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PROCEDE ET APPAREIL POUR LA PRODUCTION DIRECTE DE FER SOUDE
La présente inventionse rapporte à la production direc- te de ier soudé à partir de minerais et de produits métallurgiques ferrifères,comprenant les minerais bruts,les résidus de pyrites grillées, les scories,l'éponge de fer,etc..
Il a été proposé récemment un procédé pour la production de fer soudé sous forme de loupes à partir d' éponge de fer, procédé d'après lequel l'éponge de fer est chauffée, avec des constituants donnant lieu à la formation de scories,à des températures supérieu res au point de l'union de la matière scorifiante,et inférieures au point de fusion du fer, dans un four électrique,à l'abri de l'air, dans le but d'éviter l'oxydation du fer finement divisé.
Il n'a pas été possible à la demanderesse d'établir si ce procédé électrique,dont une caractéristique importante consis- te à traiter la charge à l'abri de l'air,a été réalisé en pratique, et si la production de ier soudé dans un tel four chauffage élec trique est possible dans des conditions économiques.La demanderes- se a constaté, @u cours de ses travaux de recherches, ue l'éponge de fer retient habituellement une quantité importante de combmstible, non consomma,utilise pour la réluction, et pour cette raison elle
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suppose que,dans ce procédé électrique,
vant @ue la charge ait été chauffée aux températures de soudage du ier,une grande propor- tion des oxyde, de fer, ajoutés com. e scorifiants, aura été ,trans- formée,par le combustible retenu dans l'éponge et par l'éponge de fer elle-même, en fier métallique ou en un oxyde de fer inférieur (BeOou Fe3O4), avec le résultat que,dans la. zone de formation des loupes proprement dite du four,il reste trop peu d'oxygène dis- ponible pour la production d'une scorie fortement chauffée, suffi- sam@ent liquide,pour qu'elle puisse s'écouler librement du fer,se formant en loupes.
En outre, comme des températures d'environ 1300-1400 C et au-delà sont nécessaires pour réaliser l'opération de formation de loupes,et comme la totalité de la chaleur est produite exclusi- vement par un chauffage indirect par électricité,ce procédé connu semble être peu économique en pratique.
Le but principal de la présente invention est d'obtenir un procédé perfectionné pour produire directement du fer soudé sous la forme de loupes,de préférence de petites dimensions,procé- dé qui puisse être réalisé en pratique d'une manière économique, en ce qui concerne la consommation de combustible.
L'invention a également pour but de réaliser le procédé en pratique de telle manière que son avancement et ses différentes phases puissant être facilement observés et facilement contrôlés, 'le façon à obtenir une quantité maximum de ler soudé en loupes,de qualité supérieure,et de scories ne contenant que peu de fer.
L'invention est décrite ci-après de iaçon détaillée,en référence aux dessins ci-joints, qui représentent schématiquement à tire d'exemples diverses formes de réalisation de fours permet- tant l'exécution de ce procédé.
Contrairement au procédé connu,rappelé ci-dessus,pour la production, de fer soudé l'abri de l'air, conformément à la présente invention on amène des gaz oxydants,tels que l'air ou des gaz de chauffage entraînant avec eux de l'air en excès,en contact direct,de façon locale et temporaire, avec les matières ferrifères
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à traiter, dans des conditions spéciales.
Le procédé suivant l'in- vention oomprend essentiellement les phases suivantes: on chauffe la matière ferrifère brute, en présence d'agents réducteurs,jusqu'à des températures auxquelles la matière est transformée en éponge de fer,on fait passer la matière spongieuse à travers un four mé- tallurgique en une couche,de façon quelle soit énergiquement agi- tée et chauffée dans celui:
-ci jusqu'à un ordre de températures auxquelles le f er estsusceptible de se souder (900-1400 C.),on fait venir des gaz oxydants en contact avec la matière soumise au traitement de façon qu'ils réagissent avec cette dernière,et on contrôle la réaction des gaz oxydants avecla matière de telle manière qu'une quantité relativement petite du fer de la charge soit brûlée pour produire localement les températures élevées né- cessaires pour eflectuer le soudage entre elles de la masse des particules de ier de la charge en loupes et pour produire des sco- ries suffisamment liquides pour qu'elles sortent librement du f.er se formant en loupes,de telle façon qu'à la fin du procédé,on ob- tienne des loupes de fer soudé,de dimensions désirées quelconques,
incorporées dans des scories..
Pour la réalisation du procédé suivant l'invention,il est préférable d'employer un four tabulaire tournant ouvert aux deux extrémités, com@e représenté ur les dessins,four en passant à travers lequel la couche de matière reçoit un mouvement de ro- tation et de ruulement sur elle-même. le mode de travail du four,et lus spécialement les con- ditions dans lesquelles se produit la réaction des gaz oxydants avecla charge,sont contrôlés par l'opérateur de l'installation, qui peut inspecter l'intérieur du four par des regards ménagés dans les têtes aux extrémités supérieure et intérieure du four.
L'une des caractéristiques es entielles de ce procédé consiste en ce que les oxydes de fer, qui sont nécessdres pour la scorification de la silice et analogues,existant dans l'éponge de fer,sont seulement produits à à l'endroit et au moment de leur utilisation,par oxydation de quantités relativement petites de fer,
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de sorte que des températures élevées so@t roduites de façon lo- cale et qu'il se forme une scorie surchaufiée fluide,qui s'écoule librement du ler se formant en luupes.
Un avantage social réside dans le -Lait que La formation de le@pes proprement dite a lieu à des températures très élevées supérieures -Il 1400 C,tandis que les températures moyennes dans la zône (le formation de loupes sont seulement de 900-1400 C, condition qui signifie une économie c'on- siiérable lorsqu'oh la compare avec le procédé con.u mentionné ci- dessus,dans lequel la totalité de la cnarge est chauffée jusqu'à la température de formation de loupes (le @er.
11 a' été constaté par la demanderesse qu'il est avanta- geux, dans beaucoup de ,cas,'e réaliser le procédé de formation de loupes de telle manière qu'une partie limitée seulement de la sur- face de la charge soit rencontrée par les gaz oxydants.Ceci peut être efiectué de la manière indiquée sur les figs.5 et 6,c'est-à- dire en faisant frapper un jet d'air sur la charge;on peut obte- nir le mê@e résultat en insufilant plusieurs jets d'air dans le four à travers la charge,au moyen de tuyères réparties à à la cir- conférence du four (non représenté).
La demanderesse a réussi obtenir de bons résultats en pratique,simplement en insufflant ou aspirant de l'air dans le four travers un anneau de retenue,laissant une ouverture rela- tivement étroite pour le passage de l'air sous la forme d'un cou- rant de largeur limitée,qui,en passant sur la charge, conservera sa forme pendant une période de temps sufiisante, comme on le com- prendra d'après la fig.8.
Le même anneau de retenue sert un autre but utile,à savoir h rassembler la charge,pendant sur, passage travers la zone de formation de loupes,en une couche relativement épaisse.
De cette anière,les particules individuelles de la charge seront amenéesà la surface de la charge des intervalles relativement longs et pendant des périodes de temps relativement courtes,avec le résultat que les températures élevées de soudage, produites à la surface de la charge par la combustion de fer,comme.
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mentionné plus haut,seront sensiblement confinées de façon locale à la surface de la charge.
La quantité relativement grande de matière,ainsi accumu- léedans la zône de formation de loupes,rend également plus faci- le à l'opérateur de tenir co .pte de variations accidentelles dans le mode de travail du four.
Diverses sources de chaleur peuvent être employées pour chauffer la charge jusqu'à des températures auxquelles le fer,con- tenu dans la charge,est susceptible de se former en loupes,-y com- pris un chauffage électrique,comme représenté schématiquement sur la fig. 2,et des combustibles suus diverses formes,par exemple des matières carbonées solides,telles que charbon, coke,ou aussi des combustibles liquides et gazeux.
Un mode très avantageux pour le chauffage du four consis- te à insuffler dans ce dernier,par un brûleur,une flamme produite par du charbon pulvérisé ou de l'huile,et à introduire de l'air en excès par ce mê-..e brûleur ou par un autre tuyau,comme ihdiqué sur la fig.l;
ce mode de chauffage est susceptible d'un réglage rapi- de,à la fois en ce qui concerne la quantité de combustible et de l'air en excès introduits dans le four,ce qui constitue un avanta- ge dans tous les cas où des changements dans les conditions de travail du four et des irrégularités dans la qualité et les dimen- sions des loupas de ier soudé et dans La teneur en fer des scories sortant du four exigent l'attention de l'opérateur et le réglage .de l'installation par celui-ci. la chauleur, nécessa re pour chaufier la charge jusqu'à des températures auxquelles le er est susceptible de se souder, peut également être produite avantageusement par la combustion de combustible introduit 'tari;
. le four en même temps que la charge, comme indiqué sur les figs.3 et 7;ce dernier mode de fonctionnement .entraîne l'avantage qu'on @eut chois@r les proportions de combus- tible et de la charge l'un @ar rapport à l'autre,de telle manière que, dans la charge,pondant qu'elle passe à travers la zône de for- mation de luupes,il y aura toujours un reste de combustible dispo-
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nible pour réagir avec les oxydes de fer e la scorie, qui sont produits 'Il la surface dè la charge.
Comme résultat du mouvement de roulement de la charge, les scories riches en oxydes de ier sont ramendes à l'intérieur de la charge,ou ces oxydes sont réduits par le reste de combusti- ble,avec le résultat qu'une lroportiun importante du fer de.. sco- ries sera récupérée.
La fig.4: représente schématiquement cette forme de réa- lisatiun avantageuse du procédé; dans/la mè@e section transversale du four,la surface de La charge est oxydée et il y a production de scories surchauffées très liquides,qui d'u.ie part sont favorables à l'endroit où se produit la formation de loures proprement dite, étant donné que ces scories liquides s'écouleront librement hors du fer se formant en loupes,mais qui d'autre part sont nuisibles, en ce qu'elles sont assez riches en oxyder de fer;
dans la même seo- tion transversale du four,ces scories riches en fer sont à leur tour réduites au sein de la charge en éponge de fer par la matière réductrice,et une grande proportion du fer qu'elles contiennent est ainsi récupérée.
En d'autres mots, pendant la formation de loupes,il se produit facilement une scorie riche en ier,qui est nécessaire pour l'épuration convenable du fer d'avec le,-3 constituants étrangers, et,dans le même cycle de travail,il s'effectue une séparation très complète en fer,pauvre en scories,et en scorie pauvre en fer.Les loupes de fer produites,en raison de leur forme condensée et com- pacte, ne seront pas oxydées en sortant de la zone de formation de loupes.
L'agent réducteur,à savoir le combustible existant dans ou ajouté à la charge,empêche également une oxydation prématurée de cette dernière dans/la zone e chauffage préalable ,car la com- bustion du combustible,existant à la surface de la charge,ou des gaz réducteurs, dégagés de la charge,empêchera les gaz oxydants, sortant de la zône de formation de loupes, de venir en contact inti- me avec]a charge dans la zone de chauffage préalable,tandis que @
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d'autre part, dans la zone de formation de loupes,l'énergie méca- nique plus grande du courant de gaz oxydante repoussera latérale- @ ment la couche de CO et CO gazeux se trouvant sur la charge ,de sorte que les gaz oxydants auront iacilement accès à la charge.
A la fin du procédé,il sortira,par l'extrémité de dé- chargement du iour,des scuries pauvre en ier et en général d'une nature assez épaisse,dans lesquelies sont incorporées des loupes compactes de fer soude.
Ces scories,renfermant des loupes de fer soudé...sont soumisesà une opération de division et de tamisage,par laquelle les particules plus retites sont séparées des loupes compactes de fer. En classant ensuite les scories finement divisées,par exem- ple par séparation magnétique,on peut récupérer et recueillir de petites granules de fer en loupes et d'éponge de ier contenues dans les scories,de Lanière à former un produit intermédiaire,enri- chi en fer,qui est renvoyé dans le four.
Divers autres change ents et modifications, en outre de ceux mention@@s ci-dessus .peuvent être apportés au procédé suivant l'invention et aux détails de construction de fours utilisés pour la réalisation de ce procédé en pratique,de façon à s'adapter à des conditions particulières.
Dans beaucoup de cas,par exemple si la teneur en gangue est si faible qu'une séparation @agnétique de l'éponge de fer d'a- ved la gangue peut être supprimée,la production de l'éponge de fer et du fer soudé en loupes peut être réalisée avantageusement-en un seul procédé continu, de préférence dans un seul et même four.
Les gaz perdus,sortant de la zône de formation de loupes, quineprésente habituellement qu'une longueur de quelques mètres, contiennent en général très peu d'oxygène libre ou n'en contien- nent p@s;leu4 chaleur sensible esttoutefois encore si grande que,spécialement si on l'accroît convenablement par l'addition de combustible et d'air,une zone assez longue du four peut être chauf- fée par eux jusqu'à. unetempérature moyenne de 600-900 C,c'est-à- dire une température suffisam@ent élevée puur réduire effectivement
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des matières premières ferrifères.
Il a été constaté par la de- mandersse qu'une zone assezlongue du four, dans laquelle règnent des températures de cet ordre,convient très bien pour la produc- tiond'éponge de fer.
Chaque fois que la matière première ferrifère, ou le combustible ajouté à cette dernière,contient des if puretés qui nui- raient à la qualité du fer soudé,par exemple du soufre ou de l'ar- senic,il a été constaté par la demanderesse qu'il est avantageux ' d'ajouter dans de tels cas des réactifs réagissant de façonappro- priée avec ces impuretés,de manière à éliminer ces dernières du fer.
Des réactifs, appropriés pour l'élimination du soufre,sont la chaux ou l'oxyde de manganèse qui se combinent avec le soufre en donnant un produit réfractaire,ou des métaux alcalins,produi- sant avec le soufre une combinaison sulfurée très fluide,ou des substances qui forment avec le soufre des combinaisons facilement volatiles,pa.r exemple 1'antimoine,le plomb et l'étain.La volatili- sation du soufre et de l'arsenic peut être convenablement favo- risée par l'addition de substances contenant du chlore.
Au lieu de munir le four rotatif d'un anneau de retenue, cornue mentionné plus haut,et d'utiliser celui-ci pour rassembler la charge en une couche relativement épaisse,on peut donner au four une forme conique,avec son diamètre allant graduellement en dimi- nuant vers l'extrémité de déchargement,cornue représenté sur la fig.9,ou bien ou peut donner au four,8 l'endroit de la zone de for- mation de loupes,un diamètre plus Rrand que dans le reste du four, comme représenta sur la fig.10.
Il est t évident qu'on peut avantageusement utiliser di- vers moyens et expédients,connus en eux-mêmes dans le domaine de la Métallurgie,en outre de ceux décrits précédemment,pour la réa- lisation de l'inventiun en pratique.de façon à obtenir une écono- mie encore plus grande dans la consommation de combustible et dans la production de @er soudé à partir de la matière première.
Par exemple, on peut soumettre à un chauffage préalable l'air ou les gaz oxydants insufllés ou aspirés dans le four,et on
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peut utiliser des valves pour régler convenablement la quantité de gaz pénétrant dans le four.
On peut employer avantageusement un brûleur auxiliaire - . non représenté- pour introduire de la chaleur additionnelle dans le four dans des cas o@ seulement de l'air -et non des gaz de chauf- fage- et du combustible,ajoutés à la charge,sont introduits dans le'four et où la chaleur produite dan ce dernier descend acciden- tellement en dessous des températures normales auxquelles se pro- du fer duit la formation'/en loupes.
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Un peut également employer avantageusement un brûleur auxiliaire de ce genre pour mettre l' opération en marche et. pour accélérer la pruduction de chaleur à l'intérieur du iour pendant que le procédé est en cours.
Un peut appliquer des mécaniques appropriés, connus en eux-mêmes,pour modifier l'inclinaison du four et sa vitesse de rotation,de façon à pouvoir régler convenablement la durée totale du passage de la charge à travers le four et de la réaction des gaz oxydants sur la charge.
Pour permettre des m;tallurgistes de réaliser avec suo- cès en pratique le procédé ci-dessus, il est brièvement spéciLié ci- après dans quelles .auditions la demanderesse a réussi à transfor- mer des pyrite grillées,dans un seul et mème four,d'abord en éponge de fer,et enfin en ier soudé:
Un a utilis.é un four rotatif d'un diamètre de 2,5 mètres et d'une Longueur de 40 mêtres, muni, à son extrémité de décharge- ment,d'un an@eau de retenue,dont la diamètre intérieur était de 0,8 mètre.On a traité par jour environ l0u tonnes de pyrites gril- lées,renfermant 42 le, de ier, aux @uelles on a ajout:
30 % de déchets de coke.Après que l'opération eût été,par un chauffage addition- nel initial,amenée à l'état de régime,on a insufflé,au. lieu de gaz de chauffage,de l'air comprimé dans le tour au moyen d'un ven- tilateur par l'ouverture de l'anneau de retenue, et on a maintenu ces conditions de travail pen@ant une marche d'essai ultérieure de huit jours.L'inclinaison du @our était de 2 % et la durée totale
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de passage de la matière à travers le four était .l'environ 6 à 8 heures.
Il se produisit ,dans la zone d'une température moyenne de 600 à 900 C,une réduction si complète en éponge de fer quela matière ne fondit plus en pénétrant dans la zone de forration de loupes,bien que les pyrites grillées,soumises au traitement,ren- fermassent encore 12 % de silice. A l'extrémité de déchargement du four,ou. on constata par mesure des températures de 1300-1400 C, on obtint', dee loupes (le fer de dimensions allant de celles de pois jusqu'à celles de noix,incorporées dans des scories modérément molles,assez épaisses,pauvres en ier,ne reniermant que 2-3 ' en- viron de fer et riches en silice.
REVENDICATIONS.
Il-Procédé pour la production directe le fer soudé, consistant à chauffer des matières premières ferrifères,telles que minerais, résidus de pyrite:; grillées,scories et analogues,en présence d'agents réducteurs jusqu'à de,: températures auxquelless la matière est transformée en éponge de fer, faire passer la matière spongieuse à travers un four métallurgique en une couche, et à l'agiter énergiquement et à la, chauffer dans celui-ci jusqu' à un ordre de températures d'environ 900-1400 C, auxquelles le fer est susceptible de se souder,en amenant des gaz oxydants en contact avec la matière soumise au traitement pour scorifier des impuretés existant dans l'éponge de fer.