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"Cokéfaction autogène des agglomérés de matières zincifères et carbonées.
La présente invention concerne la cokéfaction des agglomérés de matières zincifères et carbonées et, plus par- ticulièrement, la cokéfaction autogène de ces agglomérés permettant de préparer les produits qui conviennent particu- lièrement bien au chargement des cornues verticales de fusion des minerais de zinc et analogues.
La fusion des matières zincifères dans les cornues verticales s'effectue en introduisant dans la cornue la charge à fondre de la matière zincifre et de la matière carbonée sous forme d'agglomérés cokéfiés. L'état physique de ces agglomérés doit satisfaire à diverses conditions. Par exemple la résistance de ces agglomérés sous forme de briquettes doit être suffisante après réduction de la matière zincifère
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qu'ils contiennent pour empêcher les briquettes de s'écraser dans la portion inférieure de la charge sous le poids de cette charge en donnant lieu à la formation de fines. Lee bri- quettes doivent aussi être caractérisées par une structure cellulaire, dans laquelle les particules de matière zincifère sont en majeure partie enfermées dans la matière carbonée cokéfiée.
La surface des briquettes cuites doit être aussi lisse que possible et les particules de matière zincifère de la surface doivent être convenablement liées à la briquette par la structure du coke. La rugosité de la surface des bri- quettes et en particulier celle qui résulte de la disparition sélective de la structure du coke au voisinage de la surface des briquettes donne lima à la formation de "sable" par le frottement des surfaces rugueuses contiguës des briquettes et le déplacement des particules de matière zincifère insuffi- samment liées à la surface. Les fines formées par écrasement ou "sablage" des briquettes ont tendance à se déposer dans la cornue plus rapidement que les briquettes et provoquent le collage de la charge de briquettes dans la cornue.
De plus, une surface "sableuse" ou "cendreuse" des briquettes a pour effet d'augmenter la corrosion des parois de la cornue. En conséquence, la structure des briquettes au point de vue de la résistance et de l'état de la surface doit être de nature à réduire au minimum la formation des fines qui empêchent le ' bon fonctionnement des cornues verticales pendant des périodes de durée prolongée.
Les briquettes cokéfiées de matières zincifères et carbonées possédant une structure convenant au chargement des cornues verticales de fusion du zinc ont été préparées jusqu'à présent dans des fours à coke chauffés par la com- bustion d'un combustible étranger. Il a été reconnu depuis plusieurs années qu'il serait extrêmement avantageux de réa-
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liser la cokéfaction autogène de ces briquettes, étant donné que la chaleur de cokéfaction serait fournie par la combus- tion des matières volatiles mises en liberté par la houille des briquettes au cours de l'opération de cokéfaction.
Mais autant qu'on puisse le savoir, la cokéfaction autogène des briquettes de matières zincifères et carbonées n'a pas été réalisée à cause des conditions qu'elles doivent remplir pour servir au chargement des cornues verticales.
La cokéfaction autogène des briquettes de houille est décrite dans les brevets des Etats-Unis Nos 2.209.255 du 23 juillet 1940 et 2.380.90 du 7 août 1946. Suivant ces bre- vets on maintient une charge en vrac de houille à coke dans un four sous forme de couche en mouvement qui passe lentement dans le four. En faisant passer de l'air de bas en haut à tra- vers la couche de houille dans le four chaud, on fait brûler les matières volatiles mises en liberté par la houille, de façon à dégager la totalité de la quantité de chaleur néces- saire à la cokéfaction de la couche de houille.
En réglant avec soin la quantité d'air admise dans les diverses portions de la couche de houille en mouvement, on peut réaliser une cokéfaction uniforme de la houille uniquement par la chaleur de la combustion des matières volatiles mises en liberté par la houille sans combustion fâcheuse du carbone solide contenu dans la houille.
La Demanderesse s'est efforcée d'appliquer ce procédé de cokéfaction autogène décrit dans les brevets des Etats-Unis précités à la cokéfaction des agglomérés de minerai et de houil le destinés au chargement des cornues verticales de fusion, mais elle n'a pas réussi à réaliser les réglages nécessaires de l'opération de cokéfaction par ce procédé. Lorsqu'on chauffe les agglomérés de minerai et de houille à une tempéra- ture supérieure à 900 C, la houille réduit le minerai et met en liberté la vapeur de zinc. Cette vapeur de zinc mise en
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liberté s'oxyde en présence de l'air dans le procédé décrit ci-dessus de cokéfaction autogène, en formant un nuage d'oxyde de zinc.
On a constaté que si on fait passer de l'air à tra- vers une couche chauffée d'agglomérés de minerai et de houille dans le but d'obtenir une cokéfaction autogène des agglomérés, il est virtuellement impossible de maintenir constante la température des briquettes à une valeur voisine de 900 C. mais ne la dépassant pas, sans qui il se produise des élévations brusques de température localisées ou généralisées, qui donnent lieu à des pertes considérables de zinc sous forme d'oxyde de zinc et à la combustion d'une notable quantité de carbone se détachant des particules de minerai à la surface des agglo- mérés.
Il en résulte que la surface des agglomérés cokéfiés est de nature sableuse eu cendreuse ou à la fois sableuse et cendreuse et que les briquettes ne conviennent pas au charge- ment des cornues verticales de fusion du zinc.
Or, la Demanderesse a découvert qu'il est possible de réaliser la cokéfaction autogène des agglomérés de matières zincifères et carbonées à condition d'introduire l'air ser- vant à entretenir la combustion des matières volatiles mises en liberté par la matière carbonée, qui se compose au moins en partie de matières carbonées pouvant être cokéfiées par quantités dosées et en plusieurs fois.
En effet, on a décou- vert que si on ne fait passer qu'une portion de l'air combu- rant a travers la couche chauffée d'agglomérés en quantité juste suffisante pour former une flamme modérée et protectrice autour des agglomérés, on peut obtenir le complément de cha- leur qui est nécessaire pour faire prendre aux agglomérés la température de cokéfaction appropriée ne dépassant pas 9000 CI, par rayonnement d'une zone de chauffage dans laquelle les matières volatiles non consumées continuent à brûler sensible- ment hors de contact avec la couche d'agglomérés.
En consé- quence, le procédé de préparation d'agglomérés cokéfiés
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de matières zincifères et carbonées suivant l'invention con- siste à faire passer une couche d'agglomérés pouvant être cokéfiés de matières zincifères et carbonées dans un four dans lequel sont établies des conditions de cokéfaction, à faire passer à travers cette couche d'agglomérés une quantité d'air suffisante pour n'entretenir dans la couche la combustion que d'une portion des matières volatiles mises en liberté par la cokéfaction de la matière carbonée et former autour de ces agglomérés une flamme modérée, protectrice, analogue à celle d'une bougie, ne provenant que de la combustion des matières volatiles, et à faire arriver sur les matières volatiles non consumées hors de contact avec la couche, mais en relation de transmission de chaleur,
une quantité d'air dosée suffi- sante pour dégager par la combustion d'une portion au moins de ces matières volatiles antérieurement non consumées une quantité de chaleur de nature à établir ces conditions de coké- faction et à faire prendre aux agglomérés une température de cokéfaction ne dépassant pas 900 C. En chargeant les briquet- tes carbonisées ainsi obtenues dans une cornue verticale, l'opération de fusion du zinc est rend plue facile, du fait que les briquettes passent doucement dans la cornue pendant que la matière zincifère se réduit et qu'une certaine quantité de la matière carbonée se consume au cours de cette réduction.
Ces caractéristiques nouvelles de l'invention ainsi que d'autres sont faciles à comprendre d'après la description détaillée qui en est donnée ci-après avec les dessins ci-joints à l'appui,- sur lesquels :
La figure 1 est une élévation latérale avec coupe partielle d'une installation convenant à Inapplication du procédé suivant l'invention,
La figure 2 est une coupe verticale suivant la ligne -2 de la figure 1.
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La figure 3 est une coupe horizontale suivant la ligne 3-3 de la figure 1.
L'installation convenant à l'application du procédé suivant l'invention de cokéfaction autogène comporte un four 10 avec grille mobile appropriée 11 dans sa portion inférieure.
La portion supérieure du four au-dessus de la grille comporte une cloison 12 qui la partage en deux zones de combustion sen- siblement indépendantes, mais communiquant entre elles. La zone de combustion située entre la grille 11 et la cloison 12 est dite zone de combustion "primaire" et celle qui se trouve au-dessus de la cloison est dite zone de combustion "secon- daire". Des arrivées d'air séparées servent à introduire 1air au-dessous de la grille, dans la zone de combustion primaire et un supplément d'air dans la zone de combustion secondaire.
Les zones de combustion séparées avec trois arrivées d'air indépendantes permettent de réaliser la cokéfaction autogène des agglomérés de matières zincifères et carbonées et de consumer complètement la totalité des matières volatiles mise en liberté par elles, de sorte qu'aucune fumée ni vapeur ne s'échappe de l'installation.
Le dispositif transporteur des agglomérés ou bri- quettes de l'installation consiste dans une trémie de charge- ment 13 située en dehors du four avec grille inclinée vers le bas 14. Cette grille inclinée fait arriver les briquettes sur un couloir 16 de marne inclinaison qui fait passer la charge de briquettes par l'ouverture 16 du four et sur l'ex- trémité de chargement de la grille 11. Une barre de réglage du niveau 17 est disposée dans le four et au-dessus de lextré- mité de chargement de la grille 11 et lorsqu'on fait varier sa position dans le plan vertical, règle l'épaisseur de la couche de briquettes réparties sur l'extrémité de chargement
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de la grille en mouvement.
La grille en mouvement 11 peut être de préférence une grille à gradins, telle qu'elle est décrite dans le brevet des Etats-Unis No 2.229.447 du 21 janvier 1941. Cette grille à gradins forme un trajet incliné de haut en bas pour les agglomérés entre l'extrémité de char- gement et l'extrémité de déchargement de la grille. On a cons- taté que la grille à gradins de ce type est particulièrement apte à faire avancer une couche d'agglomérés d'un mouvement uniforme dans le four de cokéfaction en lui imprimant une agi- tation suffisante pour provoquer une cokéfaction uniforme dans toute 1 épaisseur de la couche. D'autre part, on peut employer une grille mécanique à charbon ordinaire lorsque d'après la nature des briquettes il est avantageux que leur mouvement soit continu, mais que la couche ne subisse pas d'agitation.
La grille 11 se décharge dans une trémie 18 fai- sant partie de la construction du four. Les briquettes coke- fiées qui slaccumulent dans la trémie peuvent en être déchar- gées d'une manière intermittente ou continue par une porte de déchargement 20 sur une courroie transporteuse 21 ou diapo- sitif analogue. Les briquettes cokéfiées quittant la courroie transporteuse peuvent être introduites directement dans l'ex- trémité de chargement d'une cornue verticale d'un type courant.
Les fines sont éliminées de la charge de briquettes pendant toute la durée de son parcours. En effet, les fines se séparent par la grille 14 dans la trémie de chargement et se rassemblent dans la portion inférieure de cette trémie.
Les fines ainsi éliminées ne sont pas carbonisées et contien- nent encore le liant de briquettage en quantité suffisante pour qu'on puisse les faire revenir dans la machine à briquet- ter. Les fines se séparent aussi des briquettes pendant que la charge avance dans le four sur la grille en mouvement il*
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Ces dernières fines se rassemblent dans des trémies 22 dis- posées immédiatement au-dessous de la grille. Les fines sé- parées de la charge dans le four sont cokéfiées au moins en partie et leur liant en a été chassé. En conséquence, on les fait revenir dans le mélangeur qui sert à préparer la compo- sition des briquettes.
Les zones de combustion séparées dans le four sont formées, ainsi qu'il a été dit, par la cloison 12. Celle-ci comporte de préférence plusieurs ouvertures 23 avec tiroirs coulissants 24 qui permettent de fermer les ouvertures en partie ou en totalité, de façon à régler la température des gaz de la combustion dans les diverses portions de la zone de combustion primaire. Les ouvertures 23 permettent aussi aux matières volatiles non consumées de passer de la zone de combustion primaire dans la zone de combustion secondaire, dans laquelle elles se consument complètement.
Les produits de la combustion sortent de la zone de combustion secondaire par une cheminée 25 qui fonctionne à tirage normal, mais qui peut être réglée par un registre approprié 26. l'air qui passe de bas en haut à travers la couche en mouvement d'aggloméré arrive de préférence sous pression par un tuyau d'alimentation approprié 27 comportant des tuyaux ramifiés avec soupape aboutissant à chacune des tré- mies 22 disposées au-dessous de la grille en mouvement 11.
Cette arrivée d'air qui sera appelée ci-après arrivée d'air "primaire" doit être réglée avec soin suivant l'invention de façon à maintenir une flamme modérée protectrice, analogue à celle d'une bougie, autour des briquettes de la couche en mouvement. Chacun des tuyaux de dérivation 28 d'alimentation d'air comporte une soupape séparée qui permet de régler la quantité d'air arrivant dans chaque trémie et de donner ainsi à la flamme les caractéristiques voulues. En réglant d'une
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manière appropriée l'arrivée d'air dans chacune des zones de la couche en mouvement correspondant à la surface des trémies qui se trouvent au-dessous d'elles, on peut établir des conditions de cokéfaction uniformes dans chaque zone de la couche.
Dans tous les cas, on règle suivant l'invention la quantité d'air admise à travers la grille dans les zones de cokefaction séparées de la couche en mouvement, de façon que la chaleur de la combustion des matières volatiles consu- mées dans la couche en mouvement ne soit pas suffisante à elle seule pour élever la température des briquettes à la valeur de cokéfaction voulue. On évite ainsi toute éventualité de surchauffe locale des briquettes de la couche en mouvement à une température supérieure à 900 C à laquelle laitière zincifère se réduit et le liant carboné maintenant les par- ticules de matière zincifère en place se détériore.
L'air arrivant dans la zone de combustion primaire au-dessus de la couche en mouvement de briquettes est intro- duit par des orifices 30 des parois latérales du four. L'air peut être aspiré par ces orifices par le tirage naturel exis- tant dans le four et, dans ce cas, les orifices 30 comportent des dispositifs de fermeture réglables appropriés servant à régler le volume d'air admis ou l'air peut être amené sous pression aux orifices par des tuyaux d'alimentation comportant chacun une soupape.
La quantité d'air ainsi introduit dans la zone de combustion primaire doit être réglée de façon à ne provoquer la combustion que de la quantité de matière volatile non consumée mise en liberté par la couche en mouvement et qui est nécessaire pour faire prendre à la cou- che une température de cokéfaction moyenne voisine de 800 C, la température des briquettes les plus chaudes ne dépassant pas 900 C. Il résulte de la combustion incomplète des matières volatiles dans la zone de combustion primaire qu'on obtient une flamme brillante particulièrement apte à céder de la cha-
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leur par rayonnement à la couche de briquettes.
Cette chaleur rayonnée a pour effet de chauffer uniformément la couche en mouvement et n'a pas tendance à y faire apparaître des régions ou zones de peu d'étendue de surchauffe locale. La quantité d'air primaire introduite au-dessous de la grille étant réglée de façon à entretenir une flamme modérée protec- trice, analogue à celle d'une bougie, autour des briquettes, la quantité d'air secondaire admis par les orifices dans la zone de combustion primaire doit être maintenue à une valeur juste inférieure à celle qui établirait dans la couche, par un chauffage excessif, les conditions de réduction du minerai qui sont indiquées par la présence de nuages de couleur blan- che d'oxyde de zinc dans les gaz sortant par la cheminée.
L'air tertiaire de la zone de combustion secondaire située au-dessus de la cloison 12 arrive par des orifices 31 percés dans les parois latérales du four adjacentes à cette zone. L'air peut être aspiré par ces orifices par le tirage normal qui existe dans le four ou y être refoulé sous pres- sion par un tuyau d'arrivée dlair. La quantité d'air tertiaire ainsi introduit par les orifices 31 n a pas besoin d'être réglée avec soin, au point de vue du succès de l'opération de cokéfaction.
Cette zone de combustion secondaire est séparée de la zone de combustion primaire par la cloison 12 et sa température n'a que peu d'influence sur la température de cokéfaction prise par la couche de briquettes en mouvement sur la grille 11. mais pour réduire au minimum la quantité de produits sortant de la cheminée 2b sous forme de fumée, du fait de la présence dans ces produits de matières volatiles non consumées dans 1* opération de cokéfaction, la quantité d'air tertiaire admis dans la zone de combustion secondaire doit être suffisante pour provoquer la combustion sensible- ment complète des matières volatiles non consumées antérieu- rement dans la couche en mouvement ou dans la zone de combus- tion primaire.
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On a constatequ'il est avantageux de faire partir un tuyau dérivé 32 de la cheminée 25 par lequel on peut refou- ler au moyen d'un ventilateur actionné par un moteur 33 et d'un tuyau d'air auxiliaire 34 un mélange de gaz chaude de la cheminée avec une quantité dosée d'air froid arrivant par le tuyau auxiliaire 34, par un tuyau dérivé 36 dans la trémie de chargement 13 au-dessous de la grille 14. Ces gaz chauds servent à sécher les briquettes qui se trouvent encore dans la trémie, en leur pernettant d'atteinure rapidement la tempé- rature de cokéfaction lorsqu'elles tombent par le couloir 15 dans le four.
Ces gaz de séchage avec les gaz du four qui peuvent éventuellement s'échapper par l'orifice 16 du four, peuvent sortir par une hotte d'aspiration 36 disposée immé- diatement au-dessus de la trémie de chargement.
On voit donc que le four de cokéfaction qui sert à Inapplication dans la pratique du procédé suivant l'invention permet de régler avec soin la quantité d'air arrivant dans les zones séparées du four (la couche en mouvement et la zone de combustion primaire) de façon à régler la température de cokéfaction et les conditions existant dans la couche des briquettes qui contiennent les matières zincifères et carbo- nées. Ce réglage de l'arrivée d'air permet de cokéfier les briquettes sans réduire la matière zincifère et sans détériorer le liant carboné à la surface des briquettes.
La faible quan- tité d'air non dosable introduite par la porte de déchargement 20 au moment où les briquettes cokéfiées sortent de la trémie, peut être éliminée de cette trémie sans accéder à l'intérieur du four, au moyen d'un tuyau d'aspiration raccordé à la trémie 18.
Le fonctionnement de l'installation de cokéfaction représentée permettant de réaliser la cokéfaction autogène des agglomérés de matières zincifères et carbonées suivant
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l'invention est le suivant : On prépare de préférence les briquettes de la manière décrite dans les brevets des Etate- Unis Nos 1.810.070 du 16 juin 1931 et 1.83&.460 du 8 décembre 1931. La matière zincifère servant à préparer ces briquettes peut consister par exemple en minerai de zinc tel que la willemite, des mattes de zinc (minerai de sulfure de zinc grillé) ou leur mélanges, avec ou sans autre;addition d'enri- chissement d'oxyde de zinc de rebut tel que l'oxyde de Waelz, etc.
Les briquettes doivent contenir de 18 à 30 % en poids de houille bitumineuse du type se gonflant librement, et se cokéfiant facilement, cette proportion ne dépassant pas de préférence 27 %. Si la proportion de la houille bitumineuse est inférieure à 18 %, on n'obtient pas une quantité de matière volatile suffisante pour fournir la quantité de chaleur nécessaire à la cokéfaction autogène et on obtient des bri- quettes de résistance insuffisante. Si la proportion de cette houille bitumineuse dépasse 30 % ou mieux 27 %. elle a ten- dance à provoquer un gonflement excessif. La proportion de houille bitumineuse adoptée généralement varie avec la gros- seur des particules de houille ; les particules sont fines, plus la quantité de houille nécessaire est faible.
Par exemple, on obtient d'aussi bons résultats avec 20 % de houille à coke bitumineuse à l'état de divison extrêmement fine qu'avec 25 % de la même houille en grains plus gros. Le complément de la matière carbonée des briquettes consiste généralement en houille ne se cokéfiant pas, telle que l'an- thracite.
On introduit les briquettes dans la trémie de char- gement 13 et elles en sortent par la grille 14 et le couloir 15 pour arriver sur la grille en mouvement 11. On choisit la position de la barre de réglage du niveau 17, de façon à former sur la grille une couche de briquettes d'épaisses?
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suffisante pour réaliser une cokéfaction uniforme. De préfé- rence, on règle l'épais saur de la couche par rapport à la surface de grille et à la vitesse de la couche de façon à obtenir de 4,3 à 12,9 tonnes de briquettes cokéfiées à la sortie par jour et par mètre carré de surface de grille.
Quoiqu'en opérant dans ces conditions on obtienne des briquet- tes donnant satisfaction au point de vue de l'uniformité de la cokéfaction autogène, on a constaté qu'il vaut mieux régler la production de briquettes cokéfiées, à 6,4-7,5 tonnes par jour et par mètre carré de surface de grille. fendant la marche normale, la combustion réglée des matières volatiles dans le four y établit les conditions de cokéfaction voulues. Mais pour mettre le four en marche, on peut y établir ces conditions en brûlant un combustible quel- conque approprié introduit dans la zone de combustion pri- maire.
Les briquettes qui arrivent à l'extrémité de char- gement du four sur le couloir 15 subissent l'action de la chaleur rayonnée de la zone de combustion primaire et attei- gnent ainsi presque la température de cokéfaction avant d'ar- river sur la grille 11. On règle la quantité d'air primaire arrivant sous pression par les tuyaux d'admission à soupape 28, de façon à maintenir une flamme modérée protectrice, ana- logue à celle d'une bougie, autour des briquettes et entre ces limites on règle la quantité d'air refoulé dans les diverses zones de la couche correspondant aux trémies 22, de façon à maintenir uniformes les conditions de cokéfaction dans la totalité de la couche en mouvement.
Ayant ainsi réglé la quantité d'air primaire, on règle la quantité d'air secondaire arrivant par les orifices 30 dans la zone de com- bustion primaire, de façon à dégager par la combustion par- tielle des matières volatiles dans cette zone une quantité de chaleur juste inférieure à celle qui établirait des con- ditions réductrices dans la couche d'agglomérés. Au point
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de vue pratique de la marche du four, on peut déterminer cette quantité d'air secondaire en observant, par un regard 38, à l'extrémité de la trémie de déchargement, la couleur de la cou- che inférieure des briquettes sortant par l'extrémité de déchargement de la grille. On augmente la quantité d'air secondaire pour faire prendre à ces briquettes la température la plus élevée, sans réduction du minerai de zinc.
Le point où cette réduction du minerai commence est facile à observer par la présence d'un nuage d'oxyde de zinc de couleur blanche dans les gaz de la cheminée. Cette réduction du minerai se produit lorsque la température d'une briquette dépasse 9000C.
C'est pourquoi la température des briquettes les plus chaudes doit être limitée à 900 C. la température moyenne de la couche étant voisine de 800 C. On règle la quantité d'air tertiaire arrivant par les orifices 31 dans la zone de combustion secon- daire de façon à admettre une quantité d'air suffisante pour brûler complètement les matières volatiles non consumées sor- tant de la zone de combustion primaire par les ouvertures 23 de la cloison. La quantité d'air tertiaire nécessaire à cet effet est facile à déterminer en augmentant cette quantité jusqu'à ce que la fumée ait à peu près complètement disparu dans la cheminée principale.
Les briquettes cokéfiées sortant du four de cokéfac- tion fonctionnant suivant l'invention peuvent être introduites directement dans 1extrémité de chargement d'une cornue verticale. Ces agglomérés cokéfiés sont caractérisés, non seulement par leur résistance physique qui leur permet de résister à 1écrasement dans la portion inférieure de la cornue verticale, mais encore par leurs caractéristiques superficielles exceptionnellement satisfaisantes qui réduisent au minimum le "sablage". Les briquettes préparées par le procédé de cokéfaction suivant l'invention permettent d'amé- liorer le fonctionnement des cornues de fusion verticales.
La
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résistance des briquettes et leurs excellentes caractéristiques superficielles réduisent au minimum la formation des fines et assurent une circulation sans à coup et ininterrompue des braguettes de haut en bas des cornues au fur et à mesure de la consommation des matières zincifères et carbonées. Du fait de la surface non sableuse et non cendreuse de ces briquettes, la corrosion des parois des cornues verticales est également réduite au minimum. On voit donc qu'on a ainsi amélioré le fonctionnement de l'opération de fusion dans les cornues ver- ticales, en constituant la charge par des agglomérés de matiè- res zincifères et carbonées ayant subi une cokéfaction auto- gène par le procédé suivant l'invention.
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"Autogenous coking of agglomerates of zinciferous and carbonaceous materials.
The present invention relates to the coking of agglomerates of zinciferous and carbonaceous materials and, more particularly, to the autogenous coking of these agglomerates to prepare products which are particularly well suited for loading vertical retorts for melting zinc ores and the like. .
The melting of the zinciferous materials in the vertical retorts is carried out by introducing into the retort the charge to be melted of the zinciferous material and of the carbonaceous material in the form of coked agglomerates. The physical state of these agglomerates must satisfy various conditions. For example the resistance of these agglomerates in the form of briquettes must be sufficient after reduction of the zinciferous material.
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they contain to prevent the briquettes from crashing into the lower portion of the load under the weight of that load giving rise to the formation of fines. The briquettes should also be characterized by a cellular structure, in which the particles of zinc-bearing material are for the most part enclosed in the carbonaceous coked material.
The surface of the fired briquettes should be as smooth as possible and the particles of zinc-bearing material on the surface should be properly bound to the briquette by the structure of the coke. The roughness of the surface of the briquettes and in particular that which results from the selective disappearance of the coke structure in the vicinity of the surface of the briquettes gives rise to the formation of "sand" by the friction of the contiguous rough surfaces of the briquettes and the displacement of insufficiently bonded zinciferous material particles to the surface. Fines formed by crushing or "sanding" the briquettes tend to settle in the retort faster than briquettes and cause the charge of briquettes to stick in the retort.
In addition, a "sandy" or "ashy" surface of the briquettes has the effect of increasing the corrosion of the walls of the retort. Accordingly, the structure of the briquettes from the standpoint of strength and surface condition should be such as to minimize the formation of fines which prevent proper operation of vertical retorts for extended periods of time.
Coking briquettes of zinc-bearing and carbon-bearing materials having a structure suitable for charging vertical zinc smelting retorts have heretofore been prepared in coke ovens heated by the combustion of a foreign fuel. It has been recognized for several years that it would be extremely beneficial to realize
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The autogenous coking of these briquettes would be effective since the heat of coking would be provided by the combustion of volatiles released by the coal from the briquettes during the coking operation.
But as far as we can know, the autogenous coking of briquettes of zinciferous and carbonaceous materials has not been carried out because of the conditions which they must meet to be used for loading the vertical retorts.
Autogenous coking of coal briquettes is described in United States Patent Nos. 2,209,255 of July 23, 1940 and 2,380.90 of August 7, 1946. According to these patents a bulk charge of coking coal is maintained in a oven as a moving layer that passes slowly through the oven. By passing air from the bottom upwards through the coal bed in the hot kiln, the volatiles released by the coal are burnt, so as to release the entire quantity of heat required. sary to coking the coal bed.
By carefully controlling the quantity of air admitted into the various portions of the moving coal bed, a uniform coking of the coal can be achieved only by the heat of combustion of the volatiles released by the coal without unwanted combustion. solid carbon contained in hard coal.
The Applicant has endeavored to apply this autogenous coking process described in the aforementioned United States patents to the coking of agglomerates of ore and coal intended for the loading of vertical fusion retorts, but it has not succeeded. to make the necessary adjustments to the coking operation by this process. When the aggregates of ore and coal are heated to a temperature above 900 C, the coal reduces the ore and releases the zinc vapor. This zinc vapor put in
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freedom oxidizes in the presence of air in the autogenous coking process described above, forming a cloud of zinc oxide.
It has been found that if air is passed through a heated layer of ore and coal sinter in order to achieve autogenous coking of the sinter, it is virtually impossible to keep the temperature of the briquettes constant. at a value close to 900 C. but not exceeding it, without which sudden localized or generalized temperature rises occur, which give rise to considerable losses of zinc in the form of zinc oxide and to the combustion of a significant amount of carbon is detached from the ore particles on the surface of the agglomerates.
As a result, the surface of the coked agglomerates is either sandy to ashy or both sandy and ashy in nature and the briquettes are not suitable for loading vertical zinc melting retorts.
Now, the Applicant has discovered that it is possible to carry out autogenous coking of agglomerates of zinciferous and carbonaceous materials, provided that the air used to maintain the combustion of the volatile materials released by the carbonaceous material, which is introduced is introduced. consists at least in part of carbonaceous materials which can be coked in metered quantities and in several batches.
In fact, it has been found that if only a portion of the combustion air is passed through the heated layer of agglomerates in an amount just sufficient to form a moderate and protective flame around the agglomerates, it is possible obtaining the additional heat which is necessary to bring the agglomerates to the appropriate coking temperature, not exceeding 9000 CI, by irradiating a heating zone in which the unburned volatiles continue to burn substantially out of contact with the layer of agglomerates.
Consequently, the process for preparing coked agglomerates
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zinciferous and carbonaceous materials according to the invention consists of passing a layer of cokingable agglomerates of zinciferous and carbonaceous materials in a furnace in which coking conditions are established, to pass through this layer of agglomerates. a sufficient quantity of air to maintain in the layer combustion only a portion of the volatile matter liberated by the coking of the carbonaceous material and to form around these agglomerates a moderate flame, protective, similar to that of a candle, coming only from the combustion of the volatile matter, and to make arrive on the unconsumed volatile matter out of contact with the layer, but in relation of heat transmission,
a sufficient metered quantity of air to release, by the combustion of at least a portion of these volatile materials previously not consumed, a quantity of heat such as to establish these coking conditions and to cause the agglomerates to take a temperature of coking not to exceed 900 C. By loading the charred briquettes thus obtained into a vertical retort, the zinc melting operation is made easier, since the briquettes pass smoothly through the retort while the zinc-bearing material is reduced. and that some of the carbonaceous material is consumed during this reduction.
These new features of the invention and others are easy to understand from the detailed description which is given below with the accompanying drawings in support, - on which:
FIG. 1 is a side elevation with partial section of an installation suitable for the application of the method according to the invention,
Figure 2 is a vertical section taken on line -2 of Figure 1.
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Figure 3 is a horizontal section taken on line 3-3 of Figure 1.
The installation suitable for the application of the process according to the invention of autogenous coking comprises an oven 10 with suitable mobile grid 11 in its lower portion.
The upper portion of the furnace above the grate comprises a partition 12 which divides it into two substantially independent combustion zones, but communicating with each other. The combustion zone situated between the grate 11 and the partition 12 is called the “primary” combustion zone and that which is located above the partition is called the “secondary” combustion zone. Separate air inlets serve to introduce air below the grate into the primary combustion zone and additional air into the secondary combustion zone.
The separate combustion zones with three independent air inlets allow the autogenous coking of the agglomerates of zinc and carbonaceous materials to be carried out and to completely consume all of the volatile materials released by them, so that no smoke or vapor is released. 'escapes from the installation.
The device for conveying the agglomerates or briquettes of the installation consists of a loading hopper 13 located outside the oven with a downwardly inclined grid 14. This inclined grid causes the briquettes to arrive on a sloping corridor 16 of marl which passes the load of briquettes through the opening 16 of the oven and over the loading end of the rack 11. A level adjustment bar 17 is located in the oven and above the loading end of the oven. grid 11 and when its position is varied in the vertical plane, adjusts the thickness of the layer of briquettes distributed over the loading end
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of the moving grid.
The moving grille 11 may preferably be a stepped grille, as described in United States Patent No. 2,229,447 of January 21, 1941. This stepped grille forms an inclined path up and down for the gates. agglomerates between the loading end and the unloading end of the grid. It has been found that the stepped grate of this type is particularly suitable for advancing a layer of agglomerates with a uniform movement in the coking oven by imparting sufficient agitation to it to cause uniform coking throughout the whole. layer thickness. On the other hand, an ordinary mechanical carbon grate can be used when, according to the nature of the briquettes, it is advantageous that their movement is continuous, but that the layer does not undergo agitation.
The grid 11 discharges into a hopper 18 forming part of the construction of the furnace. Coke-shaped briquettes which accumulate in the hopper may be discharged therefrom intermittently or continuously through a discharge gate 20 on a conveyor belt 21 or the like. The coked briquettes leaving the conveyor belt can be fed directly into the loading end of a conventional vertical retort.
The fines are removed from the briquette charge throughout its journey. In fact, the fines separate through the grid 14 in the loading hopper and collect in the lower portion of this hopper.
The fines thus removed are not charred and still contain the briquetting binder in sufficient quantity to be able to return them to the briquetting machine. The fines also separate from the briquettes as the load moves through the oven on the moving rack *
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These latter fines collect in hoppers 22 arranged immediately below the grid. The fines separated from the batch in the oven are at least partially coked and their binder removed. Accordingly, they are returned to the mixer which serves to prepare the briquette composition.
The separate combustion zones in the furnace are formed, as has been said, by the partition 12. The latter preferably comprises several openings 23 with sliding drawers 24 which make it possible to close the openings in part or in whole, from so as to regulate the temperature of the combustion gases in the various portions of the primary combustion zone. The openings 23 also allow unburned volatiles to pass from the primary combustion zone into the secondary combustion zone, where they are completely consumed.
The products of combustion exit the secondary combustion zone through a chimney 25 which operates at normal draft, but which can be regulated by a suitable damper 26. the air passing from the bottom upwards through the moving layer of. The agglomerate preferably arrives under pressure through a suitable supply pipe 27 comprising branched pipes with valve terminating at each of the hoppers 22 arranged below the moving grid 11.
This air inlet, which will be referred to hereinafter as the "primary" air inlet, must be carefully adjusted according to the invention so as to maintain a moderate protective flame, similar to that of a candle, around the briquettes of the layer. moving. Each of the air supply bypass pipes 28 has a separate valve which adjusts the amount of air entering each hopper and thus gives the flame the desired characteristics. By adjusting from a
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Appropriately by supplying air to each of the areas of the moving layer corresponding to the surface of the hoppers which lie below them, uniform coking conditions can be established in each zone of the layer.
In any case, according to the invention, the quantity of air admitted through the grid into the coking zones separated from the moving layer is regulated, so that the heat of the combustion of the volatile materials consumed in the layer in motion is not sufficient on its own to raise the temperature of the briquettes to the desired coking value. This avoids any possibility of local overheating of the briquettes of the moving layer at a temperature above 900 ° C. at which zinciferous milk is reduced and the carbonaceous binder holding the particles of zinciferous material in place deteriorates.
Air entering the primary combustion zone above the moving layer of briquettes is introduced through vents 30 in the side walls of the furnace. Air can be drawn in through these orifices by the natural draft existing in the oven and, in this case, the orifices 30 have suitable adjustable closures for controlling the volume of air admitted or the air can be drawn in. brought under pressure to the orifices by supply pipes each comprising a valve.
The quantity of air thus introduced into the primary combustion zone must be adjusted so as to cause combustion only of the quantity of unconsumed volatile matter released by the moving layer and which is necessary to make the neck set. - at an average coking temperature of around 800 C, the temperature of the hottest briquettes not exceeding 900 C. It results from the incomplete combustion of the volatile materials in the primary combustion zone that a brilliant flame is obtained which is particularly suitable for give up cha-
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their by radiation to the briquette layer.
This radiated heat has the effect of uniformly heating the moving layer and does not tend to reveal therein regions or areas of small extent of local superheating. The quantity of primary air introduced below the grille being regulated so as to maintain a moderate protective flame, similar to that of a candle, around the briquettes, the quantity of secondary air admitted through the orifices into the primary combustion zone must be maintained at a value just below that which would establish in the layer, by excessive heating, the conditions of reduction of the ore which are indicated by the presence of white clouds of zinc oxide in the layer. the gases coming out of the chimney.
The tertiary air from the secondary combustion zone located above the partition 12 arrives through orifices 31 drilled in the side walls of the furnace adjacent to this zone. The air can be drawn in through these orifices by the normal draft which exists in the oven or be discharged there under pressure by an air inlet pipe. The quantity of tertiary air thus introduced through the orifices 31 does not need to be carefully regulated, from the point of view of the success of the coking operation.
This secondary combustion zone is separated from the primary combustion zone by the partition 12 and its temperature has little influence on the coking temperature taken by the layer of briquettes moving on the grate 11. but to reduce to minimum the quantity of products leaving the chimney 2b in the form of smoke, due to the presence in these products of volatile materials not consumed in the coking operation, the quantity of tertiary air admitted into the secondary combustion zone must be sufficient to cause substantially complete combustion of volatiles not previously consumed in the moving bed or in the primary combustion zone.
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It has been found that it is advantageous to start a branch pipe 32 from the chimney 25 through which it is possible to discharge by means of a fan driven by a motor 33 and an auxiliary air pipe 34 a mixture of gases. the chimney with a metered quantity of cold air arriving through the auxiliary pipe 34, through a branch pipe 36 in the loading hopper 13 below the grate 14. These hot gases are used to dry the briquettes which are still there in the hopper, allowing them to quickly reach the coking temperature as they fall through lane 15 into the furnace.
These drying gases, together with the oven gases which may optionally escape through the orifice 16 of the oven, can exit through a suction hood 36 disposed immediately above the loading hopper.
It can therefore be seen that the coking oven which is used in the practice of the process according to the invention makes it possible to carefully regulate the quantity of air arriving in the separate zones of the oven (the moving layer and the primary combustion zone). so as to regulate the coking temperature and the conditions existing in the layer of briquettes which contain the zinciferous and carbonaceous materials. This adjustment of the air supply makes it possible to coke the briquettes without reducing the zinc-bearing material and without damaging the carbonaceous binder on the surface of the briquettes.
The small quantity of non-dosable air introduced by the unloading door 20 at the moment when the coked briquettes leave the hopper, can be eliminated from this hopper without accessing the interior of the furnace, by means of a pipe d. suction connected to the hopper 18.
The operation of the coking installation shown making it possible to carry out the autogenous coking of the agglomerates of zinciferous and carbonaceous materials according to
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the invention is as follows: The briquettes are preferably prepared as described in US Patents Nos. 1,810,070 of June 16, 1931 and 1,83 & .460 of December 8, 1931. The zinc-bearing material used to prepare these briquettes may consist, for example, of zinc ore such as willemite, zinc mattes (roasted zinc sulphide ore) or their mixtures, with or without other; enrichment addition of waste zinc oxide such as Waelz oxide, etc.
The briquettes should contain 18 to 30% by weight of bituminous coal of the freely swelling, easily coking type, this proportion preferably not exceeding 27%. If the proportion of bituminous coal is less than 18%, not enough volatile material is obtained to provide the amount of heat necessary for autogenous coking, and briquettes of insufficient strength are obtained. If the proportion of this bituminous coal exceeds 30% or better 27%. it tends to cause excessive swelling. The proportion of bituminous coal generally adopted varies with the size of the coal particles; the fine the particles, the lower the quantity of coal required.
For example, the same results are obtained with 20% bituminous coking coal in the extremely fine divided state as with 25% of the same coarse-grained coal. The balance of the carbonaceous material in briquettes is generally non-coking coal, such as anthracite.
The briquettes are introduced into the loading hopper 13 and they exit through the grid 14 and the passage 15 to arrive on the moving grid 11. The position of the level 17 adjustment bar is chosen so as to form on the grid a layer of thick briquettes?
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sufficient to achieve uniform coking. Preferably, the thickness of the layer is adjusted with respect to the grate surface and the speed of the layer so as to obtain 4.3 to 12.9 tonnes of coked briquettes at the outlet per day and per square meter of grid area.
Although by operating under these conditions one obtains briquettes satisfying from the point of view of the uniformity of the autogenous coking, it has been observed that it is better to regulate the production of coked briquettes, at 6.4-7, 5 tonnes per day per square meter of grid area. During normal operation, the controlled combustion of volatiles in the furnace establishes the desired coking conditions there. However, to start the furnace, these conditions can be established there by burning any suitable fuel introduced into the primary combustion zone.
The briquettes arriving at the load end of the furnace on lane 15 are subjected to the action of heat radiated from the primary combustion zone and thus almost reach the coking temperature before reaching the furnace. grid 11. The quantity of primary air coming under pressure through the valve inlet pipes 28 is regulated so as to maintain a moderate protective flame, similar to that of a candle, around the briquettes and between these limits. the quantity of air discharged into the various zones of the layer corresponding to the hoppers 22 is adjusted, so as to maintain the coking conditions uniform in the entire moving layer.
Having thus regulated the quantity of primary air, the quantity of secondary air arriving through the orifices 30 into the primary combustion zone is adjusted, so as to release, by the partial combustion of the volatiles in this zone, a quantity. of heat just below that which would establish reducing conditions in the layer of agglomerates. On point
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From a practical view of the operation of the furnace, this quantity of secondary air can be determined by observing, through a sight glass 38, at the end of the unloading hopper, the color of the lower layer of the briquettes exiting through the unloading end of the grid. The quantity of secondary air is increased to make these briquettes take the highest temperature, without reduction of the zinc ore.
The point at which this ore reduction begins is easily seen by the presence of a cloud of white zinc oxide in the stack gases. This reduction in ore occurs when the temperature of a briquette exceeds 9000C.
This is why the temperature of the hottest briquettes must be limited to 900 C. the average temperature of the layer being close to 800 C. The quantity of tertiary air arriving through the openings 31 in the secondary combustion zone is regulated. so as to admit a sufficient quantity of air to completely burn off the unburned volatiles leaving the primary combustion zone through the openings 23 of the partition. The amount of tertiary air required for this is easily determined by increasing this amount until the smoke has almost completely disappeared in the main chimney.
The coked briquettes coming out of the coking oven operating according to the invention can be introduced directly into the loading end of a vertical retort. These coked agglomerates are characterized not only by their physical strength which enables them to resist crushing in the lower portion of the vertical retort, but also by their exceptionally satisfactory surface characteristics which minimize "sandblasting". The briquettes prepared by the coking process according to the invention make it possible to improve the operation of vertical fusion retorts.
The
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The strength of the briquettes and their excellent surface characteristics minimize the formation of fines and ensure a smooth and uninterrupted circulation of the fly from the top to the bottom of the retorts as the zinc and carbonaceous materials are consumed. Due to the sand-free and ash-free surface of these briquettes, corrosion of the walls of the vertical retorts is also minimized. It can therefore be seen that the functioning of the melting operation in the vertical retorts has thus been improved, by constituting the charge by agglomerates of zinciferous and carbonaceous materials which have undergone an autogenous coking by the following process. 'invention.