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PERFECTIONNEMENTS A LA PRODUCTION ET AU RAFFINAGE DES METAUX.
L'invention est relative à des perfectionnements à la production et à l'affinage des métaux'.
L'invention est applicable au traitement de minerais de divers métaux, tant ferreux que non ferreux. Par exemple elle s'applique également à la fusion de minerais de sulfure de cuivre et à la production et l'affinage du fer et de l'acier à partir de minerais d'oxyde de fer'
L'invention est également applicable aux opérations apparentées à la fusion, comme par exemple la production de verre.
L'un des avantages de l'invention est de permettre la fusion du minerai et l'épuration ou raffinage du métal dans le même four avec une conservation adéquate de la chaleur employée
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En outre, la production et l'épuration ou raffinage du métal s'exécute, de façon continue- En outre encore, on évite ou réduit les pertes en minerais même en minerai finement divisé, résultant des pertes en poussières dans les gaz de carneaux.
D'autres avantages et caractéristiques particulières de l'invention, appliquée en particulier au traitement,des minerais de sulfure de cuivre ou au traitement de minerais de fer, ressortiront de la description qui suit:
Conformément à l'invention, un procédé pour fondre des minerais et exécuter des opérations de même nature sur des minéraux, est caractérisé par l'introduction continue du minéral dans un four, derrière une zône de fusion de ce four, le déplacement ou l'avancement du minéral dans la z8ne de , fusion de manière que la partie antérieure ou front de la masse du minéral présente une face inclinée à la zone de fusion, et l'application de flammes de chauffage directement sur la dite face inclinée du minéral dans la zône de fusion)
de quoi résulte que la dite face inclinée est fondue d'une manière continue et que la portion fondue peut s'éliminer en descendant la pente, en exposant de la. matière fraîche à l'action des flammes-
L'invention comprend la fusion de minerais de sulfure par un procédé tel qu'il vient dètre décrit, caractérisée par le fait que le minerai est introduit à l'état de sulfure dans la zone de fusion et que l'on admet )avec les flammes de chauffage, une quantité suffis,ante d'oxygène pour se combiner au soufre du minerai, et par l'utilisation de la chaleur de combustion de ce soufre.
Dans la fusion des minerais de sulfure de cuivre par ce procédé, une caractéristique réside dans le fait que le minerai introduit à l'état de sulfure dans la zône de fusion) est brûlé avec une quantité suffisante d'oxygène pour assurer la combinaison avec une partie seulemént du soufre du minerai) conduisant ainsi à la produc- tion d'une matte fondue.
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L'invention comprend également la fusion de minerais, par exemple de minerais de fer, par un procédé tel que décrit plus haut, dans lequel du combustible, qui peut être du charbon fin, est mélangé à la charge avant de l'introduire réduit dans le four, et le minerai est ainsi/à l'état métallique dans la zône de fusion.
La matière fondue provenant de la zône de fusion peut être recueillie dans une fosse immédiatement contigüe de la zône de fusion, et maintenue là à l'état fondu et soumise à une opération d'affinage- De cette manière, la fusion et l'épuration ou affinage peuvent s'exécuter dans le marne four.
Les gaz chauds provenant de la zône de fusion peuvent être envoyés dans la fosse à métal fondu de manière que leur chaleur soit utilisée pour conserver la chaleur de la matière fondue.
Dans la fusion de minerais d'oxyde de fer, il est préférable de mélanger une charge du minerai avec un excs de combustible solide par rapport =3 la, quantité requise pour la réduction et la fusion, afin que la quantité soit suffisante pour fournir du gaz combustible à l'application subséquente de chaleur au métal produit, et, aprèes que le nétal a été amené par fusion à l'état métallique dans la dite zône de fusion et recueilli dans une fosse comme susdit, d'introduire de l'air pour assurer la combustion du gaz combustible au- dessus du métal fondu et le porter ainsi à une température pour laquelle il sera épuré ou raffiné tandis qu'il est encore dans le four.
L'invention comprend en outre un procédé pour la production de verre, qui consiste à introduire dans un four des constituants minéraux propres à la confection du verre et à les traiter alors dans ce four à la manière précé- demment définie.
Pour marquer le contraste de la prenante invention avec la pratique générale antérieure pour des minerais de cuivre,
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on peut faire remarquer qu'à. un moment donné la plupart des minerais de sulfure étaient fondus dans des foura à vent ou hauts fourneaux qui, pour des minerais en morceaux, étaient bien appropriés à l'utilisation de la chaleur provenant de l'oxydation d'une partie de la teneur en soufre, durant'la fusion du minerai. Pour des minerais lourds de sulfure, des hauts fourneaux ou fours à ventontfonctionnes avec une consommation de coke réduite aux 2,5% du poids du minerai.
Toutefois, pour fondre des minerais de cuivre, les , hauts fourneaux ou fours à vent mécessitent généralement de
Il à 14% de coke.
L'une des difficultés rencontrées avec les hauts fourneaux ou fours à vent en essayant de réduire la consomma- tion de coke au minimum réside dans le fait que si une quantité trop faible est employée, le fourneau passe en allure glaciale, avec solidification de la. masse, et un travail pénible énorme devient nécessaire pour le nettoyer et le remettre en état de marche.En outre, les fours à vent ou hauts fourneaux ne conviennent pour la fusion des minerais fins et des concentrés en raison de la poussière formée, qui est entraînée par le vent, sans fusion.
Au cours seulement des dernières années, des fines de minorais etune faible quantité (le concentrés ont été fondue dans des fours de grillage et à réverbère'
Plus récemment, on a d'abord concentré la plupart des minerais de cuivre préalablement à la fusion et durant toute une période tous les concentrés ont été grillés dans les fours de grillage du type McDougall bien connu, le produit calciné étant fondu dans des fours à réverbère. Le produit calciné est de préférence chargé le long des parois latérales du .four, et des brûleurs disposés à une extrémité du four fournissent la chaleur nécessaire à la fusion. envoyée
La chaleur est largement/à la voûte du four, et la .
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nouvelle charge, qui est très poussiéreuse, est déposée dans le four le long de ses parois latérales.
Par cette opération une grande quantité de poussière est entrainée hors du four, et la poussière venant en contact avec la voûte réfractaire y adhère et l'attaque, provoquant une usure rapide de la voûte et des réparations dispendieuses.
Dans la fusion au four à réverbère il ne se produit qu'u- ne élimination d'une quantité relativement réduite du soufre, car seule une faible quantité de gaz contenant de l'oxygne vient en contact avec la charge de fusion des parois latérales, le courant principal des gaz est localisé à la voûte et dans le milieu du four, à distance de la charge de fusion.
L'opération au four de grillage est très poussiéreuse.
5% environ de la charge quittent le four avec les gaz, et cette portion doit être recueillie dans des collecteurs à poussières et être envoyée ensuite au four à réverbère en même temps que le produit calciné. Le transfert du produit calciné forme beaucoup de poussière et provoque une perte de chaleur du produit calciné.
Durant les quelques dernières années, da.ns plusieurs installations,on a pratiqué la charge de concentrés froids non grillés le long des parois latérales du four à réverbère.
Cette manière de faire supprime en grande partie l'incon- vénient de la poussière mais conduit à une matte peu concentrée ce qui accroit les frais de l'épuration ou raffinage subséquent par une opération de bessemérisation.
On remarquera que conformément à la présente invention, la partie de la charge de minerai qui est exposée à l'action directe des flammes de chauffage est recouverte d'une couche de matte fondue et de scorie qui, bien que pouvant s'éliminer constamment, se reforme continuellement par l'action des flammes sur de nouvelles portions du minerai, et qu'aucune portion non fondue du minerai n'est par suite exposée et peut conduire à des pertes en poussière.
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Dans le traitement de minerais d'oxyde de fer à l'aide d'un procédé conforme à, la, présente invention, on peut réaliser la fusion continue, l'acier produit étant affine à. un degré quelconque voulu et obtenu d'une qualité constante pour être coulé périodiquement à l'extrémité d'évacuation du four.
L'ensemble des réactions qui correspondent aux opérations usuelles de production de fonte, de seconde fusion et d'affina- ge dans un four à réverbère basique, sont réalisées dans un seul four sans interruption et avec une économie considérable de combustible aussi bien qu'un ga.in dans l'uniformité du pro- duit.
La présente invention comprend en outre des perfectionne- ments à la construction des fours propres à son exécution'
Une caractéristique de l'invention consiste en un four pour la fusion de minerais, comprenant en combinaison une sole, un convoyeur pour amener continuellement du minerai à une extré- mité de cette sole et en déterminer l'avancement sur cette der- nière, des brûleurs à, combustible disposés au-dessus de 'la sole et dirigés vers le bas afin d'amener des flammes à agir sur du minerai supporté par la sole, une fosse à l'extrémité opposée de la sole par rapport au convoyeur pour recevoir le métal'fon- du, une voûte recouvrant la sole et la fosse, et une sortie pour les gaz de carneaux provenant du four à l'extrémité de ce dernier où est située la fosse.
Suivant une disposition constructive,le convoyeur comprend des sections de sole inclinées pouvant se déplacer d'un mouve- ment alternatif, des moyens pour assurer le déplacement alterna' tif, longitudinalement, de ces sections,une trémie pour débiter de la matière sur les dites sections,et un plongeur relié méca- niquement aux sections de sole,afin de se déplacer conjointe- ment avec elles d'un mouvement alternatif, et disposé à la par- tie inférieure ou fond de la trémie de façon à pousser-les charges de matière de la trémie sur les sections.
En disposant les sections de sole en un certain nombre de '
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bancs, certains plus rappochés et certains plus éloignés de l'extrémité de la sole, en combinaison avec des moyens grâce auxquels l'amplitude du déplacement ou course des sections de sole dans un banc peut être réglée de manière à former un rapport variable avec le mouvement correspondant des sections de sole d'un autre banc, il est possible d'intro- duire la matière dans le four d'une façon telle que la face antérieure de la masse du minerai qui,
s'avance présente la pente désirée afin de se présenter dans des conditions avantageuses à l'action des brûleurs à combustible
L'invention sera ci-après plus explicitement décrite en se référant aux dessins annexés qui montrent deux construc- tions d'un four et des régénérateurs et récupérateurs y reliés.
Dans les dessins:
Fig.1 est une coupe longitudinale et verticale d'un four d'affinage de cuivre et des récupérateurs associés; Fig-2 est une coupe longitudinale pratiquée dans un four pour la production et l'affinage de l'acier Fig.3 est une vue en plan du four précédent; Fig-4 est une vue en plan d'un régénérateur, destiné à être employé conjointement avec le four des figs-2 et 3; et, Fig-5 est une coupe longitudinale et verticale du régéné- rateur précédent.
En se référant à la figure 1, il convient de commencer par décrire la construction du four par l'extrémité d'intro- duction du minerai. A cette extrémité on prévoit une grande trémie à minerai 11, sous laquelle est disposé un convoyeur à godets 12. La paroi de la trémie est entaillée en 13,au-dessus du convoyeur, sur une hauteur suffisante pour permettre au convoyeur de pousser en avant une couche de charge 14 à fon- dre, de plusieurs pieds d'épaisseur-
La largeur du convoyeur varie suivant les dimensions du four, de façon à être sensiblement égale à la largeur de ce dernier.
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Il peut par exemple présenter une largeur de 12 pieds (3,65 m). La paroi terminale 15 du four est voisine de la' paroi de la trémie 11 dont le minerai est entra.iné en avants et elle comporte une voûte suffisamment haute pour permettre le passage de la masse de minerai en avancement- Le convoyeur 12 se prolonge suffisamment au delà de la, paroi terminale du four pour entrainer le minerai jusqu'à une zone de fusion 16.
La voûte 17 du four présente la forme d'un arc ou est suspendue, afin de ménager un espace considérable au-dessus du minerai ainsi introduit, mais au voisinage de la portion qui surplombe l'extrémité interne du convoyeur, la' voûte s'incline vers le bas, comme en 18, plus ou moins parallèle- ment au front incliné 19 de la charge qui s'avance, et cette portion inclinée recouvre ce que l'on a précédemment désigné '!zône de fusion" du four- Dans la portion inclinée de'la voûtât on prévoit un certain nombre de brûleurs à combustible 20, parcexemple des brûleurs à huile, ou bien encore des brûleurs à charbon pulvérisé,
dont les flammes sont dirigées vers la bas et plus ou moins normalement au front de la masse de minerai en avancement- Le front de la charge de minerai est en conséquence fondue et le combustible et l'air dans les brûleurs sont réglés de manière à maintenir à la face en avancement du minerai la pente convenable de façon qu'il ne se forme aucune cavité exposant une partie froide quelconque de la charge à l'action des flammes, et defaçon que la charger lorsqu'elle entre en fusion,descende la face inclinée en avancement de la, charge.
La matte fondue et la scorie, immé- diatement qu'elles se forment, descendent la face de fusion inclinée et quittent'la masse de minerai sous celle-ci, de , nouvelles portions de minerai chaud mais non fondu étant continuellement avancées par le convoyeur dans la zone de fusion,et la scorie fondue ainsi que la matte descendant la pente ds qu'elles sont formées.
Au delà de la face de fusion inclinée, et de la voûte
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inclinée du four qui recouvre cette face, on prévoit un pro- longement horizontal du four, dont la partie-inférieure se trouve bien en dessous du niveau auquel le minerai est intro- duit, et qui constitue une fosse 22 dans laquelle s'écoule la matière fondue. Les produits de la combustion passent par le prolongement 21 du four vers la sortie 23, et maintiennent le métal à l'état fondu.
De la sortie 23 les gaz passent dans un récupérateur 24, dans lequel l'air entrant, destiné aux brûleurs, est réchauffé.
Lorsqu'on soumet à la fusion des minerais qui contiennent du souflre, on fait usage d'une flamme oxydante$ la quantité totale d'air est envoyée contre le front incliné en avancement, et le combustible extérieur est réduit de manière à oxyder le soufre et à amener la chaleur de sa combustion à fondre la charge.
Dans le cas de minerais contenant une quantité adéquate de soufre, et avec le vent chaud prévu, il peut être possible de supprimer le combustible extérieur une fois que le four est suffisamment chaud, et de permettre alors à la fusion de se poursuivre par la combustion du soufre de la charge.
Un avantage de l'invention décrite, par rapport aux hauts- fourneaux ou fours à vent employés à la fusion de la pyrite, réside dans le fait que lorsque le combustible est en quantité par trop réduite, on ne rencontre pas l'inconvénient de l'allu- re glaciale, mais il suffit d'admettre un peu plus de combusti- ble avec l'air traversant les brûleurs.
Certains détails de construction, du four méritent d'être mentionnés.
Le convoyeur à godets 12, bien connu en lui même, est de préférence du type dans lequel les godets ou plaques sont extérieurement convexes et, en passant sur le tambour le plus interne 25, situé sous la z8ne de fusion, leurs courbures se combinent pour former ensemble une surface cylindrique.
Contre cette surface cylindrique du convoyeur, on appuie
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un racloir 26 destiné à empêcher la chute d'une portion quelconque de minerai. Le racloir est porté par une paroi transversale 27, qui concoure à. supporter le poids du minerai dans la zône de fusion, et la paroi de séparation peut, si on le désire, être équipée de conduits de refroidissement.
Dans la construction représentée, le récupérateur 24 est disposé sous le four. Le carneau de sortie 23 mène à une entrée 30 du récupérateur et les gaz chauds traversant l'en- trée 30 suivent les conduits 31 formant la partie supérieure du récupérateur, font retour par la partie inférieure 32 à la sortie 33 d'oÙ ils sont extraits, en traversant une conduite 34, et, si on le désire, un échangeur de chaleur 35,par un ventilateur 36 qui les débite à une cheminée 37.
Un autre ventilateur 38 débite de l'air frais dans l'échangeur de chaleur 35, et cet air passe, par un'conduit intermédiaire 39, à l'entrée d'air frais 40 du récupérateur* En ce point l'air gagne entre les conduits 32, 31 la sortie d'air chaud 41 et de là, par le conduit 42, les brûleurs à' combustible 20-
On remarquera que dans ce four, et'également dans le récupérateur, une fois que les parties ou éléments ont atteints leur température normale, ils se maintiennent tous à la même température durant tout le fonctionnement du four, les opérations dans une zone quelconque donnée, étant toujours du même genre.
On assure ainsi une longue durée des éléments ou parties du four- On remarquera en outre, qu'étant donné l'absence de poussière dans les 'carneaux à gaz traversant le récupérateur (en raison de la nature des opérations dans la zône de fusion) le récupérateur n'est pas sujet auxobstrue- tions '
Il doit être entendu que le four décrit peut être utilisé pour des opérations de réduction au lieu d'opérations d'oxyda- tion, en appliquant une flamme réductrice à l'aide des brû- leurs 20, ou en mélangeant àu oharbon fin ou.un autre combus- tible à la charge dans la trémie 11.Tel est le principe
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fonctionnement du four d'affinage d'acier représenté aux fige'2 à 5,
qui sera ci-ap rès décrit-
En se référant aux figs.2 et 3, le four comprend une sole inclinée '50, par dessus laquelle on prévoit une portion de voûte surélevée 51 et une fosse allongée 52 qui est immé- diatement contigüe de l'extrémité inférieure de la sole 50, et est couverte d'une voûte à réverbère 53. A l'extrémité de la fosse 52, on prévoit une paroi transversale 54 constituant un déversoir par dessus le bord supérieur 55 duquel du métal fondu peut s'écouler dans le réservoir 56- Du réservoir 56 se détache un trou de coulée 57. Au dessus de ce dernier dans la paroi latérale du four, on prévoit une ouverture d'évacua- tion 58 pour des gaz de carneaux.
Revenant à l'extrémité de la sole, du four, ce dernier est pourvu d'une paroi terminale 59, et la partie inférieure de la paroi terminale est supportée à distance de l'extrémité supérieure de la sole 50, de façon à ménager une ouverture 60 pour l'introduction. de la matière à fondre-Le fond d'une trémie d'alimentation 61 est situé à l'extérieur de l'ouvertu- re 60.
On remarquera dans le plan du four de la fig-3 que deux trémies 61 sont disposées côte à côte dans la largeur du four, et que la paroi terminale 59 est supportée par une série de colonnes 62 subdivisant l'ouverture 60 en sections.
Pour chaque trémie, on a prévu trois sections de ce genre et celles-ci sont pourvues de trois cylindres d'alimentation 63 dans chacun desquels travaille un plongeur 64-
Les cylindres d'alimentation se prolongent horizontale- ment à partir du fond des trémies 61, en s'écartant du four et dans l'alignement des ouvertures 60.
Les plongeurs 64 sont reliés par des tiges 65 à des têtes de crosse 66, et les têtes de crosse 66 sont actionnées d'un mouvement alternatif par l'intermédiaire des tiges de liaison 67, actionnées à leur tour par les manivelles 68 d'un arbre coudé 69.On prévoit un
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moteur 70 qui, par l'intermédiaire d'un réducteur appropriât entraine l'arbre coudé 69 et actionne les plongeurs 64, d'un mouvement alternatif à faible vitesse- On a prévu deux arbres coudés 69, un pour chaque trémie, et les liaisons au moteur 70 comprennent un mécanisme d'embrayage, ou l'équivalent, dont les détails n'ont pas été représentés dans le dessin, de manière.
que chacun des arbres coudés puisse être temporairement libéré ou actionné indépendamment de l'autre-
L'effet du fonctionnement des plongeurs, est de pousser une certaine quantité de minerai dans le four lors de la course en avant, et, lorsqu'ils sont ramenés, de permettre à une nouvelle quantité de minerai de tomber de la trémie en avant des plon- geurs.
Il n'est toutefois pas simplement suffisant de pousser de cette façon du minerai dans le four, sans prévoir des moyens propres à assurer que le minorai ne s'entasse pas simplement à l'entrée, mais chemine progressivement sur la sole 50 et expose un front convenablement incliné à la zone de fusion 71 du four- A cet afifet, on a prévu des sections de sole 72, 73 pouvant être déplacées d'un mouvement alternatif-Les sections 72 sont dispo- sées en un banc le plus rapproché de l'entrée du minerai dans le four, et une section a été prévue en regard de chaque plongeur.
On obtient donc six sections 72 dans la largeur du four-
Le second banc des sections de sole 73 se trouve le plus rapproché de l'extrémité inférieure de la sole 50, et dans ce banc également on a prévu six sections de sole, une dans l'ali- gnement de chacun des plongeurs précédemment mentionnée'
Les sections de sole sont montées sur des tiges de guidage inclinées 74, 75 de manière qu'elles puissent glisser dans une direction parallèle à la pente de la sole- Des oreilles ou pattes 76,77, prévues sur les sections de sole, entourent les tiges de guidage 74 et se placent une de chaque coté de la tête de crosse 78 glissant également sur la tige de guidage- La tête de orosse 78 est reliée par une tige de poussée 79 à un levier de manoeu- vre 80.
Le levier de manoeuvre 80 est pourvu d'une rente, de
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façon que la tige de poussée 79 puisse y coulisser, et des tenons 81 de la tige de poussée 79 peuvent être insérés dans l'une quelconque des séries de trous de cette tige. Les tenons 81 viennent en contact avec l'avant et l'arrière du levier 80 et cette construction fournit une amplitude réglable de dépla- cement libre entre le levier 80 et la tige de poussée 79' Les sections de sole du deuxième banc sont reliées d'une manière analogue, par une tige de poussée 82, au levier 80-Le levier 80 est articulé) à son extrémité inférieure, en 83, à une bielle 84, et, à son extrémité supérieure, il est relié au plongeur 64 de façon à être actionné par ce dernier d'un mouvement alternatif.
Les surfaces supérieures des sections de sole 72,73 sont formées en gradins ainsi qu'il est représenté, de manière qu'elles puissent exercer une action de poussée sur le minerai de la sole et, par suite, lorsqu'elles sont animées d'un mouvement de va et vient, elles obligent le minerai à avancer en descendant la sole inclinée. En régantt l'amplitude de la course des déplacements des sections de sole à l'aide des tenons 81, il est possible de régler la pente de la face antérieure de la masse de minerai en avancement.
Des brûleurs à combustible 85 sont disposés en une rangée transversale au four dans une portion inclinée 86 de la voûte 'de ce dernier qui relie la portion élevée 51 à la voûte de réverbère 53. Les brûleurs 85 dirigent une flamme de chauffage sur la face.antérieure de la masse de minerai. Les brûleurs 85 sont alimentés par un conduit d'air chaud 87 et sont pourvus de conduits à combustible 88'
Dans le fonctionnement de ce four, du minerai mélangé à du combustible est introduit dans la trémie 61, et amené de celle-ci dans le four ainsi qu'il a été précédemment décrit.
Le charbon utilisé est de préférence du charbon lavé, broyé très fin, mais qui n'est pas nécessairement pulvérisé. Si le charbon à utiliser ne forme pas de coke, tout au moins une partie des gaz chauds quittant le récupérateur ou les régénéra,- teurs pourra être utilisé pour le séchage et l'échauffement
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de la charge- Si le combustible à utiliser est un charbon à coke, l'hÉmidité est conservée dans la charge afin d'utiliser le carbone fixe à la formation de gaz à la surface de fusion.
Pour le minerai, on utilise de préférence des sables de fer propres, ou des concentrés, conduisant à la production d'une quantité relativement faible de scorie durant l'opéra- . tion de fusion.
La face antérieure de la, masse de minerai de la z6ne de fusion 71 est portée à l'incandescence à l'aide des brûleurs 85 et l'on prévoit qu'une fois l'état d'incandescence atteint, il peut être"inutile de continuer à introduire du combustible par les conduits d'amenée 88, la chaleur du four étant maintenue par la combustion du combustible mélangé au minerai, bien que, si la température du four venait à tomber, elle peut aisément fois . à chaque qu'on le-désire, être relevée par injection de oombus. tible aux brûleurs 85.
Les gaz produits par le combustible, de même que le - combustible lui même, seront brûlés par l'air introduit en 85 et, si la quantité de combustible est convenable,des conditions réductrices prédominent dans cette partie du four.
En conséquence, du fer sera réduit et fondu avec formation de scorie, et le fer et la scorie descendront la face inclinée de la masse de minerai, passant dans la fosse 52. On excès de gaz combustible est produit dans la z8ne de fusion 71, et traverse la zone à réverbère par dessus la fosse 52 et le métal fondu qu'elle contient-
On prévoit un certain nombre de brûleurs auxiliaires 90 à l'entrée de cette zone? grâce auxquels de l'air peut être insufflé dans le four, venant de la conduite 87, et une partie des gaz combustibles brûlée en ce point- Par ce moyens la température dans la zône à réverbère peut être portée à un degré quelconque voulu. Des conduits d'alimentation de combus- tible supplémentaire 91 sont prévus pour les brûleurs 90,de..
. ¯,il/; manière que si les gaz combustibles ne contiennent pas suffi-
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samment de chaleur, par exemple au moment de la mise en route du four, une quantité supplémentaire de combustible puisse être introduite et brûlée en ce point.
A mi-distance environ de la longueur de la fosse 52, on prévoit un barrage transversal 93 constitué d'un tube trans- versal refroidi à l'eau et recouvert de matière réfractaire.
Le bord supérieur du barrage 93 se trouve situé quelque peu au-dessus du niveau liquide normal dans la fosse 52, et sert à empêcher le passage de la scorie, tandis que sous le barrage subsiste une ouverture propre à permettre le libre passage du métal fondu. Dans le côté du four on prévoit une porte d'évacuation 94 pour la scorie.
On peut également prévoir des ouvertures 95,96 .en diffé- de la fosse rents points de la longueur de la paroi/ 52 pour extraire ou assurer l'écoulement du métal fondu dans différents états d'affinage si l'on désire utiliser une matière moins bien épurée que celle qui peut être prélevée au réservoir 56.
Dans les conditions prédominantes dans la zone de fusion
71, il se forme une scorie relativement froide, contenant une de ,-,quantité considérable Feo, et la portion métallique la plus lourde ou la plus dense du produit contiendra une quantité considérable de carbone et d'autres impuretés en même temps qu'une certaine quantité d'oxyde de fer' La chaleur intense produite par les brûleurs 90 au-dessus du métal dans la pre- mière portion de la fosse 52 porte la matière y contenue à une température aussi élevée qu'il est nécessaire de sorte que le carbone dans le métal devient très actif pour réduire toute quantité du FeO y contenu. L'oxyde de carbone ainsi libéré provoque une ébullitimn violente du bain.
Le FeO dans la scorie sera réduit par l'oxyde de carbone libééé et le fer résultant passe de la scorie dans le métal sousjacent. Il doit être entendu qu'une bonne partie du soufre et du phospho- re qui peuvent se trouver dans le métal lorsqu'il pénètre dans la fosse 52 passe dans la socrie durant l'opération d'affinage qui vient d'être décrite
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Toutefois, il est caractéristique que dans le procédé de l'invention la majeure partie du soufre présent dans la zone de fusion passe directement dans la flamme du four et ne passe pas du tout dans le fer-
Le métal de la zone de fusion et dans la fosse 52 du four est protégé du soufre contenu dans les flammes qui l'atteignent par la couche de scorie qui le surmonte.
De la scorie épurée est extraite par le trou de laitier 94, et le métal passe sous le barrage 93 dans la seconde partie de la fosse 52. Après avoir dépassé le barrage 93, le métal correspondra approximativement à celui de la phase de décrassage dans le procédé d'affinage sur sole basique.
Après avoir dépassé le barrage 93, dans la seconde portion de la fosse 52, le métal est plus complètement épuré comme dans la seconde phase de formation de acorie du procédé sur sole basique, de petites quantités d'oxyde en morceaux ou autre fondant étant ajoutées suivant les besoins par des portes de chargement convenables non représentées dans le dessin- - Des ajutages d'air supplémentaires 97 sont prévus à l'entrée de cette seconde zone d'affinage pour maintenir la chaleur du métal- Si c'est nécessaire, du combustible supplémentaire peut être introduit pour assurer l'obtention de la température désirée-
Finalement, le métal épuré, en même temps que la petite quantité de scorie qu'il transporte et qui s'est formée au- delà du barrage 93,
passe par dessus la lvre 55 dans le réservoir 66, où la scorie est enlevée par une ouverture 98 pratiquée dans l'extrémité du four- Le métal fondu peut être évacué suivant les besoins, à intervales, par le trou de coulée , 57, dans des moules , lingots-
Pour réaliser une production de 300 tonnes d'acier par jour dans un four ayant de 3 à 3,65 mètres de large la vitesse ' de déplacement de la charge à travers le four sera moindre que 25 m/m par minute, de sorte qu'on dispose d'un temps considéra- ble pour conduire les réactions nécessaires.
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L'air à fournir à la conduite 87 ne doit pas se frayer un passage à travers une masse,de minerai dans le four comme dans un haut fourneau, et ne doit par suite être fourni qu'à. une faible pression de quelques centimètres d'eau, en sorte qu'au lieu de faire usage d'un compresseur pour le vent, on peut employer un ventilateur- Ceci permet en outre de réduire les risques de fuite d'air dans l'alimentation et dans les dispositifs de chauffage pour cet ait-
L'air peut par conséquent être envoyé directement à travers un récupérateur à la pression de soufflage ainsi qu'il a été précédemment décrit en référence à la fig.l
Comme le volume des gaz de combustion engendré est proportionnellement à la chaleur produite, sensiblement moindre que dans le cas d'un four à sole,
la surface nécessaire des récupérateurs et des régénérateurs est réduite de manière correspondante. Le volume des gaz est moindre, non seulement en raison de l'application plus directe de la flamme sur l'ouvrage, mais également en raison du fait que les gaz combustibles produits sont largement et totalement engendrés directement par le charbon dans le four même et n'entraînant pas une grande quantité d'azote comme c'est le cas lorsqu'on fait emploi de gaz de gazogène pour chauffer le four.
Venant au régénérateur représenté aux fige. 4 et 5, dans ces figures, 53 désigne le four des figures 2 et 3, et 58 la sortie de gaz latérale disposée en travers du sommet du régéné- rateur, comme on le voit mieux à la fig.5 Sous le carneau transversal 58, et séparé de ce dernier par une cloison horizontale 5, on prévoit deux chambres 101, 102 divisées par une cloison verticale, 103 qui est indiquée en traits interrom- pus à la fig.4' En dessous des chambres 101,102 on prévoit un second carneau d'air transversal 104' Les chambres collectrices 101, 102 sont reliées chacune au carneau d'évacuation 58 supérieur,et au carneau d'air 104 inférieur, par des ouvertures circulaires de valves 105,106 dont les axes, dans chaque chambre, sont,
en direction verticale dans l'alignement l'un de
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l'autre et qui'forment des sièges pour une seule soupape à champignon 107 montée sur une longue tige coulissante 108 traversant le sommet du carneau transversal 58. Les têtes des soupapes à champignon 107 sont pourvues d'un refroidissement à eau dont l'arrivée traverse les tiges ou queues 108 à la manière bien connue' Chacune des soupapes agit à la manière d'une soupape à. double effet.
Lorsqu'elles sont abaissées elles coupent la communication de leur chambre collectrice avec le carneau d'air 104 et ouvrent la communication avec le carneau à gaz 68. Les chambres 101,102 s'ouvrent chacune vers une chambre de régénérateur à empilage 109 ou 110 suivant les cas.
A l'autre extrémité des chambres de régénération, on prévoit deux autres chambres 111, 112. En dessous de ces der- nières on prévoit un carneau d'évacuation transversal du gaz de four, 113, et au-dessus de ces chambres un carneau d'entrée d'air 114. Les chambres 111, 112 sont reliées à ces carneaux transversaux par l'intermédiaire de lumières contrôlées par des soupapes à champignon) à double effet, 115, 116 analogues. aux soupapes 107 précédemment décrites-
Un conduit d'air pénètre dans le carneau d'entrée d'air 114, en 117, et le conduit d'air 87 quitte le carneau d'air 104', ainsi qu'il est représenté dans les dessins. Le conduit d'air! 117 part d'un échangeur 118, etest alimenté par un ventilateur) 119.
Les gaz de four chauds s'évacuant par le carneau transver- sal 113 cheminent à travers un carnoau 120 au sommet de l'échan- geur de chaleur et de là, passent en sortie à la partie infé- rieire de cet échangeur vers un ventilateur 121 qui les débite à une cheminée 122.
En fonctionnement de ce régénérateur) ainsi qu'on le com- prendra aisément) les soupapes sont manipulées de manière telle. qu'une des chambres de régénération) par exemple la chambre 110, reçoit des gaz chauds des carneaux 58 et les évacuent aux car- neaux 113 en s'échauffant simultanément. L'autre chambre de régénération qui été précédemment chauffée, reçoit de l'air @
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partiellementéchauffé de l'échangeur 118, et l'évacue comme ait chaud vers le conduit 87' Lorsque l'empilage de la cham- bre 109 s'est refroidi par ce passage d'air, la soupape à double effet est renversée, et la chambre 110 est utilisée pour chauffer l'air entrant tandis que la chambre 109 est réchauffée par les gaz sortants.
Il doit être entendu que bien que l'appareil des fige.2 à 5 ait été décrit dans l'applica- tion à la production et à l'affinage du fer, les diverses parties ou éléments pourraient également être utilisées pour la fusion et l'affinage d'autres métaux, ou encore pour la fabrication de verre, ou des opérations de même nature, et en particulier la méthode d'alimentation consistant à refouler le minerai en ayant recours à des sections de sole actionnées de mouvements alternatifs pourrait être employée avantageuse- ment en remplacement du convoyeur représenté à la fig.l. En appliquant l'invention pour la fabrication du verre, les matières ou ingrédients usuels à fondre ensemble pour produire le verre seront introduits dans le four en remplacement du minerai métallique, l'appareil étant analogue.
REVENDICATIONS.
EMI19.1
1<- Un procédé pour fondre des minerais et exécuter des opérations de même nature sur des minéraux, caractérisé par : rs ,: l'introduction du minéral, d'une manière continue, dans un 1l.F.Yn' t four, derrière une z8ne de fusion de ce four, l'avancement w ;.: ti du minéral dans la z8ne de fusion de manière que le front du . minéral présente une face inclinée à la zône de fusion, et "' l'application de flammes de chauffage directement sur cette 1" face inclinée du minéral dans la dite zône de fusion, grâce à quoi la dite face inclinée est continuellement fondue, et la portion fondue peut s'écouler en bas de la pente, et expose de la matière fraiche à l'action des flammes-
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IMPROVEMENTS IN THE PRODUCTION AND REFINING OF METALS.
The invention relates to improvements in the production and refining of metals.
The invention is applicable to the treatment of ores of various metals, both ferrous and non-ferrous. For example it also applies to the smelting of copper sulphide ores and to the production and refining of iron and steel from iron oxide ores.
The invention is also applicable to operations related to melting, such as for example the production of glass.
One of the advantages of the invention is to allow the smelting of the ore and the purification or refining of the metal in the same furnace with adequate conservation of the heat employed.
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In addition, the production and purification or refining of the metal is carried out on a continuous basis. Further still, ore losses are avoided or reduced even in finely divided ore, resulting from dust losses in the flue gases.
Other advantages and particular characteristics of the invention, applied in particular to the treatment of copper sulphide ores or to the treatment of iron ores, will emerge from the following description:
According to the invention, a process for smelting ores and performing operations of the same nature on minerals, is characterized by the continuous introduction of the mineral into a furnace, behind a melting zone of this furnace, the displacement or the advancement of the mineral in the melting zone so that the anterior part or front of the mass of the mineral has a face inclined to the melting zone, and the application of heating flames directly on said inclined face of the mineral in the fusion zone)
from which results that said inclined face is melted in a continuous manner and that the melted portion can be eliminated by going down the slope, by exposing the. fresh material to the action of flames
The invention comprises the smelting of sulphide ores by a process as has just been described, characterized in that the ore is introduced in the sulphide state into the melting zone and that it is accepted) with the heating flames, a sufficient quantity of oxygen to combine with the sulfur of the ore, and by the use of the heat of combustion of this sulfur.
In the smelting of copper sulphide ores by this process, a characteristic is that the ore introduced in the sulphide state into the smelting zone) is burnt with a sufficient quantity of oxygen to ensure the combination with a part only of the sulfur in the ore) thus leading to the production of a molten matte.
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The invention also comprises the smelting of ores, for example iron ores, by a process as described above, in which fuel, which may be fine coal, is mixed with the feed before it is introduced reduced into. the furnace, and the ore is thus / in the metallic state in the melting zone.
The molten material from the melting zone can be collected in a pit immediately adjacent to the melting zone, and kept there in a molten state and subjected to a refining operation. In this way, the melting and cleaning or refining can run in the oven marl.
Hot gases from the melting zone can be sent to the molten metal pit so that their heat is used to retain the heat of the molten material.
In smelting iron oxide ores, it is preferable to mix a charge of the ore with an excess of solid fuel over = 3 the amount required for reduction and smelting, so that the amount is sufficient to provide fuel. combustible gas to the subsequent application of heat to the produced metal, and, after the netal has been brought by fusion to the metallic state in the said fusion zone and collected in a pit as aforesaid, to introduce air to ensure the combustion of the combustible gas above the molten metal and thereby bring it to a temperature for which it will be purified or refined while it is still in the furnace.
The invention further comprises a process for the production of glass, which consists in introducing into a furnace mineral constituents suitable for making glass and then treating them in this furnace in the manner defined above.
To mark the contrast of the present invention with the previous general practice for copper ores,
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we can point out that. at one time most sulphide ores were smelted in blast furnaces or blast furnaces which, for lumpy ores, were well suited to utilizing heat from the oxidation of part of the sulfur, during the melting of the ore. For heavy sulphide ores, blast furnaces or blast furnaces are operated with coke consumption reduced to 2.5% of the weight of the ore.
However, to smelt copper ores, blast furnaces or blast furnaces generally require
It has 14% coke.
One of the difficulties encountered with blast furnaces or blast furnaces in trying to reduce coke consumption to a minimum is that if too small an amount is used, the furnace goes freezing, with solidification of the coke. . mass, and enormous tedious labor becomes necessary to clean it and put it back into working order.In addition, blast furnaces or blast furnaces are not suitable for smelting fine ores and concentrates due to the dust formed, which is driven by the wind, without fusion.
In the last few years only minorais fines and a small amount (the concentrates were melted in roasting and reverberating furnaces'
More recently, most of the copper ores were first concentrated prior to smelting and over a period of time all concentrates were roasted in grilling furnaces of the well-known McDougall type, the calcined product being melted in kilns. street lamp. The calcined product is preferably charged along the side walls of the furnace, and burners disposed at one end of the furnace provide the heat necessary for melting. sent
The heat is largely / at the top of the oven, and the.
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new charge, which is very dusty, is deposited in the oven along its side walls.
By this operation a large amount of dust is drawn out of the furnace, and dust coming into contact with the refractory vault adheres to it and attacks it, causing rapid wear of the vault and expensive repairs.
In the reverberation furnace smelting only a relatively small amount of sulfur is removed, since only a small amount of the oxygen-containing gas comes into contact with the melt charge from the side walls, the main gas stream is located in the vault and in the middle of the furnace, away from the melt charge.
The roasting oven operation is very dusty.
About 5% of the charge leaves the furnace with the gases, and this portion must be collected in dust collectors and then sent to the reverberation furnace along with the calcined product. The transfer of the calcined product forms a lot of dust and causes heat loss from the calcined product.
During the past few years, in several installations, loading of unroasted cold concentrates has been practiced along the side walls of the reverberant furnace.
This procedure largely eliminates the inconvenience of dust but leads to a low concentration of matte, which increases the costs of the subsequent purification or refining by a bessemerization operation.
It will be noted that in accordance with the present invention, the part of the ore charge which is exposed to the direct action of the heating flames is covered with a layer of molten matte and slag which, although capable of being constantly removed, continuously reforming by the action of flames on new portions of the ore, and no unmelted portion of the ore is subsequently exposed and may lead to losses of dust.
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In the treatment of iron oxide ores using a process according to the present invention, continuous smelting can be carried out with the steel produced being affine. any degree desired and obtained of constant quality to be periodically cast to the discharge end of the furnace.
All the reactions which correspond to the usual operations of pig iron production, secondary smelting and refining in a basic reverberation furnace, are carried out in a single furnace without interruption and with a considerable saving of fuel as well as a ga.in in the uniformity of the product.
The present invention further comprises improvements to the construction of ovens suitable for its execution.
One characteristic of the invention consists of a furnace for the smelting of ores, comprising in combination a hearth, a conveyor for continuously bringing ore to one end of this hearth and determining its progress on the latter, fuel burners disposed above the hearth and directed downward to cause flames to act on ore supported by the hearth, a pit at the opposite end of the hearth from the conveyor to receive the hearth metal, a vault covering the floor and the pit, and an outlet for the flue gases coming from the furnace at the end of the latter where the pit is located.
According to a constructive arrangement, the conveyor comprises inclined sole sections able to move in a reciprocating movement, means for ensuring the alternating displacement, longitudinally, of these sections, a hopper for debiting material on said sections. sections, and a plunger mechanically connected to the hearth sections, in order to move together with them in a reciprocating motion, and disposed at the lower part or bottom of the hopper so as to push the loads of hopper material on the sections.
By arranging the hearth sections in a number of '
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benches, some closer together and some further from the end of the sole, in combination with means by which the amplitude of the displacement or stroke of the sole sections in a bed can be adjusted so as to form a variable ratio with the corresponding movement of the hearth sections of another bed, it is possible to introduce the material into the furnace in such a way that the front face of the ore mass which,
advances has the desired slope in order to present itself under favorable conditions to the action of the fuel burners
The invention will hereinafter be described more explicitly with reference to the accompanying drawings which show two constructions of a furnace and regenerators and recuperators connected thereto.
In the drawings:
Fig.1 is a longitudinal and vertical section of a copper refining furnace and associated recuperators; Fig-2 is a longitudinal section made in a furnace for the production and refining of steel Fig.3 is a plan view of the previous furnace; Fig-4 is a plan view of a regenerator, for use in conjunction with the furnace of Figs-2 and 3; and, Fig-5 is a longitudinal and vertical section of the previous regenerator.
Referring to Figure 1, it is appropriate to begin by describing the construction of the furnace with the ore entry end. At this end there is provided a large ore hopper 11, under which is disposed a bucket conveyor 12. The wall of the hopper is notched at 13, above the conveyor, to a sufficient height to allow the conveyor to push forward. a layer of filler 14 to be melted, several feet thick
The width of the conveyor varies according to the dimensions of the oven, so as to be substantially equal to the width of the latter.
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For example, it may have a width of 12 feet (3.65 m). The end wall 15 of the furnace is adjacent to the wall of the hopper 11 from which the ore is fed in front and it has a sufficiently high vault to allow the passage of the advancing mass of ore. The conveyor 12 extends sufficiently beyond the end wall of the furnace to carry the ore to a melting zone 16.
The vault 17 of the furnace has the shape of an arc or is suspended, in order to leave a considerable space above the ore thus introduced, but in the vicinity of the portion which overhangs the internal end of the conveyor, the 'vault s' inclines downwards, as in 18, more or less parallel to the inclined face 19 of the advancing charge, and this inclined portion covers what has previously been called the 'melting zone' of the furnace. the inclined portion of the vault provides a number of fuel burners 20, for example oil burners, or even pulverized coal burners,
whose flames are directed downwards and more or less normally at the front of the advancing mass of ore - The front of the ore charge is accordingly melted and the fuel and air in the burners are adjusted so as to maintain at the advancing face of the ore the suitable slope so that no cavity is formed exposing any cold part of the charge to the action of the flames, and so that the charge when it melts, descends the face inclined in advance of the load.
The molten matte and slag, immediately as they form, descend the inclined smelting face and leave the mass of ore beneath it, with new portions of hot but unmelted ore being continuously advanced by the conveyor. in the melting zone, and the molten slag as well as the matte descending the slope as soon as they are formed.
Beyond the inclined fusion face, and the vault
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inclined from the furnace which covers this face, a horizontal extension of the furnace is provided, the lower part of which is well below the level at which the ore is introduced, and which constitutes a pit 22 in which the mineral flows. molten material. The products of combustion pass through the extension 21 of the furnace towards the outlet 23, and maintain the metal in the molten state.
From the outlet 23 the gases pass into a recuperator 24, in which the incoming air, intended for the burners, is reheated.
When ores which contain sulfur are subjected to smelting, an oxidizing flame is used - the total amount of air is sent against the advancing inclined face, and the outer fuel is reduced so as to oxidize the sulfur. and causing the heat of its combustion to melt the charge.
In the case of ores containing an adequate amount of sulfur, and with the expected hot blast, it may be possible to remove the external fuel once the furnace is hot enough, and then allow the smelting to continue with combustion. sulfur from the charge.
An advantage of the invention described, compared to blast furnaces or blast furnaces used for melting pyrite, lies in the fact that when the fuel is in too small a quantity, one does not encounter the disadvantage of icy allure, but it suffices to admit a little more fuel with the air passing through the burners.
Certain construction details of the oven are worth mentioning.
The bucket conveyor 12, well known in itself, is preferably of the type in which the buckets or plates are externally convex and, passing over the innermost drum 25, located under the melting zone, their curvatures combine to together form a cylindrical surface.
Against this cylindrical surface of the conveyor, we press
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a scraper 26 intended to prevent the fall of any portion of ore. The scraper is carried by a transverse wall 27, which contributes to. support the weight of the ore in the smelting zone, and the partition wall can, if desired, be fitted with cooling ducts.
In the construction shown, the recuperator 24 is placed under the furnace. The outlet flue 23 leads to an inlet 30 of the recuperator and the hot gases passing through the inlet 30 follow the ducts 31 forming the upper part of the recuperator, return through the lower part 32 to the outlet 33 from where they are. extracted, passing through a pipe 34, and, if desired, a heat exchanger 35, by a fan 36 which delivers them to a chimney 37.
Another fan 38 delivers fresh air into the heat exchanger 35, and this air passes, through an intermediate duct 39, to the fresh air inlet 40 of the recuperator * At this point the air gains between the ducts 32, 31 the hot air outlet 41 and from there, through the duct 42, the fuel burners 20-
It will be noted that in this furnace, and also in the recuperator, once the parts or elements have reached their normal temperature, they are all maintained at the same temperature throughout the operation of the furnace, the operations in any given zone, always being of the same kind.
This ensures a long life of the elements or parts of the furnace. It will also be noted that, given the absence of dust in the gas flues passing through the recuperator (due to the nature of the operations in the melting zone) the recuperator is not subject to obstructions'
It should be understood that the furnace described can be used for reduction operations instead of oxidation operations, by applying a reducing flame using the burners 20, or by mixing with fine coal or. another fuel to the charge in hopper 11. This is the principle
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operation of the steel refining furnace shown in figs' 2 to 5,
which will be described below-
Referring to Figs. 2 and 3, the furnace comprises an inclined floor 50, over which there is provided a raised arch portion 51 and an elongated pit 52 which is immediately contiguous with the lower end of the floor 50. , and is covered with a reverberatory vault 53. At the end of the pit 52, there is provided a transverse wall 54 constituting a weir over the upper edge 55 from which molten metal can flow into the tank 56- Du A taphole 57 is detached from the reservoir 56. Above the latter in the side wall of the furnace, an exhaust opening 58 is provided for flue gases.
Returning to the end of the hearth of the furnace, the latter is provided with an end wall 59, and the lower part of the end wall is supported at a distance from the upper end of the hearth 50, so as to provide a opening 60 for introduction. of the material to be melted-The bottom of a feed hopper 61 is located outside the opening 60.
It will be noted in the plane of the furnace of FIG. 3 that two hoppers 61 are arranged side by side across the width of the furnace, and that the end wall 59 is supported by a series of columns 62 subdividing the opening 60 into sections.
For each hopper, three such sections have been provided and these are provided with three feed cylinders 63 in each of which a plunger 64 works.
The feed rolls extend horizontally from the bottom of the hoppers 61, away from the furnace and in line with the openings 60.
The plungers 64 are connected by rods 65 to the butt heads 66, and the butt heads 66 are reciprocated by the intermediary of the link rods 67, in turn actuated by the cranks 68 of a bent shaft 69.
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motor 70 which, by means of a suitable reduction gear, drives the bent shaft 69 and actuates the plungers 64, in a reciprocating motion at low speed - Two bent shafts 69, one for each hopper, and the connections have been provided to engine 70 include a clutch mechanism, or equivalent, details of which have not been shown in the drawing, so.
that each of the bent shafts can be temporarily released or actuated independently of the other -
The effect of the operation of the plungers is to push a certain amount of ore into the furnace when running forward, and, when brought back, to allow a new amount of ore to fall from the hopper ahead of them. divers.
However, it is not simply sufficient to push ore into the kiln in this way, without providing proper means to ensure that the minorai does not simply pile up at the entrance, but progressively travels over the hearth 50 and exposes a forehead suitably inclined to the melting zone 71 of the furnace- For this purpose, hearth sections 72, 73 are provided which can be moved in a reciprocating motion. The sections 72 are arranged in a bench closest to the entry of the ore into the furnace, and a section was provided next to each diver.
Six sections 72 are thus obtained in the width of the oven.
The second bed of sole sections 73 is closest to the lower end of sole 50, and in this bed also six sole sections are provided, one in the alignment of each of the aforementioned plungers.
The sole sections are mounted on inclined guide rods 74, 75 so that they can slide in a direction parallel to the slope of the sole. Lugs or tabs 76,77, provided on the sole sections, surround the sole sections. Guide rods 74 and are placed one on each side of the stock head 78 also sliding on the guide rod. The orosse head 78 is connected by a push rod 79 to an operating lever 80.
The operating lever 80 is provided with an annuity,
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so that the push rod 79 can slide therein, and tenons 81 of the push rod 79 can be inserted into any of the series of holes in this rod. The tenons 81 come into contact with the front and rear of the lever 80 and this construction provides an adjustable amount of free movement between the lever 80 and the push rod 79 'The sole sections of the second bed are connected d. 'analogously, by a push rod 82, to the lever 80 - The lever 80 is articulated) at its lower end, at 83, to a connecting rod 84, and, at its upper end, it is connected to the plunger 64 so to be actuated by the latter in a reciprocating motion.
The upper surfaces of the hearth sections 72, 73 are stepped as shown, so that they can exert a pushing action on the ore in the hearth and hence when they are driven. a back and forth movement, they force the ore to advance while descending the inclined sole. By regulating the amplitude of the stroke of the displacements of the hearth sections using the tenons 81, it is possible to adjust the slope of the anterior face of the advancing mass of ore.
Fuel burners 85 are arranged in a row transverse to the furnace in an inclined portion 86 of the vault of the latter which connects the elevated portion 51 to the reverberant vault 53. The burners 85 direct a heating flame onto the face. anterior mass of ore. The burners 85 are fed by a hot air duct 87 and are provided with fuel ducts 88 '
In the operation of this furnace, ore mixed with fuel is introduced into the hopper 61, and brought therefrom into the furnace as previously described.
The charcoal used is preferably washed charcoal which is very fine ground, but which is not necessarily pulverized. If the coal to be used does not form coke, at least part of the hot gases leaving the recuperator or the regenerators can be used for drying and heating.
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charge - If the fuel to be used is coking coal, moisture is retained in the charge in order to utilize the fixed carbon for gas formation at the melting surface.
For the ore, preferably clean iron sands, or concentrates, are used, resulting in the production of a relatively small amount of slag during the process. merger tion.
The anterior face of the mass of ore in the fusion zone 71 is incandescent with the aid of the burners 85 and it is expected that once the state of incandescence is reached it may be "unnecessary. to continue to introduce fuel through the feed ducts 88, the heat of the furnace being maintained by the combustion of the fuel mixed with the ore, although if the temperature of the furnace were to drop, it could easily times. if desired, be raised by injection of fuel to the burners 85.
The gases produced by the fuel, as well as the fuel itself, will be burnt by the air introduced at 85 and, if the quantity of fuel is suitable, reducing conditions prevail in this part of the furnace.
As a result, iron will be reduced and melted with the formation of slag, and the iron and slag will descend the inclined face of the ore mass, passing into pit 52. Excess fuel gas is produced in smelting zone 71, and crosses the reverberation zone over pit 52 and the molten metal it contains-
Are there a number of auxiliary burners 90 at the entrance to this zone? by which air can be blown into the furnace, coming from line 87, and a part of the combustible gases burnt at this point. By this means the temperature in the reverberant zone can be raised to any desired degree. Additional fuel supply ducts 91 are provided for the burners 90, from.
. he/; so that if the combustible gases do not contain sufficient
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With sufficient heat, for example when starting the furnace, an additional quantity of fuel can be introduced and burned at this point.
About halfway along the length of pit 52, a transverse dam 93 is provided, consisting of a transverse tube cooled with water and covered with refractory material.
The upper edge of the dam 93 is located somewhat above the normal liquid level in the pit 52, and serves to prevent the passage of slag, while under the dam there is an opening suitable for allowing the free passage of molten metal. . In the side of the furnace there is an evacuation door 94 for the slag.
It is also possible to provide apertures 95, 96 at different points along the length of the wall / 52 to extract or ensure the flow of molten metal in different states of refinement if it is desired to use a material. less well purified than that which can be taken from reservoir 56.
Under the prevailing conditions in the fusion zone
71, a relatively cold slag forms, containing a considerable amount of Feo, and the heavier or denser metallic portion of the product will contain a considerable amount of carbon and other impurities along with a certain amount of iron oxide The intense heat produced by the burners 90 above the metal in the first portion of the pit 52 brings the material contained therein to as high a temperature as is necessary so that the carbon in the metal becomes very active in reducing any amount of FeO contained therein. The carbon monoxide thus released causes the bath to boil violently.
The FeO in the slag will be reduced by the liberated carbon monoxide and the resulting iron passes from the slag into the underlying metal. It should be understood that a good part of the sulfur and phosphor which may be found in the metal when it enters the pit 52 passes into the socrie during the refining operation which has just been described.
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However, it is characteristic that in the process of the invention the major part of the sulfur present in the melting zone passes directly into the flame of the furnace and does not pass at all into the iron.
The metal in the melting zone and in the pit 52 of the furnace is protected from the sulfur contained in the flames which reach it by the layer of slag which surmounts it.
Clean slag is extracted through slag hole 94, and the metal passes under dam 93 in the second part of pit 52. After passing through dam 93, the metal will approximately correspond to that of the slagging phase in the pit. refining process on basic hearth.
After passing through dam 93, in the second portion of pit 52, the metal is more completely purified as in the second phase of acorie formation of the basic hearth process, with small amounts of lumpy oxide or other flux being added. as needed by suitable loading doors not shown in the drawing - Additional air nozzles 97 are provided at the entrance to this second refining zone to maintain the heat of the metal - If necessary, additional fuel can be introduced to ensure that the desired temperature is obtained.
Finally, the cleaned metal, along with the small amount of slag that it carries and that has formed beyond Dam 93,
passes over lip 55 into tank 66, where the slag is removed through an opening 98 in the end of the furnace. The molten metal can be discharged as needed, at intervals, through the tap hole, 57, in molds, ingots-
To achieve a production of 300 tons of steel per day in a furnace having from 3 to 3.65 meters wide the speed of movement of the load through the furnace will be less than 25 m / m per minute, so that Considerable time is available to carry out the necessary reactions.
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The air to be supplied to the pipe 87 must not make a passage through a mass of ore in the furnace as in a blast furnace, and must therefore only be supplied. a low pressure of a few centimeters of water, so that instead of using a compressor for the wind, a fan can be used - This further reduces the risk of air leakage in the supply and in heating devices for this
The air can therefore be sent directly through a recuperator at the blowing pressure as was previously described with reference to FIG.
As the volume of combustion gases generated is proportional to the heat produced, significantly less than in the case of a hearth furnace,
the area required for recuperators and regenerators is correspondingly reduced. The volume of gases is less, not only because of the more direct application of the flame on the work, but also because the combustible gases produced are largely and totally generated directly by the coal in the furnace itself and not entraining a large amount of nitrogen as is the case when gasifier gas is used to heat the oven.
Coming to the regenerator shown in fig. 4 and 5, in these figures, 53 denotes the furnace of figures 2 and 3, and 58 the lateral gas outlet disposed across the top of the regenerator, as best seen in fig. 5 Under the transverse flue 58 , and separated from the latter by a horizontal partition 5, two chambers 101, 102 are provided divided by a vertical partition, 103 which is indicated in broken lines in fig. 4 'Below the chambers 101, 102 there is a second flue transverse air 104 'The collecting chambers 101, 102 are each connected to the upper exhaust flue 58, and to the lower air flue 104, by circular openings of valves 105,106 whose axes, in each chamber, are,
in a vertical direction in alignment with one of
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the other and which form seats for a single mushroom valve 107 mounted on a long sliding rod 108 passing through the top of the transverse flue 58. The heads of the mushroom valves 107 are provided with water cooling whose inlet passes through the rods or tails 108 in the well-known manner. Each of the valves acts in the manner of a valve. double acting.
When they are lowered they cut off the communication of their collecting chamber with the air flue 104 and open the communication with the gas flue 68. The chambers 101,102 each open towards a stacking regenerator chamber 109 or 110 depending on the requirements. case.
At the other end of the regeneration chambers, two other chambers 111, 112 are provided. Below these latter there is provided a transverse exhaust duct for the furnace gas, 113, and above these chambers a flue. air inlet 114. The chambers 111, 112 are connected to these transverse flues by means of lights controlled by mushroom valves) double-acting, 115, 116 the like. to the valves 107 previously described-
An air duct enters the air inlet flue 114, at 117, and the air duct 87 leaves the air flue 104 ', as shown in the drawings. The air duct! 117 starts from an exchanger 118, and is supplied by a fan) 119.
The hot furnace gases evacuating through the transverse flue 113 pass through a duct 120 at the top of the heat exchanger and from there pass at the outlet to the lower part of this exchanger towards a fan 121 which delivers them to a chimney 122.
In operation of this regenerator) as will be easily understood) the valves are handled in such a way. only one of the regeneration chambers), for example chamber 110, receives hot gases from flues 58 and discharges them to flues 113 while heating up simultaneously. The other regeneration chamber, which was previously heated, receives air @
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partially heated from the exchanger 118, and evacuates it as is hot towards the duct 87 '. When the stack of the chamber 109 has cooled by this air passage, the double-acting valve is reversed, and the chamber 110 is used to heat the incoming air while chamber 109 is heated by the outgoing gases.
It should be understood that although the apparatus of Figs. 2 to 5 has been described in applica- tion to the production and refining of iron, the various parts or elements could also be used for smelting and l the refining of other metals, or for the manufacture of glass, or operations of the same nature, and in particular the feeding method consisting in pushing the ore by having recourse to hearth sections actuated by reciprocating movements could be used advantageously as a replacement for the conveyor shown in fig.l. In applying the invention to the manufacture of glass, the usual materials or ingredients to be melted together to produce the glass will be introduced into the furnace in place of the metal ore, the apparatus being similar.
CLAIMS.
EMI19.1
1 <- A process for smelting ores and carrying out operations of the same nature on minerals, characterized by: rs,: the introduction of the mineral, in a continuous manner, into a 1l.F. Yn 't furnace, behind a melting zone of this furnace, the advancement w;.: ti of the mineral in the melting zone so that the front of the. mineral has a face inclined to the melting zone, and the application of heating flames directly to this inclined face of the mineral in said melting zone, whereby said inclined face is continuously melted, and the molten portion may flow down the slope, and exposes fresh material to the action of the flames.