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La présente invention est relative à un procédé de réduc- tion des minerais de fer.
L'appareil classique de réduction des minerais de fer que constitue le haut-fourneau présente certains inconvénients dont la gravité s'accentue de plus en plus. @
Il nécessite en effet comme combustible et réducteur, un produit 'de qualité qui est le coke métallurgique, produit qui tend à
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devenir de plus en plus rare et de plus en plus coûteux. D'autre part, un second inconvénient, plus grave encore, du haut-fourneau, résulte du' fait que la consommation de carbone y est exagérée. En effet, le haut- fourneau est à la fois un appareil de chauffage et de réduction, dans le- quel combustible et produit à réduire se trouvent intimement mélangés.
Il en résulte que la quantité de chaleur nécessaire pour amener le laitier et la fonte à l'état fondu, y compris la quantité de chaleur nécessaire à la réduction, ne peut être obtenue, dans la zone des tuyères, que par une combustion du carbone en oxyde de carbone., Dans les zones supé- rieures du fourneau, où l'anhydride carbonique commence à pouvoir coexister avec l'oxyde de carbone et le carbone, les temps de contact sont très courts et finalement l'énergie calorifique du combustible cher et de qualité que constitue le coke est très mal utilisée, les gaz s'échap- pant du haut-fourneau contenant trop d'oxyde de carbone et trop peu d'anhy- dride carbonique.
Les processus bien connus d'agglomération ignée ont cer- tes déjà permis de remédier partiellement à ces inconvénients du haut- fourneau. Ils ont pour but d'éliminer dans un autre appareil que le haut- fourneau, les carbonates et l'humidité des minerais à réduire en réali- sant une combustion quasi complète en anhydride carbonique, du combus- tible utilisé, ce qui donne à ce dernier un effet thermique 3 à 4 fois plus élevé qu'au haut-fourneau. Mais ces procédés n'apportent qu'une solution partielle au'problème posé.
La présente invention a pour objet un procédé de réduction ' des minerais de fer dans lequel on peut utiliser des combustibles moins rares et moins coûteux que le coke et dans lequel le rendement calorifique du combustible utilisé est supérieur à celui réalisé dans les procédés clas siques.
Il consiste essentiellement à préchauffer le minerai à une température aussi élevée que possible et à l'amener ainsià l'état de masse fondue dans laquelle on introduit ensuite l'agent réducteur tout en maintenant la masse à une température suffisante pour que la fonte et le laitier formés se séparent aisément.
Les deux phases de l'opération - fusion du minerai ou préparation et réduction proprement dite - , peuvent se faire de manière continue ou non, soit dans un seul appareil, tel par exemple un four tour- nant ou un four à cuve, soit dans deux appareils séparés.
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Dans la zone de préparation, le minerai est préchauffé et amené à l'état fon@@, à une température aussi élevée que possible , parexemple 1.400* à 1.600 , et compatible avec la durée des réfractaires.
On peut, lors du chargement et suivant les nécessités, ajouter des agents fluidifiants aux minerais à traiter, afin d'avoir aux températures élevées une fluidité suffisante de la masse.
Le procédé objet de l'invention n'exclut pas l'addition d'un certain pourcentage de combustible solide pulvérisé ou en grain à la masse entrant dans la zone de préparation, mais cette addition n'est généralement pas nécessaire et ne peut en tout cas constituer qu'une fai- ble partie ¯de la quantité d'agent réducteur ajoutée dans la seconde phase de l'opération et nécessaire à la réduction proprement dite. Cette addi- tion peut être avantageuse pour amener les minerais dans un état de pré- réduction destiné à donner ainsi éventuellement des produits plus faciles à liquéfier.
Le chauffage de la zone de préparation peut se faire d'une manière classique par combustion de combustibles quelconques, gazeux ou non, au moyen d'air, d'oxygène, d'air enrichi en oxygène, humides ou non, les uns et/ou les autres préchauffés ou non.
Lorsque les deux phases de l'opération ont lieu dans le même appareil, par exemple un four tournant, il est avantageux de brûler partiellement les gaz provenant de la zone de réduction proprement dite.
Dans la zone de réduction proprement dite, on procède à deux opérations : fournir le réducteur et maintenir une bonne température, par exemple 1. 350 à 1.600 , de telle manière que la fonte et le laitier se séparent aisément.
Il est avantageux de préchauffer le plus possible le réduc- teur dans un appareil différent de l'appareil de réduction. Constitué en ordre principal par du combustible solide, il est fluidisé et injecté sur le bain avec une pression suffisante. Il n'a pas été trouvé nécessaire de dé- passer une pression de 10kg/cmê. Le combustible fluidrsé peut aussi être injecté dans le bain, au moyen d'une lance immergée.
Comme support de l'agent réducteur injecté dans le bain, on peut utiliser, de préférence en les préchauffant, soit un gaz réducteur,
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soit de l'air enrichi en oxygène, soit,de l'oxygène techniquement pur.
Lorsqu' on.emploie de l!air enrichi ou de l'oxygène, ceux-ci, au contact de Il agent- réducteur,. en brûlent instantanément une partie en oxyde de carbone et'on obtient ainsi:un gaz support sans oxygène libre.
Il a. été trouvé avantageux de réaliser. l'injection de l'agent réducteur en utilisant le moins possible de gaz support, par exemple en injectant plusieurs kilogs de combustible solide par m3 de gaz support.. Le combustible solide ainsi. injecté réagit très rapidement et réduit le minerai, dégage de l'oxyde de carbone en quantités considé- rables et noie la masse liquide dans une atmosphère réductrice.
Dans la réalisation pratique du procédé objet de l'inven- tion, il. faut tenir compte du fait qu'il est nécessaire de maintenir en fu- sion, jusqu'à la fin, la masse en traitement, de façon à permettre la sé- paration aisée de la fonte et du laitier. Les calories nécessaires à cet effet doivent être fournies à la masse, en tenant compte d'une part du caractère fortement endothermique des réactions et d'autre part, des pertes. Une partie de ces calories provient du préchauffage de l'agent réducteur et du gaz support. La partie la plus importante provient ce- pendant de la combustion de l'oxyde de carbone résultant de la réduction, et, si nécessaire, de la combustion en CO ou en H2O d'un autre combus- tible, dans un comburant de préférence préchauffé.
La séparation entre liquides peut se faire par suite de la différence de densité.
Pour certains minerais et avec des températures de travail' suffisamment élevées,, le% opérations que nous venons de décrire ne conduis ent pas à la formation de fonte,, mais dïrectement à la forma- tion d'acier.
Le cas suivant de réalisation dans un four tournant du procédé suivant l'invention est donné à titre exemplatif et non limitatif.
Dans l'exemple choisi, le four tournant est muni du côté des hautes températures, de trois lances refroidies. La première,dirigée vers le bain à proximité de celui-ci, amène l'agent réducteur fluidisé chaud sous pression; la deuxième, parallèle à l'axe du four et située à la sortie de celui-ci, brille une partie du CO provenant de la réduction et le combustible dappoint avec de l'air enrichi préchauffe; la troisième
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lance pénètre plus avant dans le four et brille en CO2 une quantité supplé- mentaire de gaz pot. réaliser une température suffisante à la liquéfaction du minerai introduit.
Le procédé suivant l'invention a l'avantage de s'accommo- der de combustibles de qualité médiocre et de très faible granulométrie.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé de réduction des minerais de fer, c ar a c - térisé en ce que, dans une première phase ou zone de l'opération, le minerai est préchauffé à une température aussi élevée que possible et amené ainsi à l'état de masse fondue et en ce que, dans une seconde pha- se ou zone de l'opération, on introduit ensuite l'agent réducteur dans cet- te masse fondue en maintenant celle-ci à une température suffisante pour que la fonte et le laitier formés- se séparent aisément.
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The present invention relates to a process for the reduction of iron ores.
The conventional iron ore reduction apparatus that constitutes the blast furnace has certain drawbacks, the gravity of which is increasingly accentuated. @
As fuel and reducing agent, it requires a quality product which is metallurgical coke, a product which tends to
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becoming more and more rare and more and more expensive. On the other hand, a second and even more serious disadvantage of the blast furnace results from the fact that the carbon consumption is exaggerated. In fact, the blast furnace is both a heating and a reduction device, in which the fuel and the product to be reduced are intimately mixed.
It follows that the quantity of heat necessary to bring the slag and the iron to the molten state, including the quantity of heat necessary for the reduction, can only be obtained, in the zone of the nozzles, by combustion of the carbon. in carbon monoxide., In the upper zones of the furnace, where carbon dioxide begins to be able to coexist with carbon monoxide and carbon, the contact times are very short and ultimately the heat energy of the fuel expensive and the quality of coke is very poorly used, the gases escaping from the blast furnace containing too much carbon monoxide and too little carbon dioxide.
The well-known igneous agglomeration processes have already made it possible to partially overcome these drawbacks of the blast furnace. Their purpose is to eliminate in an apparatus other than the blast furnace, the carbonates and the humidity of the ores to be reduced by carrying out an almost complete combustion in carbon dioxide, of the fuel used, which gives this last a thermal effect 3 to 4 times higher than in the blast furnace. But these methods provide only a partial solution to the problem posed.
The present invention relates to a process for the reduction of iron ores in which fuels less rare and less expensive than coke can be used and in which the calorific efficiency of the fuel used is greater than that achieved in conventional processes.
It essentially consists of preheating the ore to as high a temperature as possible and thus bringing it to the state of a molten mass in which the reducing agent is then introduced while maintaining the mass at a temperature sufficient for the melting and the slag formed separate easily.
The two phases of the operation - ore smelting or preparation and reduction proper - can be carried out continuously or not, either in a single device, such as for example a rotary furnace or a shaft furnace, or in two separate devices.
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In the preparation zone, the ore is preheated and brought to the melt state, at a temperature as high as possible, for example 1,400 * to 1,600, and compatible with the duration of the refractories.
During loading and according to requirements, it is possible to add thinning agents to the ores to be treated, in order to have sufficient fluidity of the mass at high temperatures.
The process which is the subject of the invention does not exclude the addition of a certain percentage of pulverized or granular solid fuel to the mass entering the preparation zone, but this addition is generally not necessary and cannot in all case constitute only a small part ¯ of the quantity of reducing agent added in the second phase of the operation and necessary for the reduction proper. This addition may be advantageous in bringing the ores into a pre-reduced state thereby possibly giving products which are easier to liquefy.
The heating of the preparation zone can be done in a conventional manner by combustion of any fuels, gaseous or not, by means of air, oxygen, oxygen-enriched air, wet or not, some and / or the others preheated or not.
When the two phases of the operation take place in the same apparatus, for example a rotary kiln, it is advantageous to partially burn the gases coming from the reduction zone proper.
In the reduction zone proper, two operations are carried out: supplying the reducing agent and maintaining a good temperature, for example 1.350 to 1600, so that the cast iron and the slag separate easily.
It is advantageous to preheat the reducer as much as possible in an apparatus other than the reduction apparatus. Mainly made up of solid fuel, it is fluidized and injected into the bath with sufficient pressure. It has not been found necessary to exceed a pressure of 10 kg / cm3. The fluidised fuel can also be injected into the bath, by means of an immersed lance.
As support for the reducing agent injected into the bath, it is possible to use, preferably by preheating them, either a reducing gas,
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either air enriched with oxygen, or technically pure oxygen.
When enriched air or oxygen is used, these in contact with the reducing agent. instantly burn a part of carbon monoxide and thus obtain: a carrier gas without free oxygen.
He has. been found advantageous to achieve. injection of the reducing agent using as little support gas as possible, for example by injecting several kilogs of solid fuel per m3 of support gas. Solid fuel as well. injected reacts very quickly and reduces the ore, gives off carbon monoxide in considerable quantities and drowns the liquid mass in a reducing atmosphere.
In the practical implementation of the process which is the subject of the invention, it. It is necessary to take into account the fact that it is necessary to keep the mass being treated in fusion until the end, so as to allow the easy separation of the cast iron and the slag. The calories necessary for this purpose must be supplied to the mass, taking into account, on the one hand, the highly endothermic nature of the reactions and, on the other hand, the losses. Part of these calories comes from preheating the reducing agent and the carrier gas. The most important part, however, arises from the combustion of carbon monoxide resulting from the reduction, and, if necessary, from the combustion into CO or H2O of another fuel, in an oxidant preferably preheated. .
Separation between liquids can occur as a result of the difference in density.
For certain ores and with sufficiently high working temperatures, the operations just described do not lead to the formation of smelting, but directly to the formation of steel.
The following case of realization in a rotary furnace of the process according to the invention is given by way of example and without limitation.
In the example chosen, the rotary kiln is fitted on the high temperature side with three cooled lances. The first, directed towards the bath near it, brings the hot fluidized reducing agent under pressure; the second, parallel to the axis of the furnace and located at the outlet thereof, shines part of the CO coming from the reduction and the additional fuel with enriched air preheats; the third
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lance penetrates further into the oven and ignites in CO2 an additional quantity of gas pot. achieve a temperature sufficient for liquefaction of the introduced ore.
The process according to the invention has the advantage of adapting to fuels of poor quality and of very small particle size.
CLAIMS.
1. - Process of reduction of iron ores, characterized in that, in a first phase or zone of the operation, the ore is preheated to as high a temperature as possible and thus brought to the state of melt and in that, in a second phase or zone of the operation, the reducing agent is then introduced into this melt while maintaining the latter at a temperature sufficient for the melt and the slag formed - separate easily.