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La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de la fonte au haut-fourneau par insufflation d'air, en partant de minerais me- nus ou fins, sans agglomération préalable, un four pour la mise en oeuvre de ce procédé et une tuyère utilisée dans un tel fouro
On sait les difficultés rencontrées quand on charge directement (c'est-à-dire sans agglomération préalable) dans le haut-fourneau des maté- r iaux à l'état menu ou compiètement l'état de poudre.
Ces matériaux menus et ces poudres, en tombant de la benne ou du skip dans le haut fourneau, restent en suspension dans le courant gazeux qui les entraîne partiellement. En employant des matériaux à forte proportion de poudre, ou bien des matériaux se pulvérisant pendant le chargement, on a recueilli, dans certains cas, un poids de poussière dans les épurateurs, dé- passant 10 % du'poids'de la fonte produite.
Ces matériaux en poudre causent de graves inconvénients dans le fonctionnement du haut-fourneau, soit lorsque les moyens de chargement com- portent des organes qui amènent la charge au contact direct des parois (clo- che de distribution large) soit dans le cas inverse (cloche étroite)o En effet, dans le premier cas, les poudres descendent le long des parois en adhérant au réfractaire, c'est-à-dire en formant ce que l'on appelle des "revêtements" qui, à leur tour, empêchent un éboulement régulier de la char- ge, notamment à la hauteur du ventre du haut-fourneau, ou un peu plus haut, et, souvent,elles arrivent à bloquer le four ou à former des "voûtes" qui s'éboulent par intermittence en conduisant à une fonte de composition irré- gulière et de mauvaise qualité -(parce qu'elle est riche en soufre)
Les éboulements intermittents provoquent la chute sur le bain (de fonte et de laitier) à très haute température d'une matière qui n'a pas subi une préparation convenable et ils provoquent aussi de forts bouillonnements, avec sortie de laitier par les tuyères et danger pour les personnes qui se trouvent près du fouro
Ces inconvénients s'aggravent si les minerais traités contiennent des alcalis, du zinc et, en général, des matières qui se volatilisent à hau- te température et qui se condensent de nouveau à basse température.
Ainsi, par exemple, le zinc que l'on obtient par réduction se volatilise et, en pré- sence de CO2, s'oxyde de nouveau dans la zone du ventre et de'la cuve en formant ZnO qui se dépose sur les parois en produisant des "revêtements"o
Au -contraire, dans le cas où les poudres sont employées dans des fours ayant une cloche de distribution petite par rapport au diamètre du four elles créent une zone centrale peu perméable, de sorte que les gaz s'échap- pent le long des parois et le four travaille comme une "cheminée". les gaz de sortie ont une teneur élevée en CO et faible en CO2, par conséquent le rendement de la réduction est bas (insuffisante réduction indirecte).
Un examen plus approfondi du comportement à haute température du minerai en morceaux et, respectivement, du minerai en poudre, a permis d'éta- blir que le miherài en morceaux se réchauffe régulièrement au contact du gaz passant entre les morceaux et qu'il subit progressivement la réduction et, par conséquent, qu'il se transforme régulièrement en fonte et en laitier à basse teneur en oxyde de fer dès qu'il arrive dans les zones à très haute température ; au contraire les poudres se comportent de façon tout-à-fait différente, puisque sous l'effet de la chaleur elles revêtent immédiatement d'une croûte réduite et demi-fondue isolante la partie intérieure qui, par- tant, se chauffe très lentement ;
parconséquent, il se forme des blocs impé- nétrables à l'action des gaz qui arrivent dans la zone très chaude, tandis qu'à l'intérieur ils sont encore formés par de l'oxyde de fer plus ou moins aggloméré, la fusion se produit donc avant que la réduction soit complète, et on obtient un laitier à haute teneur en FeO, ce qui nuit aux conditions
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- de¯ marche du four (haute teneur en soufre dans la fonte et forte consomma- tion de coke).
Il arrive, par conséquente que les blocs de poudres se comportent, dans un certain sens, comme des blocs de minerai de dimensions excessives (lesquels, comme on le sait, parviennent au creuset sans avoir subi les ré- actions préparatoires et ne subissent,pas la réduction indirecte) et qu'ils se conduisent même de façon pire parce que la formation de la susdite croûte empêche la chaleur de parvenir régulièrement à l'intérieure
La situation est encore pire quand, avec la poudre de minerai, des- cned une petite quantité de poudre de àoke;
dans ce cas, il se forme des blocs à demi-réduits et semi-fluides, auxquels, spécialement le long des parois de la cuve, s'incorporent d'autres matériaux de la charge, en formant des ponts ou revêtements imperméables aux gaz et qui empêchent l'éboulement régulier de la charge, avec les conséquences précédemment indiquées.
En somme, un four de type connu traitant des poudres a une marche très irrégulière : la pression change sans cesse, ainsi que le pourcentage de CO2 dans les gaz, et la qualité de la fonte produite. Ce n'est que dans les cas exceptionnels, à condition de contrôler, avec précision, et de fa- çon continue, les modalités de chargement, que 1 on peut utiliser sans graves inconvénients une charge qui contient un petit pourcentage de matiè- re en poudre.
La tendance, indiquée plus haut, à la formation de voûtes est aussi en relation avec la forme du four, puisque le haut-fourneau de cons- truction usuelle a une section horizontale relativement limitée avec des parois qui, en se revêtant de dépôts de maté.:ci.aux (déjà désigné par le nom de "revêtements"), facilitent l'appui périphérique des voûtesCelles-ci se.
forment suivant les lignes isothermes à l'intérieur du matériel de charge, en constituant des sortes de calottes à concavité dirigée vers le hauto
La présente invention concerne un procédé spécial qui permet d'ob- vier aux inconvénients indiqués ci-dessus et de produire de la fonte dans un four @ insufflation d'air dans lequel peut être traitée une charge cons- tituée entièrement par de la matière fine (dimensions ces grains de 0,1 mm à lmm) ou pulvérulente (à dimensions inférieures à 0,1 mm)o Il permet aussi de traiter du minerai ayant des dimensions plus grandes (jusqu'à environ 5 mm)o
L'invention a aussi pour objet un four convenant particulièrement bienpourle mise en oeuvre du procédé et une tuyere susceptible d'être em- ployée dans le dit fouro
Le procédé suivant l'invention,
d'après lequel on effectue la ré- duction de --Baserais métalliques en morceaux menus (non agglomérés d'une ma- nière quelconque) avec du charbon (dont au moins un tiers est en morceaux de dimensions inférieures à 10 mm) et de scorifiants (en morceaux de 0-10 mm), en insufflant de l'air préalablement chauffé à environ 700 C, pour obtenir du métal et du laitier qui se rassemblent au fond du bassin et qui sont extraits de manière connue, procédé qui est remarquable en ce que l'on opère avec une épaisseur de couche des matériaux de charge, au dessus du laitier liquide, inférieure ou égale à 1,80 m, que l'air est introduit dans cette couche en, au moins, trois points, au-dessous d'un plan passant au tiers de la hauteur de la couche,
cette introduction ayant lieu à l'aplomb du centre de gravité de polygones convexes obtenus en subdivisant la surface horizontale du bas- sin, chacun de ces polygones ayant une aire inférieure ou égale à 6 mètres carrés et ses sommets à des distances du centre de gravité correspondant qui sont entre elles dans un rapport compris entre 2/3 et 4/3/ Les modalités indiquées ci-dessus ont pour but d'éliminer pratiquement, soit, la courbure des surfaces isothermes près de la zone de fusion, soit, l'action de "soutènement" des parois.
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Exemple d'application du procédé :
Dans un petit four expérimental, ayant un bassin, ou cuve, carré relativement étendu de 5 x 5 mètres et 9 tuyères (du type qui sera décrit plus en détail par la suite), on a chargé la matière suivante (rapportée à 1000'kg de fonte produite):
EMI3.1
<tb> minerai <SEP> fin <SEP> enrichi <SEP> à <SEP> 59 <SEP> % <SEP> de <SEP> Fe <SEP> 1710 <SEP> kg
<tb>
<tb> coke <SEP> en <SEP> petis <SEP> morceaux <SEP> (de <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 40 <SEP> mm) <SEP> 760 <SEP> "
<tb>
<tb> calcaire <SEP> en <SEP> morceaux <SEP> de <SEP> 0/10 <SEP> mm <SEP> 200 <SEP> "
<tb>
La charge, bien mélangée avant son introduction dans le four, occupait une couche d'une hauteur totale de 110 cm; dans cette couche péné- traient, du haut, neuf tuyères jusqu'à une profondeur de 90 cm.
Les tuyères insufflaient dans la charge de l'air chauffé à environ 680 C' à une pression de 1,6 atm qui s'avéra suffisante pour intéresser au- tour de chaque tuyère une zone ayant un rayon de plus d'un mètre. Le volume d'air introduit correspondait à un débit de 2600 + 2800 m3 par tonne de co- ke sec.
Les tuyères étaient refroidies par de l'eau qui circulait dans chacune de celles-ci avec un débit de 15 litres par minute et qui subissait un réchauffement de 18 C.
On 2 obtenu une production journalière d'environ 50 tonnes (c'est- à-dire 2 T/m ) de fonte à teneur moyenne en carbone, et de fonte pour fon- deries, avec production d'un laitier analogue au laitier du haut-fourneau et une production de gaz s'échappant à une température comprise entre 100 et 150 C et qui contenait de 22 à 25 % de CO2
Par mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on a donc pu traiter un minerai qui ne pouvait pas l'être par l'une des méthodes précédem- ment connues.
Le four suivant l'invention est remarquable en ce qu'il est fermé, qu'il comporte un bassin de coulée relativement étendu et d'une hauteur li- mitée, et plusieurs tuyères descendant à l'aplomb des sommets d'un réseau dont les côtés ont une longueur inférieure à deux mètres,-. il en résulte, au point de vue fonctionnel que la section horizontale de ce bassin reste sub- divisée en zones, à chacune desquelles correspond l'action d'une tuyère dis- posée dans l'axe de la zone.
De préférence, les organes qui portent ces tuyères permettent de les déplacer lentement, soit, horizontalement soit verticalement, même pen- dant la marche du four.
Dans une forme particulière de réalisation, chaque tuyère traverse la voûte du four, par l'intermédiaire d'un joint hydraulique, pour empêcher les fuites de gaz.
La tuyère suivant l'invention est constituée par un tube métalli- que à double paroi, refroidi par circulation d'un fluide, revêtu d'un iso- lant thermique à l'intérieur et fermé à l'extrémité inférieure, de manière à ménager une chambre communiquant avec l'extérieur par plusieurs ouvertures à direction sensiblement radiale avec une faible composante dirigée vers le bas.
Quand le support de la tuyère permet le déplacement de cette der- nière pendant le fonctionnement du four, il peut être avantageux que sa sur- face externe soit munie d'ailettes qui, pendant le mouvement, peuvent ainsi remuer la charge.
A titre nullement limitatif, on a représenté au dessin annexé une formé préférée de réalisation de la tuyère suivant l'invention (avec quelques
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variantes) ainsi qu'une fig. forme préférée de réalisation du four, dessin sur lequel : la fige 1 est une vue en coupe verticale axiale d'une tuyëre ; la fige 2 est une variante de la fig. 1 ; la et, 3 est une vue, à plus grande échelle, d'une portion du corps de la tuyère ;
la figo 4 est une vue d'un détail du système de traversée de la voûte du four, 5, les fige horizontale 6, 7 représentent, respectivement, en coupe longitu- dinale partielle, en projection l'invention. et en coupe transversale, un four suivant 1),
Dans l'exemple représenté au dessin (figo une la tuyère de souffla- ge suivant l'invention est constituée par un bras formé d'un tube extérieur 1 et d'un tube intérieur 2, maintenus à certaine distance 1 un de l'au- tre, de manière à laisser entre eux un espace libre 3, dans lequel on fait circuler un liquide réfrigérant, le tube 2, à son tour, étant revêtu à l'intérieur d'un tube 4, en matière réfractaire, en contact direct avec le tube 2, et qui ménage un passage central libre 5 par lequel arrive l'air chaud sous pression.
L'extrémité inférieure du conduit 5 présente un fond arrondi et est en communication avec l'extérieur au moyen d'un certain nombre d'ouver- tures 7 à direction sensiblement radiale, avec toutefois une faible composan- te verticale dirigée vers le -bas.
A l'intérieur de l'espace 3 est disposé un tube 10 pénétrant jus- qu'au fond de la tuyère et parcouru,!1:par un liquide réfrigérant, qui arrive par un tube 17 et qui s'échappe du dit espace 3 par une tubulure spéciale 18.
Dans une autre forme de réalisation, représentée sur la figo 2, la tuyère comporte les mêmes éléments que ceux déjà décrits et portant les mê- mes chiffres de référence 1,2,3,4,5 mais ici les ouvertures de sortie 8 ont une forme allongée et lefond arrondi présente la forme d'une calotte 9,
Dans une variante, conrespondant à la figo 3, la tuyère de souffla- ge, indiquée dans l'ensemble par 1, peut être munie d'ailettes en saillie à la périphérie vers l'extérieur et servant à remuer la charge quand la tuyè- re est animée d'un petit mouvement alternatif dans le sens vertical.
La fig, 4 montre une possibilité de montage de la tuyère 1 sur la voûte 12.,du four avec des moyens réalisant un joint hydraulique, constitué par une petite cuve annulaire 32, destiné à contenir un liquide, fixée sur la voûte 12 et ouverte vers le haut, dans laquelle pénètre un'organe en for- me de cloche 33 fixé sur le corps de la tuyère 1 et dirigé vers le bas.
Les figo 5, 6, 7 montrent clairement, quoique d'une manière sché- matique, les caractéristiques de construction du four suivant l'invention.
Celui-ci comprend un bassin ou cuve 11, de surface horizontale très étendu et d'une hauteur limitée, fermé par une voûte 12 traversée par des trémies 13 ainsi que par des organes de guidage qui ne laissent pas passer les gaz (par exemple du type représenté sur la fig, 4) dans lestais sont intro- duites, par le haut, les tuyères de soufflage 1 qui reçoivent l'air du tube distributeur 14 alimenté par le collecteur 15.
Les tuyères sont aùssi alimentées en eau de circulation qui arri- ve froide par le tube 17 et qui est évacuée par le tube 18 (fig. 1).Les parois du four sont traversées par les canaux 20 d'évacuation des gaz qui
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vont aux collecteurs 21, et par l'ouverture 22 de déchargement du métal pro- duit et du laitier.
L'ensemble des tuyères subdivise la, surface du bassin (fig. 6) en plusieurs zones en contact mutuel (qui même péuvent chevaucher) indiquées sur la figure par les cercles 29 qui définissent la zone d'action de chaque tuyè- re, c'est-à-dire l'espace auquel arrive l'air soufflé par la tuyère.
L'emploi de la tuyère décrite et le fonctionnement du four ressor- tent clairement de la figo 7 ; on prépare sur le fond du bassin une charge de coke 23 qui arrive un peu au-dessus des orifices 1, d'où sort un jet d'air chaud sous pression qui alimente la combustion du coke ; au-dessus du coke on fait arriver, au moyen des trémies 13, des couches alternées de minerai 24 et de coke 25, avec des scorifiants convenables, qui sont renouvelées à intervalles convenables de manière à maintenir constant le niveau supérieur de la charge, sans jamais atteindre le niveau des conduits 20 ;
dans cer- tains case on préfère mélanger au préalable les minerais, le coke et les char- ges correctrices, au lieu de travailler en couches alternées.,
Grâce à la combustion du coke, activée par l'insufflation par les tuyères, d'air chaud et sous pression, on obtient une température élevée qui provoque la réduction du minerai 24 en contact avec cet air ; il se forme ainsi' de petites zones de métal qui descendent au fond, en 26, et qui,sont successivement extraites par l'ouverture 22, en même temps que se forme une couche de laitier 27 qui flotte sur la couche précédente et qui sert à épurer le métal qui traverse successivement ce laitier.
Ainsi qu'on .le voit sur les fige 5, 6 et 7, les tuyères de souffla- ge 1 sont alimentées par des tubes distributeurs d'air, alimentés à leur ' tour par un collecteur général-15.
De ce qui précède, il résulte que, si l'on suit le procédé décrit, et si l'on opère avec le four également décrit, on ne permet pas à la matiè- re en poudre constituant la charge de s'agglomérer et de former des "ponts" ou des voûtes qui, ou bien, ne peuvent pas se former du tout, ou bien, ne peuvent pas se maintenir sur toute la section du four et ne pourraient pas intéresser seulement une zone limitée du four en l'absence d'un effet de soutènement en périphérie. Par conséquent, on peut traiter des matériaux constitués uniquement par des poudres.
Un autre avantage réside dans la mobilité des tuyères qui peuvent être soulevées ou'abaissées même pendant la marche du four, en déplaçant dans celui-ci les zones oxydantes (où prévaut le CO2) et les zones réductrices (où l'on a un excès de CO).
Pour proportionner la hauteur de la charge au-dessus des orifices de sortie des tuyères, on fait en sorte que cette hauteur moyenne ne dépas- se pas la moitié du côté du carré équivalent à l'aire du bassin du four ; de cette manière, on évite:les phénomènes de faux éboulement et d'agglomération de la charge le long des parois.
Il est bon que la charge soit effectuée de manière à lui faire prendre une hauteur plus grande le long du corps de la tuyère, c'est-à-dire de manière à lui faire former une sorte de cône partiel, une hauteur légé- rement plus grande correspondant ainsi au zones où la pression de l'air chaud est plus élevée ; les gaz ont ainsi tendance à s'échapper uniformé- ment de toute la surface de la charge.
On peut opérer en marche acide (avec une faible consommation de coke) par exemple pendant 20 heures, ensuite extraire le laitier acide et affiner la fonte dans les 4 heures suivantes, grâce à l'emploi de laitiers fortement désulfurants; on utilise, dans ce cas, les tuyères mobiles dans le sens vertical. Il peut aussi être utile d'avoir plusieurs ouvertures, pour
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la coulée des laitiers, situées à des hauteurs différentes.
Le four suivant l'invention peut aussi servir comme four-réservoir (mélangeur ou affineur ' lorsqu'il est construit pour pouvoir contenir la production de 24 heures (ou de 48 heures) de manière à produire une qualité moyenne constante.
De la description qui précède, on voit que la construction du four et des tuyères et les modalités de fonctionnement décrites permettent aux gaz de la réaction de traverser uniformément la couche de charge qui est maintenue meuble'et perméable, de telle sorte quj'une colonne ascendante de gaz entoure les grains.
L'uniformité de distribution de l'air peut être encore accrue par utilisation d'une tuyère multiple, c'est-à-dire constituée par un bras ra- mifié et qui se termine sous forme de plusieurs canaux adducteurs d'air, chacun desquels étant muni de plusieurs orifices de sortie.
On a indiqué les valeurs numériques parmi lesquelles on doit choi- sir la hauteur de charge et la limite inférieure pour la dimension du four dans le sens horizontal*
Ces valeurs sont critiques en ce qui concerne le fonctionnement du four, c'est-à-dire pour l'application du procédé suivant l'invention, puisque, si l'épaisseur de la charge était inférieure à 0,80 m ; on aurait une forte perte de chaleur et les gaz sortiraient trop chauds ; inversement, l'expérience a démontré que, si la dite couche de charge avait une épaisseur supérieure à 1,30 m, les gaz ne pourraient plus se dégager en-traversant ré- gulièrement la charge et il y aurait formation. de voûtes et de zones agglo- mérées.
Ainsi, un four de largeur inférieure à trois mètres donnerait lieu à un fonctionnement peu sûr, parce que la charge pourrait déjà avoir tendance à prendre appui sur les parois et ne pas descendre régulièrement.
Enfin, on a fixé à trois au moins le nombre de tuyères dans le sens de la dimension horizontale la plus petite du four, afin de rompre en au moins trois points la voûte qui tendrait à se former par suite d'une éven- tuelle agglomération spontanée de la charge, en l'empêchant de se maintenir par simple appui des parois latérales. En effet, à l'aplomb des tuyères, les températures sont plus hautes et la voûte subit une interruption.
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The present invention relates to a process for the manufacture of cast iron in a blast furnace by blowing air, starting from fine or fine ores, without prior agglomeration, a furnace for carrying out this process and a nozzle used. in such a fouro
We know the difficulties encountered when charging directly (that is to say without prior agglomeration) into the blast furnace materials in the finite state or completely in the powder state.
These small materials and these powders, falling from the bucket or the skip into the blast furnace, remain in suspension in the gas stream which partially entrains them. By using materials with a high proportion of powder, or materials which pulverize during loading, in some cases a weight of dust has been collected in the scrubbers in excess of 10% of the 'weight' of the cast iron produced.
These powdered materials cause serious inconvenience in the operation of the blast furnace, either when the charging means include components which bring the charge into direct contact with the walls (wide distribution hood) or in the reverse case ( narrow bell) o In fact, in the first case, the powders descend along the walls by adhering to the refractory, that is to say by forming what are called "coatings" which, in turn, prevent a regular landslide of the load, in particular at the height of the belly of the blast furnace, or a little higher, and, often, they manage to block the furnace or to form "vaults" which collapse intermittently in leading to a cast iron of irregular composition and of poor quality - (because it is rich in sulfur)
Intermittent landslides cause a material which has not undergone a suitable preparation to fall onto the bath (of cast iron and slag) at very high temperature and they also cause strong boiling, with slag coming out of the nozzles and danger for people who are near the oven
These disadvantages are aggravated if the treated ores contain alkalis, zinc and, in general, materials which volatilize at high temperature and which condense again at low temperature.
Thus, for example, the zinc which is obtained by reduction volatilizes and, in the presence of CO2, oxidizes again in the area of the belly and of the vessel, forming ZnO which is deposited on the walls in producing "coatings" o
On the contrary, in the case where the powders are used in furnaces having a small distribution bell in relation to the diameter of the furnace they create a central zone with low permeability, so that the gases escape along the walls and the oven works as a "chimney". the exit gases have a high CO content and a low CO2 content, therefore the reduction efficiency is low (insufficient indirect reduction).
A closer examination of the behavior at high temperature of the lump ore and, respectively, of the powdered ore, made it possible to establish that the miherai in lumpy heats regularly on contact with the gas passing between the pieces and that it undergoes gradually reducing and, consequently, that it transforms regularly into cast iron and slag with a low iron oxide content as soon as it arrives in areas with very high temperature; on the contrary, the powders behave in a completely different way, since under the effect of the heat they immediately coat the interior part with a reduced and semi-melted insulating crust, which, therefore, heats up very slowly;
consequently, blocks are formed which are impenetrable to the action of the gases which arrive in the very hot zone, while inside they are still formed by more or less agglomerated iron oxide, fusion takes place. therefore produced before the reduction is complete, and a slag with a high FeO content is obtained, which adversely affects the conditions
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- furnace operation (high sulfur content in cast iron and high coke consumption).
Consequently, it happens that the blocks of powders behave, in a certain sense, like blocks of ore of excessive dimensions (which, as we know, reach the crucible without having undergone the preparatory reactions and do not undergo. indirect reduction) and they behave even worse because the formation of the aforesaid crust prevents the heat from reaching the interior regularly
The situation is even worse when, along with the ore powder, des- cned a small quantity of aoke powder;
in this case, half-reduced and semi-fluid blocks are formed, in which, especially along the walls of the tank, other materials of the load are incorporated, forming bridges or coatings impermeable to gases and which prevent the load from falling evenly, with the consequences previously indicated.
In short, a furnace of known type dealing with powders operates very irregularly: the pressure changes constantly, as does the percentage of CO2 in the gases, and the quality of the cast iron produced. It is only in exceptional cases, on condition that the modalities of loading are checked with precision and continuously, that a load which contains a small percentage of organic matter can be used without serious inconvenience. powder.
The tendency, indicated above, to the formation of vaults is also related to the shape of the furnace, since the blast furnace of usual construction has a relatively limited horizontal section with walls which, by coating themselves with deposits of mate .: ci.aux (already designated by the name of "coverings"), facilitate the peripheral support of the vaults.
form along isothermal lines inside the load material, constituting a sort of cap with concavity directed upwards.
The present invention relates to a special process which makes it possible to obviate the drawbacks indicated above and to produce cast iron in an air-blowing furnace in which a charge consisting entirely of fine material can be processed. (dimensions these grains from 0.1 mm to 1mm) or powdery (with dimensions less than 0.1 mm) o It also allows to treat ore with larger dimensions (up to about 5 mm) o
A subject of the invention is also a furnace which is particularly suitable for the implementation of the process and a nozzle capable of being used in said furnace.
The process according to the invention,
according to which one carries out the reduction of --Base metal into small pieces (not agglomerated in any way) with coal (at least one third of which is in pieces of dimensions less than 10 mm) and slag scorifiers (in pieces of 0-10 mm), by blowing air previously heated to around 700 C, to obtain metal and slag which collect at the bottom of the basin and which are extracted in a known manner, a process which is remarkable in that one operates with a layer thickness of the filler materials, above the liquid slag, less than or equal to 1.80 m, that the air is introduced into this layer at at least three points, at - below a plane passing to a third of the height of the layer,
this introduction taking place directly above the center of gravity of convex polygons obtained by subdividing the horizontal surface of the basin, each of these polygons having an area less than or equal to 6 square meters and its vertices at distances from the center of gravity corresponding to each other in a ratio between 2/3 and 4/3 / The methods indicated above are intended to practically eliminate, either, the curvature of the isothermal surfaces near the fusion zone, or, the action of "support" of the walls.
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Example of application of the process:
In a small experimental furnace, having a relatively large square basin, or vessel, 5 x 5 meters and 9 nozzles (of the type which will be described in more detail later), the following material was charged (referred to 1000 kg of cast iron produced):
EMI3.1
<tb> ore <SEP> fine <SEP> enriched <SEP> to <SEP> 59 <SEP>% <SEP> of <SEP> Fe <SEP> 1710 <SEP> kg
<tb>
<tb> coke <SEP> in <SEP> small <SEP> pieces <SEP> (from <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 40 <SEP> mm) <SEP> 760 <SEP> "
<tb>
<tb> limestone <SEP> in <SEP> pieces <SEP> of <SEP> 0/10 <SEP> mm <SEP> 200 <SEP> "
<tb>
The load, well mixed before its introduction into the oven, occupied a layer with a total height of 110 cm; nine nozzles penetrate this layer from above to a depth of 90 cm.
The nozzles blown air heated to about 680 C 'into the charge at a pressure of 1.6 atm which was found to be sufficient to involve an area around each nozzle having a radius of more than one meter. The volume of air introduced corresponded to a flow rate of 2600 + 2800 m3 per tonne of dry cocoa.
The nozzles were cooled by water which circulated in each of them with a flow rate of 15 liters per minute and which underwent a heating of 18 C.
A daily production of about 50 tonnes (i.e. 2 T / m) of medium carbon iron and iron for smelters was obtained, with production of a slag similar to the slag of blast furnace and a production of gas escaping at a temperature between 100 and 150 C and which contained 22 to 25% CO2
By implementing the process according to the invention, it has therefore been possible to treat an ore which could not be treated by one of the previously known methods.
The furnace according to the invention is remarkable in that it is closed, that it comprises a relatively large casting basin and of a limited height, and several nozzles descending directly from the tops of a network of which the sides are less than two meters long, -. From the functional point of view, the result is that the horizontal section of this basin remains subdivided into zones, to each of which corresponds the action of a nozzle arranged in the axis of the zone.
Preferably, the members which carry these nozzles make it possible to move them slowly, either horizontally or vertically, even while the furnace is in operation.
In a particular embodiment, each nozzle passes through the roof of the furnace, via a hydraulic seal, to prevent gas leaks.
The nozzle according to the invention consists of a double-walled metal tube, cooled by circulation of a fluid, coated with a thermal insulator on the inside and closed at the lower end, so as to spare a chamber communicating with the outside through several openings in a substantially radial direction with a small component directed downwards.
When the support of the nozzle allows the latter to be moved during operation of the furnace, it may be advantageous for its outer surface to be provided with fins which, during movement, can thus stir the load.
In no way limiting, there is shown in the accompanying drawing a preferred embodiment of the nozzle according to the invention (with a few
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variants) as well as a fig. preferred embodiment of the furnace, drawing in which: the pin 1 is a view in axial vertical section of a nozzle; the rod 2 is a variant of FIG. 1; 1a and 3 is a view, on a larger scale, of a portion of the body of the nozzle;
FIG. 4 is a view of a detail of the system for passing through the vault of the oven, 5, the horizontal rods 6, 7 represent, respectively, in partial longitudinal section, in projection of the invention. and in cross section, a furnace according to 1),
In the example shown in the drawing (figo une, the blowing nozzle according to the invention is constituted by an arm formed of an outer tube 1 and an inner tube 2, kept at a certain distance 1 un from the au - Be, so as to leave between them a free space 3, in which a refrigerant liquid is circulated, the tube 2, in turn, being coated inside a tube 4, of refractory material, in direct contact with the tube 2, and which provides a free central passage 5 through which the hot pressurized air arrives.
The lower end of the duct 5 has a rounded bottom and is in communication with the outside by means of a number of openings 7 in a substantially radial direction, however with a small vertical component directed downwards. .
Inside the space 3 is arranged a tube 10 penetrating to the bottom of the nozzle and traversed,! 1: by a refrigerant liquid, which arrives through a tube 17 and which escapes from said space 3. by a special tubing 18.
In another embodiment, shown in FIG. 2, the nozzle comprises the same elements as those already described and bearing the same reference numerals 1,2,3,4,5 but here the outlet openings 8 have a elongated shape and the rounded bottom has the shape of a cap 9,
In a variant, corresponding to Fig. 3, the blowing nozzle, generally indicated by 1, may be provided with fins projecting at the periphery outwards and serving to stir the charge when the nozzle. re is animated by a small reciprocating movement in the vertical direction.
Fig, 4 shows a possibility of mounting the nozzle 1 on the vault 12., of the furnace with means providing a hydraulic seal, consisting of a small annular tank 32, intended to contain a liquid, fixed on the vault 12 and open. upwards, into which penetrates a bell-shaped member 33 fixed to the body of the nozzle 1 and directed downwards.
Figures 5, 6, 7 clearly show, albeit schematically, the constructional features of the furnace according to the invention.
This comprises a basin or tank 11, with a very large horizontal surface and a limited height, closed by a vault 12 crossed by hoppers 13 as well as by guide members which do not allow gases to pass (for example type shown in fig, 4) in the ballast are introduced, from above, the blowing nozzles 1 which receive the air from the distributor tube 14 supplied by the manifold 15.
The nozzles are also supplied with circulating water which arrives cold through the tube 17 and which is discharged through the tube 18 (fig. 1). The walls of the furnace are crossed by the gas discharge channels 20 which
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go to the collectors 21, and through the opening 22 for discharging the product metal and the slag.
The set of nozzles subdivides the surface of the basin (fig. 6) into several zones in mutual contact (which can even overlap) indicated in the figure by the circles 29 which define the zone of action of each nozzle, c 'that is to say the space to which the air blown by the nozzle arrives.
The use of the nozzle described and the operation of the furnace emerge clearly from figo 7; a charge of coke 23 is prepared on the bottom of the basin, which arrives a little above the orifices 1, from which comes out a jet of hot pressurized air which feeds the combustion of the coke; alternating layers of ore 24 and coke 25 are made to arrive above the coke by means of the hoppers 13, with suitable slags, which are renewed at suitable intervals so as to keep the upper level of the charge constant, without never reach the level of conduits 20;
in some cases it is preferred to mix the ores, coke and corrective charges beforehand, instead of working in alternate layers.
Thanks to the combustion of the coke, activated by the blowing through the tuyeres of hot air under pressure, a high temperature is obtained which causes the reduction of the ore 24 in contact with this air; small zones of metal are thus formed which descend to the bottom, at 26, and which are successively extracted through the opening 22, at the same time as a layer of slag 27 forms which floats on the preceding layer and which serves in purifying the metal which successively passes through this slag.
As can be seen from figures 5, 6 and 7, the blowing nozzles 1 are supplied by air distribution tubes, which in turn are supplied by a general manifold-15.
From the foregoing, it follows that, if the method described is followed, and if one operates with the furnace also described, the powdered material constituting the filler is not allowed to agglomerate and to settle. form "bridges" or vaults which, either, cannot be formed at all, or else, cannot be maintained over the entire section of the furnace and could not affect only a limited area of the furnace in the absence a support effect at the periphery. Therefore, materials consisting only of powders can be processed.
Another advantage lies in the mobility of the nozzles which can be raised or lowered even during operation of the furnace, by moving in it the oxidizing zones (where CO2 prevails) and the reducing zones (where there is an excess. of CO).
In order to proportion the height of the charge above the outlet openings of the nozzles, it is ensured that this average height does not exceed half of the side of the square equivalent to the area of the basin of the furnace; in this way, one avoids: the phenomena of false landslide and agglomeration of the load along the walls.
It is good that the load is carried out so as to make it take a greater height along the body of the nozzle, that is to say so as to make it form a kind of partial cone, a height slightly larger corresponding to the zones where the pressure of the hot air is higher; gases thus tend to escape uniformly over the entire surface of the charge.
It is possible to operate in an acidic mode (with a low consumption of coke) for example for 20 hours, then to extract the acid slag and to refine the cast iron in the following 4 hours, thanks to the use of strongly desulfurizing slags; in this case, the movable nozzles in the vertical direction are used. It can also be useful to have several openings, to
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the flow of slags, located at different heights.
The furnace according to the invention can also serve as a reservoir furnace (mixer or refiner 'when it is constructed to be able to contain the production of 24 hours (or 48 hours) so as to produce a constant average quality.
From the foregoing description, it can be seen that the construction of the furnace and the tuyeres and the operating modalities described allow the reaction gases to pass uniformly through the charge layer which is kept loose and permeable, so that a column ascending gas surrounds the grains.
The uniformity of air distribution can be further increased by using a multiple nozzle, that is to say consisting of a branched arm and which terminates in the form of several adductor air channels, each of which being provided with several outlet openings.
Numerical values have been indicated from which to choose the load height and the lower limit for the dimension of the furnace in the horizontal direction *
These values are critical with regard to the operation of the furnace, that is to say for the application of the method according to the invention, since, if the thickness of the load was less than 0.80 m; there would be a great loss of heat and the gases would come out too hot; conversely, experience has shown that, if the said charge layer had a thickness greater than 1.30 m, the gases could no longer be released by regularly passing through the charge and there would be formation. vaults and built-up areas.
Thus, a furnace with a width of less than three meters would give rise to unsafe operation, because the load could already have a tendency to rest on the walls and not descend regularly.
Finally, the number of nozzles in the direction of the smallest horizontal dimension of the furnace was set at three at least, in order to break at least three points the vault which would tend to form as a result of a possible agglomeration. spontaneous load, preventing it from being maintained by simply pressing the side walls. In fact, directly above the nozzles, the temperatures are higher and the vault is interrupted.