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Procédé pour la réduction de minerais et spécialement de minerais de fer.
L'invention se rapporte à un procédé pour l'élabora- tion de minerais, spécialement de minerais de fer. Dans l'état actuel de la sidérurgie, on emploie des hauts-fourneaux ou des fours à cuve dont le chargement a une hauteur de 20 à 30 mètres.
Ceci est basé sur le principe qu'il faut dans la plus grande mesure possible effectuer une réduction indirecte de l'oxyde de fer et utiliser autant que possible la chaleur des gaz du haut- fourneau engendrés dans la zone de réduction et la zone de fusion.
La grande hauteur de la charge a, d'autre part, cependant, comme conséquence de soumettre à une très forte pression les parties inférieures de la charge qui doivent donc être très résistantes;
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en outre, il faut que les éléments de la charge aient un cali- bre suffisamment gros pour permettre au vent de passer convenable- ment et uniformément au travers de la charge. Lorsqu'il s'agit de minerais en fines on peut satisfaire à cette condition en les agglutinant; en ce qui concerne le combustible on est forcé d'employer du coke métallurgique, c'est-à-dire un coke de très gros calibre et très dur.
Il est toutefois connu que la houille qui convient à la fabrication d'un coke de ce genre ne se rencon- tre que dans certains gisements et qu'il existe de nombreuses régions du globe où le charbon de cette nature fait défaut.
L'invention apporte une solution au problème qui vise à procéder à l'élaboration en employant aussi des combustibles qui ne conviennent pas à la fabrication de coke de gros calibre et de très grande dureté. La solution consiste à donner à la charge une hauteur d'environ 1,50 à 3 m à compter du plan des tuyères, à donner au four une section circulaire, l'un au moins des deux côtés étant égal ou inférieur à 2 mètres, à disposer les tuyères à vent sur les longs côtés du rectangle, à choisir un minerai à gangue marneuse, à comprimer le combustible avec le minerai ou une partie du minerai conjointement sous forme de briquettes, de préférence de forme ovoïde, qui présentent un volume maximum d'environ 100 cm. cubes, et à traiter celles-ci après les avoir introduites dans le haut-fourneau, en employant de l'air chaud.
L'invention permet d'effectuer aussi bien une carbonisa- tion qu'une élaboration dans un haut-fourneau ou four à cuve à colonne de charge extraordinairement réduite. En outre, les tem- pératures des gaz au gueulard sont maintenues toujours dans des limites raisonnables. La faible hauteur de la colonne de charge a pour effet de donner lieu à un four à cuve relativement bas et par conséquent de prix peu élevé. De même les matières à traiter ne doivent plus être amenées à une hauteur aussi élevée
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que d'habitude. En outre, la pression du vent est aussi nota- blement plus faible que jusqu'ici de telle sorte qu'en fin de compte ce procédé permet d'arriver à une réduction sensible du prix de revient de l'opération connue au haut-fourneau.
En outre l'invention se base sur le fait que pour des minerais à gangue marneuse ou argileuse il n'est pas néces- saire d'employer un agglomérant spécial pour les briquettes, la marne, qui appartient au minerai par sa nature, suffisant pour assurer la liaison. Un pareil minerai est par exemple celui connu sous le nom de minerai jurassique qu'on trouve près de Donausschingen dans le Sud de l'Allemagne. Lorsqu'on traite des minerais dont la gangue ne contient pas de marne, et que celle-ci est constituée uniquement de quartz par exemple, on utilise de la marne broyée comme addition pour le briquetage et on peut obtenir ainsi également des briquettes résistantes.
Lorsqu'on opère le mélange de minerai, de combustible et éven- tuellement de marne, il faut encore, si c'est nécessaire ajouter de l'eau, de telle sorte que les briquettes finies possèdent une teneur en eau d'environ 5 à 8%.
Dans le procédé suivant l'invention la réduction et la fusion s'effectuent très facilement et efficacement, vu que le coke de carbonisation à basse température est très réactif. Ceci a aussi pour conséquence que dans beaucoup de cas on n'est pas obligé, comme dans le haut-fourneau, de réchauffer le vent au préalable. On peut au contraire employer aussi de l'air froid dans le cas de l'invention.
Comme combustible, on peut utiliser dans ce procédé principalement du charbon qui ne convient pas à la fabrica- tion du coke métallurgique, c'est-à-dire par conséquent des char- bons qui sont peu cokéfiables (des charbons qui s'agglutinent mal). Parmi ceux-ci on peut par exemple citer les charbons de la Sarre, beaucoup de charbons français aussi, et spécialement
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des charbons de la Lorraine.
Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait qu'on n'est pas obligé, comme dans la fabrication du coke métallurgique, d'employer un charbon ayant subi une préparation très poussée et présentant une teneur en cendres maximum de 6 à 8%. On peut même traiter dans beaucoup de cas de la houille sans préparation. Il n'est pas non plus nécessaire de pousser très loin le concassage ou la pulvérisation comme opération préparatoire du briquetage. On peut au contraire obtenir une composition et une agglomération parfaite des briquettes en employant un combustible, par exemple de la houille d'un cali- bre de 0 à 5 mm. En ce qui concerne le minerai on peut même admettre des morceaux ou grains un peu plus gros, notamment de 0 à environ 10 mm.
Les briquettes sont de préférence fabri- quées sous forme de boulets ovoïdes dans une presse à cylindres; même lorsqu'on emploie d'autres formes, il est avantageux d'ar- rondir les arêtes et les angles, et éventuellement aussi les surfaces externes des briquettes.
La faible hauteur de la charge du four à cuve a pour effet de permettre au chauffage des briquettes introduites de s'effectuer très rapidement. Ceci a une grande importance, spé- cialement lorsqu'on emploie des charbons peu cokéfiables, qui ne conviennent donc pas à la fabrication du coke métallurgique.
Par suite de la rapidité du chauffage, le faible pouvoir d'ag- glutination notamment est conservé, jusqu'à ce que le charbon soit réduit à l'état de coke et ait acquis ainsi une structure solide.
Comme le charbon est utilisé suivant l'invention à l'état non calciné par la carbonisation à basse température ou non réduit sous forme de coke, les gaz de gueulard renferment notamment des vapeurs de carbonisation et des gaz de carbonisa- @
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tion. On peut spécialement séparer les vapeurs de carbonisation des gaz de gueulard et on obtient ainsi une substance de carbo- nisation qui est très recherchée comme on le sait.
Les bons résultats du nouveau procédé résultent notam- ment de la forme régulière des morceaux qui composent la charge.
La marche de la réduction se fait d'autant mieux que ces mor- ceaux sont plus petits et de dimensions plus régulières. D'au- tre part, pour des raisons pratiques d'ordre général on ne doit pas dépasser une grandeur déterminée. Il se produirait facile- ment sans cela une obstruction du four. La meilleure grandeur des briquettes est d'environ 40 cm. Le minerai, pour autant qu'il ne soit pas incorporé dans les briquettes est employé en morceaux, donc sous forme à peu près cubique, par exemple, à arêtes d'environ 35 mm. de long avec un minimum d'environ 10 mm. de longueur d'arête.
L'élaboration peut aussi se faire, avec grand profit, dans un four à chemise d'eau. Celui-ci se caractérise par une construction très simple et par une grande sécurité de fonction- nement. Il ne peut y avoir de corrosion de la chemise d'eau en fer parce que la scorie produite pendant la réduction et la fu- sion s'agglutine sur les parois latérales refroidies et forme ainsi une couche protectrice. La chemise d'eau peut être éta- blie soit sur toute la hauteur de la cuve soit seulement sur l'étendue des zones de réduction et de fusion. Dans le dernier cas la partie supérieure de la cuve est exécutée en maçonnerie.
Il est aussi avantageux d'ajouter de l'oxygène au vent et, pour des raisons d'économie, de l'ajouter sous forme d'oxygène industriel qui présente une teneur en O2 d'environ 95%. L'avan- tage d'un vent à haute teneur en oxygène réside comme on le sait dans le fait que les gaz du gueulard contiennent alors une teneur en azote notablement plus faible que jusqu'à présent, qu'ils possèdent par conséquent un pouvoir corrosif plus grand et con-
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viennent ainsi notamment comme matière première pour une synthèse de combustible pour moteurs par le procédé Fischer-Tropsch. On peut aussi employer de l'oxygène seul, mais on l'emploiera alors de préférence à l'état d'oxygène impur, présentant une teneur en O2 d'environ 80 à 95%.
Bien entendu, l'emploi d'oxygène a pour effet d'augmenter très fortement la température du four ce qui dans un procédé purement générateur de gaz donne lieu à de fortes pertes de chaleur. Ces températures élevées présentent toute- fois dans le procédé suivant l'invention de grands avantages au point de vue du second but poursuivi par ce procédé, notamment la réduction et la fusion du fer. On peut par conséquent pro- duire par ce moyen un gaz synthétique dans des conditions nota- blement plus économiques qu'au gazogène.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour l'élaboration de minerais, spéciale- ment de minerais de fer dans un four à cuve, caractérisé en ce que la hauteur de la charge complète à partir du plan des tuyères est d'environ 1,50 m. à 3 m., en ce que le four présente une section transversale rectangulaire, dont l'un des deux côtés au moins est égal ou inférieur à 2 m., en ce que les tuyères à vent sont établies sur les longs côtés du rectangle, en ce que le minerai est à gangue marneuse, en ce que le combustible est com- primé, conjointement avec le minerai ou une partie du minerai, sous forme de briquettes, de préférence ovoides, qui ont un vo- lume maximum de 100 cm3 environ, et en ce que celles-ci, après leur introduction dans le four à cuve, sont élaborées par l'em- ploi de vent chaud.
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Process for the reduction of ores and especially of iron ores.
The invention relates to a process for the preparation of ores, especially iron ores. In the current state of the steel industry, blast furnaces or shaft furnaces are used, the loading of which has a height of 20 to 30 meters.
This is based on the principle that an indirect reduction of iron oxide should be effected to the greatest extent possible and the heat of the blast furnace gases generated in the reduction zone and the melting zone should be used as much as possible. .
The great height of the load has, on the other hand, however, the consequence of subjecting the lower parts of the load to very high pressure, which must therefore be very resistant;
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in addition, the elements of the load must be of a sufficiently large size to allow the wind to pass properly and uniformly through the load. In the case of fine ores, this condition can be satisfied by agglutinating them; as far as the fuel is concerned, we are forced to use metallurgical coke, that is to say a very large caliber and very hard coke.
It is, however, known that hard coal suitable for making such coke is only found in certain deposits and that there are many regions of the world where such coal is lacking.
The invention provides a solution to the problem which aims to proceed with the production by also using fuels which are not suitable for the manufacture of coke of large caliber and very high hardness. The solution consists in giving the load a height of approximately 1.50 to 3 m from the plane of the nozzles, in giving the furnace a circular section, at least one of the two sides being equal to or less than 2 meters, to arrange the wind nozzles on the long sides of the rectangle, to choose an ore with marly matrix, to compress the fuel with the ore or part of the ore jointly in the form of briquettes, preferably of ovoid shape, which have a maximum volume about 100 cm. cubes, and to treat these after having introduced them into the blast furnace, using hot air.
The invention makes it possible to carry out both carbonization and preparation in a blast furnace or column bottom furnace with an extraordinarily low load. In addition, the top gas temperatures are always kept within reasonable limits. The low height of the charge column results in a relatively low shaft furnace and therefore low cost. Likewise, the materials to be treated must no longer be brought to such a high height.
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than usual. In addition, the wind pressure is also significantly lower than hitherto so that in the end this process makes it possible to achieve a significant reduction in the cost of the known operation at the blast furnace. .
Furthermore, the invention is based on the fact that for ores with a marly or clayey matrix it is not necessary to use a special binder for briquettes, marl, which belongs to the ore by its nature, sufficient for liaise. Such an ore is, for example, the one known as Jurassic ore found near Donausschingen in southern Germany. When we process ores whose gangue does not contain marl, and when the latter consists only of quartz, for example, crushed marl is used as an addition for the briquetting and thus resistant briquettes can also be obtained.
When mixing ore, fuel and possibly marl, it is still necessary, if necessary, to add water, so that the finished briquettes have a water content of about 5 to 8%.
In the process according to the invention the reduction and the melting are carried out very easily and efficiently, since the low temperature carbonization coke is very reactive. This also has the consequence that in many cases one is not obliged, as in the blast furnace, to heat the wind beforehand. On the contrary, it is also possible to use cold air in the case of the invention.
As fuel, it is possible to use in this process mainly coal which is not suitable for the manufacture of metallurgical coke, that is to say coals which are not very coking (coals which stick together poorly). ). Among these we can for example quote the coals of the Sarre, many French coals too, and especially
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coals from Lorraine.
Another advantage of the present invention lies in the fact that it is not necessary, as in the manufacture of metallurgical coke, to use a coal having undergone a very thorough preparation and having a maximum ash content of 6 to 8 %. In many cases it is even possible to process hard coal without preparation. It is also not necessary to push crushing or pulverizing very far as a preparatory operation for briquetting. On the contrary, a perfect composition and agglomeration of the briquettes can be obtained by using a fuel, for example coal with a caliber of 0 to 5 mm. As regards the ore one can even admit pieces or grains a little larger, in particular from 0 to approximately 10 mm.
The briquettes are preferably made as egg-shaped balls in a roller press; even when other shapes are employed, it is advantageous to round the edges and angles, and possibly also the outer surfaces of the briquettes.
The low load height of the shaft furnace has the effect of allowing the heating of the briquettes introduced to take place very quickly. This is of great importance, especially when low coking coals are employed, which are therefore unsuitable for the manufacture of metallurgical coke.
Owing to the rapidity of heating, the low agglutinating power in particular is retained, until the carbon is reduced to the state of coke and thus has acquired a solid structure.
As the coal is used according to the invention in the uncalcined state by carbonization at low temperature or not reduced in the form of coke, the top gases contain in particular carbonization vapors and carbonization gases.
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tion. It is especially possible to separate the carbonization vapors from the top gases and thus a carbonization substance is obtained which is in great demand as is known.
The good results of the new process result in particular from the regular shape of the pieces which make up the charge.
The progress of the reduction is all the better as these pieces are smaller and of more regular dimensions. On the other hand, for general practical reasons one should not exceed a given quantity. Otherwise, obstruction of the oven would easily occur. The best briquette size is about 40 cm. The ore, as long as it is not incorporated into the briquettes, is used in pieces, therefore in approximately cubic form, for example, with ridges of about 35 mm. long with a minimum of about 10 mm. edge length.
The preparation can also be done, with great profit, in a water-jacketed oven. This is characterized by a very simple construction and high operational reliability. There can be no corrosion of the iron water jacket because the slag produced during reduction and smelting sticks to the cooled sidewalls and thus forms a protective layer. The water jacket can be established either over the entire height of the vessel or only over the extent of the reduction and melting zones. In the latter case, the upper part of the tank is made of masonry.
It is also advantageous to add oxygen to the wind and, for reasons of economy, to add it in the form of industrial oxygen which has an O2 content of about 95%. The advantage of a wind with a high oxygen content lies, as we know, in the fact that the top gases then contain a considerably lower nitrogen content than hitherto, that they consequently have a power. larger and more corrosive
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thus come in particular as raw material for a fuel synthesis for engines by the Fischer-Tropsch process. It is also possible to use oxygen alone, but it will then be preferably used in the state of impure oxygen, having an O2 content of about 80 to 95%.
Of course, the use of oxygen has the effect of greatly increasing the temperature of the furnace, which in a purely gas-generating process gives rise to high heat losses. These high temperatures, however, in the process according to the invention have great advantages from the point of view of the second aim pursued by this process, in particular the reduction and melting of iron. Synthetic gas can therefore be produced by this means under significantly more economical conditions than with gasifier.
CLAIMS
1.- Process for the production of ores, especially iron ores in a shaft furnace, characterized in that the height of the complete charge from the plane of the nozzles is approximately 1.50 m. to 3 m., in that the furnace has a rectangular cross section, of which at least one of the two sides is equal to or less than 2 m., in that the wind nozzles are established on the long sides of the rectangle, in that the ore is marly matrix, in that the fuel is compressed, together with the ore or part of the ore, in the form of briquettes, preferably ovoid, which have a maximum volume of about 100 cm3 , and in that these, after their introduction into the shaft furnace, are produced by the use of hot blast.
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