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Perfectionnements à la préparation du fer à partir du minerai.
La présente invention se rapporte à la préparation du fer à partir du minerai.
Conformément à la présente invention on introduit une charge de minerai de fer mélangé à des matières carbonées dans un four contenant une masse chauffée préalablement portée à une température supérieure à celle à laquelle se produit la réduction, cette réduction se produisant ensuite sous l'action de la chaleur emmagasinée dans le four après quoi, la réduction étant terminée, on chauffe à nouveau le four à une température qui assure la fusion du fer réduit à des scories;on procède à
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la coulée du fer et des scories et on introduit une nouvelle charge de minerai et de matières carbonées dans le four qui, en raison du chauffage préalable, contient assez de chaleur emmagasinée pour provoquer la réduction de cette nouvelle charge.
Après le chauffage initial du four, il est donc simplement nécessaire de chauffer le four à la fin de chaque réduction e t ce chauffage sert en même temps à fondre le fer réduit et les scories et à assurer la réduction suivante.
De préférence le four est fixe et la chaleur de la masse chauffée est transmise à la charge au-dessus d'elle par un courant de gaz auxquels on fait traverser la masse chauffée. Ces gaz peuvent provenir de l'injection d'air dans la masse chauffée et cette masse qui comprend des matières carbonées provoque la formation de gaz.
Dans d'autres cas, le four est un four rotatif ou semi-rotatif et la chaleur de la masse chauffée est transmise à la charge par contact direct de la charge avec la masse chauffée.
La charge comprend de préférence du minerai de fer à l'état granulé mélangé avec des matières carbonées granulées, sous forme de briquettes avec ou sans liant-
La masse à chauffer peut comprendre la garniture du four et une masse de matières en vrac dans le four. Cette dernière masse peut être constituée par du coke, du charbon ou autre matière carbonée, avec ou sans chaux, le chauffage du four s'effectuant en partie ou complètement par combustion de cette matière carbonée. Le chauffage de la masse par la combustion de la matière carbonée peut être favorisée par la combustion d es gaz recueillis dans un four analogue (lorsqu'on fait marcher deux fours associés) pendant la période de réduction dans ce dernier.
Pendant la période de fusion, le four et son contenu peuvent être chauffés jusqu'à une température de 1600 C qui, d'après les expériences faites, donne une chaleur suffi-/
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santé pour terminer la réduction avant que la température ne tombe au-dessous de la température de réduction.
Le procédé peut être exécuté simultanément dans deux fours, la mise en oeuvre étant telle que lorsque la réduction se produit dans un four, l'autre se trouve chauffé pendant l'exécution de la fusion et les gaz dégagés pendant la réduction dans un four fournissent tout ou une partie de la chaleur nécessaire au four que l'on chauffe pour faire fondre le fer réduit.
Dans le cas où l'on utilise un ou plusieurs fours fixes, les gaz de réduction peuvent comprendre les gaz dégagés à la suite de l'injection d'air, que l'on utilise comme agent de circulation pour le transfert de la chaleur emmagasinée dans la masse à la partie inférieure du four sur le minerai et la charge carbonée au-dessus de cette masse, ainsi que les gaz produits par la réaction entre la matière carbonée et les oxydes de fer de la charge.
La description qui va suivre, enregard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant bien entendu partie de celle-ci.
Les fig. la, lb et 1c représentent-en élévation avec parties en coupe un premier mode d'exécution d'un appareil permettant la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.
La fig. 2 est une élévation de face d'une variante et la fig. 3 est une vue latérale de l'un des fours de la fig.2.
Sur les fig. la, lb et le. est représenté un appareil comprenant deux fours fixes 1 que l'on peut fermer hermétiquement par rapport à l'atmosphère extérieure. Chaque four présente une garniture que l'on peut chauffer à environ 16009C ou davantage sans qu'elle fonde. Les tuyè.res 2,3 sont
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disposées sur deux rangs autour de chaque four et servent à fournir l'air de combustion à une partie de la masse en vrac à l'intérieur du four, masse comprenant du charbon, du coke ou autre matière carbonée. Ces tuyères fournissent éga- lement le gaz de combustion formant l'agent de chauffage réduit partiel produisant la fusion du fer/et de la gangue et as- surant le chauffage de la garniture et des matières carbo- nées résiduelles.
Les tuyères 2,3 peuvent également servir à fournir la quantité réduite d'air qui provoque la formation de gaz et leur circulation en vue du transfert de chaleur pendant lapériode de réduction.
Chaque four comporte une ouverture 4 pour la sortie deaproduits de combustion, cette ouverture fournissait également le moyen de compléter la charge du four en minerai de fer et en mélange carboné sous forme de briquettes et en charbon, coke ou toute autre matière carbonée. Une soupape 5 est prévue pour fermer hermétiquement cette ouverture par rap- port à l'atmosphère extérieure pendant la période de réduction, une sortie distincte 6 servant aux gaz de réaction pendant la réduction.
La sortie 6 des gaz de réaction d'un four peut être reliée par une canalisation aux tuyères à gaz 2 et 3 de l'autre four, les deux fours agissant en opposition de phase, autrement dit la phase de réduction dans un four se produit pendant que la phase de chauffage et de fusion se produit dans l'autre four. La canalisation reliant les deux fours 1 comprend un tuyau à gaz horizontal 7 relié aux deux collecteurs de gaz annulaires 8,9 entourant chaque four 1.
Des canalisations 10 relient les collecteurs 8,9 aux tuyères 2,3. Une conduite d'air 12 amène l'air aux collecteurs annu- laires 13,14 entourant chacun des fours et des conduites 15 font communiquer ces collecteurs annulaires 13,14 avec les tuyères correspondantes 2,3. L'alimentation engaz et en air est réglée par les clefs correspondantes 16, 17. Les gaz
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dégagés pendant la réduction dans un four sont amenés par les tuyaux 7 et 10 à l'autre four pour y être brûlés.
Les produits gazeux engendrés pendant les périodes de fusion et de chauffage peuvent contenir une certaine éner- gie virtuelle sous forme de gaz tels que l'oxyde de carbone dont la combustion, après qu'il a quitté la charge dans le four, peut être effectuée par admission d'air complémentaire pro- venant de l'extérieur du four ;
la chaleur sensible de ces produits de combustion totale peut être utilisée pour le chauf- fage préalable de l'air utilisé pour le procédé par trans- fert de la chaleur au moyen d'un récupérateur ou d'un régé- nérateur. chaque four présente des, trous de coulée pour l'évacuation d'une part du métal fondu et d'autre part des scories
Suivant un mode d'exécu-tion particulier du procé- dé conforme à l'invention, on procède comme suit:
On introduit une masse de matières en vrac comprenant du charbon, du coke ou toute autre matière carbonée dans l'un des fours, par exemple celui de la fige1c et on l'y fait brûler en partie avec de l'air admis en plein vent dans les tuyères 2, 3.
Lorsque :la température de la garniture et de la masse en vrac atteint les environs d'à peu près 1600 C, on introduit dans le four, parl'ouverture 4, le minerai à réduire, à l'état granulé et mélangé avec des matières carbonées, ce minerai pouvant être comprimé, le cas échéant, à l'état de briquettes etc..
On ferme la sortie 4 des gaz de combustion d'une manière hermétique et sûre par la soupape 5 et on réduit l'admission d'air à peu près au quart en diminuant la quantité d'air passant dans les différentes tuyères ou en fer- mant un certain nombre de tuyères ;
cette quantité moin- dre d'air admise avec une vitesse-par suite inférieure réagit
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en traversant la masse incandescente de matières carbonées en vrac pour former de l'oxyde de carbone et de l'azote alors qu'il se formaiten majeure partie de l'anhydride carbonique et de l'azote lorsque cette vitesse de passage était plus élevée*
La production de tels gaz engendre elle-même de la chaleur à raison de 5. 358 calories par kg. de carbone (2.430 Lbs/calories) au lieu de 17.835 calories par kg' de carbone (8.100 Lbs/calories) dans le cas d'une combustion complète poussée jusqu'à l'anhydride carbonique.
Ainsi l'oxyde de carbone et l'azote se trouvent surchauffés au delà de leur pouvoir de production de chaleur par leur traversée des matières carbonées en vrac qui sont incandescentes à des températures aux environs de 1600 C en raison du chauffage antérieur à plein vent.
L'oxyde de carbone et l'azote recueillent en s'élevant cette chaleur de surchauffe et la transmettent à la charge de minerai, ce qui provoque la réduction des oxydes de fer à l'état métallique.
Les matières carbonées en vrac doivent être en quantités telles qu'elles contiennent à l'état de surchauffe, au dessus de 1000 C, une quantité de chaleur suffisante pour satisfaire les exigences en chaleur sensible et en réaction endothermique de réduction des oxydes de fer de la charge de minerai en métal.
Malgré la production de chaleur due à la production d'oxyde de carbone à partir de l'air injecté pendant la période de réduction, la température moyenne delà masse carbonée en vrac descendra progressivement jusqu'à 1000 C et au-delà de cette température il ne se produira pas de réduction rapide et efficace. Par suite la quantité de surchauffe dégagée et transmise au moment où la température moyenne est descendue à 1000 C doit suffire pour terminer la réduction.
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Au cas où la charge de minerai et de carbone con- tient de l'humidité libre ou combinée avec ou sans anhydri- de carbonique ou de l'anhydride carbonique seul, on peut in- troduire cette charge dans le four avant la période de réduc.- tion proprement dite c'est-à-dire pendant la période de fu- sion afin d'effectuer un chauffage préalable de la charge par la chaleur des gaz brûlés de la période de fusion et de chauffage.
En poussant ce chauffage préalable jusqu'à une température moyenne de 700 C, cette humidité et une partie de l'oxyde de carbone se dégageront avec une partie des éléments volatils-du charbon et il se produira une réduction préliminaire des oxydes, les gaz produits par la réaction contenant une forte proportion d'anhydride carbonique, ce qui entraîne une plus grande efficacité en réduisant la chaleur requise pendant la période de réduction.
L'oxyde de carbone, accompagné par l'azote fourni par l'insufflation d'air faible, ainsi que les gaz de réaction produits par la' réduction des oxydes de fer dans la charge de minerai et les éléments volatils des matières carbonées contenues dans la charge sont envoyés par les conduites 7 et 10 aux tuyères de l'autre four, où ces gaz sont brûlés par l'air arrivant par les tuyères à air correspondantes en produisant tout ou partie de. la chaleur nécessaire dans ce four pour chauffer et faire fondre la charge de minerai qui avait' été réduite dans ce four-de la manière décrite à.pro- pos du four où la charge était soumise à la-réduction.
Par suite, chacun des fours dépend de l'autre pour un fonctionnement'économique. L'un subissant la période de réduction, fournit le gaz pour le chauffage de la charge en vrac et la fusion du métal réduit dans l'autre et inversément. On peut prélever le métal fondu et les scories par les trous 'de coulée correspondants..
Si l'on se reporte aux fig. 2 et 3 des dessins, on voit que l'appareil comprend deux fours rotatifs 1
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susceptible d'être fermés hermétiquement à l'atmosphère extérieure et susceptible de tourner autour de l'axe AA.
Chaque four est revêtu intérieurement de carbure de silicium qui forme une partie de la masse à chauffer. L'autre partie de la masse est constituée par du charbon ,du coke ou d'autres matières carbonées dont on fait brûler une partie pour fournir la chaleur nécessaire au chauffage. Des tuyères 2 et 3 sont disposées autour de la périphérie de chaque four 1 pour fournir l'air nécessaire à la combustion du coke, du charbon ou autresmatières carbonées. Ces tuyères sont disposées de manière à pouvoir être écartées et de manière que les ouvertures du four soient fermées alors d'une manière étanche par rapport à l'atmosphère. Chaque tuyère 2 est montée verticalement au-dessus d'une tuyère 3 de manière qu'un couple de tuyères 2,3 se déplace d'une seule pièce.
Chacun de ces couples de tuyères est monté sur un bras 20 qui peut pivoter autour d'un axe 21 pour venir dans la position représentée en fig. 3. Chaque tuyère comporte une entrée d'air 22 et une entrée de gaz 23 et ces entrées sont reliées respectivement par un joint glissant à une canalisation d'air 25 et à une canalisation de gaz 26. Un couvercle articulé 27 est prévu devant chaque entrée de tuyère 28 pour fermer hermétiquement les ouvertures du four lorsque les tuyères sont écartées de ce dernier. Un ouverture 4 est ménagée à la partie supérieure du four, ouverture par laquelle les produits dela combustion peuvent être évacués pendant la durée du stade de chauffage.
Cette ouverture communique avec un carneau qui peut se déplacer longitudinslement de manière qu'en écartant ledit carneau de l'ouverture 4, celle- ci puisse servir également pour le chargement du four avec un mélange de minerai et de matières carbonées et avec la matière carbonée formant la masse en vrac. Une sortie séparée 6 est prévue pour l'évacuation des g az dégagés au cours de la réduction. Des trous
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de.coulée sont ménagés à différentes hauteurs pour prélever soit le métal fondu, soit les scories.Les deux fours sont reliés l'un à l'autre par un conduit horizontal 29 communiquant avec la canalisation de gaz 26. Les deux fours sont reliés par un joint glissant 30 qui permet la rotation del'un des fours pendant que l'autre demeure immobile.
On exécute le procédé conforme à l'invention de la manière suivante : Les deux fours fonctionnent en opposition'de phase ; autrement dit, lorsque la réduction est en cours dans l'un des fours, le chauffage et la fusion s'effectuent dans l'autre four. Suivant le mode d'exécution considéré, les gaz de réduction qui se dégagent dans l'un des fours sont amenés directement à l'autre four par le conduit 29 et la canalisation 26 pour y être brûlés et pour faciliter l'obtention de la chaleur nécessaire.
Une masse en vrac constituée par du charbon , du coke ou d'autres matières carbonées est introduite dans l'un des-fours et y est partiellement brûlée par l'air admis par les tuyères 2.et 3. Lorsque la température de la garniture du four atteint 1600 C, on introduit dans le four par l'ouverture 4 le minerai à réduire, à l'état granulé et mélangé à des matières carbonées, ce mélange étant comprimé, le . cas échéant sous forme de briquettes ou analogue- La combus- tion de la masse carbonée en vrac est arrêtée par l'arrêt de l'admission d'air, après quoi on écarte les tuyères 2,3 et on ferme les entrées de tuyères 28 ainsi que l'ouverture 4;
la réduction se fait alors sous l'action de la chaleur emmagasinée dans le four (c'est-à-dire dans la garniture du four et dans la matière carbonée en vrac), four que l'on fait tourner.où basculer autour de l'axe AA pendant la péiode de réduction. Les gaz dégagés pendant la réduction sont évacués par la sortie 6 et le conduit 29 vers le second four qui est immo-bile et où se produisent le chauffage et la fusion.
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Lorsque la réduction est terminée, on chauffe à nouveau le four en faisant continuer la combustion des matières carbonées en vrac au moyen de l'admission d'air et des gaz dégagés pendant la réduction dans l'autre four. On chauffe ainsi le four à nouveau jusqu'à la température initiale de 1600 C, température à laquelle le métal fondu et les scories peuvent être prélevés par leurs trous de coulée correspondants. La chaleur emmagasinée dans le four qui demeure à une température de 1600 C environ peut être alors utilisée aussitôt pour la réduction d'une nouvelle charge de minerai et de matières carbonées. Il est donc évident qu'après le chauffage initial du four, ce dernier n'est chauffé qu'entre deux réductions successives pour fondre le minerai réduit et fournir la chaleur nécessaire à la réduction suivante.
Suivant une variante on utilise un seul four.
Dans ce cas les gaz provenant de la réduction sont évacués par l'orifice 6 pour être emmagasinés dans un réservoir à gaz jusqu'à ce qu'il soit nécessaire de chauffer à nouveau le four et de fondre le métal. On réintroduit alors les gaz dans le four par les tuyères avec une quantité d'air suffisante pour la combustion.
Il doit être entendu que dans l'un et l'autre des procédés décrits ci-dessus, on complète la charge en matière csrbonée en vrac au fur et à mesure des besoins.