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STAMICARBON N.V., résidant à HEERLEN (Pays-Bas).
PROCEDE POUR LA PREPARATION DE FERRO-SILICIUM.
L'invention concerne un procédé pour la préparation de ferro- silicium dans un four à cuve, dans lequel procédé une charge constituée par un mélange de combustible,composé principalement de carbone, tel que coke, charbon de bois ou anthracite, de fer ou de minerai de fer et d'une addition contenant du SiO2, est introduite dans le four par le sommet et à la base du- quel on souffle un gaz contenant de l'oxygène pour brûler et gazéfier une partie du combustible, afin de produire la quantité de chaleur et la tempé- rature élevée qui sont nécessaires pour la formation de ferro-silicium.
Le ferro-silicium formé peut être évacué par le bas du four.
Il est connu qu'on peut préparer ainsi un ferro-silicium ayant une teneur maximum en Si de 18%.
Bien qu'on s'attende à ce qu'une augmentation de la teneur en oxygène du vent de soufflage et l'emploi d'un vent de soufflage enrichi en oxygène, permettent la production d'un ferro-silicium d'une teneur en Si plus élevée, les essais réalisés dans ce sens pour produire un ferro-sili- cium de haute valeur n'ont pas été couronnés du succès jusqu'à présent dans la pratique.
Cependant, dans la technique, du ferro-silicium d'une teneur en Si plus élevée, de préférence supérieure à 25%, est fort demandé.
Ces alliages à pourcentages élevés ne sont préparés jusqu'à présent que dans des fours électriques, dans lesquels le courant électrique
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est conduit à travers un lit se composant d'un mélange de fer, de coke ou d'acide silicique. Pour arriver à un processus économique, la teneur en cendres du coke doit être maintenue faible, tandis que l'acide silicique doit aussi satisfaire à des conditions assez sévères en ce qui concerne sa pureté. Ordinairement, il faut utiliser à cet effet du quartz pur.
Ainsi, on réussit à faire monter la teneur en silicium du ferro-silicium, mens jusqu'à 95 - 99%.
Cependant, cette préparation dans des fours électriques est coûteuse par suite des grandes quantités de courant électrique nécessai- res. Un autre inconvénient réside dans le fait que les gaz, formés pendant les processus de réduction, sont peu utilisables du point de vue technique, parce que leur récupération est assez difficile et leur quantité est rela- tivement faible.
Or) on a fait la constatation surprenante qu'il est possible de préparer du ferro-silicium contenant 25-- 55% de Si avec formation simul- tanée d'un gaz à pouvoir calorifique élevé dans des fours à cuve.
Selon la présente invention, ceci peut s'effectuer en utilisant un vent de soufflage constitué d'un mélange d'oxygène et d'un agent de gazéification endothermique tel que vapeur et/ou acide carbonique, dans lequel mélange la teneur en oxygène est au moins de 65% en volume et au maximum de 90% en volume. Dans la pratique, on emploie de l'oxygène technique, l'azote pré- sent dans l'oxygène technique (pureté 90 - 95%) n'ayant pas d'influence défavorable. En fabriquant du ferro-silicium de 25% de Si au moins, il faut appliquer une température élevée, par exemple de 22000C ou davantage, dans le foyer du four. Une telle température peut être obtenue par l'emploi d' un mélange de vapeur et/ou d'acide carbonique et d'oxygène contenant du moins 65% en volume d'oxygène.
Par ailleurs, la teneur en oxygène du vent de soufflage doit être adaptée à la teneur en silice de la charge; la teneur en silicium du ferro-silicium à produire dépend du rapport entre la silice et le fer dans la charge ; rapport entre le -ferro-silicium et le gaz est particulièrement influencé par la quantité de combustible con- tenue dans la charge.
En vue de la production simultanée de quantités bien équili- brées de ferro-silicium et de gaz, on préfère utiliser un vent de souffla- ge contenant 80 - 85% en volume d'oxygène et composer la charge de façon telle que, par 1000 N m3 de gaz à pouvoir calorifique de 2800 kcal, on produit environ 400 kg de ferro-silicium à 25% de Si ou environ 200 kg de ferro-silicium à 55% de Si ou bien une quantité proportionnelle de fer- ro-silicium dont la teneur en silicium se trouve entre 25 et 55%.
Des pourcentages en oxygène plus élevés que 90% en volume sont à éviter parce que, autrement, des températures trop élevées peuvent être produites dans le foyer du four. L'application de ces températures trop élevées entraînerait une évaporation excessive de la silice, tandis que cette silice se sublime en des endroits plus froids du four, à tel point qu'il peut se produire une suspension de la charge ou des obstruc- tions .
Pour cette raison, il s'est avéré nécessaire de maintenir la teneur en constituants, formant des cendres, relativement basse. La te- neur en cendres du charbon ne doit pas surpasser 10%, tandis que la si- lice' utilisée doit contenir, de préférence 90% de SiO2 au minimum.
Par suite de l'emploi de matières de départ contenant peu de constituants formant des cendres, on n'a pas besoin d'évacuer du four de la scorie liquide, tandis que les constituants, formant la scorie, sont é- vaporés et évacués en compagnie des gaz s'échappant par le sommet du four.
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L'agent de gazéification endothermique se trouvant dans le vent de soufflage permet de maintenir la température de réaction la plus favorable et, en cas d'augmentation ou de réduction rapide de la tempéra- ture dans le foyer, de changer la teneur en oxygène du vent de soufflage sans influencer la qualité du gaz produit.
La manière dont le présent procédé est mis en oeuvre ainsi que les détails opératoires ressortiront mieux des exemples illustratifs sui- vants.
EXEMPLE 1
Un four à cuve a été alimenté d'un mélange de 100 parties en poids de coke, 15 parties en poids de fer et 33,5 parties en poids de gravier. Le coke contenait 10% de cendres; le gravier, 96% de SiO2. Comme vent de soufflage, on a utilisé un mélange d'oxygène technique et de vapeur de composition suivante :
26,5% en volume de H20
67,0% en volume de 02
6,5% en volume de N2.
La température du vent de soufflage était de 100 C environ.
En bas du générateur, on a soutiré du ferro-sillicium d'une teneur en Si de 43%. Le gaz final, se composant principalement de CO et de H2, avait un pouvoir calorifique de 2800 kcal par N m3. La production de ferro-sili- cium par 1000 N m3 de gaz a atteint 110 kg.
EXEMPLE 2
Un four à cuve a été rempli d'une charge se composant d'un mélange de 100 parties en poids de coke (teneur en cendres 10%), 11 par- ties en poids de fer et 39,5 parties en poids de gravier (96 % de SiO2).
Comme agent de gazéification, on a utilisé un mélange d'oxygè- ne technique et d'acide carbonique de composition suivante:
19% en volume de C02
73,5% en volume de 02 7,5 % en volume de N2.
Le ferro-silicium formé avait une teneur en silicium de 51%.
Le pouvoir calorifique du gaz final était de 2900 kcal par N m3.
La production de ferro-silicium par 1000 m3 de gaz a atteint 86 kg.
EXEMPLE 3
On a introduit dans un four à cuve une charge se composant de 100 parties en poids de coke, 19 parties en poids de fer et 77 parties en poids de gravier.
Le vent de soufflage utilisé était un mélange d'oxygène tech- nique et de vapeur de composition suivante:
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83% en volume de O2
6,5 % en volume de N2
10% en volume de H20.
Le ferro-silicium produit contenait 52% de silicium et la pro- duction a atteint de 182 kg de ferro-silicium par 1000 N m3 de gaz avec un pouvoir calorifique de 2600 kcal N m3.
Comme il résulte de ce qui précède, la présente invention concer- ne un nouveau procédé très avantageux pour la production de ferro-silicium de haute valeur et en même temps la production d'un mélange de gaz d'une excellente qualité calorifique, dont la composition est telle que le mélan- ge peut éventuellement être employé pour des synthèses organiques.
En utilisant un vent de soufflage contenant de l'oxygène, le- quel vent consiste en un mélange d'oxygène et de vapeur, d'oxygène et d' acide carbonique ou un mélange oxygène-vapeur-acide carbonique, il est pos- sible, en faisant varier la composition du vent, de maintenir et, les com- positions de la charge étant différentes, de régler la température de ré- action qui peut se trouver dans l'intervalle de 2200 - 3000 C, dans le foyer du four.
Par conséquent, le rapport entre les quantités de gaz et de ferro-silicium à produire peut être modifié à volonté.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour la préparation de ferro-silicium de haute va- leur contenant 25 - 55% de Si, dans lequel un mélange de combustible se composant principalement de charbon, fer ou oxyde de fer et silice, est converti dans un four à cuve et à l'aide d'un vent de soufflage contenant de l'oxygène, en ferro-silicium et en gaz inflammables, lequel ferro-sili- cium est évacué, à l'état fondu, à la base du four, ledit procédé étant caractérisé en ce que le vent de soufflage contenant de l'oxygène consis- te en un mélange d'oxygène technique et de;vapeur d'eau et/ou d'acide car- bonique, ce mélange contenant 65 - 90% en volume d'oxygène.
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STAMICARBON N.V., residing in HEERLEN (The Netherlands).
PROCESS FOR THE PREPARATION OF FERRO-SILICON.
The invention relates to a process for the preparation of ferro-silicon in a shaft furnace, in which a feed consisting of a mixture of fuel, mainly composed of carbon, such as coke, charcoal or anthracite, iron or carbon, is provided. iron ore and an addition containing SiO2, is introduced into the furnace from the top and at the base of which a gas containing oxygen is blown to burn and gasify part of the fuel, in order to produce the quantity of heat and high temperature which are necessary for the formation of ferro-silicon.
The ferro-silicon formed can be discharged from the bottom of the furnace.
It is known that a ferro-silicon having a maximum Si content of 18% can thus be prepared.
Although it is expected that an increase in the oxygen content of the blast wind and the use of an oxygen enriched blast wind will allow the production of a ferro-silicon with a content of If higher, attempts in this direction to produce high value ferro-silicon have so far not been successful in practice.
However, in the art, ferro-silicon with a higher Si content, preferably greater than 25%, is in great demand.
These high percentage alloys have so far only been prepared in electric furnaces, in which the electric current
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is led through a bed consisting of a mixture of iron, coke or silicic acid. To achieve an economical process, the ash content of the coke must be kept low, while the silicic acid must also meet rather severe conditions as regards its purity. Usually, pure quartz must be used for this purpose.
Thus, it is possible to increase the silicon content of ferro-silicon, mens up to 95 - 99%.
However, this preparation in electric ovens is expensive owing to the large amounts of electric current required. Another drawback lies in the fact that the gases formed during the reduction processes are of little use from a technical point of view, because their recovery is quite difficult and their quantity is relatively low.
Now) it has been surprisingly found that it is possible to prepare ferro-silicon containing 25-55% Si with the simultaneous formation of a gas of high calorific value in shaft furnaces.
According to the present invention, this can be done using a blowing wind consisting of a mixture of oxygen and an endothermic gasifying agent such as steam and / or carbonic acid, in which the oxygen content is mixed. less than 65% by volume and not more than 90% by volume. In practice, technical oxygen is used, the nitrogen present in technical oxygen (purity 90 - 95%) having no unfavorable influence. When making ferro-silicon of 25% Si at least, high temperature, for example 22000C or higher, should be applied to the furnace hearth. Such a temperature can be obtained by using a mixture of steam and / or carbonic acid and oxygen containing at least 65% by volume of oxygen.
Furthermore, the oxygen content of the blowing wind must be adapted to the silica content of the feed; the silicon content of the ferro-silicon to be produced depends on the ratio between silica and iron in the filler; The ratio of ferrosilicon to gas is particularly influenced by the amount of fuel contained in the charge.
In view of the simultaneous production of well balanced quantities of ferro-silicon and gas, it is preferred to use a blowing wind containing 80 - 85% by volume of oxygen and to compose the charge in such a way that, per 1000 N m3 of gas with calorific value of 2800 kcal, we produce about 400 kg of ferro-silicon with 25% Si or about 200 kg of ferro-silicon with 55% Si or else a proportional amount of ferro-silicon of which the silicon content is between 25 and 55%.
Oxygen percentages higher than 90% by volume should be avoided because otherwise too high temperatures may be produced in the furnace hearth. Applying these excessively high temperatures would cause the silica to evaporate excessively, while this silica sublimates in cooler parts of the furnace to such an extent that charge suspension or blockages can occur.
For this reason, it has been found necessary to keep the content of the ash-forming components relatively low. The ash content of the coal should not exceed 10%, while the silica used should preferably contain 90% SiO2 as a minimum.
As a result of the use of starting materials containing few ash-forming constituents, there is no need to drain liquid slag from the furnace, while the slag-forming constituents are evaporated and discharged as a result. company of gases escaping from the top of the furnace.
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The endothermic gasifying agent in the blast wind helps to maintain the most favorable reaction temperature and, in the event of a rapid increase or decrease in the temperature in the furnace, changes the oxygen content of the furnace. blowing wind without influencing the quality of the gas produced.
The manner in which the present process is carried out as well as the operational details will be more apparent from the following illustrative examples.
EXAMPLE 1
A shaft furnace was fed with a mixture of 100 parts by weight of coke, 15 parts by weight of iron and 33.5 parts by weight of gravel. The coke contained 10% ash; gravel, 96% SiO2. As blowing wind, a mixture of technical oxygen and steam of the following composition was used:
26.5% by volume of H20
67.0% by volume of 02
6.5% by volume of N2.
The temperature of the blowing wind was around 100 ° C.
Ferro-silicon with an Si content of 43% was withdrawn from the bottom of the generator. The final gas, consisting mainly of CO and H2, had a calorific value of 2800 kcal per N m3. The production of ferro-silicon per 1000 N m3 of gas reached 110 kg.
EXAMPLE 2
A shaft furnace was filled with a charge consisting of a mixture of 100 parts by weight of coke (ash content 10%), 11 parts by weight of iron and 39.5 parts by weight of gravel ( 96% SiO2).
As gasifying agent, a mixture of technical oxygen and carbonic acid of the following composition was used:
19% by volume of C02
73.5% by volume of 02 7.5% by volume of N2.
The ferro-silicon formed had a silicon content of 51%.
The calorific value of the final gas was 2900 kcal per N m3.
The production of ferro-silicon per 1000 m3 of gas reached 86 kg.
EXAMPLE 3
A charge consisting of 100 parts by weight of coke, 19 parts by weight of iron and 77 parts by weight of gravel was introduced into a shaft furnace.
The blowing wind used was a mixture of technical oxygen and steam of the following composition:
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83% by volume of O2
6.5% by volume of N2
10% by volume of H2O.
The ferro-silicon produced contained 52% silicon and the production reached 182 kg of ferro-silicon per 1000 N m3 of gas with a calorific value of 2600 kcal N m3.
As it follows from the above, the present invention relates to a very advantageous new process for the production of high-value ferro-silicon and at the same time the production of a gas mixture of excellent calorific quality, of which the The composition is such that the mixture can optionally be used for organic syntheses.
By using an oxygen-containing blowing wind, which wind consists of a mixture of oxygen and vapor, oxygen and carbonic acid or an oxygen-vapor-carbonic acid mixture, it is possible , by varying the composition of the wind, to maintain and, the composition of the load being different, to regulate the reaction temperature which can be in the range of 2200 - 3000 C, in the hearth of the furnace .
Therefore, the ratio between the amounts of gas and ferro-silicon to be produced can be changed at will.
CLAIMS.
1. Process for the preparation of high-value ferro-silicon containing 25 - 55% Si, in which a fuel mixture consisting mainly of carbon, iron or iron oxide and silica, is converted in a shaft furnace. and with the aid of a blast containing oxygen, ferro-silicon and flammable gases, which ferro-silicon is vented, in the molten state, at the base of the furnace, said process being characterized in that the oxygen-containing blast wind consists of a mixture of technical oxygen and water vapor and / or carbonic acid, this mixture containing 65 - 90% by volume of 'oxygen.
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