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-La présente invention se rapporte à la réduction di- recte d'un oxyde de fer, en particulier de minerais d'oxyde de fer, grâce à l'utilisation d'un gaz réducteur constitué principa- lement par de l'oxyde de carbone.
La présente invention vise un procédé de réduction d'un minerai d'oxyde de fer, qui consiste : à produire des gaz réducteurs riches en CO par des moyens comprenant la combustion d'un combustible carboné solide, ces gaz réducteurs contenant des particules de cendres entraînées provenant de la combustion du combustible; à faire passer les gaz réducteurs à une tempéra-
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ture élevée à travers une zone d'échange de chaleur et à y re- froidir les gaz réducteurs ; à éliminer les cendres des gaz réduc- teurs refroidis ; à refouler les gaz réducteurs refroidis exempts de cendres à travers la zone d'échange de chaleur, en relation indirecte d'échange de chaleur avec les gaz réducteurs à tempéra- ture élevée, afin de réchauffer ainsi les gaz réducteurs à une température comprise entre environ 4800 et 980 C;
enfin, à met- tre les gaz réducteurs réchauffés en contact avec du minerai d'oxyde de fer finement divisé, ce qui donne lieu à la rédcution en fer dé l'oxyde de fer contenu dans le minerai.
On a déjà conçu et essayé de nombreux procédés diffé-
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,< rents pour la production du fer métallique à partir de minerais de fer. Cependant, sauf pour des conditions inhabituelles de la matière première, l'utilisation du haut fourneau habituel a été considérée comme étant la technique la plus économique et la plus réalisable industriellement pour la production de fonte grise.
Malgré son utilisation répandue, le haut fourneau présente deux inconvénients sérieux associés aux matières premières qui y.}sont chargées : (1) les dimensions des particules du minerai de fer utilisé dans un haut fourneau doivent être assez grandes pour que les particules ne puissent pas être projetées hors du sommet du four et (2) le seul combustible réellement satisfaisant dans un haut fourneau est le coke métallurgique dont la résistance est suffisante pour qu'il puisse supporter une colonne de matières solides contenue dans le four.
Les deux limitations précitées relatives aux matières premières utilisables dans les haut fourneaux s'accentuent de plus en plus. Par exemple, pour ne mentionner qu'un seul aspect du problème des minerais, différente procédés de concentration des minerais de fer, utilisés actuellement, donnent un produit fine- ment divisé qu'on ne peut pas charger tel quel dans un haut four,,-'
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neau, mais qu'on doit tout d'abord agglomérer en morceaux plus gros. Bien entendu, cette opération nécessaire augmente considé- rablement les frais de mise en oeuvre du haut fourneau. En ce qui concerne le coke, dans les conditions actuelles, les réserves,de bons charbons de cokerie diminuent de plus en plus et les frais d'investissement des cokeries augmentent.
Il en résulte que le prix du coke représente de nos jours la dépense la plus impor- tante pour la transformation du minerai de fer en fonte grise dans un haut fourneau.
On sait depuis longtemps qu'on peut convertir du mine- rai de fer divisé ou granulaire en un mélange de fer métallique et de gangue en le traitant à une température élevée par des gaz réducteurs appropriés. En effet, la technique antérieure décrit et propose de nombreux types divers de procèdes de réduction diref te. Cependant, pour beaucoup de raisons différentes, aucun des procédés proposés n'a été adopté dans l'industrie. La présente invention concerne un agencement unique de circulation pour la réduction directe d'un minerai de fer au moyen de gaz réducteurs obtenus par la combustion de combustibles carbonés solides pulvé- risés, tels que le charbon ou des combustibles analogues.
Comme il est décrit plus loin, l'utilisation de combustibles tels que le charbon se traduit par la présence de cendres de charbon dans' les gaz de combustion, ce qui soulève certains problèmes techni-' ques qu'il faut résoudre pour obtenir un procédé efficace et pou- vant être industriellement exploité.
En conséquence, la présente invention a pour objet : - un procédé nouveau et perfectionné de réduction di- , recte d'un minerai de fer; - un procédé nouveau du genre précité dans lequel on utilise un gaz réducteur obtenu par combustion de charbon ou d'un combustible carboné solide analogue; - un procédé de réduction,d'un minerai de fer dans
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lequel on utilise un gaz réducteur obtenu par la combustion de charbon ou de combustible analogue et comprenant un moyen nouveau pour résoudre le problème des cendres de charbon et des problèmes analogues que pose une telle combustion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours'de la description détaillée qui va sui- vre et qu'on a faite en se référant au dessin annexé,sur le- quel :
La figure 1 est un schéma de circulation par blocs se rapportant à un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention.
La figure 2 est un éma général de circulation illus- trant plus en détail le procédé de l'invention.
D' une manière générale, le procédé conforme à l'in- vention est mis en oeuvre dans trois principales zones de trai- tement : (1) une zone combinée de fusion et de production de gaz, dans laquelle on brûle un combustible afin de faire fon- dre le fer et de le séparer du minerai réduit, tout en produi- sant des gaz de combustion , (2) une zone d'enrichissement . des gaz, dans laquelle on traite les gaz de combustion prove- nant de la première zone pour augmenter leur capacité ré- ductrice et (3) une zone de réduction dans laquelle du minerai de fer divisé est mis en contact avec les gaz réducteurs enri- chis provenant de la seconde zone et à partir de laquelle le minerai de fer réduit résultant est envoyé dans la première zone.
En se référant d'abord à la figure 1, on voit que le minerai d'oxyde de fer divisé ou granulaire est introduit par un conduit 10 dans une zone de réduction 11 et est mis en contact avec des gaz réducteurs riches en CO introduits dans la zone 11 par un conduit 12. Les minerais qu'on peut utiliser dans le procédé oomprennent tous les minerais d'oxyde de fer
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bieni connus,, y, compris ]]''hé:ri1Iit::tlteh magn6eU!-te,, et. dlleutzes ial,- neraiw qui. peuvent oantenim au moins environ 5/b en- poids: et. même j,itsqu!gà; 45;ô en poids, de-matières :fa.l'mant la gangue, en particulliew de. l:a si.lLaeï et; de Lgalumïne.. On pemt également utiliser d'autres'minerais similaires, au, minerai de fer; tels quelles minerais de fer-manganèse..
II entre également.dans le cadre de:T'invention d'introduire dans la zone de réduction ll d'autres produits contenant de l'oxyde de fer, tels que les battitures de laminoirs, etc. Dans la zone de réduction 11, se produisent les: réactions de réduction bien connues entre l'oxyde de fer et le CO (et le H2), la chaleur de réaction étant fournie par la chaleur sensible des gaz réducteurs qui
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se trouvent à une température d'environ 480*0 à 9&0 G.., comme décrit ci-après. Les gaz réducteurs effluents, dont la teneur en CO est épuisée, sont déchargés par un conduit 13 hors de la zone de réduction 11.
Les particularités de minerai résultantes, qui compren- nent le fer réduit, la gangue et une certaine quantité d'oxyde de fer non réduit, traversent un conduit 14 pour passer de la zone de réduction 11 à un foyer 16, qui comporte une zone de fusion et une zone de production de gaz combinées. On in- troduit un combustible carboné solide mélangé avec un gaz riche en oxygène par un conduit 17 et la combustion du com- bustible par l'oxygène se produit dans le foyer 16. Afin de fournir la chaleur nécessaire à l'opération de fusion, la com- bustion du combustible dans le foyer 16 doit être suffisamment complète pour produire un excès de CO2, ce qui a pour résultat que les gaz de combustion se trouvant dans le foyer 16 exercent un effet oxydant sur le fer.
Le combustible :carboné solide qu'on brûle de préférence dans le foyer 16 est formé par du charbon, tel que l'anthracite, le charbon bitumineux ou d'un genre bitumineux, utilisés sous forme pulvérisée. Le gaz riche
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en oxygène introduit avec le combustible doit contenir au moins 85% d'oxygène; par exemple, on peut utiliser une qualité commer- ciale d'oxygène industriel d'une pureté de 98 à 99% ou de l'air enrichi en oxygène. Comme mentionné ci-,avant, les quantités relatives de charbon et d'oxygène et le..autres conditions de combustion dans le foyer 16 sont réglées de manière que les gaz de combustion sortant de ce dernier aient un caractère oxydant, le rapport CO2; CO étant d'au moins 1.
De cette façon, on obtient une température d'environ 16000 à environ 1925 C dans le foyer, ce qui fait que la chaleur de combustion est suffisante pour assurer la fusion du fer contenu dans les par- ticules du minerai réduite ce qui sépare ce fer de la gangue du minerai.
A la suite de la combustion du combustible carboné solide, en particulier du charbon, dans le foyer 16, il se produit une introduction inévitable de cendres non combusti- bles dans la zone de foyer, cendres qu'on doit éliminer du système. Une certaine quantité des cendres est éliminée par formation d'un laitier dans la zone du foyer à partir des cen- dres du charbon ainsi que de la gangue du minerais Ce laitier fluide, formé dans le foyer, constitue une couche ou enveloppe protectrice qui est superposée au fer en fusion dans le foyer, de manière à le protéger d'une réoxydation due aux gaz de com- bustion oxydants* Le fer en fusion et le laitier peuvent être soutirés à volonté du foyer par des conduits 18 et 19, respec- tivement.
Une réoxydation excessive du fer en fusion dans le foyer 16 est également retardée par la présence de carbone supplémentaire ou bien sous forme de charbon précipité pendant la combustion du charbon dans le foyer, ou bien provenant de l'addition directe de charbon ou d'un autre produit solide carboné à la surface du fer en fusion. Dans le cas de charbon
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précigité, on' règle la combustion du charbon par le gaz riche en oxygène de façon qu'il se produise une certaine quantité de précipitation ou de dépôt du charbon brûlé en excès,,, qui est rapidement assimilé Sans- ]le système laitier liquide et métal..
La teneur en carbone du. charbon produit une réduction. complémentaire de l'oxyde de fer dans le foyer 16 et aussi une carburation du fer en fusion sous forme de la fonte grise habituelle ou une concentration dans le métal chaud comprise entre environ 2. et environ 4% en, poids.
Etant donné que les gaz de combustion produits dans le foyer 16 contiennent un excès de CO2, on doit les soumettre à un traitement d'enrichissement avant de pouvoir les utiliser pour la réduction du minerai. De préférence, on effectue cet enrichissement des gaz de combustion en diminuant la teneur en
COz par réaction avec du carbone. Ainsi, les gaz de combustion traversent un conduit 21 pour aller du foyer 16 à une zone de gazéification 22, dans laquelle on introduit également de l'oxy gène et un excès de charbon, par un conduit 23.
Le carbone provenant en partie du charbon introduit en 23 réagit avec le
CO2 des gaz de combustion introduits en 21, et la chaleur endo- thermique nécessaire pour la réaction de réduction est fournie par la chaleur sensible,, des gaz de combustion, à,laquelle s'ajoute la chaleur supplémentaire dégagée dans le gazogène 22 par la combustion partielle d'une autre partie du charbon au moyen de l'oxygène introduit par le conduit 23. Le gaz à teneur élevée en oxygène introduit par le conduit 23 peut être de l'oxygène industriel pur ou un gaz enrichi en oxygène conte- /nant au moins 85% d'oxygène, exactement comme dans le foyer 16.
Bien que la réaction entre le CO2 et la;teneur en carbone du charbon, donnant lieu à la production de CO, soit la réaction de réduction principale réalisée dans la zone de gazéification
22, on comprendra également que la vapeur d'eau contenue dans
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les gaz de combustion introduits dans la zone de gazéification 22 est réduite par réaction avec du carbone, ce qui forme de l'hydrogène.
Pour obtenir les meilleurs résultats, il est dèsirable que la teneur en CO2 des gaz de combustion provenant du conduit u 21 soit dimineé s par réduction dans le gazogène 22, à un degré tel que les gaz sortants, qu'on élimine par un conduit'24, ne contiennent pas plus d'environ 10% de CO2pour un rapport CO;CO2 d'au moins environ 7, et de préférence pas plus de 5% de CO2 pour un rapport 00:00.,-d'au moins environ 10, afin qu'ils aient la. capacité réductrice nécessaire pour leur uti- lisation dans la réduction directe des minerais d'oxyde de fer.
A ce point du procédé, et avant que les gaz riches en CO déchargés par le conduit 24 puissent être utilisés pour la réduction dans la zone 11 de réduction, il est essentiel de résoudre plusieurs problèmes techniques soulenés par les traite. mentseffectués dans le foyer 16 et dans la zone de gazéifica tion 22. Tout d'abord, les réactions de réduction effectuées dans la zone de gazéification 22 sont fortement endothermiques, de sorte qu'il existe évidemment un certain niveau minimum de température auquel on peut faire fonctionner la zone de gazéification 22 pour obtenir des résultats industriels pra- tiques.
D'une manière générale , les gaz riches en CO sortant du gazogène par le conduit 24 se trouvent à une température comprise entre environ 1025 et environ 1325 C et, avant de pouvoir utiliser ces gaz réducteurs dans la zone 11 de réduc- tion, on doit les refroidir à un niveau de température quelque peu- inférieur. Toutefois, le fait que les gaz éliminés par le conduit 24 contiennent invariablement des quantités notables de cendres de charbon qu'on doit éliminer est encore plus im- portant. Comme on l'a déjà mentionné, une partie des cendres introduites dans le foyer 16 par la combustion du charbon est
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'invertie dans ce foyer en laitier et est soutirée par le con- duit 19.
Cependant, un certaine quantité de particules de cendres est entraînée dans les gaz de 'combustion et pénètre dans la zone de.gazéification 22, où une quantité supplémen- taire de cendres de charbon est introduite par suite de la combustion du charbon supplémentaire introduit par le conduit 23, Là encore, on peut éliminer une partie des cendres de la zone de gazéification 22 sous la forme d'un laitier semi-solide ou d'un dépôt de cendres, mais les conditions opératoires né- cessaires pour la zone de gazéification 22.sont telles qu'une quantité gênante de cendres s'échappe obligatoirement de la zone de gazéification 22 sous la forme de particules entrai- nées dans les gaz effluents.
Bien qu'on puisse utiliser un épu- rateur de gaz, tel qu'un séparateur cyclone ou un appareil de précipitation électrostatique, pour effectuer l'élimintation des cendres des gaz à haute température du conduit 24, la de- manderesse a constaté qu'on peut exécuter l'éliminpation la plus efficace et la moins coûteuse au moyen d'un dispositif laveur ou épurateur utilisant un liquide, par exemple un la- veur à eau, en particulier un laveur du type à venturi. Cepen- dant, on doit d'abord refroidir suffisamment les gaz contenant des cendres avant de les épurer avec de l'eau ou un autre li- quide de lavage, pour éviter une volatilisation excessive et une perte du liquide dépuration.
Ainsi, les gaz chauds sortant du conduit 24 traversent un échangeur de chaleur 26 où ils sont refroidis à une température de l'ordre de 260 C à 315 C et ils sont introduits ensuite par un conduit 27 dans un épura- teur 28. L'eau (ou un autre agent liquide d'épuration) est in- troduite dans l'épursteur 28 par un conduit 29 et le/Liquide d'épuration effluent est retiré par un conduit 31. Bien que l'eau soit très efficace pour éliminer les cendres des gaz, le liquide d'épuration peut également être constitué par un
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réactif chimique ou un solvant, tel que la monoéthanolamine ou un produit analogue afin d'éliminer sélectivement le CO2 des gaz.
Bien qu'on obtienne certains avantages en faisant fonc- tionner le foyer 16 sous une pression supérieure à celle de l'atmosphère, ces avantages sont contrebalancés par des consi- dérations d'ordre pratique concernant la construction simplifiée du foyer et son accès facile. En conséquence, on préfère faire fonctionner le foyer 16 à la pression atmosphérique ou sensi- blement atmosphérique. Dans ces circonstances, on doit prévoir une pompe à 'gaz ou un compresseur à gaz dans le système pour faire circuler les gaz dans les différentes phases du procédé, et en particulier dans la zone 11 de réduction.
Dans le cas considéré, les gaz réducteurs effluents épurés provenant de l'épurateur 28 tranversent un conduit 32 pour aller à un com- presseur 33 et passent ensuite dans un conduit 34 pour gagner l'échangeur de chaleur 26, dans lequel les gaz refroidis et épurés sont réchauffés à une température de réaction appropriée comprise entre environ 4800 et environ 980 C, par échange in- direct de chaleur avec les gaz chauds venant de la zone 22 de gazéification. Les gaz réducteurs réchauffés traversent ensuite un conduit 36 pour parvenir à un dispositif pulsatoire 37 qui peut imprimer une pression pulsatoire cyclique au courant gazeux; dans le but spécifié ci-après. A partir du dispositif pulsatoire 37, les gaz réducteurs traversent le conduit 12 pour gagner la zone de réduction 11, comme on l'a déjà mentionné.
Bien que l'invention concerne principalement un dispo- sitif approprié quelconque servant à mettre un minerai d'oxyde de fer divisé en contact avec les gaz réducteurs dans la zone de réduction 11, on préfère utiliser une opération à contre- courant en lit mobile non fluidifié, dans laquelle une colonne des matières solides du minerai ee déplace vers le bas, en
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contact à contre-courant avec les gaz réducteurs ascendants, la vitesse d'écoulement des gaz ascendants étant maintenue en dessous du seuil de vitesse déterminant la fluidification des particules de minerai et ne dépassant pas, de préférence, environ 80; de la vitesse donnant lieu à cette fluidification.
Pour faciliter l'opération préférée en lit mobile non fluidifié la dimension particulaire de l'oxyde de fer divisé ou granulai- . re envoyé dans la zone de réduction 11 est comprise de préfé- rence, entre environ 12,5 mm et environ 0,149 mm, gamme qui comprend des particules sensiblement plus petites que toutes celles qu'on peut utiliser dans un haut fourneau. Pour la gamme des dimensions particulaires précitée, la vitesse à l'é- tat fluide des gaz réducteurs peut être comprise entre envi- ron 40 m/heure et environ 4864 m/minute, étant bien entendu qu'on peut utiliser les vitesses les plus grandes- pour les particules les plus grosses, et inversement. La pression dans la colonne de réduction peut être la pression atmosphérique ou une pression légèrement supérieure.
Suivant la dimension particulaire du minerai de fer et divers autres facteurs, y compris la structure du récipient de réduction, on rencontre parfois des difficultés entraînant une formation mécanique de "ponts" ou une obturation empêchant l'écoulement régulier des matières solides'du minerai. Afin de vaincre cette difficulté, on place le dispositif pulsatoire 37, déjà décrit, en un point approprié en aval du compresseur 33, ce qui imprime au corant gazeux un effet de pulsation dû aux augmentations et aux diminu- tions momentanées de la pression du gaz. Un tel dispositif sup- prime efficacement les difficultés dues à l'obturation dans l'opération en lit mobile non fluidifié, au cas où de telles difficultés se présentent.
Sur la figure 2 du dessin, on a représenté plus en détail un ensemble d'appareil.. servant à la mise en oeuvre de
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l'invention telle quelle a été décrite jusqu'ici. Dans ce cas, le foyer est constitué par une enceinte d'un seul bloc 40 garnie de matière réfractaire et comportant une paroi vertica- le calorifuge ou barrière thermique 41, qui divise l'enceinte en une zone de fusion et de production de gaz 42, sur l'une des faces de la paroi 41, et une zone d'enrichissement ou de gazéification 43, de l'autre côté de la paroi. Entre les deux éléments est prévu un passage étranglé 44 pour les gaz. On in- troduit les particules- de minerai de fer réduit dans la zone de fusion 42 par un conduit 46, et plusieurs brûleurs 47 à char- bon-oxygène sont montés dans la paroi terminale.' extérieure de la zone 42.
Le bain de fer en fusion est désigné par 48, la couche de laitier surnageante étant désignée par 49, et les conduits de sortie pour le métal et le laitier qui s'étendent à partir du foyer sont désignés par 51 et 52, respectivement.
Les gaz de combustion à haute température (1600 -1925 C) conte- nant un excès de CO2 s'écoulent par le passage 44 et se mélan- gent avec un mouvement turbulent aux flammes et aux gaz de combustion à température relativement plus basse qui provien- nent de brûleurs supplémentaires 53 à charbon-oxygène, prévus dans la paroi extérieure terminale de la zone de gazéification ' de gazéification 43 sont à une température nettement 43.de g réactions n réduction, qui ont lieu dans la zone/plus basse que la fusion à température élevée qui se produit dans la zone 42, et la barrière thermique 41 sert à maintenir cette différence de température.
Les gaz de réduction riches en 00 se trouvant à une température d'environ 10&5 à environ 13250 tranversant un conduit 54, puis l'intérieur d'un échangeur de chaleur 56 à deux étages pour sortir finalement par un conduit 57 et parve- nir à le base de l'épurateur 58. On introduit de l'eau ou un autre liquide d'épuration à la partie supérieure de l'épurateur 58 par un conduit 59 pour la mettre en contact à contre-courant
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avec les gaz de réduction, afin d'éliminer les cendres de ces, derniers. On retire le liquide d'épuration effluent de l'épu- rteur 58 par un conduit 61 pour l'envoyer à la décharge, le recycler ou pour le soumettre à un traitement de récupération, suivant le cas.
Il est évident qu'il se produit un refroidisse- ment supplémentaire des gaz dans l'épurateur 58, de sorte que les gaz réducteurs effluents débarrassés des cendres peuvent être prélevés au sommet de l'épurateur à une température com- prise entre environ 38 C et environ 95 C.
Les gaz provenant de l'épurateur 58 traversent un con- duit 62 pour aller à un compresseur 63 et passent ensuite par un conduit 64 dans un dispositif de stockage ou à un gazomètre 66. Un conduit de dérivation 67 permet aux gaz de contourner le comprssseur 63. Le gaz réducteur pressurisé provenant du gazomètre 66 passe par un conduit 68, réglé par une soupape, dans un collecteur 69 monté du côté admission du premier étage de l'échangeur de chaleur 56, et les gaz réchauffés par leur passage à travers ce premier étage de l' échangeur de chaheur sont amenés à un collecteur commun 71 et,de là, par le second étage de l'échangeur de chaleur, dans un collecteur de sortie 72, qui communique avec le conduit de décharge 73.
Un conduit de dérivation 74 contourne également l'échangeur de chaleur 56, et un conduit de dégagement 75, réglé par une soupape, s'étend à partir du conduit de décharge 73. Dans le cas présent, le dispositif pulsatoire est monte dans le conduit 73 et comporte un mécanisme 74 à obturateur rotatif qui peut s'ouvrir et se fermer partiellement pour étrangler et agrandir cycliquement la section du conduit 73, ce qui communique les pulsations désirées au courant gazeux, pour Ils raisons déjà indiquées.
Il est bien entendu que le dispositif pulsatoire 74 peut fonc- tionner en continu, ou seulement lorsqu'il se produit des
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difficultés mécaniques d'écoulement dans la zone de réduction.
Le courant de gaz réducteur provenant du conduit 73 est introduit à la partie inférieure d'une colonne de réduction
76 garnie de matière réfractaire et comportant une partie supé- rieure 77 de plus grand diamètre et une partie inférieure 78 de di amètre réduit. On introduit les particules du minerai divisé dans la partie supérieure agrandie 77 de la colonne de réduction, à l'aide d'un mécanisme transporteur à vis 79, à partir d'une sour. ce d'alimentation ou d'une source de minerai préchauffé (non re- présentées). Les techniciens comprendront aisément que le minerai ainsi introduit constitue un lit mobile s'écoulant ou circulant vers le bas, qui est supporté à son extrémité inférieure par une cloison 81 de forme conique.
La cloison 81 communique avec l'une des extrémités d'un autre dispositif transporteur à vis 82, ac- tionné par un moteur 83, afin de décharger le minerai réduit de la colonne de réduction 76 dans le conduit 46 d'alimentation du foyer. La cloison 81 comporte des passages de gaz protégés de manière appropriée, par exemple des coupelles 84, grâce auxquelles 'le gaz réducteur introduit à partir du conduit 73 au fond de la colonne 76 peut remonter à travers la cloison 81 et circuler à contre-oourant du lit mobile descendant de particules de minerai.
Les gaz de réduction épuisés ou "usés" sont amenés de- puis la tête de la colonne d réduction 76 par un conduit 85 dans un séparateur cyclone 86, ou un dispositif analogue, dans lequel on élimine les particules fines du minerai qui sont entraînées.
Les gaz effluents sont déchargés par un conduit 87, et les fines du minerai sont recueillies dans une trémie ou dans un réservoir de stockage 88, qui est lui-même relié par un conduit 89 et une ,soupape-91 à l'extrémité de décharge du dispositif transporteur à vis 02, ce qui permet de charger par intermittence les fines de ¯minerai dans la zone de fusion 42.
L'invention décrite ci-avant se rapporte à un procédé . combiné de réduction et de fusion pour fabriquer un métal chaud
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ou du fer en fusion. Cependant, on doit noter que Inchangé de cha leur, l'élimination des cendres et des caractéristiques apparen- tées de l'invention s s appliquent également à un procédé simple de réductions dans lequel le produit final est constitué par du mi- nerai de fer solide à 1?état réduit, qu'on peut comprimer cour former des particules plus grandes sans le faire fondre et qui se présente alors sous la forme de fer spongieux ou de "mitraille synthétique".
Bien entendu;, dans une telle opération, il suffit d'utiliser un générateur de gaz pour produire un gaz réducteur riche en CO,à la place de l'installation conforme à l'invention h comportant des zones de fusion,, de production de gaz et d'anrinis- sement de gazo
Bien qu'on ait décrit certains modes de réalisation donnés à titre d'exemple, il est bien entendu qu'on peut y appor- ter de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention
REVENDICATIONS
1.
Un procédé de réduction d'un minerai d'oxyde de fer, qui consiste :à produire des gaz de réduction riches en CO par des moyens comportant la.combustion d'un combustible carboné soli de, ces gaz de réduction contenant des particules de cendres en- traînées résultant de la combustion du combustible; à faire passe les gaz réducteurs à une température élevée à travers une zone d'échange de chaleur, dans laquelle ils se refroidissent; à sépa- rer les cendres 'des gaz réducteurs refroidis et à refouler ces gaz réducteurs refroidis débarrassés des cendres à travers la zone d'échange de chaleur, en relation indirecte d'échange de chaleur avec les gaz réducteurs à température élevée, ce qui ré- chauffe les gaz réducteurs à une température comprise entre envi- ron 460 et environ 980 C;
enfin, à mettre les gaz réducteurs.ré- chauffés en contact avec un minerai d'oxyde de fer finement divisa pour effectuer ainsi la réduction en fer de l'oxyde de fer conte= nu dans le mineraio
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2. Un procédé suivant la revendication 1, dans lequel les gaz réducteurs ne contiennent pas plus d'environ 10% de CO2 pour un rapport CO;CO2 d'au moins environ 7, la température des gaz réducteurs, avant'l'introduction dans la zone d'échange de chaleur, est comprise entre environ-1025 et environ 1325 C, et la température des gaz réducteurs effluents sortant de la zone d'échange de chaleur est comprise èntre .environ 260 et environ :
315 C.
3. Un procédé suivant les revendications 1 ou 2, dans le quel;on fait brûler un combustible carboné solide dans un foyer sous une pression sensiblement voisine de celle de l'atmosphère avec un gaz riche en oxygène, et on règle la combustion de façon que le rapport CO:CO dans les gaz de combustion soit d'au moins environ 1, ce qui fait que la chaleur de combustion est suffisante pour faire fondre le fer réduit, et que les gaz de combustion sont oxydants pour le fer;
on fait passer les gaz de combustion provenant du foyer à travers une zone de traitement de ces gaz, dans laquelle la teneur en CO des gaz est augmentée par réduction du CO2 avec du carbone, ce qui fait que les gaz traités présentent un fort pouvoir réducteur pour l'oxyde de fer, les gaz réducteurs effluents de la zone de traitement contenant des particules de du combustible 'cendres entraînées qui résultent de la combustion/carboné solide; on fait passer les gaz réducteur à une température élevée de la zone de traitement dans une zone d'échange de chaleur, dans la- quelle les gaz réducteurs sont refroidis;
on élimine les cendres des gaz réducteurs refroidis, on refoule ces derniers, qui sont exempts de cendres, à travers la zone d'échange de chaleur en re- lation indirecte d'échange de chaleur avec les gaz réducteurs à température élevée et provenant de la zone de traitement, ce qui réchauffe les gaz réducteurs jusqu'à une température comprise entre 4800 et 980 C environ ; on met en contact-, dans une zone
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de réduction, les gaz Réducteurs réchauffés avec un minerai d'oxy de de fer divisé, ce qui réduit en fer l'oxyde de fer contenu dans le minerai ; on décharge le minerai de fer réduit pro- venant de la zone de réduction dans le foyer, dans lequel la cha- leur de combustion fait fondre le fer réduit.
4. Un procédé.suivant la revendication 3, dans lequel on utilise un combustible formé par du charbon et un gaz riche en oxygène qui contient au moins 85% d'oxygène.
5. Un procédé suivant les revendications 1, 2 ou 3, dans lequel on élimine les cendres des gaz réducteurs refroidis en épurant ces derniers avec un liquide de lavage.
6. Un procédé suivant les revendications 3 ou 4, dans lequel la zone de traitement des gaz est constituée par un gazogène au charbon, dans lequel on introduit du charbon et de l'oxygène en même temps que les gaz de combustion, une partie du carbone du à charbon réagissant avec le CO2 des gaz de combustion, et une autre partie du charbon étant brûlée au moyen d'oxygène pour fournir la chaleur endothermique nécessaire à la réaction de réduction,. la 'combustion ultérieure du charbon dans le gazogène constituant une source supplémentaire de particules de cendres entraînée dans les gaz réducteurs.
7. Un procédé suivant les revendications 3, 4 ou 5, dans lequel on met le minerai d'oxyde de fer en contact avec les gaz réducteurs dans la zone de réduction, grâce à une/opération à contre-courant en lit mobile non fluidifié.
8. Un procédé suivant la revendication 7, dans lequel on introduit les gaz réductrans dans la zone de/réduction sous, l'effet d'une pression pulsatoire, pendant'au moins une partie du temps de réaction, afin de réduire au minimum les obstructions mé- caniques s'opposant à l'écoulement des particules de minerai.
9. Un procédé de réduction d'un minerai d'oxyde de fer,
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dans lequel:on fait brûler du charbon dans un foyer sous une pres- sion sensiblement atmosphérique avec un gaz riche en oxygène et on règle la combustion de façon que le rapport CO:CO dans les gaz de combustion se monte à au moins environ 1, la chaleur de combustion étant ainsi suffisante pour faire fondre le fer réduit, et les gaz de combustion devenant oxydants pour le fer; on fait passer les gaz de combustion depuis le foyer dans une zone de gazéification du charbon, dans laquelle on introduit du charbon pulvérisé et,un gaz riche en oxygène ; onfait brûler une partie du charbon introduit dans la zone de gazéification au moyen du gaz riche en oxygène introduit dans cette zone ;
on fait réagir le carbone d'une autre partie du charbon introduit dans la zone de gazéification avec le CO2 en CO contenu dans les gaz de com- bustion, ce qui réduit ainsi le CO2, de sorte que les gaz effluents de la zone de gazéification ne continuent pas plus d'environ 10% en CO2, le rapport CO;CO2 étant d'au moins environ 7, les gaz ré- ducteurs effluents sortant de la zone de gazéification contenant des particules de cendres entraînées provenant de la combustion du charbon ; on fait passer les gaz réducteurs à une température éle- vée depuis la zone de traitement jusqutà une zone d'échange de chaleur, dans laquelle on refroidit les gaz réducteurs; on épure les gaz réducteurs refroidis, avecn liquide de lavage, pour en éliminer les cendres ;
onrefoule ces gaz réducteurs refroidis exempts de cendres à travers la zone d'échange de chaleur, en rela- tion indirecte d'échange de chaleur avec les gaz réducteurs à tem- pérature élevée provenant de la zone de gazéification, afin de ré- chauffer les gaz réducteurs à une température comprise entre 4800 et 90 C environ ; on fait circuler les gaz réducteurs réchauffés, vers le haut, à contre-courant avec une colonne descendante de minerai d'oxyde de fer divisé, dans une zone de réduction, pour effectuer la réduction en fer de l'oxyde de fer du minerai; enfin,
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on décharge le minerai de fer réduit de la zone de réduction pour l'envoyer dans la zone du foyer danslaquelle le fer réduit est mis en fusion par la chaleur de combustion.
10. Un procédé suivant la revendication 9, dans lequel on utilise un gaz riche en oxygène contenant au moins 85% d'oxygè ne, les gaz traités contenant au maximum environ 5% de CO2 pour un rapport de 00:002 d'au moins 10 environ, la température des gaz réducteurs, avant leur introduction dans la zone d'échange de chaleur, est comprise entre environ 1025 C et environ 1325 C, et la température des gaz effluents de la zone d'échange de chaleur est comprise entre environ 260 etenviron 315 C.
11. Un procédé de réduction d'un minerai d'oxyde de fer, tel que décrit ci-avant.
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The present invention relates to the direct reduction of an iron oxide, in particular of iron oxide ores, through the use of a reducing gas consisting mainly of carbon monoxide. .
The present invention relates to a process for the reduction of an iron oxide ore, which consists of: producing reducing gases rich in CO by means comprising the combustion of a solid carbonaceous fuel, these reducing gases containing ash particles entrained from fuel combustion; to pass the reducing gases to a temperature
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high temperature through a heat exchange zone and to cool the reducing gases therein; removing the ash from the cooled reducing gases; for conveying the cooled ash-free reducing gases through the heat exchange zone, in an indirect heat exchange relation with the reducing gases at elevated temperature, thereby to heat the reducing gases to a temperature between approximately 4800 and 980 C;
finally, contacting the heated reducing gases with finely divided iron oxide ore, which results in the reduction to iron of the iron oxide contained in the ore.
Many different processes have already been designed and tested.
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, <rents for the production of metallic iron from iron ores. However, except for unusual raw material conditions, the use of the usual blast furnace has been considered to be the most economical and industrially feasible technique for the production of gray iron.
Despite its widespread use, the blast furnace has two serious drawbacks associated with the raw materials charged to it.}: (1) The particle sizes of the iron ore used in a blast furnace should be large enough that the particles cannot be projected out of the top of the furnace and (2) the only truly satisfactory fuel in a blast furnace is metallurgical coke, the strength of which is sufficient to support a column of solids contained in the furnace.
The two aforementioned limitations relating to the raw materials which can be used in blast furnaces are increasingly accentuated. For example, to mention just one aspect of the ore problem, different methods of concentrating iron ore in use today give a finely divided product which cannot be loaded as is in a high furnace. - '
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neau, but that you must first agglomerate into larger pieces. Of course, this necessary operation considerably increases the operating costs of the blast furnace. With regard to coke, under current conditions, the reserves of good coking coals are decreasing more and more and the investment costs of coking plants are increasing.
As a result, the price of coke is now the most important expense for transforming iron ore into gray cast iron in a blast furnace.
It has long been known that divided or granular iron ore can be converted into a mixture of metallic iron and gangue by treating it at an elevated temperature with suitable reducing gases. Indeed, the prior art describes and proposes many different types of dire reduction processes. However, for many different reasons, none of the proposed methods have been adopted in the industry. The present invention relates to a unique circulation arrangement for the direct reduction of iron ore by means of reducing gases obtained by the combustion of pulverized solid carbonaceous fuels, such as coal or the like.
As will be described later, the use of fuels such as coal results in the presence of coal ash in the flue gases, which raises certain technical problems which must be solved in order to obtain a process. efficient and capable of being used industrially.
Consequently, the present invention relates to: a new and improved process for the direct reduction of an iron ore; a new process of the aforementioned type in which a reducing gas obtained by combustion of coal or of a similar solid carbonaceous fuel is used; - a reduction process, of an iron ore in
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which uses a reducing gas obtained by the combustion of coal or the like fuel and comprising a novel means for solving the problem of coal ash and the like problems posed by such combustion.
Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the detailed description which follows and which has been given with reference to the appended drawing, in which:
FIG. 1 is a block flow diagram relating to a preferred embodiment of the invention.
FIG. 2 is a general flow diagram illustrating the process of the invention in more detail.
In general, the process according to the invention is carried out in three main treatment zones: (1) a combined zone for smelting and gas production, in which a fuel is burned in order to smelting iron and separating it from the reduced ore, while producing flue gases, (2) an enrichment zone. gas, in which the combustion gases from the first zone are treated to increase their reducing capacity, and (3) a reduction zone in which divided iron ore is contacted with the reducing gases in which they enter. chis from the second zone and from which the resulting reduced iron ore is sent to the first zone.
Referring first to Figure 1, it can be seen that the divided or granular iron oxide ore is introduced through a conduit 10 into a reduction zone 11 and is contacted with CO-rich reducing gases introduced into zone 11 by a conduit 12. The ores that can be used in the process include all iron oxide ores
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well-known ,, including]] '' hey: ri1Iit :: tlteh magn6eU! -te ,, and. dlleutzes ial, - neraiw who. can oantenim at least about 5 / b in- weight: and. even j, itsqu! gà; 45; ô by weight, of-materials: fa.l'mant gangue, in particulliew of. l: a si.lLaeï and; Lgalumïne. Other similar ores can also be used, such as iron ore; such as iron manganese ores.
It also comes within the scope of: The invention of introducing into the reduction zone II other products containing iron oxide, such as mill scale, etc. In reduction zone 11, the well-known reduction reactions between iron oxide and CO (and H2) occur, the heat of reaction being provided by the sensible heat of the reducing gases which
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are at a temperature of about 480 ° 0 to 9 ° C., as described below. The effluent reducing gases, the CO content of which is exhausted, are discharged through a pipe 13 outside the reduction zone 11.
The resulting ore features, which include reduced iron, gangue, and a quantity of unreduced iron oxide, pass through conduit 14 from reduction zone 11 to hearth 16, which includes zone of reduction. fusion and a combined gas production area. A solid carbonaceous fuel mixed with an oxygen-rich gas is introduced through a conduit 17 and combustion of the fuel by oxygen occurs in the hearth 16. In order to provide the heat necessary for the melting operation, the combustion of the fuel in the hearth 16 must be sufficiently complete to produce an excess of CO 2, which results in the combustion gases in the hearth 16 exerting an oxidizing effect on the iron.
The solid carbonaceous fuel which is preferably burned in the hearth 16 is formed by coal, such as anthracite, bituminous coal or of a bituminous type, used in pulverized form. Rich gas
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oxygen introduced with the fuel must contain at least 85% oxygen; for example, commercial grade industrial oxygen of 98-99% purity or oxygen enriched air can be used. As mentioned above, the relative amounts of coal and oxygen and the other combustion conditions in the furnace 16 are adjusted so that the combustion gases leaving the latter have an oxidizing character, the CO2 ratio; CO being at least 1.
In this way, a temperature of about 16000 to about 1925 C is obtained in the hearth, which makes that the heat of combustion is sufficient to ensure the fusion of the iron contained in the particles of the reduced ore which separates this iron. of the gangue of the ore.
As a result of the combustion of the solid carbonaceous fuel, in particular coal, in the hearth 16, an inevitable introduction of non-combustible ash into the hearth zone occurs, which ash must be removed from the system. A certain quantity of the ash is removed by formation of a slag in the zone of the hearth from the ash of the coal as well as of the gangue of the ore. This fluid slag, formed in the hearth, constitutes a protective layer or envelope which is superimposed on the molten iron in the hearth, so as to protect it from re-oxidation due to oxidizing combustion gases * The molten iron and the slag can be withdrawn at will from the hearth via conduits 18 and 19, respectively. tively.
Excessive reoxidation of the molten iron in the hearth 16 is also retarded by the presence of additional carbon either in the form of precipitated carbon during the combustion of the coal in the hearth, or from the direct addition of coal or a other solid carbonaceous product on the surface of molten iron. In the case of coal
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above, we 'regulate the combustion of coal by the oxygen-rich gas so that there occurs a certain amount of precipitation or deposition of the excess burnt coal ,,, which is quickly assimilated Without-] the liquid dairy system and metal..
The carbon content of. charcoal produces a reduction. complementary to the iron oxide in the hearth 16 and also a carburization of the molten iron in the form of the usual gray iron or a concentration in the hot metal of between about 2 and about 4% by weight.
Since the combustion gases produced in the hearth 16 contain excess CO2, they must be subjected to an enrichment treatment before they can be used for ore reduction. Preferably, this enrichment of the combustion gases is carried out by reducing the content of
COz by reaction with carbon. Thus, the combustion gases pass through a duct 21 to go from the hearth 16 to a gasification zone 22, into which oxygen and an excess of carbon are also introduced through a duct 23.
The carbon coming in part from the carbon introduced at 23 reacts with the
CO2 of the combustion gases introduced at 21, and the endothermic heat necessary for the reduction reaction is supplied by the sensible heat ,, of the combustion gases, to which is added the additional heat released in the gasifier 22 by the partial combustion of another part of the coal by means of oxygen introduced through line 23. The gas with a high oxygen content introduced through line 23 may be pure industrial oxygen or an oxygen-enriched gas containing / at least 85% oxygen, exactly as in focus 16.
Although the reaction between CO2 and the carbon content of the coal, giving rise to the production of CO, is the main reduction reaction carried out in the gasification zone
22, it will also be understood that the water vapor contained in
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The combustion gases introduced into the gasification zone 22 is reduced by reaction with carbon, which forms hydrogen.
To obtain the best results, it is desirable that the CO2 content of the combustion gases coming from the duct u 21 is reduced by reduction in the gasifier 22, to a degree such that the outgoing gases, which are eliminated by a duct ' 24, contain no more than about 10% CO2 for a CO; CO2 ratio of at least about 7, and preferably no more than 5% CO2 for a 00:00 ratio., - at least about 10 , so that they have the. reducing capacity necessary for their use in the direct reduction of iron oxide ores.
At this point in the process, and before the CO-rich gases discharged from line 24 can be used for reduction in reduction zone 11, it is essential to resolve several technical problems raised by the processes. The reduction reactions carried out in the gasification zone 22 are strongly endothermic, so that there is obviously a certain minimum temperature level at which one can. operate the gasification zone 22 to achieve practical industrial results.
In general, the CO-rich gases leaving the gasifier via line 24 are at a temperature of between approximately 1025 and approximately 1325 ° C. and, before these reducing gases can be used in the reduction zone 11, it is necessary to should cool them to a somewhat lower temperature level. Even more important, however, is that the gases removed through line 24 invariably contain significant amounts of coal ash which must be removed. As already mentioned, part of the ash introduced into the hearth 16 by the combustion of the coal is
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'invert in this slag hearth and is withdrawn through line 19.
However, a certain quantity of ash particles is entrained in the combustion gases and enters the gasification zone 22, where an additional quantity of coal ash is introduced as a result of the combustion of the additional coal introduced by the gasifier. conduit 23, Here again, part of the ash can be removed from the gasification zone 22 in the form of a semi-solid slag or an ash deposit, but the operating conditions necessary for the gasification zone 22 are such that a troublesome quantity of ash necessarily escapes from the gasification zone 22 in the form of particles entrained in the effluent gases.
Although a gas scrubber, such as a cyclone separator or an electrostatic precipitator, can be used to effect ash removal from the high temperature gases from conduit 24, the Applicant has found that. the most efficient and inexpensive removal can be carried out by means of a washer or scrubber using a liquid, for example a water washer, in particular a venturi type washer. However, the gases containing ash must first be cooled sufficiently before scrubbing them with water or other washing liquid, to avoid excessive volatilization and loss of the scrubbing liquid.
Thus, the hot gases leaving the duct 24 pass through a heat exchanger 26 where they are cooled to a temperature of the order of 260 C to 315 C and they are then introduced through a duct 27 into a scrubber 28. L ' water (or other liquid scrubbing agent) is introduced into the scrubber 28 through line 29 and effluent scrubbing liquid is withdrawn through line 31. Although water is very effective in removing wastewater. ashes from the gases, the scrubbing liquid may also consist of a
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chemical reagent or a solvent, such as monoethanolamine or the like in order to selectively remove CO2 from gases.
Although certain advantages are obtained by operating the fireplace 16 at a pressure greater than that of the atmosphere, these advantages are outweighed by practical considerations regarding the simplified construction of the fireplace and its easy access. Accordingly, it is preferred to operate the furnace 16 at atmospheric or substantially atmospheric pressure. Under these circumstances, a gas pump or a gas compressor must be provided in the system to circulate the gases in the different phases of the process, and in particular in the reduction zone 11.
In the case considered, the purified effluent reducing gases coming from the purifier 28 pass through a duct 32 to go to a compressor 33 and then pass through a duct 34 to gain the heat exchanger 26, in which the cooled gases and scrubbers are reheated to a suitable reaction temperature of between about 4800 and about 980 ° C, by indirect heat exchange with the hot gases coming from gasification zone 22. The heated reducing gases then pass through a conduit 36 to reach a pulsating device 37 which can impart a cyclic pulsating pressure to the gas stream; for the purpose specified below. From the pulsating device 37, the reducing gases pass through the conduit 12 to reach the reduction zone 11, as already mentioned.
While the invention is primarily concerned with any suitable device for contacting a divided iron oxide ore with reducing gases in reduction zone 11, it is preferred to use a non-moving bed countercurrent operation. fluidized, in which a column of the ore solids ee moves downward, in
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countercurrent contact with the ascending reducing gases, the flow speed of the ascending gases being maintained below the speed threshold determining the fluidization of the ore particles and preferably not exceeding about 80; the speed giving rise to this fluidization.
To facilitate the preferred operation in a non-fluidized moving bed the particle size of the divided or granulated iron oxide. Preferably, the temperature sent to reduction zone 11 is between about 12.5 mm and about 0.149 mm, which range includes particles substantially smaller than any that can be used in a blast furnace. For the above-mentioned range of particle sizes, the speed in the fluid state of the reducing gases may be between about 40 m / hour and about 4864 m / minute, it being understood that the highest speeds can be used. large - for larger particles, and vice versa. The pressure in the reduction column can be atmospheric pressure or a slightly higher pressure.
Depending on the particle size of the iron ore and various other factors, including the structure of the reducing vessel, difficulties are sometimes encountered resulting in mechanical "bridging" or plugging preventing the smooth flow of solids from the ore. In order to overcome this difficulty, the pulsating device 37, already described, is placed at an appropriate point downstream of the compressor 33, which gives the gas corant a pulsating effect due to the momentary increases and decreases in the gas pressure. . Such a device effectively overcomes the difficulties due to plugging in the non-fluidized moving bed operation, in the event that such difficulties arise.
In Figure 2 of the drawing, there is shown in more detail a set of apparatus .. for the implementation of
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the invention as it has been described heretofore. In this case, the hearth is constituted by an enclosure of a single block 40 lined with refractory material and comprising a heat-insulating vertical wall or thermal barrier 41, which divides the enclosure into a melting and gas production zone 42. , on one of the faces of the wall 41, and an enrichment or gasification zone 43, on the other side of the wall. Between the two elements is provided a throttled passage 44 for the gases. The reduced iron ore particles are introduced into the melting zone 42 through a conduit 46, and several carbon-oxygen burners 47 are mounted in the end wall. outside zone 42.
The molten iron bath is designated 48, the supernatant slag layer being designated 49, and the outlet conduits for metal and slag which extend from the hearth are designated 51 and 52, respectively.
The high temperature combustion gases (1600 -1925 C) containing excess CO2 flow through passage 44 and mix with turbulent motion with the flames and the relatively lower temperature combustion gases which originate from the passage. - nent of additional carbon-oxygen burners 53, provided in the end outer wall of the gasification zone 43 are at a significantly reduced temperature 43. g reduction reactions, which take place in the zone / lower than the high temperature melting that occurs in zone 42, and thermal barrier 41 serves to maintain this temperature difference.
The 00-rich reduction gases at a temperature of about 10 & 5 to about 13,250 passing through a duct 54, then the interior of a two-stage heat exchanger 56 to finally exit through a duct 57 and arrive at the base of the scrubber 58. Water or another scrubbing liquid is introduced to the upper part of the scrubber 58 through a pipe 59 to bring it into contact against the current
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with the reduction gases, in order to remove the ashes from the latter. The effluent scrubbing liquid is withdrawn from the scrubber 58 through a conduit 61 to be sent to the landfill, to be recycled or to be subjected to a recovery treatment, as the case may be.
Obviously, additional cooling of the gases occurs in scrubber 58, so that the ash-free effluent reducing gases can be taken from the top of the scrubber at a temperature between about 38 ° C. and about 95 C.
The gases from the scrubber 58 pass through a conduit 62 to a compressor 63 and then pass through a conduit 64 to a storage device or to a gasometer 66. A bypass conduit 67 allows the gases to bypass the compressor. 63. The pressurized reducing gas from the gasometer 66 passes through a conduit 68, regulated by a valve, into a manifold 69 mounted on the inlet side of the first stage of the heat exchanger 56, and the gases heated by their passage through this. First stage of the heat exchanger are fed to a common manifold 71 and, from there, through the second stage of the heat exchanger, to an outlet manifold 72, which communicates with the discharge duct 73.
A bypass duct 74 also bypasses the heat exchanger 56, and a relief duct 75, regulated by a valve, extends from the discharge duct 73. In this case, the pulsating device is mounted in the duct. 73 and comprises a rotary shutter mechanism 74 which can open and partially close to throttle and cyclically enlarge the section of the duct 73, which communicates the desired pulses to the gas stream, for the reasons already indicated.
It is understood that the pulsating device 74 can operate continuously, or only when there are
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mechanical flow difficulties in the reduction zone.
The stream of reducing gas from line 73 is introduced at the bottom of a reducing column
76 lined with refractory material and having an upper portion 77 of larger diameter and a lower portion 78 of reduced diameter. Particles of the divided ore are introduced into the enlarged upper portion 77 of the reduction column, using a screw conveyor mechanism 79, from a sour. this feed or preheated ore source (not shown). Technicians will easily understand that the ore thus introduced constitutes a moving bed flowing or circulating downwards, which is supported at its lower end by a partition 81 of conical shape.
The partition 81 communicates with one end of another screw conveyor device 82, driven by a motor 83, in order to discharge the reduced ore from the reduction column 76 into the furnace feed duct 46. The partition 81 has suitably protected gas passages, for example cups 84, whereby the reducing gas introduced from the conduit 73 at the bottom of the column 76 can rise through the partition 81 and flow counter-current. of the descending moving bed of ore particles.
The spent or "spent" reduction gases are fed from the top of the reduction column 76 through line 85 into a cyclone separator 86, or the like, in which the fine particles of the ore which are entrained are removed.
The effluent gases are discharged through a pipe 87, and the ore fines are collected in a hopper or in a storage tank 88, which is itself connected by a pipe 89 and a valve-91 at the discharge end. of the screw conveyor device 02, which allows the intermittent loading of the ore fines into the melting zone 42.
The invention described above relates to a method. combined reduction and smelting to make hot metal
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or molten iron. However, it should be noted that unchanged in heat, ash removal and related features of the invention also apply to a simple reduction process in which the end product is solid iron ore. in the reduced state, which can be compressed to form larger particles without melting it and which is then in the form of spongy iron or "synthetic scrap".
Of course;, in such an operation, it suffices to use a gas generator to produce a reducing gas rich in CO, instead of the installation according to the invention h comprising melting zones ,, for the production of gas and gasoline tank
Although certain embodiments given by way of example have been described, it is understood that numerous modifications can be made thereto without departing from the scope of the invention.
CLAIMS
1.
A process for the reduction of an iron oxide ore, which consists of: producing CO-rich reduction gases by means comprising the combustion of a solid carbonaceous fuel, these reduction gases containing ash particles drives resulting from the combustion of fuel; passing the reducing gases at an elevated temperature through a heat exchange zone, in which they are cooled; separating the ash from the cooled reducing gases and forcing these cooled reducing gases freed from the ash through the heat exchange zone, in indirect relation to heat exchange with the reducing gases at elevated temperature, thereby re - heats the reducing gases to a temperature between approximately 460 and approximately 980 C;
finally, to bring the re-heated reducing gases into contact with a finely divided iron oxide ore to thereby effect the reduction to iron of the iron oxide contained in the ore.
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2. A process according to claim 1, wherein the reducing gases contain no more than about 10% CO2 for a CO: CO2 ratio of at least about 7, the temperature of the reducing gases, before the introduction into the gas. the heat exchange zone is between about -1025 and about 1325 C, and the temperature of the effluent reducing gases leaving the heat exchange zone is between about 260 and about:
315 C.
3. A process according to claims 1 or 2, in which: a solid carbonaceous fuel is burned in a furnace under a pressure substantially close to that of the atmosphere with an oxygen-rich gas, and the combustion is adjusted so that the CO: CO ratio in the flue gases is at least about 1, whereby the heat of combustion is sufficient to melt the reduced iron, and the flue gases are oxidizing to iron;
the combustion gases coming from the furnace are passed through a zone for treating these gases, in which the CO content of the gases is increased by reducing the CO2 with carbon, so that the gases treated have a strong reducing power for iron oxide, reducing gases effluent from the treatment zone containing particles of entrained ash fuel resulting from combustion / solid carbon; the reducing gases are passed at an elevated temperature from the treatment zone to a heat exchange zone, in which the reducing gases are cooled;
the ash is removed from the cooled reducing gases, the latter, which are free of ash, are discharged through the heat exchange zone in an indirect relation to heat exchange with the reducing gases at high temperature and coming from the heat exchanger. treatment zone, which heats the reducing gases to a temperature between approximately 4800 and 980 C; we put in contact-, in a zone
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reduction, the Reducing gases reheated with a divided iron oxide ore, which reduces the iron oxide contained in the ore to iron; the reduced iron ore is discharged from the reduction zone into the hearth, where the heat of combustion melts the reduced iron.
4. A method according to claim 3, wherein a fuel formed by coal and an oxygen-rich gas which contains at least 85% oxygen is used.
5. A process according to claims 1, 2 or 3, wherein the ash is removed from the cooled reducing gases by purifying the latter with a washing liquid.
6. A method according to claims 3 or 4, wherein the gas treatment zone is constituted by a coal gasifier, in which coal and oxygen are introduced at the same time as the combustion gases, part of the gasifier. carbon from the coal reacting with the CO2 from the combustion gases, and another part of the coal being burnt with oxygen to provide the endothermic heat necessary for the reduction reaction. the subsequent combustion of the coal in the gasifier constituting an additional source of ash particles entrained in the reducing gases.
7. A process according to claims 3, 4 or 5, in which the iron oxide ore is brought into contact with the reducing gases in the reduction zone by means of a countercurrent operation in an un-fluidized moving bed. .
8. A process according to claim 7, wherein the reductant gases are introduced into the reduction / reduction zone under the effect of pulsating pressure, during at least part of the reaction time, in order to minimize the reactions. mechanical obstructions preventing the flow of the ore particles.
9. A process for reducing iron oxide ore,
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in which: coal is burnt in a furnace under substantially atmospheric pressure with an oxygen-rich gas and the combustion is adjusted so that the CO: CO ratio in the combustion gases is at least about 1, the heat of combustion thus being sufficient to melt the reduced iron, and the combustion gases becoming oxidizing to the iron; the combustion gases are passed from the hearth into a coal gasification zone, into which pulverized coal and an oxygen-rich gas are introduced; part of the coal introduced into the gasification zone is burned by means of the oxygen-rich gas introduced into this zone;
the carbon of another part of the coal introduced into the gasification zone is reacted with the CO2 in CO contained in the combustion gases, thereby reducing the CO2, so that the effluent gases from the gasification zone do not continue for more than about 10% in CO2, the CO: CO2 ratio being at least about 7, the effluent reducing gases leaving the gasification zone containing particles of entrained ash from the combustion of the coal; the reducing gases are passed at a high temperature from the treatment zone to a heat exchange zone, in which the reducing gases are cooled; the cooled reducing gases are purified with a washing liquid in order to remove the ashes;
these cooled, ash-free reducing gases are discharged through the heat exchange zone, in an indirect heat exchange relationship with the high temperature reducing gases from the gasification zone, in order to reheat the heat exchanging gases. reducing gases at a temperature of between 4800 and 90 C approximately; the heated reducing gases are circulated upwards in countercurrent with a descending column of divided iron oxide ore, in a reduction zone, to effect the reduction of the iron oxide in the ore to iron; finally,
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the reduced iron ore is discharged from the reduction zone to send it to the zone of the hearth where the reduced iron is melted by the heat of combustion.
10. A process according to claim 9, in which an oxygen-rich gas containing at least 85% oxygen is used, the treated gases containing at most about 5% CO2 for a ratio of 00: 002 of at least 10 approximately, the temperature of the reducing gases, before their introduction into the heat exchange zone, is between approximately 1025 C and approximately 1325 C, and the temperature of the effluent gases from the heat exchange zone is between approximately 260 and about 315 C.
11. A method of reducing an iron oxide ore, as described above.