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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.