poussière de charbon ou avec une aliment%- tion de poussière de charbon très restreinte.
Le procédé selon les fig.3 et 4: représente vue combinai- son da four à cuve et du procédé à circuit travaillant avec action réductrice, avec le foyer oxydant à oxygène -poussière de charbon du four à sole; tandis que le procédé selon les figs. 5 et 6 est caractérisé par la combinaison du procédé à affinage par soufflage continu à 1 aide d'oxygène avec la fusion dans an four à cave selon le procédé en cycle.
8'est suivant la quantité plus ou moins importante de fonte brute ou de mitraille de fonte par rapport à la mitrai- le d'acier que l'on augmente ou réduit le chauffage addition- nel de la flamme à oxygène-poussière de charbon. De cette façon, l'action d'affinage peut se régler selon les besoins déjà pendant la fusion. De plus, on peut obtenir un réglage complémentaire pour le maintien exact d'un certain contenta de carbone dans l'acier en augmentant ou diminuant la quanti- té de poussière de charbon introduite dans la flamme à oxy- gène-poussière de charbon.