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Procédé et appareil pour 10 traitement des minerais et c#u-
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bustibles et 1* élaborât ion des métaux, --¯.¯-- 1 - -- - - 1 --
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Le, réduction des miner±1s d fer s'obtient dans les hauts fourneaux en chargâfent dans ces appareils un mélange de mine- rai en roche at de coke métallurgique. Le, réaction capitale est la réduction de Fe2 03 en 'FeO et PS per l'oxyde de car bons.
Pour que cette résction ait lieu, il faut un temps de contact prolongé entre le minerai et les gsz réducteurs.
Pour faciliter catte réaction, on 2 été conduit à, cons- tituer des appareils très volumineux, de très grande hauteur et qui sont pmr suite très coûteux.
On a traité égalaient ds,ne 1{-1 luts fourneaux divers
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résidus ferreux tels que la tournure de fer, les ferrailles,
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sic,.. généralement mélangée ux minerais.
Cette =ddtion de produits ferreux se traduit par une ré- duction assez faible de le consommation de coke. r
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Si par exemple avec des charges d'un minerai à 35% do fer la consommation de coke est de 1.000 K par tonne de fon- te, cette consommation ne devient guère inférieure à 800K lorsque le lit de fusion contient 50 % et plus de ferrailles.
Les fontes obtenues au haut fourneau sont toujours à gros éléments de graphite ; l'emploi direct de ces fontes en fonderie est très délicat, et leur fusion au cubillot de fon- derie donne encore des fontes mécaniques de second choix. On éprouve les plus grandes difficultés en particulier pour ob- tenir avec ces fontes la texture perlitique qui est de plus en plus imposée,pour de nombreuses pièces de fonderie.
Le procédé suivant l'invention consiste à obtenir une réduction très avancée des oxydes dans un premier four dans lequel on charge soit les minerais fins préalablement aggle- mérés avec un combustible, soit les matières métalliques oxy- dées. Ces matières sont portées dans ce four à une tempéra- ture qui peut atteindre 1.000 et sont soumises à l'action de gaz généralement beaucoup lus réducteurs que les gaz de hauts fourneaux.
Dans ces conditions, l'oxyde de fer par exemple est sou- mis à une réduction qui peut être dans certains cas complète.
On traite elors les agglomérés ou les matières métalli@- que$ mélangées d'un combustible dans un deuxième four de fu- sion dans lequel on insuffle un fluide oxygéné réchauffé à haute température. Comme fluide oxygéné, on peut employer de l'air réchauffé à des températures qui pourront être nette- ment inférieures à celles des haute fourneaux, par exemple 600 ; on pourra utiliser éventuellement un mélange d'air et d'oxygène ou d'oxygène et de vapeur d'eau ou une combinai- son de ces divers fluides.
L'air chaud est introduit dans le four de fusion par des tuyères analogues à celles du haut fourneau. Dans ces
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conditions, on réalise dans l'ouvrage de l'appareilune température extrêmement élevée de l'ondre de 1.000 et en obtient des gaz beaucoup plus riches en 00 que dans le haut fourneau.
Avec l'emploi de l'air chaud seul, ces gaz pourront avoir 32 à 35% de CO. Par l'emploi de fluides plus oxygènes eu d'oxygène,le teneur en CO augmentera considérablement et pourra atteindre ou dépasser 70 %.
Dans l'ouvrage du four s'achève la réduction des oxy- des ; le fer se carbure et la fonte est évacuée à la base du four avec le laitier provenant de la gangue du minerai et des cendres des combustibles ; ces matériaux étant éventuellement Additionnes d'un fondant calcaire ou siliceux.
La fonte ainsi obtenue est toujours à grain fin, avec graphite en petits éléments ; elle peut être utilisée direc- tement pour la coulée des pièces demandant de hautes que,.- lités. Le fonte est obtenue au four de fusion à un prix net- tement plus bas qu'au haut fourneau. Par exemple le traite- ment des ferrailles au four de fusion permet d'obtenir la fonte avec moins de 170 K de coke par tonne de;métal.
Le traitement des agglomérés ou matières métalliques pourra être ainsi réalisé dans un four de fusion de faible hauteur. Les gaz extraits du four seront utilises dans le four de réduction ; une fraction de ces gaz pourra être in- jectée en divers niveaux de ce four pour créer 1' atmosphère réductrice désirée La. figure I montre en coupe et schématiquement à titre d'exemple non limitatif un ensemble d'appareils permettant la. réalisation pratique de l'invention.
A représente le four de réduction et B le four de fusion
Dans le four de réduction, les agglomérés de minerei
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<3t charbon sont chargés en I à la psrtie supérieure du four. A quelques mètres en dessous du chargement, le four présente la. zone de chauffage 2 qui est réalisée c5.:nE; l'exemple con- sidère en injectent par des tubes 3 qui traversent le four de petites quantités d'air chaud distribue par des orifices de
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fuiolsî diamètre 4.
Cet air chaud provoqua la combustion par- tielle du gaz traversant le four et porte les matériaux char- gés à une température pouvant atteindre 1.000e Au- dessous de cette zona de chauffage, se trouve la ze- ne de réduction dans laquelle on injecte les gaz réducteurs
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provenant par exemple du four do fusion B. Dans notre exem- ple ces gaz sont injectés par une série de tubulures 5 qui- distantes et percées de petits orifices destines à assurer une répartition corrects du gaz dans la masse chaude des ag@
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glomérés.
Une deuxième sone inférieur de chauffage est réélises en faisant traverser le four de réduction A par des tubes
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6 en alliage réfractaire portai au rouge par la combustion dans le chambre 7 d*une fraction de gaz du four de fusion B.
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Au-dessous de cette deuxième zona de chauffage ^t ds préférence a le bise du four, on ¯s, c de? gaz froids à haut pouvoir réducteur, gaz introduits par la tubulure tell
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que a. Cas gas dans le four en refroidissant les agglomérés qui sont évacues à la. base du four A par un dis-
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positif quelconque tal que le clapet 9.
A la. partie supérieure du four de réduction A, on extrait
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des ifaz réducteurs à température peu élevée qui renferment éventuellement les hydrocarbures provenant de la distilla-
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tic des matières volatiles contenues dans leà agglomérés.
Ces gaz peuvent être aspirés par un ventilateur tel que 10 et renvoyés dans un séparateur dégcudronneur 11. Ils peuvent ensuite être utilisés pour divers besoins thermiques.,
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Les agglomérés extraits du four de réduction A sont chargés dans le four de fusion B.
Dens l'exemple considéré, ce four de fusion B est cons- titué par un cylindre vertical ; il porte à la base des tu-
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yères à circulation d'egu 13 ,perttnt l'introduction du fluide oxygéné réchauffé à. h&ute température. Lu four B ports-f à se partie supérieure un cens de chargement 12 recevant les
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agglomérés mélangés éventuellement d'un fondent. Ce four B est refroidi sur sa partie extérieure par ruissellement d'eau à l'aida d'un tore de distribution 14. La fonte est coulée à la base du four par un trou de fonte 15, tandis que le lai-
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trier est évacué par un orifice supérieur 16.
Les gaz peuvent être extraits du four de fusion B par
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un ventilateur 17. Une fraction des gaz est envoyée an four de réduction A par uns tuyauterie 18, le resta étant dispo-
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nille pour divers usages thermiques. Le réchauffage des flui- des ê lieu dans le richëtlff1X!' 1. liït:r:,F-' en ?é;; par 1fi tuyauterie 1. Les fluides oxygénés froids sont introduits dans le réehauffour 19 par la tubulure 22 et ls fumée- éva- cuées par la cheminée 20. Les fluides oxygénés chauds sont
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envoyés par la. tuyauterie 23 zou tore 24 qui distribua ces fluides au four ds fusion B par les tuyères 13.
Le procédé et l'appareil ci-dessus décrits peuvent tre
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utilisés pour obtenir la réduction d'autres oxydes de mé- taux non ferreux renferment per exemple du zinc, du ni ksi, du cobalt, du mangsnèse, du chrome, etc...
Dans ce cas, les agglomérés qui sortent du four de
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réduction A donnent dans le four de fusion B les métE''lix fondue ou volatilisés. Le volatilisation est complète dans le cas de traitement d'agglomérés renfermant du zinc. Si le four de fusion est soufflé avec un fluide oxygéné à faible
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teneur en zota, la. concentration du zinc métal augmente
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dans les gaz, ce qui facilite la condensation de ce métal.
Le four de fusion peut être alimenté avec de l'air ré-
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chauffé à une n ji' : v;'' ""':n,"';.lC1i'1''"1+ inférieure à celle des hauts fourneaux, et qui peut etre de l'ordre de 600*1 eû avec un méll1g d'g-.ir Cl'lEUd et d'oxygène, ou d'oxygène 3t de vapeur d'es.u C ol1venë.1zleDent réchauffés. III peut tre égale- ment soufflé avec un fluide oxygéné '* mélangé de mazout.
Le four de réduction recevra généralement le gaz prove-
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nant du four de f1J.f i .:Y\;, u' G'11 ce four, 13s phénomènes de ré- duction seront d's>utf.nt plu? rapides que la tsneur en CO des G.'.êi,:3 intr odui ts sers .plus élevée.
Le même procède est urà.l.?'bl pour le traitement de mi- l'1TE.i5 complexes renfermant notamment du zinc, du plomb, du cuivra, (1 l'.>.tc.171, de l'or, d ( l'argent.
Dend ce cas, les agglomères sortant du four de réduc- tion sont ciw-rgé-s dans 1 four de fusion. Le cuivre et éven- tusllament les miteux précieux SB ressemblent dans une matte à la laase de l'appareil et les mété'Û1x tôles que le sine, le plomba l'étain sont volatilisés et extraits à la partie su- périeure du four avec les gaz réducteurs.
Le procédé permet d'obtenir des fontes de haut qualité avec lee déchets métalliques plus ou moins oxydés, tels que
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les tournures de fer préalablement 'bxores.
Les tournures ou les copeaux broyés sont agglomérés avec un combustible et traites dans la four do réduction.
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Leur traitement ultérieur dents l, four da fusion donne due la fonte totalement désoxydee.
Si en alimente four " t..:1 es> agglomérés Si en alimente le four de , ;d ., , ¯ C t , '.t1 avec ']0S agg omercs forces ... obtient des agglomèfL1r11i d C'.;'2îlétll'a $clf; 72'¯1''.'é^l, qui peuvent 4tre utili- rés cËrbais0s d r.xl?? résist2nce qui pcuvent 1tre utili- ses pour de nombreux usages et notamment en remplacement du coke dans les fours .métallurgiques.
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Le fusion des ferrailles seules non oxydées dans le four de fusion donne des fontes à caractéristiques mécaniques élevées ; cette fusion peut être réalisée en utilisant les combustibles les plus divers tels que 13 coke, l'anthracite, les agglomérés provenant du four de réduction.
Le four de réduction peut,être utilisé pour assurer la carbonisation directe des combustibles syent une tenue con- venable au feu, tels que: le bois, les lignites, les agglo- mérés de charbon divers. On obtient par ce traitement des combustibles carbonisés tels que : le charbon de' bois, les semi-coke, etc... et des .' sous produite de valeur tels que le goudron, le gaz, etc.. la gaz produit par le four de réduction peut être recy- clé dans ce même four lorsque cet appareil fonctionne mal.
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Method and apparatus for processing ores and c # u-
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bustibles and 1 * metalworking, --¯.¯-- 1 - - - - 1 -
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The reduction of iron ore ± 1s is obtained in blast furnaces by charging in these devices a mixture of rock ore and metallurgical coke. The main reaction is the reduction of Fe203 to FeO and PS by carbon oxide.
For this resection to take place, a prolonged contact time between the ore and the reducing gsz is necessary.
In order to facilitate this reaction, we have been led to construct very bulky devices, of very great height and which are therefore very expensive.
We treated equal ds, ne 1 {-1 luts furnaces various
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ferrous residues such as iron turnings, scrap metal,
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sic, .. generally mixed with ores.
This reduction in ferrous products results in a rather small reduction in the consumption of coke. r
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If, for example, with charges of a 35% iron ore, the consumption of coke is 1,000 K per tonne of smelting, this consumption hardly becomes less than 800K when the smelting bed contains 50% or more scrap. .
The cast irons obtained in the blast furnace always contain large elements of graphite; the direct use of these cast irons in foundry is very delicate, and their melting in a foundry cupola still gives mechanical cast irons of second choice. The greatest difficulties are experienced in particular in obtaining with these castings the pearlitic texture which is increasingly required for many foundry parts.
The process according to the invention consists in obtaining a very advanced reduction of the oxides in a first furnace in which either the fine ores previously agglomerated with a fuel, or the oxidized metallic materials are charged. These materials are brought in this furnace to a temperature which can reach 1000 and are subjected to the action of gases which are generally much more reducing than gases from blast furnaces.
Under these conditions, iron oxide, for example, is subjected to a reduction which may in some cases be complete.
The agglomerates or metallics mixed with a fuel are then treated in a second smelting furnace into which an oxygenated fluid heated to high temperature is blown. As the oxygenated fluid, it is possible to use air heated to temperatures which may be markedly lower than those of blast furnaces, for example 600; optionally, a mixture of air and oxygen or oxygen and water vapor or a combination of these various fluids can be used.
Hot air is introduced into the smelting furnace through nozzles similar to those in the blast furnace. In these
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Under these conditions, an extremely high temperature of the wave of 1000 is achieved in the structure of the apparatus, and gases are obtained much richer in 00 than in the blast furnace.
With the use of hot air alone, these gases can have 32 to 35% CO. By using more oxygenated fluids than oxygen, the CO content will increase considerably and may reach or exceed 70%.
In the work of the furnace the reduction of the oxides is completed; the iron carbides and the cast iron is evacuated at the base of the furnace with the slag coming from the gangue of the ore and the ash of the fuels; these materials optionally being added to a calcareous or siliceous flux.
The cast iron thus obtained is always fine-grained, with graphite in small elements; it can be used directly for the casting of parts requiring high volumes. Cast iron is obtained in the melting furnace at a significantly lower cost than in the blast furnace. For example, the treatment of scrap in a melting furnace makes it possible to obtain cast iron with less than 170 K of coke per tonne of metal.
The treatment of agglomerates or metallic materials can thus be carried out in a low-height melting furnace. The gases extracted from the furnace will be used in the reduction furnace; a fraction of these gases may be injected at various levels of this furnace to create the desired reducing atmosphere. FIG. I shows in section and diagrammatically by way of non-limiting example a set of apparatus allowing the. practical realization of the invention.
A represents the reduction furnace and B the melting furnace
In the reduction furnace, the agglomerates of minerei
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<3t charcoal are charged at I at the upper part of the furnace. A few meters below the load, the oven presents the. heating zone 2 which is carried out c5.:nE; the example considers by injecting by tubes 3 which pass through the furnace small quantities of hot air distributed by orifices of
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fuiolsî diameter 4.
This hot air caused the partial combustion of the gas passing through the furnace and brings the charged materials to a temperature of up to 1,000th Below this heating zone, is the reduction zone into which the materials are injected. reducing gases
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originating for example from the melting furnace B. In our example, these gases are injected through a series of pipes 5 which are distant and pierced with small orifices intended to ensure a correct distribution of the gas in the hot mass of the ags.
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glomerates.
A second lower heating sone is reelected by passing the reduction furnace A through tubes
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6 in refractory alloy made red by the combustion in chamber 7 of a fraction of gas from melting furnace B.
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Below this second zone of heating ^ t ds preferably a the bise of the oven, one ¯s, c of? cold gases with high reducing power, gases introduced through the tell tubing
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that a. Case gas in the oven by cooling the agglomerates which are discharged to the. base of the oven A by a
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positive any tal than the valve 9.
To the. upper part of reduction furnace A, extracting
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low temperature reducing ifazes which optionally contain the hydrocarbons from the distillate
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tic of the volatiles contained in the agglomerates.
These gases can be sucked in by a ventilator such as 10 and returned to a stripper separator 11. They can then be used for various thermal needs.
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The agglomerates extracted from reduction furnace A are loaded into melting furnace B.
In the example considered, this melting furnace B is constituted by a vertical cylinder; he wears tu-
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yères with circulation of egu 13, perttnt the introduction of the oxygenated fluid heated to. high temperature. Lu oven B ports-f in the upper part a load compartment 12 receiving the
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agglomerates optionally mixed with a melt. This furnace B is cooled on its outer part by streaming water with the aid of a distribution toroid 14. The cast iron is cast at the base of the furnace through a cast iron hole 15, while the wool
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sort is discharged through an upper port 16.
The gases can be extracted from the melting furnace B by
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a ventilator 17. A fraction of the gases is sent to reduction furnace A via a pipe 18, the remainder being available.
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nille for various thermal uses. The heating of the fluids takes place in the richëtlff1X! ' 1. liït: r:, F- 'en? É ;; through piping 1. The cold oxygenated fluids are introduced into the reheater 19 through the pipe 22 and the smoke is evacuated through the chimney 20. The hot oxygenated fluids are
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sent by the. piping 23 zou toroid 24 which distributed these fluids to the melting furnace B via the nozzles 13.
The method and apparatus described above can be
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used to obtain the reduction of other oxides of non-ferrous metals contain, for example, zinc, ni ksi, cobalt, mangsnese, chromium, etc ...
In this case, the agglomerates which come out of the
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reduction A give in the melting furnace B the molten or volatilized mete''lix. Volatilization is complete in the case of agglomerates containing zinc treatment. If the melting furnace is blown with an oxygenated fluid at low
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zota content, la. zinc metal concentration increases
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in gases, which facilitates the condensation of this metal.
The melting furnace can be supplied with regenerated air.
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heated to a n ji ': v;' '""': n, "';. lC1i'1' '" 1+ lower than that of blast furnaces, and which can be of the order of 600 * 1 eû with a mixture of Cl'lEdg-.ir and oxygen, or oxygen 3t of heated C ol1venë.1zleDent ES vapor. It can also be blown with an oxygenated fluid mixed with fuel oil.
The reduction furnace will generally receive the gas from
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nant of the furnace of f1J.f i.: Y \ ;, u 'G'11 this furnace, 13s reduction phenomena will be d's> utf.nt more? faster than the CO sensor of G. '. êi,: 3 intr odui ts used. higher.
The same process is urà.l.? 'Bl for the treatment of complex mi-1TE.i5 containing in particular zinc, lead, copper, (1 l'.>. Tc.171, gold, d (money.
In this case, the agglomerates leaving the reduction furnace are treated in a melting furnace. The copper and possibly the shabby precious SB resemble in a matte the laase of the apparatus and the mete'O1x sheets as the sine, the leada the tin are volatilized and extracted at the upper part of the furnace with the reducing gases.
The process makes it possible to obtain high quality cast iron with more or less oxidized metal waste, such as
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the iron turnings previously 'bxores.
The ground turnings or chips are agglomerated with fuel and treated in the reduction furnace.
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Their subsequent treatment with the teeth in the melting furnace results in completely deoxidized cast iron.
If feeds the furnace "t ..: 1 es> agglomerates If feeds the furnace of,; d.,, ¯ C t, '.t1 with'] 0S agg omercs forces ... obtains agglomerates d C '.; '2îlétll'a $ clf; 72'¯1' '.' É ^ l, which can be used cËrbais0s d r.xl ?? resist2nce which can be used for many uses and in particular as a replacement for coke in metallurgical furnaces.
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The melting of the non-oxidized scrap alone in the melting furnace gives cast irons with high mechanical characteristics; this melting can be carried out using the most diverse fuels such as coke, anthracite, agglomerates coming from the reduction furnace.
The reduction furnace can be used to ensure the direct carbonization of fuels with a suitable fire resistance, such as: wood, lignites, various coal agglomerates. By this treatment, carbonized fuels are obtained such as: charcoal, semi-coke, etc. ... and. Valuable byproducts such as tar, gas, etc. the gas produced by the reduction furnace may be recycled in this same furnace when this appliance is malfunctioning.