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"PROCEDE DE TRAITEMENT THERMIQUE POUR TOUTES APPLICATIONS,, ET
NOTAMMENT POUR LA METALLURGIE"
La présente invention a pour objet principal un proche de traitement thermique qui consiste principalement à faire arriver, dans la ou les zones de traitement de l'inceinte, des gaz puisée dans l'atmosphère de la dite enceinte et prove- nant du dit traitementou des gaz de nature analogue provenant d'une source extérieure appropriée.
L'invention comprend dans son cadre tontes les appli- cations industrielles de ce procède et tous ses modes de mise
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en oeuvra;, tels que par exemple les suivants : a) on fait parcourir, de façon continue ou discontinue, à l'atmosphère de l'enceinte, on à une partie seulement de cette atmosphère, un oyole fermé extérieur ou intérieur à la dite enceinte; b) au cours de ce cycle fermé. les gaz peuvent ne subir aucune transformation, l'invention consistant alors à les ramener dans la ou lea zones de traitement de l'enceinte; o) au contraire, les dite gaz peuvent subir au cours de leur déplacement cyclique, tous traitements physiques ou chimiques jugés convenables;
d) le cycle en question peut être soit absolument indé- pendant, soit en oontaot par un ou plusieurs points avec le chemin d'autres gaz, tels par exemple que les gaz atmosphéri- quea puisés à l'extérieur da l'enceinte de traitement ; e) le contact précité peut être soit un contact dit "par surface", soit un contact "par mélange". Dans le premier cas, il y a simplement échange thermique; dans le second cas, il y a à la fois échange thermique et entraînement moléculaire; f) les circulations, dans le oyole fermé des gaz dits "in- ternes" et/la circulation dans le cycle ouvert des gaz dits "externes" peuvent être produites par des moyens distinte, d'ailleurs quelconques.
Hais ces moyens peuvent aussi dépen- dre- lea uns des autres, et même être communs; g) plus spécialement, la circulation en circuit fermé des gaz internes peut (par exemple) être déterminée par entraîne. ment de ces gaz à l'aide des gaz externes. eux-mêmes mis en circulation par tous moyens convenables, ou inversement.
Comme indiqué, toutes applications industrielles du procédé sont comprises dans le cadre de l'invention; plus spé- oialement. le procédé est applicable avantageusement : a) à la production de gaz combustibles quelconques; b) en particulier, à la production de gaz à l'air ou de gaz
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à l'eau, ou autres; c)à tous les cas où l'on fait usage de gaz de ce genre pour la création d'une atmosphère propre à la production d'un effet déterminé au cours d'un traitement thermiquepar exemple. effet réducteur; d) en particulier, à la métallurgie du fer et notamment à l'obtention directe d'aciers et de fontes à partir du minerai;
e) pour cette obtention directe d'aciers et de fontes à partir du minerai de fer, à des appareils oonnus (du type cubilot par exemple, haut-fourneau,, creuset, etc..) dans les quels Inaction du gaz à l'air se fait à travers des couches éta- gées et alternées de combustible (coke par exemple) et d'oxyde de fer; mais il est évident qu'on pourrait aussi bien appliquer l'invention au cas où. le minerai et le combustible ne sont pas en contact direct; f) à l'affinage des matières obtenues par le dit traitement dans la précédente enceinte, par exemple dans un ou des creusets coopérant ou non aveo la dite enceinte.
Il a été constaté par expériences multiples que l'ap- plioation de l'invention à. la métallurgie du fer permettait réellement et sans difficultés,, à l'aide d'appareils connus à peine modifiés, l'obtention directe de fontes et d'aciers de bonne qualité à partir du minorai de fer directement,
Pour obtenir une bonne réduction du minerai. il est nécessaire d'obtenir dans l'enceinte de traitement thermique une atmosphère ayant une importante proportion d'oxyde de carbone. D'autre part, on naît que pour maintenir dans cette atmosphère @@@ la proportion voulue d'oxyde de carbone et éviter s@ transformation en anhydride carbonique, il est nécessaire d'avoir une haute température.
Ces deux conditions paraissent a priori contradictoi- rem : en effet, pour obtenir de l'oxyde de carbone, il faudrait
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réaliser une combustion incomplètes alors que pour obtenir une haute température on doit obtenir une combustion complète.
Pour oonoilier ces conditions divergentes, on a pensé à introduite peu d'air pour obtenir par combustion in- complète, de l'oxyde de carbone, et à charger l'air ainsi introduit des calories qui manquent à l'intérieur de l'en... ceinte à traitement thermique du fait de la faible quantité d'air introduite. Oient de cette idée que résulte la création d'éohangeurs entre les gaz/de sortie et ceux d'entrée, des récupérateurs, eto... Mais, on voit clairement aussi, que le nombre de calories dont on charge ainsi la faible quantité d'air introduite eat faible et insuffisante puisque cet air doit âtre quantitativement insuffisant.
Au oontraire, si, selon l'invention, l'on fait décrire aux gaz sortant de l'enceinte de traitement thermique un cycle, c'est-à-dire si on les fait revenir par exemple à l'arrivée de l'air frais pour les faire rentrer à nouveau dans l'enceinte de traitement thermique (par exemple en les faisant entraîner par le dit air frais), on voit que @ le) l'on peut introduire tout gaz utile à la réduction par exemple du Co (ou dans d'autres cas de l'hydrogène, ou un mélange d'hydrogène et de Co, etc...);
2 ) l'on peut introduire un gaz inerte, par exemple de l'azote, si par exemple le Co brûle dans un éohangeur thermique en produisant une haute température qui sert à chauffer l'air frais à l'entrée de l'enceinte thermique;
3 ) l'on peut introduire un mélange d'azote et de Co, etc..
Dans le cas où, par exemple, l'air entrant n'en- tratne pour la plus grande partie que de l'azote, on voit que cet air introduit une grande quantité d'azote à haute tempé- rature, variable d'ailleurs à volonté, dans laquelle a) il se dilue. b) il prend dea calories.
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On constitue ainsi un échangeur thermique moléculaire.
De plue, l'air qui pénètre dans l'enceinte peut être en faible quantité dans une grands masse de gaz inerte à très haute température.
On réalise donc un envoi d'air en faible quantité (ce qui est favorable à une combustion incomplère, dono à la formation de Co), dans une masse de gaz introduite à haute température, ce qui réalise dans l'enceinte même à traitement thermique la haute température favorable à laotien sur l'oxyde de fer et indispensable à la création d'un équilibre stable en présence d'une forte quantité d'oxyde de carbone,
On voit ainsi qu'en utilisant un éohangeur thermique moléculaire entre l'air introduit dans l'enceinte de traite- ment thermique et les gaz soitifs, ou neutres. ou mélangés, sortis de cette enceinte et que l'on y réintroduite on réalise toutes les conditions théoriques indiquées pour une bonne réduction du minerai.
Le dessin annexé représente, schématiquement, et à titre d'exemple seulementdes installations pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention@ appliqué à l'obtention directe des fontes et aciers, à partir du minerai de fer et dans le cas où oe minerai est en contact direot avec le com- buatible.
Les figures 1 et 2 sont, à titre d'exemple, des graphiques explicatifs d'une allure de conduite du prooédé,
Les figures 3 et 4 sont des schémas d'une première forme de réalisation d'une installation pour le traitement des minerais de fer et leurs transformation direct en fontes ou aciers de natures déterminées.
La figure 5 est une variante d'exécution de l'ins- tallation.
Le principe de la mise en oeuvre du procédée appli- qué en particulier au traitement des minerais de fer est le
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suivant :
Dans une enoeinte de fusion à parois internes quel- oonques réfractaires et par exemple en oarborundum, est placé du minerai de fer et du combustible (ooke, par exemple) en couches alternées.
De l'air charge d'une partie des gaz produits dans cette enceinte est envoyé à travers les courhes alternées de minerai et/de coke.
De préférence, la circulation du mélange gazeux a lieu en cycle fermé, ce cycle comportant une entrée d'air fraie et une sortie des gaz en excès provenant de l'enceinte.
Des vannes réglables sont prévues k l'entrée et la sortie de l'enceinte, ainsi que, éventuellement sur un mélangeur d'air et de gaz, et permattent de régler la variation et la vitesse de cette variation de l'atmosphère contenue dans l'enceinte neutre réfraotaire, et d'obtenir une réduction aussi complète que possible, o'est-à-dire un emploi rationnel du combustible employé.
A titre d'exemple, est montrée ci-joint (figure 1), dans une application particulière, la courbe des variations expérimentales des quantités de Co2, de Co et de 0 (portées en ordonnées) en fonction des variantes de l'ouverture de la vanne d'entrée dans l'enceinte (portées en abcisses).
La figure 2 montre les variations expérimentales de CO2, de Co et de 0 en fonction de l'ouverture de la vanne de sortie de l'enceinte.
On remarquera la correspondance des pointe maxima de Co2 pour un minimum de Co et l'inflexion de la courbe ca- ractérisant la quantité d'oxygène.
Ce procédé de conduite des opérations de fusion des minerais conduit à une économie considérable du combustible (plus de 50 %) tout en donnant des fontes, grises par exemple,
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avec des qualités physiques et chimiques et un grain affiné comparable à, ceux de fontes actuellement obtenues seulement en seconde fusion.
On peut aussi traiter dans l'enceinte, et à la manière dont on vient d'exposer le principe, des déchets de fer (riblons et ferrailles) seule ou mélangés à des minerais.
Dans l'installation des figures 3 et 4, on opère comme suit
On place dans une enceinte 1 de la nature indiquée le minerai et le combustible. Les lits sont étages de façon appropriée à chaque cas.
Pour enflammer le combustible de l'enceinte 1, on allume, au début, dans un creuset 3 du combustible solide (coke par exemple) ou du combustible liquide (mazout, par exemple, etc..). Puis on envoie de l'air chaud d'abord pur, puis mélangé dans une proportion appropriée à chaque cas et pouvant aller jusqu'à. 100 % que gaz sortie de l'enceinte 1.
La charge de combustible qui remplit le creuset 3 brûle alors et chauffe rapidement.
L'air est insufflé dans le tuyau 4 qui traverse des éohangeurs thermiques 5 et 6 d'un type quelconque et aboutit à une buse 7 d'entraînement des gaz qui proviennent de l'enceinte 1. Le mélange air et gaz traverse un tuyau 8 qui débouche, tangentiellement par exemple, dans une botte à vent 9, d'alimentation des tuyères 10,.
Dès le début du circuit ci-deesus indiquée de l'air et des gaz, on règle une ou plusieurs tuyères de la botte à vent 9 d'entrée dans l'enceinte 1 et les vannes 10a prévues à la sortie de cette dernière (voir figures 1 et 2) de façon à produire dans l'enceinte 1 une température élevée et une combustion complète dans une atmosphère spéciale de nature déterminée à volonté.
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Pour ce faire, on règle les vannes de la bofte à vent 9 et les tuyères 10 et la vanne 11 du mélange 12 comportant la buse 7 à travers laquelle jaillit 1(air qui entraîne à nouveau dans l'enceinte 1, par le tuyau 8, en cycle fermé, une partie réglable à volonté, des gaz appelée à travers le tuyau 13 et ayant, ou non, subi des modifias- tions physiques et chimiques.
La buse 7 du mélangeur 12 peut être mobile exia- lement afin de permettre de régler l'espace annulaire 14. Dans ce cas, la vanne de réglage 11 du mélangeur 12 peut âtre supprimée. L'ouverture de la buse 7 peut être permanente ou puleatoire et le temps entre deux fermetures oorrespondant au tempe mie par les gaz aspires en 7 pour aller de la buse 7 à travers 8, 10 et 13 et revenir en 7. Ainsi les gaz aspirés en 7 pour créer l'atmosphère cyclique continue ou pulsatoire ne décrivent pas deux fois le dit cycle. Les gaz non appelés dans le mélangeur traversent la conduite 15 et la cheminée 16, ou la conduite 17 et la chambre d'échange thermique 18 pour finalement gagner la cheminée 16.
Dans la ohambre d'échange 18 aboutit une autre buse 18a contrôlée par une vanne 19, ou mobile, afin de faire varier un espace annulaire 20 d'appel des gaz des conduites 13 et 17 non réintroduits dans l'enceinte 1. On peut ainsi brûler toute quantité désirée de ces gaz en excès et régler la température dans la chambre d'échange 18. Une double vanne 21 permet d'obturer l'ouverture supérieure de l'enceinte 1 et de charger celle-ci par les moyens connus.
Au fur et mesure des progrès de la fusion, le métal obtenu (acier ou fonte), de nature désirée, tombe et se rassemble au fond du creuset 3. Les laitiers et scories surnagent et sont évacués par l'orifice 22; la. coulée du métal a lieu en 23.
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En résumé, on obtient, dans une enoeinte dont l'ou- verture et la sortie sont contrôlées et variables à, volonté, la haute température d'une atmosphère artificielle de composi- %ion déterminée, cyclique, totalement ou partiellement, de façon continue ou discontinue, le mélange d'air et des gaz provenant de l'enceinte pouvant avoir toute proportion voulue depuis zéro (air pur jusqu'à 100 pour 100), <1/ On obtient ainsi, sans fusions ultérieures, un affinage des aciers et des fontes de toute nature désirée.
L'installation qu'on vient de décrire peut être complétée pour traiter directemènt le métal obtenu au fond du creuset 3, aolon la technique décrite au brevet français n
649.842. Cette technique consiste à couler le métal dans une atmosphère artificielle de composition et de pressions déter- minées et variées selon toute loi désirée, en vue d'obtenir des objets moulée ou des lingots de propriétés physiques spé- ciales et tout à fait remarquables.
Dans ce but (figure 4), le métal peut, à sa sortie du creuset 3. s'écouler, sans contact avec l'air libre, dans une conduite 24 qui aboutît 4 un disperseur tel qu'une plaque , trous multiples 25, à la partie supérieure d'une chambre de traitement 26, qui peuta s'il y a lieu, être chauffée par les gaz extraite de l'enceinte 1, grâce à un échangeur thermique 27 de tout système approprié. Une at- mosphère artificielle de composition de température et pres- sion choisies, est entretenue et renouvelée à volonté dans la chambre 26, son entrée ayant lieu par la canalisation 27, et sa sortie s'effectuant en 28. par exemple, La chute du métal dispersé en gouttes a lieu dans cette atmosphère, en sens inverse de la circulation de celle-ci.
Cette atmosphère. en @ens inverse de la ciroulation de celle-oi. Cette atmosphère peut par exemple être de l'oxygène naissant ou l'atmosphère
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de 1 même par exemple, suivant ce que l'on désire obtenir.
Une chambre 29 est prévue pour la réception des moules à alimenter soit par le métal en provenance directe du creuset 3, soit par le métal traité dans la chambre 26.
Pour ce faire, deux vannes 24a, et une vanne 32, permettent d'effectuer les manoeuvres utiles; une conduite 30 reliant directement la conduite 24 et la chambre 29j tandis que cette dernière est, d'autre part, reliée à la ohambre 26 par la conduite 31. Une atmosphère spéciale cyclique ou non, peut être entretenue dans la chambre de coulée 29, selon la technique du brevet français n 649.842. Des échangeurs thermiques 33 alimentés par la même source de calories que les éohangeurs 27, peuvent aussi être prévue pour le chauf. fage de la chambre 29.
On peut modifier le creuset 3 ai l'on désire y faire passer un courant gazeux de toute composition voulue, en particulier de l'air pur ou un mélange compose d'air et des gaz, non modifiée ou modifiée physiquement et chimiquement, et provenant de l'enceinte 1 (figure 3)à travers la oonduite 13 oréant une atmosphère, cyclique ou non, partielle ou totale, ontinue/ou discontinue.
Dans ce but, on dispose (figure 5) sur le fond du creuset 3@, ou sur ses parois latérales, des groupes de tuyères 34 et 35, contrôlées par des oies, ou vannes 36 et 37.
Ces tuyères sont reliées par des conduites 38 et 39 à un mélangeur 40 qui comporte des buses d'aspiration 41 oontrôlées par des clés 42. La chambre d'aspiration 43 du mélangeur 40 est reliée par une conduite 44 à la conduite 17, ou à la conduite 13, de sortie des gaz de l'enceinte 1 (figure 3). La conduite 44 est contrôlée par une olé 45.
Lea buses 41, sont reliées à une conduite 46 d'insufflation dtair, contrôlée par une vanne 47.
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Le mélangeur 40 est plaoé dans la chambre d'échan- ges thermiques 18 qui est reliée à la cheminée 16, soit par la conduite 48 en amont du mélangeur,, soit à travers la zone 49. Ainsi, on peut envoyer de façons continues ou successives, discontinues ou non,, dans les groupes de tuyères
34 et 35 du creuset 3 de l'air et des gaz de l'enceinte 1, ou un mélange d'air et des gaz qui proviennent de l'enceinte
1 en toute proportion voulue, oet air,, ou ce mélange gazeux, étant ohauffé ou non, à volonté.
Le creuset 3 est fermé, à une certaine hauteur, par une plaque 50, mobile à volontés ou tout autre dispositif approprié, au-dessus duquel se rassemble le métal fondu provenant de l'enceinte de fusion 1. L'air ou le mélange gazeux insuffla en 46 traverse les buses 41, les tuyaux 38 et 39, les tuyères 34 et 35 et s'éohappe du creuset par le collecteur annulaire 51 et la oonduite 52 qui,, conduit toute proportion requise des gaz provenant du creuset 3 ;
1 ) par la conduite 53, à la ohambre d'aspiration 54 d'un mélangeur-brûleur 55. Cette chambre 54 oomporte une buse 56 alimentée par une conduite 58, contrôlée par une; clé à vanne 59 et reliée au tuyau d'arrivée d'air 4 (fi- gures 3 et 5).
Du mélangeur 55 les gaz sont envoyés, modi- fies ou non, dans la cheminée 16 à travers la chambre 18 ;
2 ) par la conduite 60, contrôlée par la vanne 61, à la chambre d'aspiration 62 d'un mélangeur 63. Cette cham- bre d'aspiration comporta une buse disposée sur la conduite 8(figure 3), reliée à la botte à vent 9 et aux tuyères 10 d'entrée dans l'enceinte 1.
On voit ainsi que lea gaz provenant du oreuset 3 et du collecteur 51 peuvent âtre envoyés, en totalité ou en partie, directement dans la cheminée 16 ayant cédé ou non leurs calories dans la chambre d'échange 18, ou bien être,
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en toute proportion désirée, mélangée à l'air, ou au milieu gazeux, provenant de la oonduite 8, le mélange étant envoyé aux tuyères 10 qui l'introduisent dans l'enoeinte 1,
Lorsque le métal fondu dans l'enceinte 1 est en quantité suffisante,, on ouvre le fond ou trappe 50 pour lui permettre de tomber sur le fond 64 du creuset 3 où il est, comme ci-dessus indiqué, soumis à l'action du courant d'air, ou du mélange gazeux, envoyé par les groupes de tuyères 34 ou 35 (ou 34 et 35).
Bien entendu, on peut employer le creuset simple 3 de la figure 3 et le oreuset aveo avant-creuset et tirage de la figure 5, successivement ou simultanément, l'enceinte 1 pouvant alimenter, à volonté, plusieurs creusets. On peut ainsi obtenir simultanément la fonte et l'acier directs et, de plus, un acier à traitement poussé. La coulée se fait dans ces cas dans les dispositifs indiqués figures 3 ou 4.
Le oreuset 3, comme l'enoeinte 1, est à revêtement, interne réfractaire quelconque (en oarborundum par exemple).
Il peut être amovible et remplacé par un creuset de même disposition mais à revêtement acide ou par un autre creuset identique, mais à revêtement basique.
Ce procédé est, comme indiqué plus haut, un procédé général qui s'applique aux traitements thermiques, de toutes natures. On peut par exemple, traiter dans l'enceinte 1, ou une autre enceinte établie et combinée aveo des moyens pour y entretenir une atmosphère cyclique déterminée comme il a été dit, des matières diverses maintenues, ou non à une tem- pérature su moins égale à leur point de fusion.
Le procédé s'applique aussi à la combustion et fusion dans tous les appareils, par exemple à tous les foyers, aux fours de ver- tiers, au four électrique, aux enoeintes de fabrioation ou de traitement dea aciers spéciaux, des alliages de toute
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nature, en un mot à tous les foyers,, ou appareils, où. il y a combustion, ou fusion, de toute manière et par toua agents.
On peut notamment faire fondre dans une enceinte telle que l'enceinte 1 des exemples précédemment décrits, des sables pour en récupérer les parcelles métalliques in- cluses. On peut aussi y faire fondre le quatrz, la silice, l'argile, etc...
REVENDICATIONS
1 - Procède de traitement thermique, notamment applicable à la métallurgie, caractérise surtout en ce que l'on fait arriver, dans la ou les zones de traitement de l'en.* ceinte ou a lieu le traitement, des gaz puisés dans l'atmos- phère de la dite enceinte et provenant d'une source extérieure appropriée.
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"THERMAL TREATMENT PROCESS FOR ALL APPLICATIONS ,, AND
ESPECIALLY FOR METALLURGY "
The main object of the present invention is a thermal treatment approach which mainly consists in bringing into the treatment zone (s) of the enclosure, gases drawn from the atmosphere of said enclosure and originating from said treatment or gas of a similar nature from a suitable external source.
The invention includes within its scope all the industrial applications of this process and all its modes of implementation.
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in work ;, such as for example the following: a) one makes traverse, in a continuous or discontinuous way, with the atmosphere of the enclosure, one with a part only of this atmosphere, a closed oyole outside or inside said pregnant; b) during this closed cycle. the gases may not undergo any transformation, the invention then consisting in returning them to the treatment zone or zones of the enclosure; o) on the contrary, said gases can undergo, during their cyclical movement, any physical or chemical treatments deemed suitable;
d) the cycle in question can be either absolutely independent or in connection with one or more points with the path of other gases, such as for example the atmospheric gases drawn from outside the treatment chamber ; e) the aforementioned contact can either be a so-called "surface" contact, or a "mixture" contact. In the first case, there is simply heat exchange; in the second case, there is both heat exchange and molecular entrainment; f) the circulations, in the closed oyole of the so-called “internal” gases and / the circulation in the open cycle of the so-called “external” gases can be produced by different means, moreover any.
But these means can also depend on one another, and even be common; g) more especially, the closed circuit circulation of internal gases can (for example) be determined by drives. ment of these gases using external gases. themselves put into circulation by any suitable means, or vice versa.
As indicated, all industrial applications of the process are included within the scope of the invention; more especially. the process is advantageously applicable: a) to the production of any combustible gases; b) in particular, to the production of gas to air or gas
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water, or others; c) in all cases where use is made of gas of this kind for the creation of an atmosphere suitable for the production of a determined effect during a heat treatment, for example. reducing effect; d) in particular, to iron metallurgy and in particular to the direct production of steels and cast irons from the ore;
e) for this direct production of steels and cast irons from iron ore, to known apparatus (of the cupola type for example, blast furnace, crucible, etc.) in which Inaction of the gas to the air is made through staged and alternating layers of fuel (eg coke) and iron oxide; but it is obvious that the invention could just as well be applied just in case. the ore and the fuel are not in direct contact; f) the refining of the materials obtained by said treatment in the preceding chamber, for example in one or more crucibles cooperating or not with said chamber.
It has been found by multiple experiments that the application of the invention to. the metallurgy of iron made it possible really and without difficulties, using known apparatuses hardly modified, the direct obtaining of castings and steels of good quality starting from the iron minorai directly,
To get good ore reduction. it is necessary to obtain in the heat treatment enclosure an atmosphere having a large proportion of carbon monoxide. On the other hand, it is recognized that in order to maintain the desired proportion of carbon monoxide in this atmosphere and to avoid its transformation into carbon dioxide, it is necessary to have a high temperature.
These two conditions appear a priori to be contradictory: indeed, to obtain carbon monoxide, it would be necessary
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achieve incomplete combustion whereas to obtain a high temperature, complete combustion must be obtained.
To reconcile these divergent conditions, it has been thought to introduce little air to obtain carbon monoxide by incomplete combustion, and to charge the air thus introduced with calories which are lacking inside the en ... heat-treated enclosure due to the small amount of air introduced. From this idea results the creation of exchangers between the gas / outlet and those of the inlet, recuperators, eto ... But, we also clearly see that the number of calories which we charge the small quantity of The air introduced is weak and insufficient since this air must be quantitatively insufficient.
On the contrary, if, according to the invention, the gases leaving the heat treatment chamber are made to describe a cycle, that is to say if they are made to return for example to the arrival of air fresh to make them re-enter the heat treatment chamber (for example by causing them to be entrained by the said fresh air), we see that @ le) we can introduce any gas useful for the reduction, for example of Co ( or in other cases hydrogen, or a mixture of hydrogen and Co, etc.);
2) we can introduce an inert gas, for example nitrogen, if for example the Co burns in a heat exchanger by producing a high temperature which is used to heat the fresh air at the inlet of the thermal chamber ;
3) a mixture of nitrogen and Co, etc. can be introduced.
In the case where, for example, the incoming air only entrays nitrogen for the most part, we see that this air introduces a large quantity of nitrogen at high temperature, which is moreover variable. at will, in which a) it is diluted. b) it takes in calories.
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A molecular heat exchanger is thus formed.
In addition, the air entering the enclosure may be in small quantity in a large mass of inert gas at very high temperature.
A small quantity of air is therefore sent (which is favorable to incomplete combustion, dono to the formation of Co), in a mass of gas introduced at high temperature, which achieves in the enclosure itself with heat treatment the high temperature favorable to Laotian on iron oxide and essential for the creation of a stable equilibrium in the presence of a large amount of carbon monoxide,
It is thus seen that by using a molecular heat exchanger between the air introduced into the heat treatment chamber and the either or neutral gases. or mixed, taken out of this chamber and reintroduced into it, all the theoretical conditions indicated for good reduction of the ore are achieved.
The appended drawing represents, schematically, and by way of example only, installations for the implementation of the process which is the subject of the invention @ applied to the direct production of cast irons and steels, from iron ore and in the case where This ore is in direct contact with the compound.
Figures 1 and 2 are, by way of example, explanatory graphics of a driving speed of the prooédé,
FIGS. 3 and 4 are diagrams of a first embodiment of an installation for the treatment of iron ores and their direct transformation into cast iron or steels of determined nature.
FIG. 5 is an alternative embodiment of the installation.
The principle of the implementation of the process applied in particular to the treatment of iron ores is the
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next :
In a melting chamber with some refractory internal walls, for example in arborundum, iron ore and fuel (eg ooke) are placed in alternating layers.
Air charged with part of the gases produced in this chamber is sent through the alternating streams of ore and / of coke.
Preferably, the circulation of the gas mixture takes place in a closed cycle, this cycle comprising an inlet of fresh air and an outlet of the excess gases coming from the enclosure.
Adjustable valves are provided for the entry and exit of the enclosure, as well as, possibly on an air and gas mixer, and allow the variation and speed of this variation of the atmosphere contained in the air to be adjusted. refraotaire neutral enclosure, and to obtain as complete a reduction as possible, that is to say a rational use of the fuel used.
By way of example, is shown attached (figure 1), in a particular application, the curve of the experimental variations of the quantities of Co2, of Co and of 0 (plotted in ordinates) according to the variations of the opening of the inlet valve in the enclosure (shown on the abscissa).
Figure 2 shows the experimental variations of CO2, Co and 0 as a function of the opening of the chamber outlet valve.
Note the correspondence of the maximum peaks of Co2 for a minimum of Co and the inflection of the curve characterizing the quantity of oxygen.
This process of conducting ore smelting operations leads to a considerable saving in fuel (more than 50%) while giving cast iron, gray for example,
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with physical and chemical qualities and a refined grain comparable to those of cast irons currently obtained only by second fusion.
It is also possible to treat in the enclosure, and in the manner in which the principle has just been explained, iron waste (scrap and scrap) alone or mixed with ores.
In the installation of figures 3 and 4, we operate as follows
The ore and the fuel are placed in an enclosure 1 of the type indicated. The beds are stacked appropriately in each case.
To ignite the fuel in enclosure 1, at the start, solid fuel (coke for example) or liquid fuel (fuel oil, for example, etc.) are ignited in a crucible 3. Then we send hot air first pure, then mixed in a proportion appropriate to each case and up to. 100% that gas leaving enclosure 1.
The fuel charge which fills crucible 3 then burns and heats up rapidly.
The air is blown into the pipe 4 which passes through heat exchangers 5 and 6 of any type and ends in a nozzle 7 for driving the gases which come from the enclosure 1. The air and gas mixture passes through a pipe 8 which opens, tangentially for example, in a wind boot 9, supplying the nozzles 10 ,.
From the start of the above-mentioned air and gas circuit, one or more nozzles of the air boot 9 entering the enclosure 1 and the valves 10a provided at the outlet of the latter are adjusted (see figures 1 and 2) so as to produce in enclosure 1 a high temperature and complete combustion in a special atmosphere of a determined nature at will.
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To do this, we adjust the valves of the wind box 9 and the nozzles 10 and the valve 11 of the mixture 12 comprising the nozzle 7 through which 1 spouts out (air which again entrains into the enclosure 1, via the pipe 8 , in a closed cycle, a part that can be adjusted at will, of the gases drawn through the pipe 13 and having, or not, undergone physical and chemical modifications.
The nozzle 7 of the mixer 12 can be movable exially in order to allow adjustment of the annular space 14. In this case, the adjustment valve 11 of the mixer 12 can be omitted. The opening of the nozzle 7 can be permanent or puleatory and the time between two closures is corresponding to the temple by the gases sucked in at 7 to go from the nozzle 7 through 8, 10 and 13 and return to 7. Thus the gases sucked in in 7 to create the continuous or pulsating cyclic atmosphere do not describe the said cycle twice. The gases not called in the mixer pass through the pipe 15 and the chimney 16, or the pipe 17 and the heat exchange chamber 18 to finally reach the chimney 16.
In the exchange ohambre 18 ends another nozzle 18a controlled by a valve 19, or mobile, in order to vary an annular space 20 for calling gases from the conduits 13 and 17 not reintroduced into the enclosure 1. It is thus possible burn any desired quantity of these excess gases and adjust the temperature in the exchange chamber 18. A double valve 21 makes it possible to close the upper opening of the chamber 1 and to load the latter by known means.
As the fusion progresses, the metal obtained (steel or cast iron), of the desired nature, falls and collects at the bottom of crucible 3. The slags and slag float and are discharged through orifice 22; the. metal casting takes place in 23.
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To sum up, in an enclosure the opening and exit of which are controlled and variable at will, the high temperature of an artificial atmosphere of determined composition, cyclic, totally or partially, continuously is obtained. or discontinuous, the mixture of air and gases coming from the enclosure being able to have any desired proportion from zero (pure air up to 100 per 100), <1 / One thus obtains, without subsequent melting, a refining of the steels and fonts of any desired nature.
The installation just described can be completed to directly treat the metal obtained at the bottom of crucible 3, aolon the technique described in French patent no.
649,842. This technique consists in casting the metal in an artificial atmosphere of composition and pressures determined and varied according to any desired law, in order to obtain molded objects or ingots with special and quite remarkable physical properties.
For this purpose (Figure 4), the metal can, on leaving the crucible 3, flow, without contact with the free air, in a pipe 24 which ends 4 a disperser such as a plate, multiple holes 25, at the upper part of a treatment chamber 26, which can, if necessary, be heated by the gases extracted from the chamber 1, by means of a heat exchanger 27 of any suitable system. An artificial atmosphere of chosen temperature and pressure composition is maintained and renewed at will in chamber 26, its entry taking place through pipe 27, and its exit taking place at 28. for example, metal dispersed in drops takes place in this atmosphere, in the opposite direction to its circulation.
This atmosphere. in reverse of the ciroulation of this one. This atmosphere can for example be nascent oxygen or the atmosphere
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of 1 same for example, according to what one wishes to obtain.
A chamber 29 is provided for receiving the molds to be supplied either with the metal coming directly from the crucible 3, or with the metal treated in the chamber 26.
To do this, two valves 24a, and a valve 32, make it possible to perform the useful maneuvers; a pipe 30 directly connecting the pipe 24 and the chamber 29j while the latter is, on the other hand, connected to the ohambre 26 by the pipe 31. A special atmosphere, cyclic or not, can be maintained in the casting chamber 29, according to the technique of French Patent No. 649,842. Heat exchangers 33 supplied by the same source of calories as the exchangers 27 can also be provided for the heating. fage of the room 29.
The crucible 3 can be modified if it is desired to pass through it a gas stream of any desired composition, in particular pure air or a mixture of air and gases, not modified or modified physically and chemically, and coming from of the enclosure 1 (Figure 3) through the oonduite 13 oréant an atmosphere, cyclic or not, partial or total, continuous / or discontinuous.
For this purpose, there are (Figure 5) on the bottom of the crucible 3 @, or on its side walls, groups of nozzles 34 and 35, controlled by geese, or valves 36 and 37.
These nozzles are connected by pipes 38 and 39 to a mixer 40 which comprises suction nozzles 41 controlled by keys 42. The suction chamber 43 of the mixer 40 is connected by a pipe 44 to the pipe 17, or to line 13, for the outlet of the gases from enclosure 1 (FIG. 3). Line 44 is controlled by a line 45.
Lea nozzles 41 are connected to a pipe 46 for blowing air, controlled by a valve 47.
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The mixer 40 is placed in the heat exchange chamber 18 which is connected to the chimney 16, either by the pipe 48 upstream of the mixer, or through the zone 49. Thus, it is possible to send continuously or successive, discontinuous or not, in the groups of nozzles
34 and 35 of the crucible 3 of the air and gases from the enclosure 1, or a mixture of air and gases which come from the enclosure
1 in any desired proportion, oet air ,, or this gas mixture, being oheated or not, at will.
The crucible 3 is closed, at a certain height, by a plate 50, movable at will or any other suitable device, above which collects the molten metal coming from the melting chamber 1. The air or the gas mixture blown at 46 through nozzles 41, pipes 38 and 39, nozzles 34 and 35 and escapes from the crucible through the annular manifold 51 and the pipe 52 which, conducts any required proportion of gases from the crucible 3;
1) via line 53, to the suction chamber 54 of a mixer-burner 55. This chamber 54 oomporte a nozzle 56 supplied by a line 58, controlled by a; wrench 59 and connected to the air inlet pipe 4 (figures 3 and 5).
From the mixer 55 the gases are sent, modified or not, into the chimney 16 through the chamber 18;
2) via line 60, controlled by valve 61, to the suction chamber 62 of a mixer 63. This suction chamber included a nozzle arranged on line 8 (Figure 3), connected to the boot. wind 9 and the inlet nozzles 10 in enclosure 1.
It can thus be seen that the gas coming from the oreuset 3 and from the manifold 51 can be sent, in whole or in part, directly into the chimney 16 having given up or not their calories in the exchange chamber 18, or else be,
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in any desired proportion, mixed with air, or with the gaseous medium, coming from the pipe 8, the mixture being sent to the nozzles 10 which introduce it into the chamber 1,
When the molten metal in the enclosure 1 is in sufficient quantity ,, the bottom or hatch 50 is opened to allow it to fall on the bottom 64 of the crucible 3 where it is, as indicated above, subjected to the action of the current of air, or of the gas mixture, sent by the groups of nozzles 34 or 35 (or 34 and 35).
Of course, one can use the simple crucible 3 of Figure 3 and the oreuset with pre-crucible and draft of Figure 5, successively or simultaneously, the enclosure 1 being able to supply, at will, several crucibles. It is thus possible to simultaneously obtain direct cast iron and steel and, moreover, a highly treated steel. The casting is done in these cases in the devices shown in Figures 3 or 4.
The oreuset 3, like the enclosure 1, is coated, any internal refractory (in oarborundum for example).
It can be removable and replaced by a crucible of the same arrangement but with an acid coating or by another identical crucible, but with a basic coating.
This process is, as indicated above, a general process which applies to heat treatments of all kinds. It is for example possible to treat in enclosure 1, or another enclosure established and combined with means for maintaining there a cyclic atmosphere determined as has been said, various materials maintained, or not at a temperature su less equal. at their melting point.
The process is also applicable to combustion and smelting in all devices, for example to all fireplaces, glass furnaces, electric furnaces, enclosures for the manufacture or treatment of special steels, alloys of any kind.
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nature, in a word, to all homes, or appliances, where. there is combustion, or fusion, in any case and by all agents.
In particular, it is possible to melt, in an enclosure such as enclosure 1 of the examples described above, sands in order to recover the metal particles included therein. You can also melt quatrz, silica, clay, etc ...
CLAIMS
1 - Process of heat treatment, in particular applicable to metallurgy, characterized especially in that one makes arrive, in the zone or zones of treatment of the enclosure where the treatment takes place, of the gases drawn from the atmosphere of said enclosure and coming from a suitable external source.