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PROCEDE DE REDUCTION D"OXYDES METALLIQUES. NOTAMMENT CEUX DU FER. DU
MANGANESE9 DU CHROME été,.
Il est connu de réduire les oxydes de fer, lors de l'affinage au four martin-Siemens, par le carbone du bain, avec transformation de la fonte brute en acier.
L'invention vise à appliquer un procédé analogue à la réduction d' oxydes de fer, de manganèse, de chrome, etc.,'au cours du fonctionnement en marche continue d'un four à réverbère, en maintenant la teneur en carbone du bain à une valeur élevée telle que l'on obtienne non pas un acier pauvre en carbone, mais un fer au carbone contenant environ 2,5 % C. Ce fer, qui est. soutiré du four à réverbère en continu ou par intermittence, est ensuite en partie recarburé dans un base de réaction séparé jusqu'à 3 - 5 % C et retour- né au four à réverbère.
Le procédé est exécuté dans un four semblable au four à réverbère pour minerais de cuivre, la disposition étant telle qu'un bain de 1000 t de fonte brute, par exemple, ou davantage, est maintenu dans le four, tandis que les minerais chargés à une extrémité du four forment une cou- che de scories d'une épaisseur de 5 - 20 cm par exemple, et que l'alliage au carbone forme un bain d'une profondeur de 1 m par exemple.
Les scories, dont la teneur en fer a été réduite par réaction avec le carbone du bain, sont en- suite soutirées, en continu ou par intermittence, par le coté opposé à l'extré- mité de chargement du minerai. L'oxyde de carbone qui se forme lors de la ré- action entre le bain carburé et le minerai ou la scorie oxydantes, se consu- me dans le four à réverbère et fournit une partie notable de la chaleur re- quise pour le procédé. En outre, le four est chauffé au poussier de charbon, au gaz, etc. Pour favoriser la réduction, on peut éventuellement addition- ner le minerai d'une petite quantité de combustible finement divisé.
En gé- néral, il sera cependant indiqué de réaliser la réduction uniquement par le carbone dissous de la fonte brute, car dans ce cas, et lorsqu'il s'agit de mi- nerais pauvres en soufre, ce dernier ne parvient pas dans le four et l'on peut travailler avec des scories acides, facilement fusibles.
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La carburation du fer pour refusion soutiré à une extrémité du four à réverbère s'opère dans un vase de réaction auquel le fer est amené du four en continu (par déversement de trop-plein p.ex.) ou par intermit- tence. Le vase de carburation peut être constitué par un grand baquet maçonné intérieurement et rempli de coke soufflé à chaud, cependant que, pour assurer la fixation du soufre, on peut introduire des additions telles que la chaux, le minerai de manganèse ou des composés de sodium. Selon une variante, on peut insuffler le carbone dans le vase de carburation sous forme de poussier de charbon, utilement avec une faible addition d'air, à travers le bain con- tenu dans ce vase, de sorte que ce dernier est d'autre part chauffé par une combustion partielle du poussier de charbon avec l'air.
De même, pour assurer la désulfuration, on peut mélanger au poussier de charbon de la chaux cuite finement broyée, de la soude ou du minerais de manganèse. Pour faciliter 1' introduction du mélange de poussier de charbon, d'air et d'autres additions éventuelles, on peut prévoir sur le fond du vase de carburation un bain de plomb dans lequel ce mélange est insufflé, de sorte que l'introduction peut se faire à l'aide de simples tubes en fer. Vu la pression de la colonne de fonte brute qui repose sur le bain de plomb, l'évaporation de ce dernier est minime.
Lorsque le bain de fonte brute présente une faible profondeur, on peut provoquer sciemment cette évaporation, dans lequel cas elle favorise la désulfuration de la fonte en formant des sulfures de plomb très volatils, La fonte brute carburée est soutirée du vase de carburation par intermit- tence ou en continu et est chargée à nouveau dans le four à réverbère, sur le côté de celui-ci opposé au point de soutirage du fer pour refusion.
Le minerai et les scories formées à partir de celui-ci d'une part, et la fonte brute d'autre part, peuvent traverser le four à réverbère à équi- courants ou à contre-courants.D'une façon générale, il est recommandé de charger le minerai du côté des brûleurs du four,de façon que les gaz réduc- teurs se développent principalement à cette extrémité du four et que la cha- leur de ces gaz puisse être utilisée autant que possible pour le chauffage du four.
Les gaz de combustion du four à réverbère, qui sont à une tempéra- ture d'environ 1200-13000C. peuvent servir au chauffage de chaudières à cha- leur perdue, ainsi qu'au réchauffage de l'air comburant. La consommation to- tale de combustible qui, lorsqu'il est fait usage de poussier de charbon dans le four de carburation, est constitué uniquement par du charbon à grain fin, s'élève, dans le cas où l'on traite des minerais de fer riches, et suivant le type du minerai, à 400-800 kg par t. de fonte brute, avec récupération d'en- viron 5 kg. de vapeur par kg de combustible, à partir des gaz de fumée.
Les dimensions des fours actuellement en usage dans la métallur- gie du cuivre, qui comportent une surface de foyer de 8 x 30 m, permettent une production d'environ 1000 t de fonte brute par jour. Les minerais peuvent se présenter en gros morceaux ou sous la forme de menus concentrés, de sorte qu' un frittage préalable ne s' impose pas.
Dans certains cas, notamment lorsque l'on dispose de combustibles pauvres en soufre, il peut être indiqué d'effectuer la carburation du bain de fer dans le four à réverbère même et d'insuffler dans ce but du combustible à grains fins et de l'air, ainsi que les additions éventuelles, dans le bain de fonte brute. L'insufflation peut se faire à l'aide de tuyères qui pénè- trent à la manière de brûleurs immergés dans l'alliage carburé, en traversant la couche de scories, ou à l'aide d'un bain de plomb que l'on maintient dans cette partie du four sous l'alliage carburé.
Les essais ont démontré que le procédé selon l'invention peut être modifié de façon que la réduction des oxydes métalliques soit assurée princi- palement par du combustible y mélangé. Dans ce cas, la quantité de combusti- ble sera calculée de façon à obtenir un alliage riche en carbone, à plus de 3 % C environ, de sorte que la réaction ultérieure du minerai ou des scories avec le bain peut se poursuivre, sans qu'il soit nécessaire de ramener au four à réverbère un alliage dont la teneur en carbone a été augmentée dans un vase
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de réaction spécial.
Pour favoriser la carburation de l'alliage formé directement à par- tir du mélange de minerai et de combustible, il est recommandé de transformer le minerai et le combustible en briquettes préalablement à leur chargement dans le four, vu que de telles briquettes ne forment des scories liquides qu' aux températures plus élevées qu'un mélange de minerai et de combustible char- gé sans agglomération préalable, de sorte que l'on dispose pour la carburation du fer désoxydé d'une température plus élevée et d'un temps plus long.
Les briquettes de minerai et de combustible seront chargées dans le four à réverbère à une extrémité de celui-ci, de préférence du côté des brûleurs, tandis que les scories seront déchargées à l'autre extrémité, de préférence du côté du rampant. Le chargement des briquettes dans la zone de fusion se fait utilement comme dans le four de fusion à réverbère pour mine- rais de cuivre, par un côté long du four et, éventuellement, par le côté en bout faisant partie de la zone de fusion, de préférence par le côté des brû- leurs. Les briquettes forment alors un talus appuyé contre la paroi, laquelle est ainsi protégée contre une attaque excessive par les scories. Dans ce cas, la zone de fusion du four consiste pratiquement en un chenal de fusion, formé par les briquettes mêmes et au milieu duquel se trouve un bain liquide d'al- liage et de scorie.
Il peut être avantageux dans ce cas de disposer la sole du foyer dans cette partie du four à une hauteur telle qu'il en résulte un bain relativement peu profond d'alliage et de scories, incapable de suppor- ter la colonne de briquettes, de façon que celle-ci tout en pouvant plonger dans le bain, ne puisse pas être entièrement portée par celui-ci.
L'alliage et les scories fraichement formés à partir des briquettes passent ensuite à la partie plus profonde du four, où a lieu une nouvelle ré- duction des oxydes métalliques des scories par le carbone de l'alliage, après quoi on peut soutirer des scories pauvres en métal et un alliage de composi- tion uniforme.
Pour assurer la combustion de l'oxyde de carbone formé lors de la réduction, et éventuellement celle des gaz de distillation - lorsqu'il est fait usage de charbon brut - on insuffle dans le four à réverbère de l'air éventuellement réchauffé ou enrichi en oxygène. Dans les conditions d'exploi- tation normales, les gaz formés lors de la réduction contiennent, même en l' absence de volumes importants de gaz de distillation, une quantité de chaleur suffisante pour couvrir, lorsqu'on les brûle ensemble avec des gaz contenant de l'oxygène, les besoins en chaleur du procédé, de sorte que les brûleurs prévus sur le côté en bout, et qui peuvent fonctionner au poussier de char- bon ou au gaz, ne doivent servir qu'à la mise en marche ou au réglage de la température du four.
Lorsque les briquettes sont amassées dans la zone de fu- sion, il peut être indiqué d'insuffler les gaz contenant de l'oxygène direc- tement à travers la couche de briquettes, de façon que, la réduction des oxy- des métalliques, la carburation de l'alliage et le réchauffage de la charge s'opèrent déjà dans une large mesure dans l'intérieur de la couche de briquet- tes encore à l'état solide.
Lors de la préparation d'un mélange de minerai et de combustible, avec ou sans formation de briquettes, on risque de voir l'alliage carburé ab- sorber une partie du soufre du combustible. Cependant, dans le procédé selon l'invention le soufre peut être fixé par des scories riche en chaux, tout comme dans le haut fourneau, ou bien, il peut être éliminé par un traitement ultérieur de l'alliage carburé, par exemple moyennant un traitement ultérieur de l'alliage dans le vase de réaction décrit ci-dessus, avec insufflation de soude, de chaux cuite, de minerai de manganèse, etc., si l'on tient à obtenir des scories facilement fusibles et moins riche en chaux, en produisant ain- si un alliage contenant du soufre.
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PROCESS FOR REDUCTION OF METAL OXIDES. ESPECIALLY THOSE OF IRON.
MANGANESE9 CHROME summer ,.
It is known to reduce the iron oxides, during refining in the Martin-Siemens furnace, by the carbon of the bath, with transformation of the pig iron into steel.
The invention aims to apply a process analogous to the reduction of oxides of iron, manganese, chromium, etc., during the continuous operation of a reverberation furnace, while maintaining the carbon content of the bath. at a high value such that one obtains not a low carbon steel, but a carbon iron containing about 2.5% C. This iron, that is. Continuously or intermittently withdrawn from the reverberant furnace, is then partly recarburized in a separate reaction base to 3 - 5% C and returned to the reverberant furnace.
The process is carried out in a furnace similar to the reverberation furnace for copper ores, the arrangement being such that a bath of 1000 tons of pig iron, for example, or more, is kept in the furnace, while the ores charged to one end of the furnace forms a slag layer with a thickness of 5-20 cm for example, and the carbon alloy forms a bath with a depth of 1 m for example.
The slag, the iron content of which has been reduced by reaction with the carbon in the bath, is then withdrawn, continuously or intermittently, from the side opposite to the loading end of the ore. The carbon monoxide which forms during the reaction between the carburetted bath and the oxidizing ore or slag burns in the reverberation furnace and provides a significant portion of the heat required for the process. In addition, the furnace is heated with coal dust, gas, etc. To aid reduction, the ore can optionally be added with a small amount of finely divided fuel.
In general, however, it will be advisable to carry out the reduction only by the dissolved carbon of the pig iron, because in this case, and in the case of low-sulfur minerals, the latter does not reach the tank. furnace and you can work with acid slag, easily fusible.
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The carburization of the reflow iron withdrawn from one end of the reverberant furnace takes place in a reaction vessel to which the iron is fed from the furnace continuously (by overflow discharge, for example) or intermittently. The carburizing vessel may consist of a large tub built on the inside and filled with hot blown coke, however, to ensure the fixation of the sulfur, additions such as lime, manganese ore or sodium compounds can be introduced. . Alternatively, the carbon can be blown into the carburizing vessel in the form of coal dust, usefully with a small addition of air, through the bath contained in this vessel, so that the latter is other part heated by partial combustion of coal dust with air.
Likewise, to ensure desulphurization, finely ground cooked lime, soda or manganese ore can be mixed with the coal dust. To facilitate the introduction of the mixture of coal dust, air and other possible additions, a lead bath can be provided on the bottom of the carburizing vessel into which this mixture is blown, so that the introduction can be provided. be done using simple iron tubes. Considering the pressure of the pig iron column which rests on the lead bath, the evaporation of the latter is minimal.
When the pig iron bath has a shallow depth, this evaporation can knowingly be caused, in which case it promotes the desulphurization of the cast iron by forming very volatile lead sulphides. The carburized pig iron is withdrawn from the carburizing vessel intermittently. tence or continuously and is loaded back into the reverberation furnace on the side thereof opposite to the point of withdrawal of the iron for reflow.
The ore and the slag formed from it on the one hand, and the pig iron on the other hand, can pass through the reverberation furnace in equivalents or countercurrents. It is recommended to charge the ore from the burner side of the furnace, so that reducing gases develop mainly at this end of the furnace and the heat from these gases can be used as much as possible for heating the furnace.
The flue gases from the reverberation furnace, which are at a temperature of about 1200-13000C. can be used to heat waste heat boilers, as well as to reheat the combustion air. The total consumption of fuel which, when coal dust is used in the carburizing furnace, consists only of fine-grained coal, rises in the case of treating ores of iron rich, and depending on the type of ore, at 400-800 kg per t. of pig iron, with recovery of about 5 kg. of steam per kg of fuel, from the flue gases.
The dimensions of the furnaces currently in use in copper metallurgy, which have a hearth surface of 8 x 30 m, allow a production of around 1000 t of pig iron per day. The ores can be presented in large pieces or in the form of small concentrates, so that prior sintering is not necessary.
In certain cases, especially when low sulfur fuels are available, it may be advisable to carry out the carburization of the iron bath in the reverberation furnace itself and to blow fine-grained fuel and gas for this purpose. air, as well as any additions, in the pig iron bath. Insufflation can be done using nozzles which penetrate like burners immersed in the carburetted alloy, passing through the slag layer, or using a lead bath that is maintains in this part of the furnace under the carbide alloy.
The tests have shown that the process according to the invention can be modified so that the reduction of the metal oxides is ensured mainly by fuel mixed with it. In this case, the quantity of fuel will be calculated so as to obtain an alloy rich in carbon, more than about 3% C, so that the subsequent reaction of the ore or the slag with the bath can continue, without any '' it is necessary to bring back to the reverberation furnace an alloy whose carbon content has been increased in a vessel
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special reaction.
To promote the carburization of the alloy formed directly from the mixture of ore and fuel, it is recommended to transform the ore and the fuel into briquettes before they are loaded into the furnace, since such briquettes do not form liquid slag only at temperatures higher than a mixture of ore and fuel charged without prior agglomeration, so that a higher temperature and a longer time are available for carburizing the deoxidized iron .
The ore and fuel briquettes will be loaded into the reverberation furnace at one end thereof, preferably on the burner side, while the slag will be discharged at the other end, preferably on the creeper side. The briquettes are loaded into the melting zone usefully as in the reverberant melting furnace for copper ores, by a long side of the furnace and, possibly, by the end side forming part of the melting zone, preferably from the side of the burners. The briquettes then form an embankment pressed against the wall, which is thus protected against excessive attack by the slag. In this case, the melting zone of the furnace practically consists of a melting channel, formed by the briquettes themselves and in the middle of which there is a liquid bath of alloy and slag.
It may be advantageous in this case to place the hearth hearth in this part of the furnace at a height such that a relatively shallow bath of alloy and slag results, incapable of supporting the column of briquettes, of so that it, while being able to dive into the bath, cannot be fully carried by it.
The alloy and the freshly formed slag from the briquettes then pass to the deeper part of the furnace, where a further reduction of the metal oxides from the slag by the carbon of the alloy takes place, after which slag can be withdrawn. poor in metal and an alloy of uniform composition.
In order to ensure the combustion of the carbon monoxide formed during the reduction, and possibly that of the distillation gases - when raw coal is used - air is blown into the reverberatory furnace, possibly reheated or enriched in oxygen. Under normal operating conditions, the gases formed during the reduction contain, even in the absence of large volumes of distillation gas, a sufficient quantity of heat to cover, when burned together with gases containing. oxygen, the heat requirements of the process, so that the burners provided on the end side, and which can operate on coal dust or gas, should only be used for starting up or oven temperature adjustment.
When the briquettes are collected in the melting zone, it may be advisable to blow the oxygen-containing gases directly through the layer of briquettes, so that, the reduction of metal oxides, the The carburization of the alloy and the heating of the charge already take place to a large extent in the interior of the layer of briquettes which is still in the solid state.
When preparing a mixture of ore and fuel, with or without briquette formation, there is a risk that the carburized alloy will absorb some of the sulfur in the fuel. However, in the process according to the invention the sulfur can be fixed by slag rich in lime, just as in the blast furnace, or it can be removed by a subsequent treatment of the carburized alloy, for example by means of a treatment. later of the alloy in the reaction vessel described above, with blowing of soda, baked lime, manganese ore, etc., if one wishes to obtain easily fusible slag and less rich in lime, in thus producing an alloy containing sulfur.
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