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PERFECTIONNEMENTS A LA FUSION DU ZINCo
La présente invention à laquelle a collaboré Monsieur Stephen Esslemont Woods, se rapporte};,la fusion du zinc dans laquelle on récupère la plus grande partie du zinc sous forme métallique, et elle a pour objet certains perfectionnements visant à réduire au minimum la réoxydation de la vapeur de zinc contenue dans le produit gazeux provenant de l'opération de fusion pendant son transfert dans un condenseur de la vapeur de zinc.
Dans le brevet n 496.403 du 16 juin 1950 pour "Perfectionnements à la fusion du zinc la demanderesse a revendiqué un procédé de fusion de minerais de zinc au moyen d'un haut-fourneau et à condenser la vapeur de zinc provenant des gaz du haut-fourneau dans un condenseur, procédé qui consiste à introduire une quantité réglée d'air, d'oxygène, ou d'air enrichi en oxygène dans les gaz du haut-fourneau, entre celui-ci et le condenseur, cette opération ayant pour but d'oxyder l'oxyde de carbone de manière que la chaleur d'oxydation ainsi dégagée serve à élever la température des gaz pour empêcher ou réduire la formation d'oxyde de zinc.
La description particulière du procédé de l'invention qui va suivre s'applique à un haut-fourneau comportant un conduit de sortie partant d'une cuve inversée placée à une certaine distance sur la hauteur du four et en dessous de la surface de la charge.
La demanderesse a constaté que l'invention faisant l'objet du brevet n 496.403 précité s'applique plus spécialement à différents types d'autres fours tels qu'un haut-fourneau comportant une sortie à sa partie supérieure et aussi à des fours électrothermiques.
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Le produit gazeux provenant de l'opération de fusion du zinc contient de la vapeur de zinc (Zn), de l'anhydride carbonique (C02) et de l'oxyde de carbone (CO) en des proportions réciproques variables, qui dépendent du caractère de l'opération de fusion. Par exemple, le produit gazeux d'une opération de fusion dans un haut-fourneau (ce produit gazeux étant appelé ici gaz de haut-fourneau) peut contenir (approximativement) 5% de Zn, 6,5% de CO2, 26,5% de CO, et 62% d'azote (N), tandis que le produit gazeux émanant d'une opération de fusion électrothermique peut contenir (approximativement) 40% de Zn, 1,5% de CO2, 51% de CO et 7,5% de N.
Les proportions relatives de Zn, de CO2 et de CO dans le produit gazeux de chacune de ces opérations sont telles que la vapeur de zinc réagit avec l'anhydride carbonique pour former de l'oxyde de zinc (ZnO) lorsque la température du produit gazeux s'abaisse jusqu'à environ 941 C. L'oxydation de la vapeur de zinc par l'anhydride carbonique se produit conformément à la réaction réversible suivante :
Zn + CO2 # ZnO + CO
Dans un produit gazeux contenant les trois gaz (Zn, C02 et CO), la température à laquelle la vapeur de zinc est oxydée par l'anhydride carbonique (appelée ici "température de réoxydation") dépend du produit des concentrations en vapeur de zinc par les concentrations en anhydride carbonique divisé par la concentration en oxyde de carbone, ce que l'on peut désigner par le rapport d'équilibre suivant :
Zn x CO2
CO Plus le rapport d'équilibre est élevé, plus la température de réoxydation est élevée.
L'économie générale de la présente invention sera mieux comprise encore à l'aide du dessin annexé, qui représente une coupe verticale d'un haut-fourneau pour la production du zinc dans lequel les gaz émanant de ce haut-fourneau sont prélevés à la partie supérieure du four, au-dessus du niveau de la charge de celui-ci.
Dans le haut-fourneau servant à la production de zinc, représenté sur le dessin annexé, les gaz de ce haut-fourneau s'accumulent à la partie supérieure du four 1, au-dessus du niveau a de la charge. La charge soumise à la fusion, que l'on préchauffe à une température d'au,moins 700 C et, de préférence à environ 850 C, est introduite à la partie supérieure du haut-fourneau par un dispositif de chargement 2, qui peut être constitué de manière appropriée par un double cône (ou une double glissière ou encore une glissière et un cône), qui assure l'étanchéité de la partie supérieure du four. Les gaz du haut-fourneau sont évacués par une sortie de gaz 3 dans un passage ou carneau 4 et ils sont ensuite envoyés d'une manière appropriée dans un condenseur de zinc.
Conformément à la présente invention, on introduit, par un conduit 5, une quantité réglée d'un gaz contenant de l'oxygène, tel que l'air, l'air enrichi en oxygène, ou l'oxygène, dans les gaz du haut-fourneau qui s'accumulent dans l'espace situé au-dessus du niveau de la charge, en vue d'élever par l'oxydation de l'oxyde de carbone la température de ces gaz, par exemple à au moins 1000 C. Après un chauffage de ce genre, les gaz du haut-fourneau contiennent environ 1% d'anhydride carbonique en plus et environ 2% d'oxyde de carbone en moins, la teneur en zinc restant approximativement identique.
Avec un gaz de haut-fourneau ayant une température initiale normale de 941 C et la composition suivante : Zinc 5 %
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Anhydride carbonique 6,5 Oxyde de carbone 26,4 Azote 62,1 une quantité de 3% d'air (basée sur le volume des gaz du haut-fourneau à température et à pression normales),chauffée à environ 600 C et introduite dans le four par le conduit 5 au-dessus de la charge, élève la tem- pérature des gaz jusqu'à environ 1030 C.
En utilisant des gaz qui contiennent plus d'oxygène que l'air, on peut obtenir la même élévation de température des gaz du haut-fourneau avec un volume correspondant plus faible du gaz contenant de l'oxygène. Par exemple, une quantité d'environ 0,5% d'oxygène provoque la même élévation de température des gaz du haut-fourneau que les 3% d'air préchauffé que 1'on a mentionnés.
Il n'est pas nécessaire de préchauffer 1'oxygène, étant donné qu'il ne contient pas de diluant et que son effet de refroidissement est négligeable. L'oxydation de l'oxyde de carbone par l'effet de la teneur en oxyde du gaz contenant de l'oxygène élève suffisamment la température des gaz de haut-fourneau (par exemple à au moins 1000 C) pour permettre leur passage et leur introduction dans la zone de refroidissement brutal du condenseur à une température supérieure à celle à laquelle toute quantité appréciable de vapeur de zinc réagit avec l'anhydride carbonique contenu dans les gaz précités.
Les gaz de haut-fourneau s'accumulent à la partie supérieure du four, au-dessus du niveau de la charge, sous une pression approximativement voisine de la pression atmosphérique. On peut introduire avantageusement une faible proportion réglée (par exemple de 5 à 25%) du gaz contenant de l'oxygène dans les gaz du haut-fourneau par un conduit 6 aboutissant au dispositif de chargement 2.
Bien que le dispositif de chargement soit prévu pour former un joint hermétique à la partie supérieure du haut-fourneau, cette étanchéité ne peut pas être maintenue parfaitement au cours d'une opération réelle, et on constate une tendance des gaz du haut-fourneau à s'insinuer à travers le joint dans l'espace contenant la charge situé entre les deux cônes, ce qui entraîne la formation nùisible de concrétions d'oxyde de zinc sur les parois intérieures du dispositif de chargement. En introduisant une faible proportion de gaz préchauffé contenant de l'oxygène dans l'espace situé entre les cônes, sous une pression légèrement supérieure à celles des gaz du haut-fourneau, on peut empêcher efficacement une telle infiltration.
La température élevée des gaz du haut-fourneau provenant du fait que l'on y introduit une quantité réglée d'un gaz contenant de l'oxygène, diminue également d'une manière efficace la formation de dépôts d'oxyde de zinc sous forme de concrétions au voisinage de la sortie des gaz et de l'extrémité inférieure du dispositif de chargement, sinon ces dépôts se formeraient et il serait nécessaire de les briser ou de les gratter péri@- diquement.
On peut introduire une partie ou même la totalité du gaz contenant de l'oxygène dans les gaz du haut-fourneau à une courte distance audessous du niveau a de la charge, mais au-dessus de la zone de fusion active du four. Les gaz qui remontent en traversant la partie supérieure de la charge du four ont atteint alors approximativement leur composition définitive, et l'introduction du gaz contenant de l'oxygène dans cette partie supérieure de la charge sert à élever la température de ces gaz conformément au principe même de la présente invention.
Les gaz du haut-fourneau chauffés comme on vient de le décrire, à une température sensiblement supérieure à leur température initiale normale traversent le dispositif de carneau 4 pour aller à un condenseur du type à refroidissement brusque, comme par exemple le condenseur à projections de plomb qui est décrit dans les brevets de la demanderesse N 479.569 du 13 janvier 1948 pour : "Perfectionnement à la fabrication du zinc", et n
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490. 269 du 20 Juillet 1949 pour "Perfectionnement à la préparation du zinc".
Le carneau est du type calorifugé pour réduire au minimum toute perte importante de chaleur des gaz au cours de leur trajet depuis le haut-fourneau jusqu'à la zone de refroidissement brusque du condenseur, de sorte que, même si la teneur de ces gaz en anhydridre a pu se trouver portée à environ 10% par suite de l'oxydation de l'oxyde de carbone déjà mentionnée, la vapeur de zinc n'a pratiquement aucune tendance à réagir avec l'anhydride carbonique contenu dans ces gaz.
Bien que la description,de l'invention se rapporte particulièrement à la fusion de minerais de zinc dans un haut-fourneau l'invention et les moyens généraux de la description qui précèdent s'appliquent également à d'autres procédés de fusion du zinc et, plus particulièrement, à ceux où le produit gazeux de l'opération de fusion contient au moins 1,5% d'anhydride carbonique et au moins 80% de la vapeur de zinc contenue dans le produit gazeux se trouvent condensés sous forme de zinc métallique.
Par exemple, un produit gazeux typique provenant d'un four électrothermique de fusion du zinc contient 40% de Zn, 1,5% de C02 et 51% de CO. et il a une températu- re de réoxydation de 941 C. L'introduction de 3% d'air (préchauffé à 6000C) dans le produit gazeux, conformément à la présente invention, élève la température du produit d'environ 100 C et donne un gaz contenant environ 39% de Zn, 2,7% de CO2 et 49% de CO.
La température de réoxydation du produit gazeux ainsi obtenu: est d'environ 90 C de sorte que, bien que la température de réoxydation ait été relevée d'environ 40 C, la température réelle du produit gazeux se trouve relevée d'environ 100 C, ce qui donne une marge de sécurité de 60 C contrebalançant un abaissement de la température du produit gazeux au cours de son trajet jusqu'au condenseur.
Plus la quantité initiale d'anhydride carbonique dans le produit gazeux est faible, plus la température de réoxydation se trouve relevée par l'introduction d'une quantité donnée de gaz contenant de l'oxygène et, par conséquent, moins l'effet de l'introduction du gaz contenant de l'oxygène favorisera la réduction du risque d'oxydation de la vapeur de zinc entre le four à fusion et le condenseur. En conséquence, la mise en oeuvre de l'invention ne procurera qu'un faible avantage quand la teneur en anhydride carbonique du produit gazeux est de beaucoup inférieure à 1,5%.
REVENDICATIONS.
1. - Un procédé tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications du brevet n 496.403, dans leur application à un haut-fourneau dans lequel les gaz s'accumulent dans, et sont extraits du sommet du fourneau, au dessus du niveau de la charge, procédé dans lequel la quantité réglée de gaz contenant de l'oxygène, tel de l'air, de l'air enrichi en oxygène, ou de l'oxygène, est introduite par un conduit dans les gaz du haut fourneau s'accumulant dans l'espace situé au-dessus du niveau de la charge.
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FUSION OF ZINCo IMPROVEMENTS
The present invention in which Mr. Stephen Esslemont Woods has collaborated, relates} ;, the melting of zinc in which most of the zinc is recovered in metallic form, and it relates to certain improvements aimed at reducing to a minimum the reoxidation of the zinc vapor contained in the gaseous product from the smelting operation during its transfer to a zinc vapor condenser.
In patent No. 496,403 of June 16, 1950 for "Improvements to zinc smelting, the applicant claimed a process for smelting zinc ores by means of a blast furnace and for condensing the zinc vapor coming from the blast gases. furnace in a condenser, process which consists in introducing a regulated quantity of air, oxygen, or oxygen-enriched air into the gases of the blast furnace, between the latter and the condenser, this operation having the aim of Oxidizing carbon monoxide so that the heat of oxidation thus released serves to raise the temperature of the gases to prevent or reduce the formation of zinc oxide.
The particular description of the method of the invention which follows applies to a blast furnace comprising an outlet duct leaving from an inverted vessel placed at a certain distance over the height of the furnace and below the surface of the load. .
The Applicant has observed that the invention forming the subject of the aforementioned patent No. 496,403 applies more especially to various types of other furnaces such as a blast furnace comprising an outlet at its upper part and also to electrothermal furnaces.
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The gaseous product from the zinc smelting operation contains zinc vapor (Zn), carbon dioxide (CO2) and carbon monoxide (CO) in varying reciprocal proportions, which depend on the character. of the merger transaction. For example, the gaseous product of a smelting operation in a blast furnace (this gaseous product being referred to herein as blast furnace gas) may contain (approximately) 5% Zn, 6.5% CO2, 26.5 % CO, and 62% nitrogen (N), while the gaseous product from an electrothermal melting operation may contain (approximately) 40% Zn, 1.5% CO2, 51% CO and 7 , 5% of N.
The relative proportions of Zn, CO2 and CO in the product gas from each of these operations are such that the zinc vapor reacts with carbon dioxide to form zinc oxide (ZnO) when the temperature of the product gas drops to about 941 C. Oxidation of zinc vapor by carbon dioxide occurs according to the following reversible reaction:
Zn + CO2 # ZnO + CO
In a gaseous product containing the three gases (Zn, C02 and CO), the temperature at which the zinc vapor is oxidized by carbon dioxide (here called "reoxidation temperature") depends on the product of the zinc vapor concentrations by the carbon dioxide concentrations divided by the carbon monoxide concentration, which can be designated by the following equilibrium ratio:
Zn x CO2
CO The higher the equilibrium ratio, the higher the reoxidation temperature.
The general economy of the present invention will be better understood with the aid of the appended drawing, which shows a vertical section of a blast furnace for the production of zinc in which the gases emanating from this blast furnace are taken from the blast furnace. upper part of the oven, above the load level of the oven.
In the blast furnace used for the production of zinc, shown in the accompanying drawing, the gases from this blast furnace accumulate in the upper part of the furnace 1, above the level a of the charge. The molten charge, which is preheated to a temperature of at least 700 C and, preferably about 850 C, is introduced to the upper part of the blast furnace by a charging device 2, which can be formed in an appropriate manner by a double cone (or a double slide or else a slide and a cone), which ensures the sealing of the upper part of the oven. The gases from the blast furnace are discharged through a gas outlet 3 into a passage or flue 4 and are then sent in a suitable manner to a zinc condenser.
In accordance with the present invention, a controlled quantity of an oxygen-containing gas, such as air, oxygen-enriched air, or oxygen, is introduced through line 5 into the top gases. - furnace which accumulates in the space located above the level of the charge, with a view to raising the temperature of these gases by the oxidation of carbon monoxide, for example to at least 1000 C. After With such heating, the blast furnace gases contain about 1% more carbon dioxide and about 2% less carbon monoxide, the zinc content remaining approximately the same.
With a blast furnace gas having a normal initial temperature of 941 C and the following composition: Zinc 5%
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Carbon dioxide 6.5 Carbon monoxide 26.4 Nitrogen 62.1 a quantity of 3% air (based on the volume of the blast furnace gases at normal temperature and pressure), heated to about 600 C and introduced into the furnace through line 5 above the load, raises the temperature of the gases to approximately 1030 C.
By using gases which contain more oxygen than air, the same temperature rise of the blast furnace gases can be achieved with a corresponding lower volume of the oxygen containing gas. For example, about 0.5% oxygen causes the same temperature rise in the blast furnace gases as the 3% preheated air mentioned.
It is not necessary to preheat the oxygen, since it contains no diluent and its cooling effect is negligible. The oxidation of carbon monoxide by the effect of the oxide content of the gas containing oxygen sufficiently raises the temperature of the blast furnace gases (for example to at least 1000 C) to allow their passage and their introduction into the sudden cooling zone of the condenser at a temperature above that at which any appreciable quantity of zinc vapor reacts with the carbon dioxide contained in the aforementioned gases.
The blast furnace gases accumulate at the top of the furnace, above the level of the charge, under a pressure approximately close to atmospheric pressure. A small controlled proportion (for example from 5 to 25%) of the gas containing oxygen can be introduced advantageously into the gases of the blast furnace via a pipe 6 leading to the charging device 2.
Although the loading device is intended to form an airtight seal at the top of the blast furnace, this seal cannot be maintained perfectly during actual operation, and there is a tendency for the blast furnace gases to fall. creep through the seal into the space containing the charge located between the two cones, resulting in the harmful formation of zinc oxide concretions on the interior walls of the charging device. By introducing a small proportion of preheated oxygen-containing gas into the space between the cones at a pressure slightly higher than that of the blast furnace gases, such infiltration can be effectively prevented.
The high temperature of the blast furnace gases resulting from the introduction into them of a controlled amount of an oxygen-containing gas also effectively decreases the formation of zinc oxide deposits in the form of concretions in the vicinity of the gas outlet and the lower end of the loading device, otherwise these deposits would form and it would be necessary to break them or scrape them periodically.
Some or even all of the oxygen-containing gas may be introduced into the blast furnace gases a short distance below the level a of the charge, but above the active melting zone of the furnace. The gases which rise through the upper part of the furnace charge have then reached approximately their final composition, and the introduction of the gas containing oxygen into this upper part of the charge serves to raise the temperature of these gases in accordance with the principle of the present invention.
The gases from the blast furnace heated as just described, to a temperature appreciably higher than their normal initial temperature, pass through the flue device 4 to go to a condenser of the abruptly cooled type, such as for example the lead spray condenser which is described in the patents of the applicant N 479,569 of January 13, 1948 for: "Improvement in the manufacture of zinc", and n
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490. 269 of July 20, 1949 for "Improvement in the preparation of zinc".
The flue is of the heat-insulated type to minimize any significant heat loss of the gases during their journey from the blast furnace to the sudden cooling zone of the condenser, so that, even if the content of these gases in As a result of the oxidation of carbon monoxide already mentioned, the anhydride may have been increased to about 10%, the zinc vapor has practically no tendency to react with the carbon dioxide contained in these gases.
Although the description of the invention relates particularly to the smelting of zinc ores in a blast furnace, the invention and the general means of the foregoing description also apply to other methods of melting zinc and , more particularly, to those where the gaseous product of the smelting operation contains at least 1.5% carbon dioxide and at least 80% of the zinc vapor contained in the gaseous product is condensed in the form of metallic zinc .
For example, a typical gaseous product from an electrothermal zinc melting furnace contains 40% Zn, 1.5% CO2, and 51% CO. and it has a reoxidation temperature of 941 C. The introduction of 3% air (preheated to 6000C) into the gaseous product, in accordance with the present invention, raises the temperature of the product by about 100 ° C. and gives a gas containing about 39% Zn, 2.7% CO2 and 49% CO.
The reoxidation temperature of the gaseous product thus obtained: is approximately 90 C so that, although the reoxidation temperature has been raised by approximately 40 C, the actual temperature of the gaseous product is raised by approximately 100 C, which gives a safety margin of 60 C offsetting a lowering of the temperature of the gaseous product during its journey to the condenser.
The lower the initial quantity of carbon dioxide in the gaseous product, the more the reoxidation temperature is raised by the introduction of a given quantity of gas containing oxygen and, consequently, the less the effect of l The introduction of the oxygen-containing gas will help reduce the risk of oxidation of the zinc vapor between the melting furnace and the condenser. Consequently, the practice of the invention will provide only a small advantage when the carbon dioxide content of the product gas is much less than 1.5%.
CLAIMS.
1. - A method as claimed in any one of the claims of patent No. 496,403, in their application to a blast furnace in which gases accumulate in, and are extracted from the top of the furnace, above the level of the feed, a process in which the controlled quantity of gas containing oxygen, such as air, oxygen-enriched air, or oxygen, is introduced through a duct into the gases of the blast furnace s' accumulating in the space above the load level.