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MEDIRE DESCRIPTIF DEPOSE A L'APPUI DE LA DECIDE
D'UN BREVET D'INVENTION Procédé de réduction directe du minerai de fer
La présente invention concerne la réduction directe du rainerai de fer et vise plus particulièrement un procédé selon lequel du charbon bitumineux est distillé jusqu'à la phase de coke à basse température et du minerai de fer est ajouté au coke pendant que ce dernier conserve encore une grande teneur en hydrogène,puis le mélange est chauffé en présence d'hydrogène et d'oxyde de carbone formé au cours du procédé pour réduire le
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minerai, et enfin le minerai réduit ou fonte spongieuse est séparé de la gangue, des cendres et du carbone non consommé, tout ceci devant être décrit en détail dans ce qui suit .
Pour permettre une meilleure compréhension de l'invention, le procédé est décrit ci-après en détail en se référant au dessin annexé, dont la figure unique séparée en deux tronçons est une élévation latérale schématisée, partie en coupe verticale, d'un appareil dans lequel ce procédé peut être mis en oeuvre.
1 désigne une cornue verticale, comprenant un compar- timent de chauffe 2 et des tubes de chauffe communicants 3, espacés verticalement dont chacun est muni d'un transporteur à vis d'Archimède 4, entraîné par tout dispositif appropriée ces tubes étant établis pour déplacer la matière solide en avant et en arrière à travers la cornue pendant sa descente dedans. Des gaz chauffants sont produits aux fours ou brûleurs 5 et distribués à la chambre 8 ménagée dans la partie inférieure de la cornue par des tuyaux 7 et un collec- teur distributeur 8. Ces gaz chauffants circulent autour des tubes 3 et sont évacués à la partie supérieure de la cornue pour la sortie 9.
Une trémie à charbon 10 .distribue la matière carbonée au tube supérieur 3, tandis qu'une trémie 11 est montée de façon à distribuer du minerai de fer dans un tube de chauffe intermédiaire 12, placé à une distance importante du haut et du fond de la cornue, Les tubes supérieurs de la cornue sont raccordés à des tuyaux de sortie de vapeurs et gaz 13, qui communiquent avec un ¯collecteur 14 conduisant au condenseur 15 et à l'épurateur 16. Le produit de condensation formédans ce condenseur est
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recueilli dans un récipient 17. Les gaz sont tirés de l'épurateur 16 par le tuyau 18 au moyen d'une soufflerie à aspiration 19 et recueillis dans le gazomètre 20. Des gaz peuvent être distribués par le gazomètre 20 aux brû leurs 5 par le tuyau 21.
Le tube de chauffe intermédiaire 12 auquel le minerai est distribué est raccordé à un tuyau de sortie de gaz 22 menant au condenseur 23 et à l'épurateur 24, un récipient 25 étant prévu pour recevoir le produit de condensation.
Les gaz sont tirés de l'épurateur 24 par un tuyau 26, au moyen du ventilateur ou soufflerie à aspiration 27, . puis de là conduits au gazomètre 28. Un conduit 29 est prévu pour fournir des gaz venant du gazomètre 28 au tube inférieur de la cornue. Un tuyau de distribution d'air 30 est également raccordé à, la partie inférieure de la cornue,.
Le résidu solide est déchargé de la cornue sur un transporteur sans fin 31, par lequel il est transporté à un amalgameur 32. Ce dernier est divisé en plusieurs com- partiments au moyen de chicanes 33 et chaque compartiment est muni d'un agitateur 34 entraîné par tout dispositif approprié 35. L'amalgameur se décharge dans un séparateur 36 et les produits les plus lourds sont retirés du fond de ce dernier au moyen d'un séparateur à traction 37.
L'amalgame déborde du séparateur 36 et est transporté au moyen d'un transporteur sans fin 38 à la trémie 10.
Un conduit 39 va du gazomètre 28 aux brûleurs 5 pour distribuer le gaz de ce gazomètre à ces brûleurs. La tu- yauterie est munie de robinets partout où on le désire, comme représenté sur le dessin.
Selon le procédé de 11 invention, du charbon bitumineux
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mélangé avec de l'amalgame obtenu comme décrit ci-après, est distribué au tube supérieur 3 et est déplacé vers le 'bas à travers la cornue au moyen de transporteurs 4. En descendant à travers la cornue, la matière est progressi- vement chauffée indirectement par les gaz fournis par des . brûleurs 5 à la chambre 6 et passant autour des tubes jusqu'à la sortie 9. Le chauffage est tel que la matière carbonée, lorsqu'elle arrive au tube intermédiaire 12, est au stade de coke à basse température, mais contenant encore une certaine teneur en hydrogène volatil.
Dans le cas de charbon bitumineux, une température comprise entre 325 0 et 650 C est appropriée à ce résultat. Des vapeurs et gaz d'hydrocarbures dégagés des matières car- bonées sont évacus de la partie supérieure de la cornue par des tuyaux 13, les vapeurs sont condensés dans le condenseur 15 et le produit de condensation est recueilli dans le récipient 17, puis les gaz sont épurés dans l'épu- rateur 16, d'une manière appropriée connue, et ensuite recueillis dans le gazomètre 20.
.En arrivant au tube intermédiaire 12, le coke à basse température ayant une grande teneur en hydrogène est mélangé avec du minerai de fer pulvérisé distribué par la-trémie 11. Le coke et le minerai peuvent être mélangés en proportions sensiblement égales, mais il est évident que ce rapport peut varier. Le mélange de coke et de minerai descend alors à travers les zones de la cornue dans lesquelles les températures sont ap- propriées à réduire convenablement le minerai. Ces températures peuvent être de l'ordre de 540 C à 1650 C.
Les parties volatiles retirées du coke et le gaz oxyde
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de carbone, formés par réaction entre le coke chaud et l'oxygène du minerai sont évacués de la section de réduction de la cornue par la sortie 22. Ces gaz sont principalement constitués par de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone ; ils sont maintenus séparés des gaz et vapeurs évacués de la section supérieure de distillation de la cornue. Les gaz sortant par le tuyau 22 sont refroidis dans le condenseur 23 pour séparer toutes vapeurs conden- sables qu'ils contiennent et les gaz épurés de toute manière connue dans l'épurateur 24, l'épuration ayant principalement pour but l'enlèvement des sulfures.
Les gaz épurés sont recueillis dans le gazomètre 28 et des parties de ces gaz sont continuellement remises en cir- culation par le tuyau 29 jusqu'au tube inférieur de la cornue pour s'élever dans cette cornue en contrecourant à travers le minerai et le coke qui descendent. Comme on l'a indiqué, ces gaz épurés sont essentiellement constitués par de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, qui sont tous deux de puissants agents réducteurs lorsqu'ils sont en contact avec le mélange chaud d'oxyde de fer et de coke.
En introduisant ces gaz près du point de sortie de la cornue, ils exercent une forte action refroidissante sur la charge chaude, en utilisant ainsi une grande partie de la chaleur sensible de la charge pour achever la réduction, cette chaleur étant transmise aux solides descendant dans la cornue. e
Pendant le fonctionnement des quantités filites d'air s'ont introduites dans la cornue par le tuyau 30 pour assurer une combustion incomplète du coke chaud et produire de ce fait un chauffage interne en formant des @
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quantités supplémentaires d'oxyde de carbone. Le chauffage externe des tubes 3 peut être effectué par combustion de gaz venant des gazomètres 20 et 28 dans les brûleurs 5,ces gaz étant distribués par des tuyaux 2 le, 39.
Le minerai réduit, la gangue, le carbone non consommé et la cendre de charbon sont déchargés de la cornue sur un transporteur 31 et transportés à l'amalgameur 32. Les solides sont ici agités avec de l'huile d'hydrocarbure légère dans une masse d'eau, conformément à un procédé d'épuration particulièrement approprié, bien que tout autre procédé de séparation convenable puisse être utilisé.
Grâce à cette amalgamation, les solides sont séparés en trois sortes de matières, à savoir du minerai de fer réduit ou fonte spongieuse, de la gangue et des cendres, et du carbone, ce dernier s'amalgamant avec l'huile. Le métal réduit tombe au fond du séparateur 36 et est retiré de celui- ci au moyen du séparateur 37 pour être amassé, L'amalgame de carbone et d'huile est séparé de la gangue et de l'eau et ramené à la trémie 10 par le transporteur sans fin 38.
Lors'du retour à la cornue, l'amalgame est débarrassé de l'huile et le carbone est utilisé pour la réduction de nouvelles quantités de minerai.
Bien que l'invention ait été décrite en se référant à un mode de réalisation déterminée il est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la construction décrite sans sortir du cadre de l'invention.
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MEDIRE DESCRIPTION SUBMITTED TO SUPPORT THE DECISION
OF A PATENT OF INVENTION Method of direct reduction of iron ore
The present invention relates to the direct reduction of iron ore and more particularly relates to a process according to which bituminous coal is distilled to the coke phase at low temperature and iron ore is added to the coke while the latter still retains a high hydrogen content, then the mixture is heated in the presence of hydrogen and carbon monoxide formed during the process to reduce the
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ore, and finally the reduced ore or spongy cast iron is separated from the gangue, ash and unconsumed carbon, all of this to be described in detail in what follows.
To allow a better understanding of the invention, the method is described below in detail with reference to the accompanying drawing, the single figure of which, separated into two sections, is a schematic side elevation, part in vertical section, of an apparatus in which this method can be implemented.
1 designates a vertical retort, comprising a heating compartment 2 and communicating heating tubes 3, spaced vertically, each of which is provided with an Archimedean screw conveyor 4, driven by any suitable device, these tubes being established to move solid material forward and backward through the retort as it descends into it. Heating gases are produced in the ovens or burners 5 and distributed to the chamber 8 formed in the lower part of the retort by pipes 7 and a distributor manifold 8. These heating gases circulate around the tubes 3 and are evacuated to the part. upper retort for outlet 9.
A coal hopper 10 distributes the carbonaceous material to the upper tube 3, while a hopper 11 is mounted so as to distribute iron ore in an intermediate heating tube 12, placed at a significant distance from the top and the bottom of the retort, The upper tubes of the retort are connected to vapor and gas outlet pipes 13, which communicate with a ¯ collector 14 leading to the condenser 15 and to the purifier 16. The condensation product formed in this condenser is
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collected in a container 17. The gases are drawn from the scrubber 16 through the pipe 18 by means of a suction blower 19 and collected in the gasometer 20. Gases can be distributed by the gasometer 20 to the burners 5 by the pipe 21.
The intermediate heating tube 12 to which the ore is distributed is connected to a gas outlet pipe 22 leading to the condenser 23 and to the scrubber 24, a vessel 25 being provided to receive the condensation product.
The gases are drawn from the purifier 24 by a pipe 26, by means of the fan or suction blower 27,. then from there conduits to the gasometer 28. A conduit 29 is provided to supply gases from the gasometer 28 to the lower tube of the retort. An air distribution pipe 30 is also connected to the lower part of the retort.
The solid residue is discharged from the retort onto an endless conveyor 31, by which it is transported to an amalgamator 32. The latter is divided into several compartments by means of baffles 33 and each compartment is provided with a driven agitator 34. by any suitable device 35. The amalgamator discharges into a separator 36 and the heaviest products are removed from the bottom of the latter by means of a traction separator 37.
The amalgam overflows from separator 36 and is transported by means of an endless conveyor 38 to hopper 10.
A duct 39 goes from the gasometer 28 to the burners 5 to distribute the gas from this gasometer to these burners. The pipework is fitted with taps wherever desired, as shown in the drawing.
According to the process of the invention, bituminous coal
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mixed with amalgam obtained as described below, is distributed to the upper tube 3 and is moved down through the retort by means of conveyors 4. As it descends through the retort, the material is gradually heated. indirectly by the gases supplied by. burners 5 to chamber 6 and passing around the tubes as far as outlet 9. The heating is such that the carbonaceous material, when it arrives at the intermediate tube 12, is at the low temperature coke stage, but still containing some volatile hydrogen content.
In the case of bituminous coal, a temperature between 325 0 and 650 C is suitable for this result. Hydrocarbon vapors and gases released from the carbon materials are discharged from the upper part of the retort through pipes 13, the vapors are condensed in the condenser 15 and the condensation product is collected in the vessel 17, then the gases. are scrubbed in scrubber 16, in a suitable known manner, and then collected in gasometer 20.
Arriving at the intermediate tube 12, the low temperature coke having a high hydrogen content is mixed with pulverized iron ore supplied from the hopper 11. Coke and ore can be mixed in approximately equal proportions, but it is evident that this ratio may vary. The mixture of coke and ore then descends through areas of the retort where temperatures are appropriate to adequately reduce the ore. These temperatures can be in the range of 540 C to 1650 C.
The volatile parts removed from the coke and the gas oxidizes
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of carbon, formed by reaction between the hot coke and the oxygen in the ore, are discharged from the reduction section of the retort through outlet 22. These gases are mainly constituted by hydrogen and carbon monoxide; they are kept separate from the gases and vapors discharged from the upper distillation section of the retort. The gases leaving through the pipe 22 are cooled in the condenser 23 to separate any condensable vapors which they contain and the gases purified in any known manner in the scrubber 24, the purification having as its main purpose the removal of sulphides. .
The purified gases are collected in the gasometer 28 and parts of these gases are continuously re-circulated through the pipe 29 to the lower tube of the retort to rise in this retort countercurrently through the ore and the coke. that descend. As stated, these purified gases consist essentially of hydrogen and carbon monoxide, both of which are powerful reducing agents when in contact with the hot mixture of iron oxide and of coke.
By introducing these gases near the exit point of the retort, they exert a strong cooling action on the hot load, thus using much of the sensible heat of the load to complete the reduction, this heat being transmitted to the solids descending into the load. the retort. e
During operation, extruded amounts of air entered the retort through pipe 30 to ensure incomplete combustion of the hot coke and thereby produce internal heating by forming.
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additional amounts of carbon monoxide. The external heating of the tubes 3 can be carried out by combustion of gas coming from the gasometers 20 and 28 in the burners 5, these gases being distributed by the pipes 2 le, 39.
The reduced ore, gangue, unconsumed carbon and coal ash are discharged from the retort onto a conveyor 31 and transported to amalgamator 32. The solids are here stirred with light hydrocarbon oil in a mass. of water, according to a particularly suitable purification method, although any other suitable separation method can be used.
Through this amalgamation, the solids are separated into three kinds of material, namely reduced iron ore or spongy cast iron, gangue and ash, and carbon, the latter amalgamating with oil. The reduced metal falls to the bottom of the separator 36 and is removed therefrom by means of the separator 37 to be collected. The carbon and oil amalgam is separated from the gangue and the water and returned to the hopper 10 by the endless transporter 38.
When returning to the retort, the amalgam is stripped of the oil and the carbon is used to reduce further amounts of ore.
Although the invention has been described with reference to a specific embodiment, it is obvious that numerous modifications can be made to the construction described without departing from the scope of the invention.
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