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PROCEDE POUR LA REDUCTION DE MINERAIS ET ANALOGUES.
La présente invention est relative a, un procédé pour la réduction de minerais. Elle concerre essentiellement la réduction de minerais de fer, mais peut aussi être appliquée lors de la réduction de minerais d'autres mé- taux.
L'invention a pour objet principal de rendre le chauffage d'une charge, contenant du minerais ainsi que des agents réducteurs carbonés, possi- ble par combustion au moyen dair ou d'un gaz passant à travers la charge, tout en évitant sensiblement l'oxydation du carbone contenu dans la charge par les gaz de combustion ou l'air, fournis pour leur production.
Depuis longtemps., on essaie d'utiliser la capacité calorifique du gaz combustible résultant de processus de réduction, pour couvrir au moins une partie de la chaleur nécessitée par le procédé et plusieurs procédés de réduction pour la production de fonte ou de fer spongieux, basés sur ce prin- cipe, ont été proposés.
Une difficulté qui se manifeste lors de l'application de tous ces procédés réside dans le fait qu'il n'est pas possible de chauffer une charge consistant en un mélange de minerais 'et d'un agent réducteur carboné à une température élevée, en brûlant un gaz combustible dans -La charge, car le carbone présent dans celle-ci réduirait immédiatement l'acide carbonique et la vapeur d'eau formés pendant la combustion du gaz en oxyde de carbone et en hydrogène et le carbone serait également brûlé directement par l'oxy- gène présent dans l'air introduit pour la combustion. Ainsi, à la fin de la combustion, le carbone solide est transformé en oxyde de carbone, au lieu que le gaz soit transformé en acide carbonique et en vapeur d'eau.
Trois procédés principaux ont été utilisés pour essayer d'éviter cette difficulté
1. La réduction est exécutée dans un four rotatif et le gaz dé- gagé par la charge, ainsi qu'un complément de gasoil ou de carbone en poudre
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est brûlé au-dessus de la surface de la charge. En raison, d'une part, de la surface de contact relativement insignifiante entre la charge et les gaz de combustion dans un four rotatif et, d'autre part, en raison du contact incomplet entre la charge et les gaz de combustion, par suite du dégagement de gaz de la charge, il est possible de brûler le gaz sans que se produise simultanément une combustion d'une portion plus considérable du carbone con- tenu dans la charge, par les gaz oxydants, au-dessus de la surface de la char- ge.
Ceci constitue le principe sur lequel est basé le procédé Krupp, décrit dans le brevet allemand n 534.011. Le contact non satisfaisant entre les gaz de combustion et la charge implique certains désavantages techniques au point de vue thermique. Les fours doivent avoir des capacités considérables, qui les rendent coûteux et impliquent de grandes pertes de chaleur.
2. La charge est enfermée dans des récipients en matière réfrac- taire,qui sont chauffés de l'extérieur par la combustion du gaz s'échappant desdits récipients et par une fraction additionnelle de gaz. Le procédé Hô- ganas pour la production de fer spongieux, inventé par S.E. Sieurin (brevet suédois n 31079) fonctionne selon ce principe. Dans ce cas aussi, les fours doivent présenter de grandes dimensions, qui rendent leur établissement coû- teux, tandis que le coût des récipients en matière réfractaire constitue aus- si une lourde charge.
3. Le minerai et le carbone ne sont pas mélangés avant leur in- troduction dans le four. Dans ce cas, le minerai peut être chauffé par combustion de gaz et peut éventuellement, lors d'une phase subséquente du procédé, être mélangé à du carbone pour la réduction finale. Ou bien, la réduction finale peut être exécutée '- l'aide d'un gaz réducteur en circula- tion ou à l'aide de gaz introduit de l'extérieur. Diverses méthodes proposées dans le passé ont adopté ce principe.
C'est le cas, par exemple, des métho- des de Héroult (brevet U.S.A. n 815.293), Frick (brevet suédois n 40093), Fornander-Gröndal (brevet suédois n 59401),Norsk Staal (brevet norvégien n 42213) Kàllink (brevet suédóis n 73.868),Ekelund (brevet suédois n 64316), Fornander (brevet suédoisn n 113.996), ainsi que de méthodes proposées antérieurement par la demanderesse pour la production de fer spongieux (brevet suédois n 46.507) et de fonte électrique (brevets suédois nos 102.948 et 114.463).
Bien que tous ces procédés soient basés sur un principe correct et que certains d'entre eux se soient même avérés d'un fonctionnement satisfaisant aux points de vue tech- nique et économique, ils nécessitent ordinairement des installations assez com- pliquées et coûteuses. C'est pourquoi, l'application de ces procédés a été limitée jusqu'à présent.
.L'oxyde de carbone brûlant au-dessus de la surface de la charge est obtenu lorsqu'on produit de la fonte ou des ferro-alliages dans des fours de fusion électriques ouverts, en utilisant des charges ordinaires consistant en un mélange de carbone et de minerais en morceaux. Evidemment, une partie de la chaleur ainsi produite est transmise à la charge, mais une partie très insignifiante de la quantité de chaleur développée dans la flamme peut seu- lement être utilisée. Dans le "Journal of the Iron and Steel Institute," vol. 156, 1947, p. 260, colonne 2, lignes 3 à 11, R.
Durrer signale que si en soufflant de l'air dans des fours de fusion électriques ouverts, juste au-dessous de la partie supérieure de ceux-ci, une combustion complète du gaz pourrait être obtenue, la consommation d'énergie électrique tomberait à une valeur n'excédant pas 1000 kw. par tonne de fonte, au lieu des 2.500 kw. par tonne généralement nécessaires. En raison de la difficulté décrite ci- dessus de brûler du gaz dans une charge ordinaire, R. Durrer suggère, dans la publication mentionnée ci-dessus, aux lignes 32 à 48 de la colonne 2 de la page 260, que le chauffage de la charge par la combustion de gaz ait lieu dans un four rotatif, la charge préchauffée et préréduite étant subséquemment amenée dans un four de fusion électrique.
Ce procédé est également basé sur un bon principe, mais il implique aussi une grande complication d'installa- tion avec les inconvénients attachés à cette complication.
Grâce au présent procédé, les désavantages mentionnés ci-dessus sont évités, lorsqu'on chauffe une charge contenant à la fois du minerai et des agents réducteurs carbonés par des gaz de combustion produits dans une
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chambre de combustion spéciale et passant à travers la charge ou lorsqu'on opère la combustion, au moyen d'air, de gaz traversant la charge, de manière que le carbone contenu dans la charge ne vienne pas en contact avec les gaz de combustion utilisés pour chauffer la charge ou avec l'air fourni en vue de leur production,
par le fait que les morceaux de l'agent réducteur carboné ou les corps consistant essentiellement en un mélange d'un minerai finement granulé et d'une matière carbonée finement granulée sont entourés d'une cou- che consistant en minerai finement granulé et/ou en autres matières de charge non combustibles finement granulées (qui, en conséquence;
ne contiennent pas de carbone libre ou n'en contiennent, tout au moins, que de faibles quantités, ladite couche étant, si nécessaire, maintenue en place par un agent liant, en sorte qu'elle forme une croûte solide et cohérente, destinée à protéger les matières carbonées se trouvant à l'intérieur, contre la combustion, tan- dis qu'elle présente, en même temps, une porosité suffisante, pour-permettr-e au gaz engendré, par les processus de réduction, etc.., dans les corps en question, de s'échapper. Outre le minerai, on peut employer, par exemple pour cette couche protectrice, de la. chaux, de la pierre calcaire et de l'ar- gile.
Si des corps, consistant essentiellement en un mélange de minerai finement granulé ou de matière carbonée finement granulée, doivent être en - ployés comme noyaux de la matière de charge, ces corps peuvent , par exemple, être produits sous forme de briquettes, ou par allongement du mélange humide selon un procédé connu, ou encore en faisant rouler des boulets constitués du mélange en question dans un tambour rotatif, avec ou sans addition d'un agent liant.
Les couches extérieures de minerai finement granulé et/ou d'autres matières de charge finement granulées peuvent être appliquées par des moyens connus en soi, par exemple en faisant rouler la matière constituant le noyau dans un tambour rotatif, tout en y introduisant la matière finement granulée qui doit former la couche extérieure et doit présenter une teneur appropriée en humidité, ou en projetant une suspension de la matière finement granulée sur la matière constituant le noyau, ou encore en plongeant les corps en ques- tion dans une telle suspension. Au besoin, on peut aussi ajouter des agents liants.
Dans le but de vérifier si une couche extérieure de matière fine- ment granulée protège réellement la matière carbonique contre toute combus- tion, les quatre expériences suivantes ont été exécutées
Un creuset, d'un diamètre d'environ 60 mm et d'une profondeur d'environ 150 mm, est rempli à l'aide de quatre mélanges différents de mine- rai de fer et de coke, et est chauffé à. 1000 C dans un four, en produisant une flamme d'une hauteur de 3 à 5 cm environ au-dessus de la surface de la charge. On souffle de l'air dans le creuset à travers un tube de quartz traversant la charge et aboutissant à 25 mm environ du ford du creuset. Les résultats des expériences sont donnés ci-après : EXPERIENCE 1 - Mélange de morceaux de minerai et de coke à gros- seur de grains à 10 mm environ.
Lors de l'insufflation d'air, la hauteur de la flamme est approxi- mativement doublée.
EXPERIENCE 2 - Boulets d'un diamètre d'environ 8 mm, consistant en un mélange de minerai finement granulé et de coke finement granulé, mais sans couche extérieure de minerai finement granulé.
Lors de l'insufflation d'air, la flamme diminue quelque peu, mais ne peut être éteinte.
EXPERIENCE 3 - Morceaux de coke d'environ 8 - 10 mm, avec une
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couche extérieure d'environ 1 mm de lliiner:a:L fj,²1ept gr8:pulé.
Lors de l'insufflation d'air, la flamme disparaît complètement, en raison du fait que le gaz est complètement brûlé avant d'atteindre la sur- face supérieure de la charge.
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EXPERIENCE 4. - Boulets d'un diamètre d'environ 10 mm consistant en noyaux d'un diamètre de mm environ d'un mélange de minerai finement gra- nulé et de coke finement granulé et en une couche extérieure d'environ 1 mm de minerai finement granulé.
Lors de l'insufflation d'air, la flamme disparaît complètement, comme dans l'expérience 3 .
Ces expériences montrent qu'il est possible de réaliser la com- bustion de gaz en question, si la matière carbonée présente dans la charge est protégée par une couche extérieure de minerai finement granulée cette combustion n'étant pas possible dans une charge ordinaire, où les morceaux de minerai et de coke sont simplement mélangés.
Afin de clarifier le principe de l'invention, plusieurs formes d'exécution de celle-ci seront décrites, à titre d'exemple, en référence aux dessins ci-annexés, qui illustrent schématiquement des fours de réduction convenant pour la mise en oeuvre de l'invention.
1. ADAPTATION DE L'INVENTION AUX FOURS DU TYPE A SOUE'-PLAGE.
La charge est constituée de morceaux de matière carbonée ou de corps consistant essentiellement en un mélange de minerai finement granulé et de matière carbonée finement granulée, entourés d'une couche extérieure de minerai finement granulé et/ou d'une autre matière de charge finement gra- nulée. Si le noyau consiste en morceaux de matière carbonée, une couche in- termédiaire,consistant essentiellement en un mélange de minerai et de matiè- re carbonée, peut éventuellement être appliquée, de manière à faciliter la. réduction directe à l'aide de carbone solide, qui doit avoir lieu dans cer- tains cas.
Si la matière carbonée est sulfureuse (par exemple, dans le cas du coke), une couche d'une matière absorbant le soufre peut, au besoin, être appliquée immédiatement sur les morceaux de matière carbonée, ou bien la ma- tière absorbant le soufre peut ê re mélangée avec la matière carbonée dans les corps en question ou dans la couche intermédiaire.
Le.four représenté à la figure 1 est un four à cuve 1 essentiel- lement du même type qu'un four ordinaire à soufflage et muni d'ouvertures 2- pour l'introduction d'air et/ou de gaz oxygéné à sa partie inférieure. Dans ce four, du carbone solide est transformé, par combustion, en oxyde de car- bone, pour obtenir la chaleur nécessaire pour fondre la fonte et la scorie et pour la réduction finale de la charge. En raison du caractère de la matière de charge et des conditions de réduction favorables offertes par le présent procédé, le four peut présenter des dimensions considérablement infé- rieures à celles d'un four à soufflage ordinaire et peut, par exemple, être un four à cuve de faible capacité.
Le four représenté % la figure 1 diffère du four à soufflage ordinaire ou du fourcuve ordinaire, par le fait que des ouvertures 3 sont ménagées à un ou plusieurs niveaux dans la partie su- périeure du four, pour l'introduction d'air servantla combustion d'au moins une partie du gaz, afin d'achever le chauffage rapide de la charge à la tem- pérature de réduction. La chaleur supplémentaire obtenue par la combustion du gaz est particulièrement précieuse, si la matière de charge est introdui- te è l'état humide ou si la combustion dans la partie inférieure du four-est exécutée avec de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène, car la quantité de gaz produite dans le four ne sera pas suffisante pour chauffer la charge se trouvant dans la partie supérieure du four jusqu'à la température de ré- duction, sans combustion de gaz dans cette partie supérieure.
Si, par combustion de gaz, la charge est chauffée à une tempéra- ture permettant qu'une réduction directe du-minerai avec du carbone solide à l'intérieur des morceaux de la charge commence déjà dans la zone de com- bustion se trouvant à la partie supérieure du four, il se produira une pé- nétration de gaz combustible dans la couche protectrice poreuse entourant les morceaux de la charge. Alors, ce gaz peut partiellement ou entièrement être brûlé par l'air introduit.
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2. ADAPTATION DE L'INVENTION A UN FOUR DE FUSION ELECTRIQUE.
La charge est composée de morceaux de matière carbonée ou de corps consistant essentiellement en un mélange de minerai finement granulé et de matière carbonée finement granulée, et entouré d'une couche extérieure de minerai finement granulé et/ou d'une autre matière de charge finement granu- lée. Si le noyau consiste en morceaux de matière carbonée, le type de cou- che intermédiaire décrit dans la forme d'exécution spécifiée sous 1, peut être appliqué.
Le four est soit un four de fusion électrique ouvert 4, du type utilisé pour la production de ferro-alliages, soit un four de fusion électri- que fermé 5 du type généralement utilisé pour la production de fonte électri- que, équipé d'une cuve 6 pour la charge. De l'air est soufflé à la partie supérieure du four ou dans la cuve par des ouvertures 7 prévues un ou plu- sieurs niveaux, pour la combustion du gaz formé dans la partie inférieure du four, par des réactions entre la matière carbonée et le minerai ou d'autres matières de charge, sous l'influence du chauffage électrique de la charge.
Si le chauffage de la charge par combustion de gaz est poussé jusqu'à une température telle que ces réactions puissent déjà avoir lieu dans la zone de combustion se trouvant à la partie supérieure du four, du gaz combusti- ble pénétrera dans la couche protectrice poreuse entourant les morceaux de la matière de charge. Dans ce cas, le gaz peut aussi être brûlé entièrement ou partiellement par l'air introduit.
3..ADAPTATION DE L'INVENTION AU PROCEDE D'ELABORATION DE FER SPONGIEUX OU AU
CHAUFFAGE DE LA CHARGE SANS REDUCTION PAR FUSION.
La charge est composée de morceaux de matière carbonée ou de corps consistant essentiellement en un mélange de minerai finement granulé et de matière carbonée finement granulée, entouré d'une couche extérieure de mine- rai finement granulé et/ou d'autres matières de charge finement granulées.
Si la charge consiste en morceaux de matière carbonée, telle que coke, char- bon de bois, graphite, fonte granulée, etc.. le même type de couche intermé- diaire que dans la forme d'exécution décrite plus haut sous 1 peut être ap- pliqué.
Le four peut être un four servant à la production de fer spongieux par un procédé connu, dans lequel le minerai est chauffé par introduction d'air par des ouvertures 8 (figure 4) établies à un ou plusieurs niveaux du four, pour la combustion, au moyen d'air, de gaz formé dans une autre partie du four, comme gaz excédentaire, pendant la réduction du minerai. Dans ces procédés, il est souvent difficile de trouver une utilisation profitable pour toite la chaleur dégagée par la combustion du gaz excédentaire ou par la ré- duction exothermique avec de l'oxyde de carbone. Suivant la présente inven- tion, cette chaleur excédentaire peut être utilisée pour réduire directement une partie du minerai avec du carbone solide à l'intérieur des morceaux de la matière de charge.
Par cette réduction directe, il se dégage du gaz com- bustible, qui pénètre dans la couche extérieure poreuse des morceaux de la matière de charge. Ce gaz peut alors être entièrement ou partiellement brû- lé par l'air introduit. Le chauffage de la matière de charge peut également avoir lieu par la combustion d'autres gaz ou d'autres matières de combustion fournis de l'extérieur, auquel cas la combustion peut aussi avoir lieu dans un four séparé.
Le procédé faisant l'objet du brevet suédois n 46.507 et relatif la production de fer spongieux a été choisi comme exemple & la figure 4.
Cette figure montre schématiquement un four à cuve pour l'exécution -de ce procédé. Selon le procédé antérieur, seul du minerai est placé dans la cuve 9, tout le carbone étant placé dans le carburateur 10. Selon la présente invention,une partie seulement du carbone est placée dans le carburateur 10, le restant se trouvant à l'intérieur de la matière de charge, qui est placée dans la cuve 9. Ceci constitue une différence très importante, car, selon le nouveau procédé de la présente invention, la réduction du minerai peut déjà commencer dans.la zone de combustion prévue à la partie supé- rieure du four, en utilisant la chaleur excédentaire qui, en d'autres cicons-
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tances, serait perdue.
Par ailleurs, il est très avantageux que la réduction commence = l'intérieur des morceaux, car sinon les parties centrales d'un morceau ou corps nécessiteraient un temps de réduction fort long. En trans- férant une partie du carbone nécessaire du carburateur 10 à la cuve 9, la quantité de gaz de circulation nécessaire diminue, ainsi que les besoins en chaleur, fournie par chauffage électrique, du carburateur.
Ainsi, le procédé suivant la présente invention permet une pro- duction accrue, tout en exigeant une moindre consommation d'énergie. Des avantages similaires sont obtenus, lorsqu'on adapte le procédé suivant l'in- vention à d'autres procédés connus de production de fer spongieux. On pour- rait considérer, comme un désavantage, le fait que des cendres ainsi que le soufre contenu dans la matière carbonée incluse dans la charge restent dans le fer spongieux, mais ceci peut être évité, par exemple, en utilisant une matière carbonée à faible teneur en cendres et en soufre, ou en ajoutant une matière absorbant le soufre, tel que la chaux, puis en opérant une séparation magnétique ou un traitement similaire.
Le procédé suivant l'invention peut aussi être utilisé avantageu- sement pour la production d'alliages. Dans ce cas, on emploiera des corps comportant un noyau constitué d'un mélange d'un agent réducteur solide et d'un minerai d'un ou de plusieurs éléments d'alliage, comme matière de char- ge, tandis que la couche protectrice consistera en minerai finement granulé ou en un oxyde d'un autre élément d'alliage. Dans ce cas, comme dans cer- taines autres formes d'exécution du procédé suivant l'invention, on peut uti- liser de la fonte en poudre, par exemple sous forme granulée, auquel cas le carbone contenu dans cette fonte sert d'agent réducteur solide.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé pour la réduction de minerais et de metières analogues, dans lequel une charge contenant à la fois du minerai et un agent de réduc- tion carboné solide est chauffée, par combustion, au moyen d'air, d'un gaz traversant la charge, le carbone contenu dans la charge ne venant pas en con- tact avec les gaz de combustion ou avec l'air introduit pour produire ceux-ci, par le fait qu'on entoure les morceaux individuels de l'agent de réduction carboné ou de corps consistant essentiellement en un mélange de minerai finement granulé et de matière carbonée finement granulée, d'une couche ex- térieure consistant essentiellement en minerai finement granulé et/ou en autres matières de charge non combustibles et finement granulées (qui ne contiennent pas de carbone libre ou n'en contiennent, tout au moins, que de faibles quantités),
lesdites couches étant, si nécessaire, maintenues en place.par un agent liant, de manière à former des croûtes solides et cohé- rentes, qui protègent la matière carbonée intérieure contre la combustion, tout en étant suffisamment poreuses pour permettre au gaz, qui se forment au cours des processus de réduction etc.., à l'intérieur des morceaux de s'échapper.
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PROCESS FOR THE REDUCTION OF ORE AND THE LIKE.
The present invention relates to a process for the reduction of ores. It mainly concerns the reduction of iron ores, but can also be applied when reducing ores of other metals.
The main object of the invention is to make the heating of a load, containing ores as well as carbonaceous reducing agents, possible by combustion by means of air or a gas passing through the load, while substantially avoiding heat loss. oxidation of the carbon contained in the feed by combustion gases or air supplied for their production.
For a long time, attempts have been made to use the heat capacity of the fuel gas resulting from reduction processes, to cover at least part of the heat required by the process and several reduction processes for the production of cast iron or spongy iron, based on this principle, have been proposed.
A difficulty which manifests itself in the application of all these methods is that it is not possible to heat a charge consisting of a mixture of ores and a carbonaceous reducing agent at an elevated temperature, by burning a combustible gas in -the load, because the carbon present in it would immediately reduce the carbonic acid and water vapor formed during the combustion of the gas into carbon monoxide and hydrogen and the carbon would also be burnt directly by the oxygen present in the air introduced for combustion. Thus, at the end of combustion, solid carbon is transformed into carbon monoxide, instead of the gas being transformed into carbonic acid and water vapor.
Three main methods have been used to try to avoid this difficulty
1. The reduction is carried out in a rotary kiln and the gas given off by the charge, as well as additional diesel or carbon powder.
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is burnt above the surface of the load. Due, on the one hand, to the relatively insignificant contact area between the charge and the combustion gases in a rotary kiln and, on the other hand, due to the incomplete contact between the charge and the combustion gases, as a result evolution of gas from the feed, it is possible to burn the gas without simultaneous combustion of a larger portion of the carbon contained in the feed by the oxidizing gases above the surface of the feed. charge.
This constitutes the principle on which the Krupp process is based, described in German patent no. 534,011. The unsatisfactory contact between the combustion gases and the charge involves certain technical disadvantages from a thermal point of view. The ovens must have considerable capacities, which make them expensive and involve great heat losses.
2. The charge is enclosed in vessels of refractory material, which are heated from the outside by the combustion of the gas escaping from said vessels and by an additional fraction of gas. The Hoganas process for the production of spongy iron, invented by S.E. Sieurin (Swedish patent no. 31079) works according to this principle. In this case too, the furnaces must have large dimensions, which make their establishment expensive, while the cost of the refractory material containers is also a heavy burden.
3. The ore and carbon are not mixed before entering the kiln. In this case, the ore can be heated by gas combustion and can optionally, in a subsequent phase of the process, be mixed with carbon for the final reduction. Or, the final reduction can be carried out - using circulating reducing gas or using gas introduced from outside. Various methods proposed in the past have adopted this principle.
This is the case, for example, of the methods of Héroult (US patent n 815,293), Frick (Swedish patent n 40093), Fornander-Gröndal (Swedish patent n 59401), Norsk Staal (Norwegian patent n 42213) Kàllink ( Swedish Patent No. 73,868), Ekelund (Swedish Patent No. 64316), Fornander (Swedish Patent No. 113,996), as well as methods previously proposed by the Applicant for the production of spongy iron (Swedish Patent No. 46,507) and electric melting (Swedish patents nos 102.948 and 114.463).
Although all these methods are based on a correct principle and some of them have even been found to function satisfactorily from the technical and economic points of view, they usually require rather complicated and expensive installations. Therefore, the application of these methods has been limited so far.
Carbon monoxide burning above the surface of the charge is obtained when producing cast iron or ferroalloys in open electric melting furnaces, using ordinary charges consisting of a mixture of carbon and of ores in pieces. Obviously, part of the heat thus produced is transmitted to the load, but a very insignificant part of the amount of heat developed in the flame can only be used. In the "Journal of the Iron and Steel Institute," vol. 156, 1947, p. 260, column 2, lines 3 to 11, R.
Durrer reports that if by blowing air into open electric melting furnaces just below the top of these, complete combustion of the gas could be obtained, the consumption of electric power would drop to a value not exceeding 1000 kw. per ton of cast iron, instead of 2,500 kw. per tonne generally required. Due to the above-described difficulty of burning gas in an ordinary load, R. Durrer suggests in the above-mentioned publication at lines 32-48 of column 2 on page 260 that heating the charge by gas combustion takes place in a rotary kiln, the preheated and pre-reduced charge subsequently being fed into an electric melting furnace.
This process is also based on a good principle, but it also involves a great complication of installation with the drawbacks attached to this complication.
By virtue of the present process, the above-mentioned disadvantages are avoided, when heating a charge containing both ore and carbonaceous reducing agents by combustion gases produced in a combustion chamber.
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special combustion chamber and passing through the charge or when the combustion is carried out, by means of air, of gas passing through the charge, so that the carbon contained in the charge does not come into contact with the combustion gases used to heat the load or with the air supplied for their production,
in that the pieces of the carbonaceous reducing agent or the bodies consisting essentially of a mixture of a finely granulated ore and a finely granulated carbonaceous material are surrounded by a layer consisting of finely granulated ore and / or of other finely granulated non-combustible fillers (which, accordingly;
do not contain free carbon or at least contain only small amounts thereof, said layer being, if necessary, held in place by a binding agent, so that it forms a solid and coherent crust, intended to protect the carbonaceous materials inside, against combustion, while at the same time it has sufficient porosity to allow the gas generated by reduction processes, etc. in the bodies in question, to escape. In addition to the ore, one can use, for example for this protective layer, the. lime, limestone and clay.
If bodies, consisting essentially of a mixture of finely granulated ore or finely granulated carbonaceous material, are to be used as the cores of the filler material, these bodies may, for example, be produced as briquettes, or by elongation. wet mixing according to a known process, or by rolling balls made of the mixture in question in a rotating drum, with or without the addition of a binding agent.
The outer layers of finely granulated ore and / or other finely granulated fillers can be applied by means known per se, for example by rolling the material constituting the core in a rotating drum, while feeding the finely material therein. granule which is to form the outer layer and must have an appropriate moisture content, or by spraying a suspension of the finely granulated material onto the material constituting the core, or by dipping the bodies in question in such a suspension. If necessary, binding agents can also be added.
In order to verify whether an outer layer of finely granulated material actually protects the carbonic material against combustion, the following four experiments were carried out.
A crucible, with a diameter of about 60 mm and a depth of about 150 mm, is filled with four different mixtures of iron ore and coke, and is heated to. 1000 C in an oven, producing a flame about 3 to 5 cm high above the surface of the load. Air is blown into the crucible through a quartz tube passing through the charge and terminating approximately 25 mm from the ford of the crucible. The results of the experiments are given below: EXPERIENCE 1 - Mixture of pieces of ore and coke with a grain size of approximately 10 mm.
When blowing in air, the height of the flame is approximately doubled.
EXPERIENCE 2 - Pellets with a diameter of about 8mm, consisting of a mixture of finely granulated ore and finely granulated coke, but without an outer layer of finely granulated ore.
When blowing in air, the flame decreases somewhat, but cannot be extinguished.
EXPERIENCE 3 - Pieces of coke of about 8 - 10 mm, with a
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outer layer of about 1 mm of lliiner: a: L fj, ²1ept gr8: pulé.
When blowing in air, the flame disappears completely, due to the fact that the gas is completely burnt before reaching the top surface of the load.
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EXPERIENCE 4. - Balls with a diameter of about 10 mm consisting of cores with a diameter of about mm of a mixture of finely grained ore and finely granulated coke and an outer layer of about 1 mm finely granulated ore.
When blowing in air, the flame disappears completely, as in Experiment 3.
These experiments show that it is possible to carry out the combustion of the gas in question, if the carbonaceous material present in the charge is protected by an outer layer of finely granulated ore, this combustion not being possible in an ordinary charge, where the pieces of ore and coke are simply mixed.
In order to clarify the principle of the invention, several embodiments thereof will be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, which schematically illustrate reduction furnaces suitable for the implementation of invention.
1. ADAPTATION OF THE INVENTION TO OVENS OF THE SOUE'-PLAGE TYPE.
The filler consists of pieces of carbonaceous material or bodies consisting essentially of a mixture of finely granulated ore and finely granulated carbonaceous material, surrounded by an outer layer of finely granulated ore and / or other finely grained filler material. - canceled. If the core consists of pieces of carbonaceous material, an intermediate layer, consisting essentially of a mixture of ore and carbonaceous material, may optionally be applied, so as to facilitate the. direct reduction using solid carbon, which must take place in some cases.
If the carbonaceous material is sulphurous (for example, in the case of coke), a layer of sulfur-absorbing material can, if necessary, be applied immediately to the pieces of carbonaceous material, or the sulfur-absorbing material. can be mixed with the carbonaceous material in the bodies in question or in the intermediate layer.
The oven shown in Figure 1 is a shaft furnace 1 essentially of the same type as an ordinary blowing furnace and provided with openings 2- for the introduction of air and / or oxygenated gas to its part. lower. In this furnace, solid carbon is converted, by combustion, into carbon monoxide, to obtain the heat necessary to melt the pig iron and the slag and for the final reduction of the charge. Due to the character of the feed material and the favorable reduction conditions afforded by the present process, the furnace may have dimensions considerably smaller than those of an ordinary blow-molding furnace and may, for example, be a blow-molding furnace. low capacity tank.
The furnace represented in FIG. 1 differs from the ordinary blowing furnace or from the ordinary furnace, in that openings 3 are made at one or more levels in the upper part of the furnace, for the introduction of air serving combustion. of at least part of the gas, in order to complete the rapid heating of the load to the reduction temperature. The additional heat obtained by the combustion of the gas is particularly valuable, if the filler material is introduced in a wet state or if the combustion in the lower part of the furnace is carried out with oxygen or air. enriched in oxygen, because the quantity of gas produced in the furnace will not be sufficient to heat the charge in the upper part of the furnace to the reduction temperature, without combustion of gas in this upper part.
If, by combustion of gas, the charge is heated to a temperature which allows direct reduction of the ore with solid carbon within the pieces of the charge to begin already in the combustion zone below. the upper part of the furnace, fuel gas will penetrate the porous protective layer surrounding the pieces of the load. Then, this gas can partially or entirely be burned by the introduced air.
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2. ADAPTATION OF THE INVENTION TO AN ELECTRIC FUSION OVEN.
The charge is composed of pieces of carbonaceous material or bodies consisting essentially of a mixture of finely granulated ore and finely granulated carbonaceous material, and surrounded by an outer layer of finely granulated ore and / or other finely granulated filler material. granulated. If the core consists of pieces of carbonaceous material, the type of intermediate layer described in the embodiment specified under 1 can be applied.
The furnace is either an open electric melting furnace 4, of the type used for the production of ferroalloys, or a closed electric melting furnace 5 of the type generally used for the production of electric iron, equipped with a tank 6 for charging. Air is blown from the upper part of the furnace or into the tank through openings 7 provided at one or more levels, for the combustion of the gas formed in the lower part of the furnace, by reactions between the carbonaceous material and the gas. ore or other feedstocks, under the influence of electric heating of the load.
If the heating of the charge by gas combustion is increased to a temperature such that these reactions can already take place in the combustion zone at the top of the furnace, combustible gas will enter the porous protective layer. surrounding the pieces of the filler material. In this case, the gas can also be completely or partially burned by the introduced air.
3..ADAPTATION OF THE INVENTION TO THE PROCESS FOR PREPARING SPONGIOUS IRON OR TO THE
HEATING OF THE LOAD WITHOUT REDUCTION BY FUSION.
The filler is composed of pieces of carbonaceous material or bodies consisting essentially of a mixture of finely granulated ore and finely granulated carbonaceous material, surrounded by an outer layer of finely granulated ore and / or other finely granulated fillers. granulated.
If the filler consists of pieces of carbonaceous material, such as coke, charcoal, graphite, granulated cast iron, etc., the same type of intermediate layer as in the embodiment described above under 1 can be used. applied.
The furnace can be a furnace used for the production of spongy iron by a known process, in which the ore is heated by introducing air through openings 8 (Figure 4) established at one or more levels of the furnace, for combustion, by means of air, gas formed in another part of the furnace, as excess gas, during the reduction of the ore. In these processes, it is often difficult to find profitable use for the heat given off by the combustion of the excess gas or by the exothermic reduction with carbon monoxide. According to the present invention, this excess heat can be used to directly reduce part of the ore with solid carbon inside the pieces of the feed material.
By this direct reduction, fuel gas is released, which penetrates the porous outer layer of the pieces of the filler material. This gas can then be entirely or partially burnt by the introduced air. Heating of the feed material can also take place by the combustion of other gases or other combustion materials supplied from the outside, in which case the combustion can also take place in a separate furnace.
The process which is the subject of Swedish patent No. 46.507 and relating to the production of spongy iron has been chosen as an example & figure 4.
This figure schematically shows a shaft furnace for carrying out this process. According to the prior method, only ore is placed in the tank 9, all the carbon being placed in the carburetor 10. According to the present invention, only a part of the carbon is placed in the carburetor 10, the remainder being inside. of the feed material, which is placed in the tank 9. This constitutes a very important difference, since, according to the new process of the present invention, the reduction of the ore can already begin in the combustion zone provided at the upper part. - top of the oven, using excess heat which, in other words,
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tances, would be lost.
Furthermore, it is very advantageous that the reduction begins = inside the pieces, because otherwise the central parts of a piece or body would require a very long reduction time. By transferring a part of the necessary carbon from the carburetor 10 to the vessel 9, the quantity of circulating gas required decreases, as does the heat requirement, supplied by electric heating, of the carburetor.
Thus, the process according to the present invention allows increased production while requiring less energy consumption. Similar advantages are obtained when the process according to the invention is adapted to other known processes for the production of spongy iron. It could be considered a disadvantage that ash as well as the sulfur contained in the carbonaceous material included in the charge remains in the spongy iron, but this can be avoided, for example, by using a low carbonaceous material. ash and sulfur content, or by adding a sulfur-absorbent material, such as lime, followed by magnetic separation or the like.
The process according to the invention can also be used advantageously for the production of alloys. In this case, bodies comprising a core consisting of a mixture of a solid reducing agent and an ore of one or more alloying elements will be employed as the filler, while the protective layer will consist of finely granulated ore or an oxide of another alloying element. In this case, as in certain other embodiments of the process according to the invention, it is possible to use powdered iron, for example in granulated form, in which case the carbon contained in this iron serves as an agent. solid reducer.
CLAIMS.
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1. A process for the reduction of ores and the like, in which a feed containing both ore and a solid carbon reducing agent is heated by combustion, by means of air, of a gas passing through the gas. charge, the carbon contained in the charge not coming into contact with the combustion gases or with the air introduced to produce the latter, by surrounding the individual pieces of the carbonaceous reducing agent or of a body consisting essentially of a mixture of finely granulated ore and finely granulated carbonaceous material, of an outer layer consisting essentially of finely granulated ore and / or other non-combustible and finely granulated fillers (which do not contain free carbon or contain, at least, only small quantities),
said layers being, if necessary, held in place by a binding agent, so as to form solid and coherent crusts, which protect the internal carbonaceous material against combustion, while being sufficiently porous to allow the gas, which to settle. form during reduction processes etc., inside pieces to escape.