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Les métallurgistes sont, d'ores-et-déjà, amenés à concevoir la réduction de minerais métalliques variés dans des appareils autres que les différents fours à cuve actuellement en service.
En effet, en sus des questions d'évidentes économies.du combustible nécessaire à la seule réduction, il faut prévoir le moment, souvent proche, où le¯coke métallurgique fera défaut ou sera trop cher.
Par contre, on sait gazéifier une gamme fort étendue de combustibles ou produits hydrocarbonés qui re-présentent des réserves terrestres considérables. On sait aussi, par exemple, que l'on peut obtenir de l'hydrogène à bas prix par décomposition de l'eau lorsque le courant
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électrique est très bon marché. On sait encore que l'action des gaz réducteurs introduit, dans les métaux obtenus, le minimum d'impuretés tout en ne faisant appel qu'à la quantité d'énergie juste nécessaire à l'opération de réduction.
La présente invention a pour objet un four tournant destiné à la réduction de minerais métalliques divers par les gaz réducteurs les plus variés et, par ce moyen, produisant, en principe, de l'éponge métallique légère et divisée.
Ce four occupe une position inclinée afin de travailler à.niveau plein. Il est alimenté à son sommet en minerai métallique, à sa base en gaz réducteurs injectés à pression réglable, 'et il comporte, sur environ les trois quarts de sa longueur à partir de son extrémité inférieure, un manchon à air. Dans ce manchon calorifugé circule un courant d'air admis par le bas et se dégageant par le haut dans une chambre annulaire d'alimentation du four en comburant. L'air pénètre dans la partie supérieure du four en se dirigeant vers le bas en couronne cylindrique. Sa vitesse est réglée en sorte qu'il puisse enserrer et refouler les gaz réducteurs résiduaires et des produits volatils de la réduction à un niveau convenable où. s'établit une flambée dont la position est stable-.
La flambée doit permettre le chauffage et le grillage des minerais dans environ le quart supérieur du four briqueté de façon suffisante. Les deux quarts médians délimitent la zone de réduction. La paroi du four est protégée par des briques réfractaires de nature et composition appropriées. Le quart inférieur du four comporte une paroi réfractaire dispersant bien la chaleur.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'ai-
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de de la description qui va suivre, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce four tournant.
FIG. 1 est une vue, en élévation, d'une partie d'une installation comportant ce four.
FIGS. 2 et 3.sont, à échelle agrandie, des vues en coupe longitudinale respectivement de la partie supérieure et de la partie inférieure de ce four.
FIG. 4 est une vue, en coupe transversale, suivant 4-4 de la figure 2.
Ce four est installé, comme montré figure 1, entre une cheminée 2 dans laquelle se dégagent les gaz provenant de la réduction et du grillage du minerai et un sas 3, l'étanchéité entre le four tournant et le sas étant assurée en 15 par un corps onctueux. Le four occupe une position inclinée, à environ 15 par rapport à l'horizontale, de manière à travailler à niveau plein. Il est entraîné en rotation autour de son axe par un dispositif approprié non représenté sur le dessin. Son alimentation en minerai s'effectue à sa partie supérieure, c'est-à-dire en 4; son alimentation en gaz réducteurs s'effectue par un conduit arrivant dans le sas 3 à l'intérieur duquel débouche la partie inférieure du four. Son alimentation en air s'effectue en 6, c'est-à-dire à l'extrémité inférieure du manchon à air.
Ce four se divise en quatre zones qui, de son extrémité supérieure à son extrémité inférieure, sont les suivantes : - une zone! de chauffage et de grillage du minerai; cette zone s'étend sur le quart supérieur du four;
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- une zone B de réduction des'oxydes métalliques, c'est-à-dire de fabrication de l'éponge métallique; cette zone s'étend sur les deux quarts médians du four ; - deux zones successives de refroidissement. ǯ et D énergiquement balayées à l'extérieur par l'air circulant dans le manchon à air; elles s'étendent sur le quart inférieur du four.
Dans ces trois quarts inférieurs, c'est-à-dire au niveau de ses zones de refroidissement et de réduction, le four est revêtu d'un manchon à air 7. A son extrémité inférieure, le manchon à air est relié au conduit d'admission d'air 6. Pour cela, ce manchon est entouré au niveau de ce conduit 6,-d'un large collier métallique 16 à frottement doux, l'étanchéité en 11, entre collier 16 et manchon à air 7. étant assurée par un corps onctieux, tel que par exemple une graisse du type "Belleville".
A sa partie supérieure, le manchon à air 7 débouche dans une boîte à vent, ou chambre annulaire ± coaxiale au four, par l'intermédiaire d'une couronne de canaux 10 en acier, ou toute autre matière appropriée, de section convenable. Cette boite 9. débouche, d'autre part, par une couronne intérieure de canaux 12 dans la zone B du four luimême. Le four possède, en effet, dans sa zone A à laquelle est concentrique,la boîte 9, un diamètre inférieur à celui de sa zone B.
Il est évident que la chambre annulaire doit comporter des ouvertures pour l'entretien des canaux et des clapets de façon à éviter les dangers d'explosion provenant éventuellement des mélanges inopportuns de gaz combustibles et d'air.-
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L'air qui est admis à la base du manchon à air est fourni par une soufflante de type centrifuge.
L'échauffement du minerai à traiter et l'épuisement des calories des gaz provenant de la combustion se font donc par contre-courant. Il en est de même pour les gaz réducteurs et l'éponge dé fer. En outre, la plupart des pertes de chaleur sont supprimées grâce au manchon,à air.
Pour éviter que le four, travaillant toujours à plein, débite à son extrémité inférieure un cylindre d'éponge métallique, il est nécessaire de disposer à la fin de la zone de réduction un secteur annulaire dans lequel s'effectue un refroidissement très rapide de l'éponge.
La paroi de ce four est donc constituée en briques réfractaires et isolantes dans ses zones A et B et en produits réfractaires non isolants thermiques, voire en tôle d'acier, dans ses zones C et D. De plus, dans sa zone C où doit s'effectuer un rapide refroidissement de l'éponge métallique, le four comporte un anneau réfractaire (non isolant thermique comme il vient d'être dit) 13 dont les caractéristiques sont suffisantes pour refroidir rapidement le cylindre d'éponge et ainsi provoquer la division de celuici en tranches successives. éponge se divise en tranches successives qui achèvent de se refroidir dans la partie inférieure du four et sont cassées, à leur sortie de celle-ci, par un broyeur placé à l'intérieur d'un sas dans lequel débouche le conduit amenant les gaz réducteurs.
Pour le bon fonctionnement de ce four, et c'est là une caractéristique de l'invention, il est nécessaire que le courant-d'air introduit dans le four circule parallèle-
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ment aux génératrices du four à une vitesse inverse et un peu supérieure à celle des gaz réducteurs résiduaires et des produits volatils de la réduction qui ont tendance à lécher les parois du four. Ainsi les gaz combustibles enserrés sont refoulés à une distance suffisante et le phénomène de la flambée s'établit correctement.
Les températures de réduction sont fonction de la nature des minerais traités. C'est ainsi que, dans le cas. particulier des "boues rouges", produit résiduaire du traitement des bauxites par le procédé BAYER, la zone de réaction est maintenue à une température de l'ordre de 1. 050 à 1.300 C, suivant la composition de ces boues et suivant les vitesses de réaction que l'on désire obtenir.
Comme il a été précisé plus haut, les gaz réducteurs résiduaires et les produits volatils de la réduction heurtent, au sommet de la zone B, le courant d'air réchauffé qui provient de la boîte ± et se dirige de haut en bas à une vitesse légèrement supérieure à celle des gaz combustibles.
Il y a inflammation du mélange gazeux et, par conséquent, chauffage et grillage du minerai dans la zone A. Dans la zone B s'effectue la réduction des oxydes grillés et la fa- brication proprement dite de l'éponge métallique. L'anneau tronconique 13 de la zone ± produit, à la base de la zone B, un refroidissement très rapide de l'éponge et, par suite, son découpage en tranches. Ces tranches d'épongé achèvent de se refroidir dans la zone D et tombent enfin dans le sas qui contient un appareillage de broyage 14. @
Quant aux gaz 3e dégageant au sommet du four, ils sont recueillis directement dans une cheminée pour éviter les ennuis causés par les condensations. Tous filtres uti-
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les peuvent être logés dans la cheminée, élargie si besoin est.
Le débit de ce four dépend essentiellement des trois éléments suivants (toutes choses égales par ailleurs) : - de la température maintenue dans la zone de réduction B; - du débit et de la composition des gaz réducteurs; du débit de l'air.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce four tournant qui a été ci-dessus indiquée à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, tou.tes les variantes de réalisation.
- REVENDICATIONS -
1.- Four tournant pour la réduction de minerais métalliques, caractérisé en ce qu'il est disposé dans une position inclinée afin de travailler à niveau plein, son extrémité haute, utilisée pour son alimentation en minerai métallique, débouchant directement dans une cheminée et qu'il comporte, sur environ les trois quarts de sa longueur, à partir de son extrémité inférieure, un manchon à air dans lequel circule un courant d'air ascendant admis par son extrémité basse et s'écoulant à l'intérieur du four, à pro ximité de-sa partie supérieure et suivant une direction descendante en longeant la paroi interne du four à l'encontre des gaz réducteurs résiduaires et des produits volatils de la réduction qui,circulant de bas en haut, ont tendance à lécher la paroi du four, produisant, à cet endroit,,
une inflammation en position convenable des gaz combustibles.
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Metallurgists are already led to design the reduction of various metal ores in devices other than the various shaft furnaces currently in service.
In fact, in addition to questions of obvious savings in the fuel required for reduction alone, it is necessary to foresee the moment, often near, when the metallurgical coke will be lacking or will be too expensive.
On the other hand, we know how to gasify a wide range of fuels or hydrocarbon products which represent considerable terrestrial reserves. It is also known, for example, that hydrogen can be obtained cheaply by decomposing water when the current
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electric is very cheap. It is also known that the action of reducing gases introduces, into the metals obtained, the minimum amount of impurities while only calling on the quantity of energy just necessary for the reduction operation.
The present invention relates to a rotary furnace intended for the reduction of various metal ores by the most varied reducing gases and, by this means, producing, in principle, a light and divided metallic sponge.
This oven occupies an inclined position in order to work at full level. It is fed at its top with metal ore, at its base with reducing gases injected at adjustable pressure, and it has, over about three quarters of its length from its lower end, an air sleeve. In this heat-insulated sleeve circulates a stream of air admitted from below and emerging from above in an annular chamber for supplying the furnace with oxidizer. The air enters the upper part of the furnace while moving downwards in a cylindrical crown. Its speed is adjusted so that it can enclose and discharge the residual reducing gases and volatile products of the reduction to a suitable level where. an outbreak is established, the position of which is stable.
The soaring should allow sufficient heating and roasting of the ores in about the top quarter of the briquetting kiln. The two middle quarters delimit the reduction zone. The wall of the furnace is protected by refractory bricks of appropriate nature and composition. The lower quarter of the furnace has a refractory wall which disperses heat well.
In any event, the invention will be well understood by reference to
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of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing showing, by way of non-limiting example, an embodiment of this rotary kiln.
FIG. 1 is a view, in elevation, of part of an installation comprising this oven.
FIGS. 2 and 3 are, on an enlarged scale, views in longitudinal section respectively of the upper part and the lower part of this oven.
FIG. 4 is a view, in cross section, taken on 4-4 of FIG. 2.
This furnace is installed, as shown in figure 1, between a chimney 2 in which the gases coming from the reduction and roasting of the ore are released and an airlock 3, the sealing between the rotary furnace and the airlock being ensured at 15 by a smooth body. The furnace occupies an inclined position, approximately 15 from the horizontal, so as to work at full level. It is driven in rotation around its axis by a suitable device not shown in the drawing. Its ore supply takes place at its upper part, that is to say at 4; its supply of reducing gases is effected by a duct arriving in the lock 3 into which the lower part of the furnace opens. Its air supply takes place at 6, that is to say at the lower end of the air sleeve.
This oven is divided into four zones which, from its upper end to its lower end, are as follows: - one zone! ore heating and roasting; this zone extends over the upper quarter of the oven;
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- A zone B for reducing metal oxides, that is to say for manufacturing the metal sponge; this zone extends over the two middle quarters of the oven; - two successive cooling zones. ǯ and D energetically swept out by the air circulating in the air sleeve; they extend over the lower quarter of the oven.
In these lower three quarters, that is to say at its cooling and reduction zones, the furnace is lined with an air sleeve 7. At its lower end, the air sleeve is connected to the duct d 'air intake 6. For this, this sleeve is surrounded at the level of this duct 6, -a wide metal collar 16 with gentle friction, the seal at 11, between collar 16 and air sleeve 7. being ensured by an unctuous body, such as for example a fat of the "Belleville" type.
At its upper part, the air sleeve 7 opens into a wind box, or annular chamber ± coaxial with the furnace, via a ring of channels 10 made of steel, or any other suitable material, of suitable section. This box 9. opens out, on the other hand, through an inner ring of channels 12 in zone B of the oven itself. The oven has, in fact, in its zone A to which the box 9 is concentric, a diameter smaller than that of its zone B.
It is obvious that the annular chamber must have openings for the maintenance of the channels and valves so as to avoid the dangers of explosion possibly resulting from the inappropriate mixtures of combustible gases and air.
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The air which is admitted to the base of the air sleeve is supplied by a centrifugal type blower.
The heating of the ore to be treated and the exhaustion of the calories of the gases resulting from the combustion are therefore carried out against the current. It is the same for reducing gases and the iron sponge. In addition, most of the heat loss is suppressed thanks to the air sleeve.
To prevent the furnace, still working at full capacity, from discharging a metal sponge cylinder at its lower end, it is necessary to place at the end of the reduction zone an annular sector in which a very rapid cooling of the air takes place 'sponge.
The wall of this furnace is therefore made of refractory and insulating bricks in its zones A and B and of non-thermal insulating refractory products, or even of sheet steel, in its zones C and D. In addition, in its zone C where must a rapid cooling of the metal sponge, the furnace comprises a refractory ring (not heat insulating as has just been said) 13 whose characteristics are sufficient to rapidly cool the sponge cylinder and thus cause the division of this in successive slices. sponge is divided into successive slices which finish cooling in the lower part of the oven and are broken, when they leave it, by a crusher placed inside an airlock into which the duct leading to the reducing gases emerges .
For the correct operation of this furnace, and this is a characteristic of the invention, it is necessary for the air stream introduced into the furnace to circulate in parallel.
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to the generators of the furnace at a reverse speed and a little higher than that of the residual reducing gases and the volatile products of the reduction which tend to lick the walls of the furnace. In this way, the enclosed combustible gases are discharged at a sufficient distance and the phenomenon of the outbreak is established correctly.
The reduction temperatures depend on the nature of the ores processed. This is how, in the case. particularly of "red sludge", a residual product of the treatment of bauxites by the BAYER process, the reaction zone is maintained at a temperature of the order of 1.050 to 1.300 C, depending on the composition of this sludge and according to the speeds of reaction that one wishes to obtain.
As was specified above, the residual reducing gases and the volatile products of the reduction collide, at the top of zone B, with the current of heated air which comes from the box ± and goes up and down at a speed slightly higher than that of combustible gases.
The gas mixture ignites and, consequently, heating and roasting of the ore in zone A. In zone B the reduction of the toasted oxides and the actual manufacture of the metal sponge take place. The frustoconical ring 13 of the ± zone produces, at the base of the B zone, a very rapid cooling of the sponge and, consequently, its cutting into slices. These slices of sponge finish cooling in zone D and finally fall into the airlock which contains a grinding apparatus 14. @
As for the 3rd gases released at the top of the furnace, they are collected directly in a chimney to avoid the trouble caused by condensations. All filters used
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they can be housed in the fireplace, enlarged if necessary.
The flow rate of this furnace depends essentially on the following three elements (all other things being equal): - the temperature maintained in the reduction zone B; - the flow rate and the composition of the reducing gases; air flow.
As goes without saying, the invention is not limited to the sole embodiment of this rotary kiln which has been indicated above by way of example; it embraces, on the contrary, all variant embodiments.
- CLAIMS -
1.- Rotating furnace for the reduction of metal ores, characterized in that it is arranged in an inclined position in order to work at full level, its high end, used for its supply of metal ore, opening directly into a chimney and qu 'it comprises, over approximately three quarters of its length, from its lower end, an air sleeve in which circulates an ascending air current admitted by its lower end and flowing inside the oven, to pro ximity from its upper part and in a downward direction along the internal wall of the furnace against the residual reducing gases and the volatile products of the reduction which, circulating from bottom to top, tend to lick the wall of the furnace , producing, at this location,
ignition in the proper position of combustible gases.