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La présente invention se rapporte à un procédé pour établir et maintenir de manière sélective des zones thermiques spécifiques pendant le traitement au four de matériaux comme des minerais et des concentrés de minerais. Plus particulièrement, elle se rapporte à un procédé perfectionné et séduisant au point de vue industriel pour réduire des minerais, par exemple des minerais de fer.
On utilise depuis longtemps des fours du type à forme al- longée, par exemple, rotatifs, en chimie et en métallurgie.On les uti- lise par exemple beaucoup dans la fabrication du ciment et la calcina- tion des pigments comme le dioxyde de titane.On s'est efforcé d'adap- ter la technique du four rotatif à la réduction de différents minerais
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pour en récupérer le métal, et cette technique fourmille de ré- férences à des opérations de ce genre.
Nombreux sont ceux qui ont essayé de développer la technique de;la. réduction au four rotatif, avec peu ou pas de résultats commerciaux, Beaucoup de difficultés étaient dues à la "conglomération" c'est-à-dire le frittage et l'adhérence massive du minerai de fer et des produits de réac- tion variés aux -oarois du four rotatif. Ce phénomène qui, en grande partie peut être attribué à l'ancien manque de contrôle thermique adéquat dans tout le système a été la cause de beaucoup d'ennuis.
La formation de masses frittées adhérentes empêche l'écoulement des matines. En outre cette "conglomération" endommage les parois intérieures du four et nécessite de longues interruptions du tra- vail de l'installation de réduction. Le trait@@@ent à des tempéra- tures inférieures à celles qui provoquent le frittage a comme ré- sultat des vitesses de réaction trop lentes pour être pratiques.
Cela étant, la présente invention a pour buts : de procurer un procédé pour établir de'manière sélective un dégagement de chaleur .et des conditions de température désirés 'dans un four du type, à forme allongée, par exemple, rotatif;' d'établir de manière sélective 'un certain nombre de zones de température dans un four de ce genre; " de procurer un procédé pour dégager de manière sélective des quantités de chaleur dans un four allongée spécialement du type rotatif qui est particulièrement indiqué pour réduire des minerais de fer, des concentrés, etc.;
de procurer un procédé pour régir avec précision les conditions de température dans un- four rotatif, empêchant ainsi la "conglomération";x de procurer un nouveau procédé de dégagement de la chaleur qui permette effectivement l'utilisation d'installations plus. , grandes que celles que jusque orésent on considérait comme réalisables; de procurer un procédé pour établir et régir avec
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précision la température dans n'importe quelle partie du four de manière à permettre le dégagement réglé de chaleur pour réaliser des modifications chimiques endothermiques dans une masse en réaction à une allure maximum compatible avec les températures auxquelles on peut travailler avec sécurité.
La présente invention procure, dans un traitement au four utilisant un four du type rotatif, un procédé pour obtenir un dégagement sélectif de chaleur dans des zones désirées du four, suivant lequel on introduit un gaz combustible chauffé à une extrémité du four rotatif, on transfère le gaz combustible dans une zone plus avancée du four où l'on désire réaliser des conditions de température déterminées, on introduit en un point de cette zone la quantité de gaz contenant de l'oxygène requise pour réagir avec le gaz combustible pour libérer les quan- tités de chaleur nécessaires pour établir les conditions de tempé- rature voulues dans la dite zone, on transfère progressivement le gaz combustible dans une zone plus avancée du four et on y répète de la même manière le dégagement de chaleur voulu et, finalement,
on brûle près de l'extrémité la plus avancée du four le gaz com- bustible restant.
Le présent procédé peut s'appliquer au traitement au four de nombreuses matières et il s'est montré particulièrement utile pour la réduction de minerais de fer et de concentrés de minerais, par exemple les-minerais de fer pauvres, les minerais bruns, l'hématite, la magnétite, la taconite non magnétique, les grès ferrugineux d'Alabama, le minerai de fer de 1' "Alabama Big Seam" le minerai lavé d'hématite, le Rana (Taconite Norvégienne).
Le terme minerai de fer englobe également, dans la présente description, des minerais contenant d'autres constituants minéraux de valeur comme, par exemple, le titane. Les divers minerais d'ilménite et la magnétite titanifère sont des exemples de ces minerais. Sont également compris les minerais de fer conte- nant des quantités valorisables de Manganèse et de nickel.
Pour réduire les minerais de fer, il est souhaitable
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d'introduire dans le four rotatif un mélange du minerai de fer et d'une matière réductrice carbonacée conne le coke, le coke lami- naire, le prosillon de coke, le charbon de bois ou le grésillon d'anthracite. On utilise généralement le.coke ou une autre matière réductrice en quantité supérieure à celle requise pour réagir avec l'oxygène du minerai et donc, :permettre la formation de fer métallique. Suivant'une forme d'exécution préféréede l'invention, le gaz combustible, c'est-à-dire l'oxyde de carbone produit pendant la phase de réduction, peut être utilisécomme addition aux gaz combustibles que l'on introduit initialement corme décrit précédemment.
Aux fins de l'invention, les gaz par- tiellenent brûlés que l'on introduit initialement et l'oxyde de carbone qui peut être formé par laréaction du carbone et de l'oxygène du seront considérés comme constituant le mélange de gaz conbustible.
Dans les dessins annexas :
La fig. 1 est une vue schématique d'un four rotatif sensiblement horizontal que l'on peut utiliser avec avantage dans la mise en oeuvre de l'invention. Le cons du four rota'tif ' est désigné dans son ensemble par le chiffre 1. Un avant-four 2 est prr'vu à l'extraite d'alimentation .et est traversé, par un dispositif d'alimentation appropria coure, par exemple, un transporteur à vis sans fin 10, L'avrnt-four 2 est égalenent équipé d'un conduit ou chaminée 12 comportant un registre 14.
Suivant une forme d'exécution préféréc,la cheminée 12 comporte ou est relire à un ventilateur 13 qui aide à régler le tirage dans le four. L'autre extrémité, c'est-à-dire l'extraite de décharge du. four est fermée et est toute proche d'une chambre de combustion 3 équipée d'un brûleur 16 introduisant et brûlant partiellement le combustible. par exemple de l'huile ou du gaz. un dispositif de décharge approprié 18 est également prévu pour enlever les produits du traitement au. four.
Le corps 1 du .Cour rotatif comporte un certain nombre de
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tubes 20 disposés de place en place sur sa longueur et s'étendant dans l'ensemble jusqu'2 son axe horizontale. Chaque-tube comporte une valve 22 pouvant s'ouvrir et se fermer indépendamment -des autres, de manière à permettra l'introduction par le tube d'une quantité calculée d'air ou de) gaz (contenant de l'oxygène.
.La nouvelle' technique' qui est à la base de l'invention. peut être utilisée et est utilisée à la fois pour.établir les conditions de température désirées dans le four rotatif avant le début du traitement et pendant le traitement au four des matières elle L'exemple détailla suivant illustre plus clairement la présente invention; le four représenté schématiquement dans les dessins y est utilisé pour réduire un minerai de fer pauvre.
'EXEMPLE.-
On introduit un mélange !de gaz et d'air dans un brûleur 'et on le brûle dans des conditions assurant l'oxydation complète.
On utilisela chaleur ainsi produite pour préchauffer la chambre de combustion et une partie du four rotatif. Lorsque la zoné eu four immédiatement adjacente à la chambre de combustion atteint la température désirée, environ 1.060 C. on augmente la quantité de gaz introduite dans le brûleur, produisnnt ainsi un mélange par0 tiellement brûlé. On transfère alors ce mélange gazeux'combustible un endroit plus avancé'dans le four rotatif, indiqué en 4.
On règle alors la valve 22 du tube d'air 20 placé en cet endroit de manière à permettre l'introduction d'air et à réaliser la combustion de suffisamment de mélange combustible pour provoquer le dégagement de quantités de chaleur suffisantes pour effectuer la réaction désirée et maintenir la température du four à cet endroit telle qu'on la désire.' On continue le transfert progressif du gazeux combustible chauffé vers un endroit plus avancé dans le four et le dégagement sélectif des quantités de chaleur désirées (unités thermiques)
de manière à réaliser la réaction chimique désirée et en même temps établir les conditions de température désirées en
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utilisant les tubes d'air répartis sur la longueur du four comme décrit, ainsi quen réglant le tirage au moyen-du registre 14 et du ventilateur 13. l'endroit indique en 5 près de l'extrémité d'alimentation du four, les gaz combustibles sont complètement brûlés et la composition des gaz d'échappement à la cheminée contre une combustion sensiblement complète, c'est-à-dire qu'on ne peut plus détecter qu'une fraction de pour cent d'oxyde de carbone dans le courant gazeux.
Suivant un exemple concret, dans lequel on utilise un four, chauffé comme décrit plus haut, de 46 m de longueur et de 3 m de diamètre, on introduit un mélange de 7 tonnes de minerai * ¯ defer (contenant au total. environ 34-35% de fer sous forme d'oxydes'- de fer) et environ 5 tonnes de coke (environ 80% de carbone) par heure dans le four. On pourrait l'alimentation a cette allure pendant 24 heures. Les matières ainsi introduites dans le four forment une couche non tassée occupant environ 30-50% du volume total du four.
Ce mélange de minerai de fer et .de coke en couche avance progressivement dans le four, en sens inverse du courant gazeux et est chauffé de manière progressive et réglée à la température de réduction désirée qui est, dans ce cas, d'environ 1.060 C et maintenue à cette température, ? laquelle le carbone du coke réagit avec l'oxygène du minerai de fer suivant l'équation ci-après:
Fe2 03 + 3 C # 2 Fe + 3 CO
L'oxyde de carbone qui se dégage se mélange aux gaz combustibles introduits dans le four par la brûleur et la .chambre de combustion et, en fait, s'ajoute aux gaz de combustion.
On transfère ensuite le mélange conbustible progressivement à travers le four suivant le processus décrit et on le brûle dans la zone où de la chaleur doit être dégagéc pour réaliser la réduction de l'oxyde de fer suivant l'équation ci-dessus et maintenir la température maximum compatible avec la pécurit. Il est bien connu que la réduction de incrai de fer par le carbone ne s'effectue pas .
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une allure constante;
il est de ce fait nécessaire, lorsqu'on travaille aussi près crue possible d'une température maximum compatible avec la sécurité, comme cest le cas dans le présent
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(y,7:
t-,7l<y de dégager des quantités. réglées variées d'énergie thermi- que pour réaliser la modification chimique ou la. réduction, la plus efficace dans toutes les parties de la masse en réaction.
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Par cette technique, il est possible'd'établir et de maintenir une température définie dans chaque partie du four avec une précision de réglage d'environ + 3 C.
Dans le présent exemple, la température de réduction la plus efficace du minerai d.e fer est d'environ 1.060 C et cette température est maintenue avec la précision indiquée dans plus de le moitié de la longueur du four.
Ce mode de travail a pour résultat une réduction excellente des oxydes de fer (transformation totale en métal de 80-90 du fer).
De plus, quoique la température de fonctionnement soit juste au- des sous de la température de fritta.ne, le réglage de la tempratire
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1Jrrvient en fait la formation d'un frittage perceptible. De ce fait, la COn'LO''îrc.t7.0i1 nu pas lieu 0t le libre passade des matières ne se bloque pas. Les parois du four ne se détériorent pas non plus
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ce qui aurait pu n/cersiter l'arrêt 1)r:'aatLlr6 du four.
La fi 3. 2 rC1)I"{::-ente les conditions de température concrètes qu'on a Maintenues dans le four pendant la réduction.
Le notif du maintien de l'extrémité d'alirnè'rtQtion du four entre /;30 C et 8f,r)OC comme représenté, est dû. flll:' l Mites imposées par le? rat-'rtaux de construction utilisas don? le mécanisme d'ali- mentation. Il est cependant noN;:i171e, si on le (l0f-j,re, de maintenir par exemple une tGl'!prat"..lrc élevée d'environ 1.0/;.0 C dans la zone. adjacente 1, la chambre de r'o,lfmt.orl, une température de 130oC au milieu du four, et une te!ll.Jrré1tl.lr" de l?00 C7' l'extrmib cPn.1ÍI'c!'1tation.
De m..II\: il ont tout aussi possible:' de réaliser des', . zones de haute te''1nfr0 t;l-1.re pu milieu et de basse température aux eY.:tr'{Yl1it<s ou des zones alternantes (le haute et de basse tempéra- tures. Comme on l'a expliqué, il suffit de dégager lef quantités de chaleur requisedans la zone voulue, en introduisant de l'oxygène
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ou de l'air pour la combustion du mêlasse gazeux.
On doit souligner lefait que sauf pour l'oxyde de carbone formé dans la couche par la réduction de l'oxyde de fer, essentiellement aucune quantité de carbone du coke n'est brûlée.
Les produits du four qui sont décharges comprennent l'excès de coke, le fer réduit, ainsi qu'un peu de cendres et de gangue. Les- derniers gaz combustibles sont brûlas dans le zone indiquée en5 sur la fig. 1 et l'examen des gaz d'échappement donne les analyses suivantes :
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192 C02 2 %= 3 % O2.
0,2% CO
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0, $ % cw 4 'reste N2
Lorsqu'on poursuit l'opération sur une période étendue, il est possible d'obtenir des résultats excellents en râlant le registre de tirage et l'introduction de gaz au brûleur.
S'il¯le faut, on peut régler les valves d'air des tubes pour
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ncr'nettre l'entrée de nlus ou mOins d'air Auival1.t les besoins, mais ce dernier réglage n'est pas souvent nécessaire une fois que les
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conditions ont été stabilisées de 1"ifnis;re raisonnable.
On utilise Rctuel12ncnt C1pS beaucoup c:'a:nlic.t3¯ons des fours rotatifs excédant r-1-ic,,rient 50-60 rn (le l.on'11eur. Un des votifs de cette restriction en longueur est rue le dr-g2.:;,8r'lent de toute la chaleur une extrémité 111 four COTiT'l1e on le fait norma':'.
V'1lcnt, crée une tendance normale à développer un nradient de teii,),4rEitLire dans une partie de la longueur ou dans toute la lon- t-ueur du four. Fun rvotTr",- fies cîi.^,ositifs a"l)1)ronri/'s pour intro- duire de l'air, co'u.ue décrit ici et Gn rettwnt en oeuvre la pré- sente techninl1?! 1'.tVaYl('.F'Ir?i[; rr0"Y'>sdf d'un Y'l(l;1nre de G[1Z c0?-. bus bibles vers une .one (10f,1.1','>(', il ost o: ni?,7¯e d'étendre la longueur des fours rotatifs Risque 90 m ou davantage.
Une telle extension art ranr. aul doute mi )(rr"ctl.On.11Ü,cnt dans beaucoup de cas,
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Quoique, comme on l'a souligné, le présent procédé s'applique particulièrement à un four du type rotatif, son appli- cation n'est pas limitée à ce type de. four.Il est possible d'adapter ce principe de travail à d'autres'fours, par exemple des fours tunnels, des fours basculeurs. Ces fours sont donc inclus dans l'appellation fours du type à forme allongée.
Quoique le procédé' de la présente invention ait été décrit de façon plus complète en se référant à une opération où le minerai de fer est réduit à l'état métallique, le cadre de l'invention est plus large et elle s'applique à beaucoup d'autres opérations de traitement au four impliquant l'utilisation de fours rotatifs dans lesquels il est important d'établir et de régir avec précision la production de chaleur et les conditions de température.
Comme indiqué, selon les matières particulières à traiter au four, tous les gaz combustibles peuvent être introduits par le brûleur ou bien une partie peut être engendrée dans le four, comme décrit.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour obtenir dans un four de forme allongée une libération sélective de quantités de chaleur dans des zones désirées du four, caractérisé en ce qu'on introduit du gaz combustible chauffé dans une extrémité du four, on transfère le gaz combustible dans une zone plus avancée du four où on désire réaliser des conditions de température déterminées, on introduit en un point de cette zone la quantité de gaz contenant de l'oxygène requise pour réagir avec le gaz combustible pour dégager les quantités de chaleur nécessaires pour établir ces conditions de température dans la dite zone, on transfère progressivement le gaz combustible dans une zone plus avancée où on répète la même opération pour libérer une quantité voulue de chaleur, et finalement on brûle complètement ou en partie près de l'extrémité la.
plus avancée du four le ,gaz combustible restant.