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Dans les procédés métallurgiques de fonte et d'affinage, il est souvent difficile d'obtenir une durabilité suffisante du revïtement du faura C'est en particulier le cas @ des procédés d'affinage consistant à insuffler de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène sur le surface ou au sein du pro- duit fondu pour effectuer une oxydation désirée de certaines impuretés mêlées au métal et en'même temps produire la chaleur nécessaire à l'accomplissement du procédé. Normalement cette production de chaleur est si grande qu'il est nécessaire d'ef- fectuer des additions de l'une ou l'autre matière au cours du processus pour obvier à la formation de températures trop éle- vées.
Les substances ajoutées peuvent être du type engendrant des scories ou un laitier, et principalement des déchets de fer avec de la chaux à fondre par l'excès de chaleur et de l'oxyde de fer (minerai) qui est alors réduità l'état de fer métallique avec absorption de chaleur.
Mais même si on par- vient par ces moyens à maintenir la température moyenne du prq- duit fondu à un niveau compris dans le domaine des valeurs né, cessaires pour appliquer le procédé, qui, doit être assez bas pour maintenir l'attaque du revêtement dans des limites raison nables, on n'a aucune garantie contre les surchauffes locales, en particulier dans la région ou zone du four où s'effectue principalement la réaction avec l'oxygène de laquelle l'excès de chaleur est transféré par rayonnement au revêtement auquel il cause des dommages locaux.
Ces surchauffes locales du re- vêtement proviennent,également des gaz chauds s'échappant de la surface-- -le contact entre le jet d'oxygène et le produit fondu, gaz qui, essentiellement constitués d'oxygène et d'oxyde de carbone, entrent en combustion dans l'atmosphère si
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tuée au-dessus de la masse fondue, ce qui contribue à l'aug- mentation de la température.
La présente invention se propose principalement d'éviter les inconvénients que l'on vient d'exposer.
A cette fin, et à d'autres fins qui apparaî- tront au cours de la description, la présente invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre d'opérations de fonte et d'affinage des métaux, en particulier du fer et de l'acier et de leurs alliages, dans un four rotatif, permettant d'éviter le transfert de la chaleur en excès dégagée au moment où on insuffle de l'oxygène sur ou dans la.masse en fusion vers le revêtement du four, qui endommagerait ce revêtement. La carac- téristique principale de l'invention consiste à introduire dans le four un agent de refroidissement de manière à empêcher le transfert de chaleur de la zone la plus chaude vers le revête- ment situé au-dessus de la masse en fusion.
Le milieu refroidissant utilisé selon l'invention peut être gazeux, liquide ou solide. Les agents gazeux peu- vent être l'anhydride carbonique, l'air, l'azote ainsi que d'autres gaz inertes et la vapeur d'eau. Les seuls agents li- quides sont ceux qui se vaporisent quand on les insuffle dans le four, et principalement l'eau. Les agents solides peuvent être les agents formant des laitiers, la chaux ou le calcaire principalement, l'oxyde de fer (minera'i) et le fer, ces agents solides étant pulvérulents et de granulométrie convenable. Au premier rang des agents des classes indiquées figurent ceux qui sont nécessaires au procédé eu exercent une action favora- ble sur celui-ci.
Quand on utilise des agents gazeux ou liquides, ils doivent être injectés séparément du jet dtoxygène et de ma- nière qu'ils dévient les gaz s'échappant de la région la plus chaude de leur itinéraire initial en direction des pa- rois du four, de sorte que l'effet de refroidissement de ces
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gaz chauds est combiné à l'arrêt du transfert de .chaleur en question par convection.
Quand on utilise des agents solides ils peuvent être projetés ou de préférence injectés de la manière indiquée pour les agents gazeux en provoquant un effet similaire en même temps qu'un arrêt partiel du rayonnement calorifique, les particules solides flottant dens l'atmosphère du four absorbant la chaleur en question et à un. moindre degré ré- fléchissant la chaleur rayonnée sur la masse fondue.
Toute- fois, les agents solides peuvent également être introduits avec le jet d'oxygène ou, autrement, dirigés sur la zone la plus chaude de la surface de la messe fondue de manière à former une couche plus ou moins poreuse ou une suspension de psrticu- les solides au-dessus de ladite surface.Enfin, il est naturelle ment également possible d'insuffler ou de projeter des agents solides contre les parois du four de manière à former partiel- lement une couche protectrice sur lesdites parois et en particulier sur leurs parties qui risqueraient d'être sur- chauffées.
Voici maintenant une description plus détaillée de l'invention, relativement au dessin annexé, qui représen- te un four rotatif permettant la mise en oeuvre de ladite invention.
Le four rotatif 1 comprend une enveloppe métalli- que avec revêtement intérieur 3 assujettie dans un support en forme de bague 5 avec deux rebords 7 en forment bandes de roulement. Au cours de la rotation du four chaque bande roule en une série de rouleaux 9 montés dans les paliers 11 assujettis au berceau 13 qui est solidaire d'arbres 17 montés à rotation dans les paliers 15 de sorte que le four tout entier peut être incliné dans des positions différentes convenant à la charge et à la décharge ainsi qu'au traitement thermi- ' que. Un des rouleaux 9 est actionné par un moteur 19 par
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l'intermédiaire des roues dentées 20 et 21.
Le rouleaux de retenue 23 montés sur les pivots 24 sont disposés sur le ber- ceau de manière à être en contact avec les surfaces de roule- ment de la bague 5 pour éviter que le four ne déboîte axia- lement quand on l'incline. Le four ne présente qu'une ouver- ture 25 située au centre d'une des parois d'extrémité. La che- minée d'évacuation des gaz 27 est disposée avec un écartement d'environ 10 centimètres face à cette ouverture quand le four est en position de traitement thermique à une inclinaison de 15 à 20 par exemple. La cheminée est munie d'une chemise de refroidissement 29 avec entrée d'eau 30 et sortie d'eau 31.
Deux tuyères en cuivre 33 et 36 sont montées dans la cheminée, et sont destinées respectivement à la soufflerie et au re- froidissement. L'une et l'autre sont refroidies par'l'eau dont on voit respectivement les arrivées 34 et 37 et les sorties 35 et 38, On envoie un gaz riche en oxygène au tuyau 32 de la tuyère 33 par le tuyau flexible 39. La tuyère 36 comporte un tube intérieur 40 raccordé par le tuyau flexible 41 au tuyau de sortie 43 d'un appareil pour former suspension de chaux 45. Cet appareil comporte un récipient portant au sommet un sas de charge de chaux 46 et à sa base une grille 47; au- dessous de la grille, un tuyau 49 d'arrivée de gaz sous pression avec soupape 50 sert à introduire le gaz qui fluidi- fie la chaux envoyée par la vanne sur la dite grille.
Une autre conduite 51 d'arrivée de gaz sous pression avec soupape 52 débouche dans le récipient à un niveau au-dessus de la grille convenant à la fourniture de gaz de charge, si néces- saire, en plus de celui fourni par le tuyau 49. Le four peut être vidé dans la poche'de coulée mobile 55.
La quantité nécessaire de gaz sous pression doit être de quelques mètres cubes (moins de 10) par tonne de poudre introduite de manière que la quantité de-gaz quittant le four ne soit que peu aug- mentée par suite de l'installation d'un moyen pneumai
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Si on désire éviter l'introduction d'oxygène et d'azote dcns le four par cette opération) il est possible d'utiliser d'autres gaz que l'air, par exemple de 1'anhydride carbonique*
Voici maintenant le description d'un mode d'exé- cution de l'invention concernant le traitement oxydant de la fonte au moyen d'oxygène dans un four à revêtement basique du type représenté par le dessin,
mais il est évident que les principes du procédé décrit sont applicables à toutes sortes de procédés de fusion s'accomplissant dans des fours rotatifs. Comme on l'a dit, on obtient une production considé rable de chaleur dans le processus d'affinage de la fonte au moyen d'oxygène dans un four tournant par oxydation des di- vers constituants de la fonte. On peut obtenir une production supplémentaire de chaleur due au fait que l'oxyde de carbone formé suivant le procédé brûle dans l'oxygène et donnant de l'anhydride carbonique, au-dessus de la surface du bain. Pour éviter que la température du bain n'atteigne ne valeur trop élevée, on peut ajouter un agent refroidissant.
Des agents refroidissants appropriés sont la chaux, laquelle est également nécessaire pour donner le degré de basicité désiré, au laitier obtenu, ainsi que les déchets de fer ou le mine- rai de fer lequel est réduit et absorbe alors de la chaleur, produisant ainsi un effet refroidissant énergique. L'attaque du revêtement du four, qui est normalement constitué de ma- gnésite ou de dolomite, est considérable dans le procédé considéré qui exige une température élevée. En raison de l'u- sage de gaz riches en oxygène, la température de la zone principale de réaction est remarquablement élevée, et, par suite de la combustion de l'oxyde de carbone engendré dans la zone du four au-dessus de la surface du bain, les gaz deviennent très chauds.
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Conformément à un mode de mise en oeuvre préfére de l'invention, on insuffle au moins une partie de la chaux nécessaire à l'état granulaire ou pulvérulent sur la sone de paroi du four la plus exposée à l'attaque. De cette manière, on obtient un refroidissement efficace et en même temps la chaux qui peut avoir adhéré aux parois les protège contre les attaques chimiques du laitier résultant et les soustrait en partie au rayonnement thermique. Ainsi, la durée d'utilisation du revêtement du four peut être considérablement augmentée et, de plus, l'apport de chaux est effectué d'une manière ex- trmement commande dans le procédé. La chaux peut être de la chaux vive ou souvent, ce qui est particulièrement avanta- geux, du calcaire qui exerce un effet refroidissant supplémen- taire dû à sa dissociation.
Bien entendu, il est possible d'a- jouter du minerai.de fer finement divisé qui consomme également de la chaleur par réaction chimique. La granulométrie de l'a- gent refroidissant ajouté de cette manière ne doit pas être trop grande mais, par contre, la matière ne doit pas être d'une finesse telle qu'il s'en échappe une proportion apprécia, ble par entraînement par les gaz brûlés sortant du four. La granulométrie doit être principalement inférieure à 10 mm.- et de préférence inférieure à 5 mm,.mais elle doit être supé- rieure à 0,5 mm.
Le refroidissement de la paroi du four peut être également effectué au moyen d'un gazou d'un mélange de gaz, de préférence de l'anhydride carbonique ou de la vapeur d'eau.
Les installations, à cette fin, sont de construction très simple et le refroidissement peut être efficace mais on réa- lise de cette manière des économies de chaleur un peu moindre que celles que donne un refroidissement effectué au moyen d'une matière qui en tout cas doit être ajoutée au cours de l'exécution du procédé.
Le refroidissement du four doit naturellement se
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faire en premier lieu dans la zone axiale du four où le dégagement de chaleur est le plus élevé et où le risque d'at- taque du revêtement du four est le plus sérieux. Ainsi, le jet de refroidissement est de préférence dirigé sur la.partie su- périeure de la paroi du four tournant mais il peut être égales ment dirigé sur la partie la plus voisine de la surface du bain. Quand il se crée dans le four une température excessive au-dessus du bain, il peut être commode de diriger l'agent de refroidissement sur la paroi immédiatement au-dessus de la surface du bain mais la direction optimum du jet doit bien entendu être déterminée dans chaque cas particulier.
Il est également possible de diriger l'agent de refroidissement sur le partie de la surface du bain dont la température est la plus élevée, ce qui permet de réduire considérablement le rayonne- ment thermique émanant du bain et de son voisinage-
On obtient un résultat intéressent certain grâce à l'effet d'écran produit par l'agent refroidissant introduit dans la chambre à gaz du four ainsi qu'une réduction appré- ciable du rayonnement calorifique sur les parois du four par étalement du jet d'agent refroidissant.
Il a été trouvé qu'on obtient un résultat spéciale- ment bon par le présent procédé de refroidissement quand la vitesse de rotation du four est assez élevée, par exemple, de plus de 5 tours/minute environ.
La quantité d'agent refroidissant nécessaire dans chacun des cas peut être aisément déterminée expérimentalement mais en règle générale il est possible de calculer la quanti- té voulue avec une précision raisonnable. Dans le traitement oxydant au Thomas d'une fonte de composition normale, il faut ordinairement une addition de chcux de l'ordre de 130 à 140 kg par tonne métrique de fonte et à peu près la même quan
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tité de minerai de fer. Ainsi, quand on utilise un four de
2,5 mètres de diamètre intérieur et ayant une capacité de
25 tonnes, et quand le procédé s'accomplit en trente-cinq minu- tes, l'addition de minerai et de chaux s'effectue en moyenne à un rythme de 200 kg par minute environ.
Une quantité aussi élevée n'est pas nécessaire pour le refroidissement de la sur- face en question mais il peut néanmoins être commode d'ajou- ter la totalité des matières d'addition nécessaires de cette manière, afin d'obtenir un chargement continu.
Si le refroidissement de la paroi du four est effectué au moyen de vapeur d'eau ou d'anhydride carbonique au lieu de solides, l'introduction des gaz peut être effectué au moyen de la même installation 45 que pour les solides, le sas 46 étant bloqué. Quand on utilise de la vapeur d'eau pour le refroidissement, il est possible de l'introduire sous for- me d'eau liquide. La quantité d'eau nécessaire pour obtenir un effet refroidissant marqué dans le traitement oxydant de la fonte est plutôt petite. Avec environ dix litres par minute on obtient un effet remarquable dans les circonstances ci- dessus.
Une telle quantité d'eau n'est pas accompagnée par une réduction appréciable de l'économie de chaleur réali sée par le procédé*
L'invention se rapporte principalement au trai- tement oxydant de la fonte et particulièrement aux procédés . dans lesquels lédit traitement est effectué au moyen de gaz riches en oxygène, mais elle est avantageusement applicable également à d'autres procédés de fonte des métaux dans un four rotatif, où il est important d'obtenir une protection-effi-. cace contre les attaques exercées sur le revêtement inté- rieur du four.
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In metallurgical smelting and refining processes, it is often difficult to obtain sufficient durability of the coating of the faura This is particularly the case @ refining processes consisting in blowing in oxygen or air enriched with oxygen on the surface or within the molten product to effect a desired oxidation of certain impurities mixed with the metal and at the same time to produce the heat necessary to perform the process. Normally this heat production is so great that it is necessary to make additions of either material during the process to prevent the formation of excessively high temperatures.
The substances added can be of the type generating slag or a slag, and mainly waste iron with lime to be melted by the excess heat and iron oxide (ore) which is then reduced to the state of metallic iron with heat absorption.
But even if one succeeds by these means in maintaining the average temperature of the molten product at a level within the range of the values necessary for applying the process, which must be low enough to maintain the attack of the coating. within reasonable limits, there is no guarantee against local overheating, especially in the region or zone of the furnace where the reaction with oxygen mainly takes place from which excess heat is transferred by radiation to the coating to which it causes local damage.
These local overheating of the coating also originate from the hot gases escaping from the surface - the contact between the jet of oxygen and the molten product, gas which, essentially consisting of oxygen and carbon monoxide, ignite in the atmosphere if
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killed above the melt, which contributes to the increase in temperature.
The present invention mainly proposes to avoid the drawbacks which have just been described.
To this end, and for other purposes which will become apparent during the description, the present invention relates to a process for carrying out operations of smelting and refining metals, in particular iron and iron. steel and their alloys, in a rotary kiln, to prevent the transfer of excess heat released when oxygen is blown on or in the molten mass to the furnace lining, which would damage this coating. The main feature of the invention is to introduce a cooling medium into the furnace so as to prevent the transfer of heat from the hotter zone to the coating above the molten mass.
The cooling medium used according to the invention can be gaseous, liquid or solid. Gaseous agents can be carbon dioxide, air, nitrogen as well as other inert gases and water vapor. The only liquid agents are those which vaporize when blown into the oven, primarily water. The solid agents can be the agents forming slags, lime or limestone mainly, iron oxide (ore) and iron, these solid agents being powdery and of suitable particle size. Foremost among the agents of the classes indicated are those which are necessary for the process or exert a favorable action on it.
When gaseous or liquid agents are used, they must be injected separately from the oxygen jet and in such a way that they deflect the gases escaping from the hottest region of their original route towards the walls of the furnace. so that the cooling effect of these
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hot gas is combined with stopping the transfer of heat in question by convection.
When solid agents are used they can be sprayed or preferably injected in the manner indicated for gaseous agents causing a similar effect together with a partial shutdown of the heat radiation, the solid particles floating in the atmosphere of the absorbent furnace. the heat in question and to one. lesser degree reflecting the heat radiated onto the melt.
However, the solid agents can also be introduced with the oxygen jet or, alternatively, directed to the hottest zone of the surface of the molten mass so as to form a more or less porous layer or a suspension of psrticu. - the solids above said surface. Finally, it is naturally also possible to insufflate or project solid agents against the walls of the furnace so as to partially form a protective layer on said walls and in particular on their parts that could be overheated.
Here now is a more detailed description of the invention, relative to the appended drawing, which represents a rotary kiln allowing the implementation of said invention.
The rotary kiln 1 comprises a metal casing with an internal coating 3 secured in a support in the form of a ring 5 with two flanges 7 forming the treads thereof. During the rotation of the furnace each strip rolls in a series of rollers 9 mounted in the bearings 11 secured to the cradle 13 which is integral with shafts 17 rotatably mounted in the bearings 15 so that the entire furnace can be tilted in different positions suitable for charging and discharging as well as heat treatment. One of the rollers 9 is actuated by a motor 19 by
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through the toothed wheels 20 and 21.
The retaining rollers 23 mounted on the pivots 24 are disposed on the cradle so as to be in contact with the rolling surfaces of the ring 5 to prevent the oven from axially disengaging when tilted. The oven has only one opening 25 located in the center of one of the end walls. The gas evacuation chimney 27 is arranged with a spacing of about 10 centimeters facing this opening when the oven is in the heat treatment position at an inclination of 15 to 20 for example. The chimney is provided with a cooling jacket 29 with water inlet 30 and water outlet 31.
Two copper nozzles 33 and 36 are mounted in the chimney, and are intended respectively for the blower and for cooling. Both are cooled by water whose inlets 34 and 37 and outlets 35 and 38 can be seen respectively, an oxygen-rich gas is sent to pipe 32 of nozzle 33 via flexible pipe 39. The nozzle 36 comprises an inner tube 40 connected by the flexible pipe 41 to the outlet pipe 43 of an apparatus for forming a lime slurry 45. This apparatus comprises a container carrying at the top a lime load lock 46 and at its base a grid 47; below the grid, a pressurized gas inlet pipe 49 with valve 50 serves to introduce the gas which fluidifies the lime sent by the valve to said grid.
Another pressurized gas inlet line 51 with valve 52 opens into the receptacle at a level above the grid suitable for supplying feed gas, if necessary, in addition to that supplied by pipe 49. The furnace can be emptied into the movable ladle 55.
The required quantity of pressurized gas should be a few cubic meters (less than 10) per tonne of powder introduced so that the quantity of gas leaving the furnace is only slightly increased by the installation of a medium pneumai
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If one wishes to avoid the introduction of oxygen and nitrogen into the oven by this operation) it is possible to use gases other than air, for example carbon dioxide *
Here now is the description of an embodiment of the invention relating to the oxidative treatment of cast iron by means of oxygen in a basic-coated furnace of the type shown in the drawing,
but it is evident that the principles of the process described are applicable to all kinds of melting processes carried out in rotary kilns. As has been said, considerable heat production is obtained in the process of refining pig iron by means of oxygen in a rotary kiln by oxidation of the various constituents of the pig iron. Additional heat production can be obtained due to the fact that the carbon monoxide formed by the process burns in oxygen and gives off carbon dioxide, above the surface of the bath. To prevent the bath temperature from reaching too high a value, a cooling agent can be added.
Suitable cooling agents are lime, which is also necessary to impart the desired degree of basicity, to the obtained slag, as well as waste iron or iron ore which is reduced and then absorbs heat, thus producing a energetic cooling effect. The attack of the furnace coating, which normally consists of magnesite or dolomite, is considerable in the process under consideration which requires a high temperature. Due to the use of oxygen-rich gases, the temperature of the main reaction zone is remarkably high, and as a result of the combustion of carbon monoxide generated in the furnace zone above the furnace. surface of the bath, the gases become very hot.
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According to a preferred embodiment of the invention, at least part of the lime required in the granular or pulverulent state is blown into the wall area of the furnace most exposed to attack. In this way, effective cooling is obtained and at the same time the lime which may have adhered to the walls protects them against chemical attack from the resulting slag and partly shields them from thermal radiation. Thus, the service life of the furnace lining can be considerably increased and, moreover, the addition of lime is effected in an extremely controlled manner in the process. The lime can be quicklime or often, which is particularly advantageous, limestone which exerts an additional cooling effect due to its dissociation.
Of course, it is possible to add finely divided iron ore which also consumes heat by chemical reaction. The particle size of the coolant added in this way should not be too large, but on the other hand the material should not be of such fineness that an appreciable proportion escapes by entrainment by the burnt gases coming out of the oven. The particle size should be mainly less than 10 mm and preferably less than 5 mm, but it should be greater than 0.5 mm.
The cooling of the furnace wall can also be carried out by means of a gas or a mixture of gases, preferably carbon dioxide or water vapor.
The installations for this purpose are of very simple construction and the cooling can be efficient, but in this way a little less heat savings are achieved than those obtained by cooling carried out by means of a material which in any case must be added during the execution of the process.
The cooling of the oven must naturally take place
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do this first in the axial zone of the oven where the heat release is greatest and where the risk of attacking the oven coating is the most serious. Thus, the cooling jet is preferably directed on the upper part of the wall of the rotary furnace, but it can also be directed on the part closest to the surface of the bath. When an excessive temperature above the bath is created in the furnace, it may be convenient to direct the coolant onto the wall immediately above the surface of the bath, but the optimum direction of the jet must of course be determined. in each particular case.
It is also possible to direct the coolant to the part of the surface of the bath with the highest temperature, which considerably reduces the thermal radiation emanating from the bath and its surroundings.
A certain result is obtained thanks to the shielding effect produced by the cooling agent introduced into the gas chamber of the furnace as well as an appreciable reduction of the heat radiation on the walls of the furnace by spreading the jet of gas. cooling agent.
It has been found that a particularly good result is obtained by the present cooling process when the rotational speed of the furnace is high enough, for example, more than about 5 rpm.
The amount of coolant required in each case can easily be determined experimentally, but as a rule the amount desired can be calculated with reasonable precision. In the oxidative treatment with Thomas of a cast iron of normal composition, an addition of chcux of the order of 130 to 140 kg per metric ton of cast iron is usually required and about the same amount.
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iron ore tity. Thus, when using a
2.5 meters internal diameter and having a capacity of
25 tons, and when the process is completed in thirty-five minutes, the addition of ore and lime takes place on average at a rate of about 200 kg per minute.
Such a large amount is not necessary for the cooling of the surface in question, but it may nevertheless be convenient to add all of the additive materials required in this manner, in order to obtain continuous charging.
If the cooling of the furnace wall is carried out by means of water vapor or carbon dioxide instead of solids, the introduction of the gases can be carried out by means of the same installation 45 as for the solids, the airlock 46 being blocked. When water vapor is used for cooling, it can be introduced in the form of liquid water. The amount of water required to achieve a marked cooling effect in the oxidative treatment of cast iron is rather small. With about ten liters per minute a remarkable effect is obtained under the above circumstances.
Such a quantity of water is not accompanied by an appreciable reduction in the heat saving achieved by the process *
The invention relates primarily to the oxidative treatment of cast iron and particularly to the processes. in which said treatment is carried out by means of gases rich in oxygen, but it is advantageously also applicable to other processes of melting metals in a rotary kiln, where it is important to obtain protection-effi-. effective against attacks exerted on the interior lining of the oven.
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