<Desc/Clms Page number 1>
-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-
<Desc/Clms Page number 2>
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-
EMI2.1
,< 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,,-'
<Desc/Clms Page number 3>
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
<Desc/Clms Page number 4>
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
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
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
EMI5.2
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
<Desc/Clms Page number 6>
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
<Desc/Clms Page number 7>
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
<Desc/Clms Page number 8>
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
<Desc/Clms Page number 9>
'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
<Desc/Clms Page number 10>
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
<Desc/Clms Page number 11>
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
<Desc/Clms Page number 12>
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
<Desc/Clms Page number 13>
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
<Desc/Clms Page number 14>
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
<Desc/Clms Page number 15>
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
<Desc/Clms Page number 16>
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
<Desc/Clms Page number 17>
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,
<Desc/Clms Page number 18>
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,
<Desc/Clms Page number 19>
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.