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" FABRICATION SIMULTANEE DU FER, OU DE SES COMPOSES CARBURES, et DU CIMENT; OU DE LA CHAUX HYDRAULIQUE, AU FOUR ROTATIF tt Inapplication du four rotatif continu à la fabri- cation du ciment s'est trouvée favorisée par les propriétés physiques des matières premières destinées à cette fin , En effet, ces matières premières se composent de carbonate de chaux, pour,80% environ et d'argile pour 20% 06tte dernière, exerçant son pouvoir de ,liant,, , donne une
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cohésion à l'ensemble des produits employés et, de ce fait, les poussières entraînées par la cheminée sont de faible importance.
Il n'en va pas de même lorsque le four rotatif est employé à la fabrication simultanée de fer, de fonte ou d'acier et de ciment,, ce dernier obtenu comme sous-produit de la fabrication sidérurgique, selon des moyens que le Demandeur a spécialement étudiés .
En effet, les matières premières employées pour la production sidérurgique avec sous-production de ciment de Portland n'ont aucune fonction liante : minerai de fer, charbon pour la réduction de ce minerai et carbonate de chaux. Ces éléments, broyés finement, pour satisfaire aux diverses nécessités chimiques? sont entraînés par le courant gazeux circulant dans le four et cet entraînement peut atteindre une proportion susceptible de compromettre gravement l'intérêt économique de ces procédés.
De plus, dans ceux-ci le vent entraîne ces poussières dans des proportions eifférentes, de sorte que la compo- sition du lit de fusion varie. Par suite,, aucune fixité des produits finis ne peut être assurée. C'est ainsi que le titre de carburation du métal peut passer de 0 à la limite de carburation et que, d'autre part, l'analyse du ciment produit varie dans des proportions inaccep- tables*
Par ailleurs, le lit de fusion entraîné dans les carnaux et dans la cheminée provoque une rapide dégra- dation de ces organes, par l'intervention de l'oxyde de fer et de la chaux sur les briques et ceci à la faveur de la très haute température qui y règne et qui résulte de la
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combustion du charbon de réduction entraîné.
En vue d'écarter Ces difficultés, le Demandeur a spécialement étudié l'application d'un lit de fusion broyé moins finement ; mais Ici, deux phénomènes se soit produits qui ont fait rejeter cette technique.
En effet, le ciment obtenu par un lit de fusion insuffisamment broyé. n'avait pas des qualités physiques comparables à celles du ciment de Portland artificiel ; de ce fait, sa valeur est dépréciée.
Par ailleurs, la réduction du minerai de fer était réalisée avec retardement et, de ce fait, la teneur en oxyde de fer, dans la masse calcareuse, était générale- ment trop élevée pour assurer une réfraetairité suffisante dans les zones du four, successivement de plus en plus ahan+ des* Comme conséquence, de puissants rochetages obstruaient le four et imposaient des arrêts et des pertes de matières non acceptables*
Pour éviter ces inconvénients, il fallait réduire la production du four à un quantum non payant et, par ce fait, la consommation de charbon augmentait à l'excès.
La présente invention concerne un procédé pour la production de fer, de fonte ou d'acier, avec sous-pro- duction de ciment de Portland ou chaux hydraulique, carac- térisée par la combinaison des points essentiels suivants : a) le four rotatif est chauffé par une flamme de charbon pulvérisé brûlant dans la quantité d'air nécessaire pour produire une flamme composée d'oxyde de carbone et d'acide carbonique., dans un rapport tel que les produits ferreux obtenus ne puissent être réoxydés par les gaz de la flamme ;
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b) le lit de fusion est compose de minerai de fer, de carbonate de chaux, de charbon de réduction en proportion suffisante pour réduire le minerai de fer, ré- duire le carbonate de chaux et pour carburer le métal ;
ce lit de fusion comprend, éventuellement, d'autres éléments de rectification, ou dtaddition, notamment du minerai de manganèse ; c) ce lit de fusion est obtenu par le broyage indépendant de chacune des matières premières, de manière à amener celles-ci au degré de finesse exigé par le processus chimique sans descendre au-dessous de ce degré, ce broyage, en ce qui concerne le minerai et le charbon, s'arrêtant à une finesse telle que le courant gazeux circulant dans la four ne puisse entraîner ces matières.
Le minerai de fer et le charbon sont broyés préfé- rablement dans des appareils à tamis munis de toiles lais- sant un millimètre de vide, environ, entre les fils, de telle manière que ces matières soient broyées à des grosseurs variant de 1/4 mm environ à un millimètre environ, en évi- tant ou réduisant aussi strictement que possible les fines poussières.
En ce qui concerne le charbon, ce broyage sélec- tionné ne représente aucune difficulté, car le charbon af- fecté à la réduction peut être sélectionné à la grosseur né- cessaire au cours du broyage du charbon nécessité par le foyer et qui, lui, est très finement broyé.
Enfin, le carbonate de chaux est broyé à une extrême finesse; en effet, les pertes de cette matière sont sans importance économique et, par contre, grâce à cette fi- nesse, le ciment obtenu est de toute première qualité.
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Etant donné l'identité des dimensions exiges pratiquement pour le minerai de fer et le,charbon, ces deux matières pourront être broyées ensemble, dans le même appareil, si leur dureté est du même ordre de grandeur.
Après pesage et mélange, les matières préalable- ment broyées, sont introduites dans le four, soit sous forme de matières sèches, simplement humidifiées pour éviter les poussières au chargement, soit sous forme de pâte liquide, si on veut adopter la voie humide.
Les avantages du procédé selon l'invention rési- dent dans le rendement presque complet des matières pre- mières, la production d'un ciment de Portland de première qualité, toujours identique à lui-même, la limitation des rochetages au minimum, à la faveur d'une réduction de mine- rai de fer toujours plus avancée qu'il n'est nécessaire dans les zones de plus en plus chaudes du four. Un autre avantage du procédé est d'assurer la fixité rigoureuse des produits finis ce qui permet de régler très exactement le titre de carburation du métal obtenu, donc de produire à volonté et d'une façon régulière : fer, acier,ou fonte.
Pour l'exécution pratique de ce procédé, on uti- lise un four rotatif qui, outre ses caractéristiques con- nues comporte divers aménagements techniques particuliers qui sont compris dans l'invention
Le four, représenté en coupe axiale longitudinale sur le dessin annexé, est légèrement inclina sur l'hori- zontale Il tourne par des couronnes sur des galets, comme connu, et présente, à sa partie inférieure, pour retenir le métal liquide, soit un muret, soit un élément conique c en deçà duquel se trouve un trou de coulée! pour ce
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métal* Dans des tuyères r, r1 on insuffle le charbon pulvé- risé pour le chauffage et l'air nécessaire à sa combustion dans les conditions définies sous a) @ liens ce four,
le problème du revêtement des fours @ à ciment, qui entraîne des travaux onéreux et oblige à des arrêts répétés, est résolu automatiquement, et sans au- cune dépense par les moyens suivante :
Dans la zone F1 du four, qui est la zone de fusion du métal et la zone de clinkérisation la tôle du four est étanche et préférablement soudée. Le garnissage g1 de cette zone est réalisé par une briquette de quelques centimètres d'épaisseur seulement, en matériau très réfractaire et pré- férablement en carborundum bien appliqué à la tôle T du four. Le revêtement g, en dehors de la zone chaude, est composé selon l'usage du cimentier (par exemple revêtement silico-alumineux).
.Extérieurement, dans toute la zone F1 garnie de oarborundum, la tôle est refroidie par arrosage, réalisé par exemple au moyen d'une rampe p, linéaire ou embrassant tout ou partie de la paroi cylindrique du four.
Dans la région du trou de coulée, le métal liquide émanant du four et tombant dans la poche 0 est protégé con- tre l'eau de refroidissement projetée par la rampe p et par des conduits j. Cette protection peut être assurée,- comme dans l'exemple du dessin-, au moyen d'un écran bi- conique Q, tournant avec le four. L'eau est éliminée par des goulottes s et s1
C'est dans cette disposition que le four est allumé.
A la faveur de la grande conductibilité thermique du carborundum appliqué à la tôle, ce matériau subit l'effet
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du refroidissement ;. dès que les matériaux constitutifs du ciment passent dans cette zone, le carborundum se gar- nit de clinker jusqu'à une épaisseur de 30 centimètres environ, épaisseur qui reste fixe grâce à l'équilibre qui s'établit entre les effets thermiques du foyer et les ef- fets réfrigérants de ltarrosageo
Le revêtement s'effectue donc automatiquement avec les propres produits du four.
Si, pour une raison quelconque, le four est arrê- té, le revêtement ainsi réalisé tombe en poussière par le refroidissement ; le rallumage subséquent reconstitue le revêtement.
Ce résultat est favorablement atteint en raison de la grande propension qu'a le ciment à coller sur la bri- que de carborundum.
Si, dansun temps quelconque, le revêtement ae- croissait son épaisseur au delà de la limite autorisée ou si des rochetages ou anneaux se formaient dans le four, ces anomalies seraient réduites par la projection dans le four, en même temps que le charbon de chauffage, de silice fine- ment pulvérisée, comme il est indiqué dans le brevet français déposé le 1er Février 1936 pour : "Procédé pour le nettoya- ge des fours rotatifs à ciment et des fours produisant de la fonte et du ciment Il du même Demandeur.
La couronne, composée de métal et de clinker, qui se produit dans les deux premiers mètres du four, est élimi- née mécaniquement, soit par une fraiseuse, refroidie par l'eau, qui tourne en permanence sur la cloison intérieure du four,, soit au moyen d'une machine alternative' analogue à un étau-limeur, selon des moyens décrits dans un autre
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brevet français au même Demandeur, du 23 Juillet 1935 pour : " Procédé et dispositifs pour le nettoyage d'un four rota- tif "/
Enfin, l'économie de combustible de ce procédé perfectionné est réalisée par la combustion, à l'intérieur du four, de l'oxyde de carbone eontenu dans la flamme et provenant de la réduction tant du minerai de fer que du carbonate de chaux.
L'entrée d'air nécessaire à cette combustion est réalisée au moyen d'une tuyère R, placée dans le four et alimentée par un ventilateur V fixé, avec son moteur M, sur le four même, et tournant avec celui-ci ; le courant est amené au moteur mobile par tout moyen approprié, par exemple, grâce à des bagues b, solidaires du four, et glissant sur des balais fixes b
La caractéristique essentielle de cette entrée d'air est d'être placée dans la zone du four où s'opère la réduction : grâce au choix judicieux de ce lieu, la production de chaleur résultant de cette combustion con- tribue au phénomène lui-même, sauf un léger décalage.
L'économie due à cette introduction d'air est alors maximum .
Aucune action oxydante pratique n'est d'ailleurs exercée sur la masse en cours de réduction en raison du fait que cette masse est elle-même le siège d'un abondant dégage- ment d'oxyde de carbone qui la protège des gaz oxydants qui circulent au-dessus.
La zone du four où est pratiquée cette introduc- tion d'air est le siège d'une température variant de 800 à 1000 ce S i l'entrée d'air est opérée dans la zone du four
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où règne une température de 600 les effets de la chaleur produite sont pratiquement nuls car ils ne peuvent, dans ce cas, que concourir au chauffage du lit de fusion, jus- qu'à concurrence de 600 ce qui représente peu'..de chaleur au regard de l'énorme quantité de calories qu'impose la réduction de l'oxyde de fer et du carbonate de chaux*
Enfin, la chaleur sensible des gaz sortant du four vers 5/600 pourra être favorablement utilisée au , chauffage de l'air du foyer.
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"SIMULTANEOUS MANUFACTURING OF IRON, OR ITS CARBIDE COMPOUNDS, and CEMENT; OR HYDRAULIC LIME, IN A ROTARY OVEN The application of the continuous rotary kiln to the manufacture of cement has been favored by the physical properties of the raw materials intended for this purpose, Indeed, these raw materials are composed of carbonate of lime, for approximately 80% and clay for 20% 06the last, exerting its power of, binder ,,, gives a
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cohesion to all the products used and, therefore, the dust entrained by the chimney is of little importance.
The same does not apply when the rotary kiln is used in the simultaneous manufacture of iron, cast iron or steel and cement, the latter obtained as a by-product of iron and steel manufacture, according to means which the Applicant has specially studied.
Indeed, the raw materials used for iron and steel production with sub-production of Portland cement have no binding function: iron ore, coal for the reduction of this ore and carbonate of lime. These elements, finely ground, to satisfy various chemical necessities? are entrained by the gas current circulating in the furnace and this entrainment can reach a proportion liable to seriously compromise the economic interest of these processes.
In addition, in these the wind carries this dust in different proportions, so that the composition of the melt bed varies. Consequently, no fixity of the finished products can be ensured. This is how the carburization titer of the metal can go from 0 to the carburization limit and, on the other hand, the analysis of the cement produced varies in unacceptable proportions *
In addition, the melting bed entrained in the flues and in the chimney causes a rapid degradation of these organs, by the intervention of iron oxide and lime on the bricks, thanks to the very high temperature which prevails there and which results from
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combustion of entrained reduction coal.
In order to avoid these difficulties, the Applicant has specially studied the application of a less finely ground melt bed; but here, two phenomena occurred which made reject this technique.
Indeed, the cement obtained by an insufficiently crushed fusion bed. did not have physical qualities comparable to those of artificial Portland cement; therefore, its value is depreciated.
Moreover, the reduction of the iron ore was carried out with delay and, therefore, the iron oxide content in the calcareous mass was generally too high to ensure sufficient cooling in the zones of the furnace, successively of more and more ahan + des * As a consequence, powerful ratchets obstructed the furnace and imposed stoppages and unacceptable material losses *
To avoid these drawbacks, it was necessary to reduce the production of the furnace to a non-chargeable quantum and, as a result, the consumption of coal increased excessively.
The present invention relates to a process for the production of iron, cast iron or steel, with byproduction of Portland cement or hydraulic lime, characterized by the combination of the following essential points: a) the rotary kiln is heated by a flame of pulverized coal burning in the quantity of air necessary to produce a flame composed of carbon monoxide and carbonic acid., in such a ratio that the ferrous products obtained cannot be reoxidized by the gases of the flame ;
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b) the smelting bed is composed of iron ore, carbonate of lime, reduction coal in sufficient proportion to reduce the iron ore, reduce the carbonate of lime and to carburize the metal;
this melting bed optionally comprises other rectification or addition elements, in particular manganese ore; c) this melting bed is obtained by the independent grinding of each of the raw materials, so as to bring them to the degree of fineness required by the chemical process without going below this degree, this grinding, as regards ore and coal, stopping at a fineness such that the gas current circulating in the furnace can not carry these materials.
The iron ore and the coal are preferably crushed in sieve apparatus fitted with cloths leaving approximately one millimeter of space between the wires, in such a way that these materials are crushed to sizes varying from 1/4 mm approximately to approximately one millimeter, avoiding or reducing as strictly as possible fine dust.
As far as the coal is concerned, this selected grinding does not represent any difficulty, since the charcoal allocated to the reduction can be selected at the size required during the grinding of the charcoal required by the hearth and which, for its part, is very finely ground.
Finally, the carbonate of lime is ground to an extreme finesse; in fact, the losses of this material are of no economic importance and, on the other hand, thanks to this fineness, the cement obtained is of the highest quality.
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Given the identity of the dimensions practically required for iron ore and coal, these two materials may be ground together, in the same apparatus, if their hardness is of the same order of magnitude.
After weighing and mixing, the previously ground materials are introduced into the oven, either in the form of dry materials, simply moistened to avoid dust when loading, or in the form of liquid paste, if the wet method is to be adopted.
The advantages of the process according to the invention reside in the almost complete yield of the raw materials, the production of a Portland cement of first quality, always identical to itself, the limitation of the ratchets to the minimum, to the favor of an iron ore reduction always more advanced than necessary in the increasingly hot zones of the furnace. Another advantage of the process is to ensure the rigorous fixity of the finished products which makes it possible to regulate very exactly the carburization level of the metal obtained, therefore to produce at will and in a regular manner: iron, steel or cast iron.
For the practical execution of this process, a rotary kiln is used which, in addition to its known characteristics, includes various special technical features which are included in the invention.
The furnace, shown in longitudinal axial section in the accompanying drawing, is slightly inclined to the horizontal.It rotates by crowns on rollers, as known, and has, at its lower part, to retain the liquid metal, i.e. a wall, or a conical element c below which there is a taphole! for this
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metal * In nozzles r, r1, the pulverized coal is blown for heating and the air necessary for its combustion under the conditions defined under a) @ links to this furnace,
the problem of coating cement kilns, which involves expensive work and requires repeated shutdowns, is solved automatically, and without any expense, by the following means:
In zone F1 of the furnace, which is the metal melting zone and the clinkerization zone, the furnace sheet is sealed and preferably welded. The lining g1 of this zone is produced by a briquette only a few centimeters thick, of a very refractory material and preferably of carborundum well applied to the sheet T of the furnace. The coating g, outside the hot zone, is composed according to the use of the cement manufacturer (for example silico-aluminous coating).
Externally, throughout the zone F1 lined with oarborundum, the sheet is cooled by spraying, produced for example by means of a ramp p, linear or embracing all or part of the cylindrical wall of the furnace.
In the region of the taphole, the molten metal emanating from the furnace and falling into the ladle 0 is protected against the cooling water projected by the ramp p and by conduits j. This protection can be ensured - as in the example of the drawing - by means of a bi-conical screen Q, rotating with the oven. The water is removed through s and s1 chutes
It is in this arrangement that the oven is turned on.
Thanks to the great thermal conductivity of the carborundum applied to the sheet, this material undergoes the effect
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cooling;. as soon as the constituent materials of the cement pass through this zone, the carborundum is packed with clinker up to a thickness of about 30 centimeters, a thickness which remains fixed thanks to the balance which is established between the thermal effects of the hearth and the cooling effects of watering
The coating is therefore carried out automatically with the oven's own products.
If, for any reason, the furnace is shut down, the coating thus produced becomes dusty on cooling; the subsequent re-ignition restores the coating.
This result is favorably achieved owing to the great propensity of the cement to stick to the carborundum brick.
If, at any time, the coating increased its thickness beyond the authorized limit or if ratchets or rings were formed in the furnace, these anomalies would be reduced by the projection in the furnace, together with the heating coal. , of finely pulverized silica, as indicated in the French patent filed on February 1, 1936 for: "Process for cleaning rotary cement kilns and kilns producing cast iron and cement II by the same Applicant.
The crown, made up of metal and clinker, which occurs in the first two meters of the furnace, is removed mechanically, either by a milling machine, cooled by water, which constantly rotates on the interior wall of the furnace. either by means of an alternative machine 'similar to a vice-filer, according to means described in another
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French patent to the same Applicant, of July 23, 1935 for: "Method and devices for cleaning a rotary oven" /
Finally, the fuel economy of this improved process is achieved by the combustion, inside the furnace, of the carbon monoxide contained in the flame and resulting from the reduction of both the iron ore and the carbonate of lime.
The air inlet necessary for this combustion is carried out by means of a nozzle R, placed in the furnace and supplied by a fan V fixed, with its motor M, on the furnace itself, and rotating with the latter; the current is brought to the mobile motor by any appropriate means, for example, thanks to rings b, integral with the furnace, and sliding on fixed brushes b
The essential characteristic of this air inlet is to be placed in the zone of the furnace where the reduction takes place: thanks to the judicious choice of this place, the production of heat resulting from this combustion contributes to the phenomenon itself. , except for a slight lag.
The economy due to this introduction of air is then maximum.
Moreover, no practical oxidizing action is exerted on the mass being reduced due to the fact that this mass is itself the site of an abundant release of carbon monoxide which protects it from the oxidizing gases which circulate above.
The zone of the furnace where this introduction of air is carried out is the seat of a temperature varying from 800 to 1000 ce S i the air inlet is operated in the zone of the furnace
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where a temperature of 600 prevails, the effects of the heat produced are practically nil because, in this case, they can only contribute to the heating of the fusion bed, up to 600, which represents little heat. in view of the enormous quantity of calories imposed by the reduction of iron oxide and lime carbonate *
Finally, the sensible heat of the gases leaving the furnace around 5/600 can be favorably used for heating the air in the hearth.