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Pelleta de minerai de fer améliorés et proche pour le* fabriquer.
La présente invention se rapporte 1 des pelleta auto- fondants améliorés de minerai de fer et à un procédé perfectionna pour les produire. Un pellet autofondant est un pellet qui con- tient une partie et de préférence la totalité du fondant nécessai- re pour réduire le minerai de fer du pellet.
Le procédé général d'obtention de fer métallique à par- tir du minerai consiste à charger le minerai dans un haut fourneau avec un fondant. Le minerai de fer, qui est un oxyde du métal, est réduit à l'état métallique en soufflant de$ gaz réducteurs chauds dans le haut fourneau. La matière utilisée comme fondant favorise la fusion des impuretés contenues dans le minerai (par exemple l'alumine, la silice, etc) et permet cette fusion à une
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température plue basse que celle nécessaire pour faire fondre ces matières sans addition de fondant. Le fondant est générale- ment le calcaire et/ou la dolomite.
Au cours de ces dernières années, à mesure que les réser- ves de minerai de fer de qualité supérieure se sont épuisées, on a utilisé de plus en plus des minerais relativement pauvres, Ces minerais pauvres sont mis en oeuvre en les broyant d'abord Duit en les concentrant et en les transformant en pellets liés à l'eau (appelés pellets verte*) - Il est courant d'ajouter environ
1/2 pour-cent de bentonite à la matière broyée pour améliorer la qualité des pelleté verts liés à l'eau. Les pellets verts sont séchée et calcinés pour leur donner une résistance suffisante aux manipulations, au transport et à la charge dans un haut fourneau.
Ces pellets durcis sont soumis à une charge considérable dans le haut fourneau sous le poids de la colonne élevée de ma- tière. Les pellets doivent avoir une résistance mécanique considé- rable pour éviter que les couches inférieures de pellets soient écrasées dans le haut.fourneau par les pellets des couches supé- rieures, ce qui l'opposerait au passage des gaz réducteurs qui doivent être soufflés à travers la charge afin de la réduire.
Les minerais de fer naturels et relativement exempts de fondant ont été agglomérés avec succès et calcinés pour four- nir des pellets d'une résistance mécanique élevée convenant pour un haut fourneau. Cependant, il est désirable que les pellets au moment où ils sont introduits dans le haut fourneau, contiennent une partie ou même la totalité du fondant nécessaire à la réduc- tion du minerai de fer. Si tout le fondant nécessaire au cours de la réduction du minerai de fer se trouve dans les pellets et forment ainsi des pellets autofondants, 11 en résulte évidemment l'avantage économiquement important de pouvoir réduire le nombre de constituante différents introduite dans le haut fourneau.
En outre$ le fait que la fondant se trouve dans les pellets assure une répartition uniforme du fendant et du minerai, qui ne peut être obtenue lorsqu'on charge des couches alternées de minerai et
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de fondant dans le haut fourneau.
On a déjà proposé d'utiliser des pellets de minerai de fer autofondants, mais la formation de laitier dans les pellets au cours du durcissement des pellets par chauffage au four a consti-' tué un problème parce que le laitier provenant des pellets s'ac- cumule dans le four et y forme un dépôt dont l'enlèvement indispen- sable exige le démontage du four, ce qui entraîne un arrêt prolon- gé de l'installation de pelletisation.
Un but de l'invention est de procurer de meilleurs pellets de minerai de fer autofondants qui suppriment dans une large me- sure le problème de la formation du laitier, ainsi qu'un procédé perfectionné de préparation de ces pellets qui constitue un pro- grès dans le traitement des minerais pour obtenir des formes plus utiles.
L'invention a pour objet un procédé de préparation de pellets solides auto fondants à partir de minera:, de fer et de fondant par traitement au four de pellets verts humides forcée d'avance,caractérisé en ce que les pellets verts comprennent un noyau de fondant pratiquement exempt de Minerai de fer et une couche extérieure de minerai de fer pratiquement exempt de fondant.
De préférence, le noyau intérieur a environ 1/4 pouce (6mm) de diamètre et la couche extérieure environ 1/8 pouce (3 mm) d'épaisseur.
Une forme préférée du procédé de l'invention est caracté- risée en ce qu'on agglomère un fondant finement divisé et prati- quement exempt de minerai de fer en présence d'eau pour former un noyau humide et on forme des pellets verts composites en tassant sur le noyau humide un revêtement extérieur de minerai de fer humide pratiquement exempt de fondant.
Le fondant formant le noyau intérieur est de préférence i en quantité supérieure à celle requise comme fondant de minerai de fer formant le revêtement extérieur. '
Cette forme préférée du procédé de l'invention comprend
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de préférence une opération supplémentaire consistant à comprimer le revêtement extérieur sur le noyau de façon à le rendre suffisam- ment compact pour qu'il soit perméable à la vapeur et aux gaz mais non aux liquides ayant la viscosité du laitier fondu à une tempé- rature d'environ 2200-2400 F (1205-1315*0).
Dans cette forme préférée du procédé, on sèche en outre les pellets verts à une allure de chauffage suffisante pour vapori- ser l'eau du noyau mais insuffisante pour amener la vapeur s'échap- pant à travers le revêtement extérieur à une température telle que sa pression fracturerait le revêtement et, après que toute la vapeur ait été éliminée., on chauffe encore les pelleta séchés à une température supérieure à celle du séchage pour assurer leur durcissement.
Ce chauffage poursuivi des pellets séchés est de prêt'- rence continué jusqu'à ce qu'on ait formé dans le revêtement ex- térieur un réseau essentiellement continu de grains d'hématite pontés pratiquement exempts de llaisuns constituées par du lai- tier.
Ces opérations supplémentaires de séchage et de chauffa., ge des pellets sont de préférence exécutées : (a) en établissant au moins des zones de séchage, de précalcination et de calcination finale ; (b) en transformant un grand nombre des pellets compo- sites en une masse mobile perméable au gaz, les pellets étant Immobiles les une,par rapport aux autres dans cette masse ; (c) en amenant cette masse de pellets dans la zone de chauffage de façon à chauffer les pellets à environ
500-900 F (260-480 C),pour vaporiser et chasser l'eau à une allure intérieure 8 celle qui amènerait la vapeur qui s'échappe à une pression qui romperait le revête- ment extérieur.
(d) en amenant la masse des pellets dans la zone de plé- calcination pour chauffer davantage les pellets à enti-
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ron 1600-1800 F (870-980 C) environ de façon à amorcer le pontage des grains adjacents d'hématite, puis (e) avant qu'un réseau continu de crains d'hématite pontés soit obtenu dans tout le revêtement extérieur de chaque pellet, on désagrège la masse et on agite les pelleté dans la sont de calcination finale tout en les chauffants a une température comprise entre 2200 et 2400*F (1205-1315 C),
donc su-desnus des températures des zones de séchage et de précalcination mais au-des- sous de la température de début de fusion du minerai jusqu'à ce que le pontage des grains d'hématite forme un réseau pratiquement continu dans le revêtement en- tier de chaque pellet.
Le procédé de l'invention fournit des pellets durcis par la chaleur caractérisés en ce que le noyau intérieur des pellets durcis comprend essentiellement des composés contenant un ou plusieurs éléments du groupe formé par le calcium et le magnésium. De préférence, le noyau comprend un aggloméré ayant subi un retrait constitué de fondant pratiquement exempt de mine- rai de fer et dont le volume est inférieur au volume intérieur du revêtement et celui-ci comprend un réseau pratiquement conti- nu de grains d'hématite pontés.
à titre d'exemple d'une application du procédé de l'in- vention, des pellets verts composites liés à l'eau d'environ 1/2 pouce (13 mm) de diamètre sont préparés, chacun de ces pellets contenant un noyau de 1/4 pouce (6 mm) entouré d'un revêtement mesurant environ 1/8 pouce (3 mm) d'épaisseur. Le noyau de 1/4 pouce (6 mm) représente environ 13% en volume du pellet composite.
Le noyau est constitué par du fondant et le revêtement est com- posé de minerai de fer exempt de fondant. La matière qui sert à former le noyau dans cet exemple est du fondant broyé à une gra- nulométrie telle que 95% passent au tamis de 74 et roulée en noyaux de 1/4 pouce (6 mm) de diamètre. Les noyaux sont ensuite roulés dans du minerai sans fondant afin d'appliquer le revête-
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tement de minerai de fer exempt de fondant d'environ 1/8 pouce (3 mm) tassé de façon que le revêtement soit perméable à la va- peur d'eau et au CO2.
Les dimensions ci-dessus fournissent de pellets verts composites contenant, en poids, environ 8% de fon- dant pour 92% de minerai de fer, ce qui,, pour le minerai de fer particulier étudié, constitue le rapport voulu pour l'alimenta- tion du haut fourneau afin de faire fondre non seulement les constituants siliceux du minerai'de fer, mais également celui du coke nécessire à la réduction (cendres). Les pellets verts sont ensuite sèches à une allure suffisante pour vaporiser l'eau du noyau et permettre à la vapeur de échapper à travers le re- vêtement mais insuffisante pour qu'elle atteigne une pression qui puisse rompre le revêtement.
Ensuite, après que la vapeur se soit dégagé, les pellets sont encore chauffes à une température située au-dessus de la température de séchage mais au-dessous de la température de début de fusion du minerai, afin d'assurer le durcissement du revêtement extérieur des pellets. On a trouvé désirable de maintenir la température maximum des pellets au cours de ce durcissement final à environ 2200-2400 F (1205-1315 C) puisque la température de début de fusion de la plupart des mi- nerais de fer est environ 2500 F (1370*C) . Le laitier de ce pellet (ferrites de calcium et/ou de magnésium) ne risque pas de pénétrer le revêtement extérieure de minerai de ferdes tempé- ratures élevées, c'est-à-dire 2400 F (1315 C).
La raison en est que le noyau de fondant commence à se décomposer à 1600-1800 F (870-980*C) environ en perdant de l'anhydride carbonique (C02).
Cette perte de gaz provoque un retrait du noyau rompant ainsi le contact avec le minerai de fer et arrêtant la formation de laitier mal@ré la température élevée.
L'invention sert décrite en détail, à titre d'exemple, avec référence su dessin annexé et aux microphotographies où :
Fig.l est une photographie représentant l'intérieur
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d'un pelldt durci à la chaleur suivant la présente invention, le pellet étant prêt à être utilisé pour l'alimentation d'un haut fourneau , et la photographia étant prise à un grossissement de 6.
Fig.2 est une photographie représentant le revêtement d'un pellet durci à chaud suivant une forme préférée de l'inven- tion, et les grains d'hématite pontés (H) qui donnent la résis- tance mécanique et la résistance à l'abrasion ; et, Fig.3 est une forme d'appareil pour la mise en oeuvre de l'invention.
Se référant aux Figs. 1 et 3, on décrira ci-après un procédé qui peut être exécuté à l'aide de l'appareil de la Fi.3 afin d'obtenir des pellets semblables à celui de la photographie de la Fig.1. La Fig.l porte des référenças désignant le noyau (N) et le revêtement extérieur (R). Cette figure sera décrite en détail après avoir décrit l'appareil représenté sur la Fig.3.
L'appareil de la Fig.3 est décrit dans la demande de brevet de même date de la demanderesse, intitulé "Pellets de minerai de fer améliorés, procédé et appareil pour les produire".
La Fig.3 représente une trémie 1 qui constitue un ré- servoir de stockage pour le fondant broyé. Le fondant de trémie 1 peut être amené à un débit réglé sur un transporteur 2 qui le fait passer dans un tambour dit pelletisation 3. Le tambour de pelletisation 3 est monté sur une rampe de façon à tourner autour de son axe central, il est entraîné par un dispositif non repré- senté. Un tuyau d'amenée d'eau 4 est prévu pour pulvériser de l'eau sur le fondant finement divisé dans le tambour 3. Les gouttelettes d'eau tombant dans les particules finement divisées de matière solide forment de petits noyaux qui roulent le long du plan incliné du tambour 3 lorsque -le tambour tourne.
Ces pe- tits noyaux grossissent à mesure qu'ils roulent dans le'tambour .
Le débit, la pente du tambour de pelletisation, la vitesse de rotation du tambour et la quantité d'eau pulvérisée dans le tam-
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beur sont les paramètres qui doivent être combinés pour obtenir la formation désirée des noyaux dans le tambour 3. Les noyaux sortant du tambour 3 sont tamisée pour obtenir les dimensions désirées, par exemple un diamètre de 1/4 pouce (6 mm). Cette classification peut être effectuée en déposant les noyaux sortant du tambour 3 sur un tamis 5 qui dirige les noyaux de taille appro- priée sur un transporteur 6 et fait passer les noyaux trop petits sur un transporteur 7. Les pellets trop petits déposés sur le transporteur 7 peuvent être recyclés dans le système de façon à être finalement utilisés.
U.a revêtement de minerai exempt de fondant est tassé autour des noyaux pour obtenir des pellets composites en faisant passer les noyaux de taille appropriée sur le transporteur 6 vers un second tambour de roulage 10 . Une trémie 11 débite du minerai de fer exempt de fondant qui est amené en Quantité ré- glée vers le second tambour 10. Le minerai exempt de fondant est réparti régulièrement sur toute la longueur du second tambour
10 par un transporteur à vis 12 monté à l'intérieur d'un tube 13.
Le tube 13 présente des ouvertures 14 sur toute sa longueur afin de déposer la matière sur toute la longueur du second tambour.
A l'intérieur du second tambour 10, le minerai exempt de fondant est tassé sous la forme d'un revêtement extérieur autour des noyaux formés dans le tambour de pelletisation 3. Comme on l'a mentionné plus haut, le minerai exempt de fondanc est tassé autour des noyaux de façon que le revêtement extérieur coït perméable à la vapeur d'eau qui doit être chassée (comme on l'expliquera plus loin) et perméable aussi à l'anhydride carbonique formé au cours des traitements ultérieurs.
Un tuyau d'amenée d'eau 15 est prévu dans le second tam- bour pour ajouter de l'eau au minerai exempt de fondant sortant de la trémie 11. L',eau introduite dans le second tambour doit . être distribuée sur toute sa longueur et pulvérisée en gouttelettes encore plus fines que l'eau introduite dans le tambour de pelleti-
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cation 3. La raison pour laquelle l'eau introduite dans le second tambour doit être sous la forme d'un brouillard très fin, est qu'ondésire augmenter la teneur en eau de la matière dans le second.tambour 10, sans y former de nouveaux noyaux. On désire seulement 'appliquer des revêtements extérieur* aux noyaux déjà formés dansle tambour 3.
Les paramètres de fabrication pour obtenir un revête- ment, par exemple d'une épaisseur d'environ 3/8 pouce (3 mm) ayant la perméabilité désirée, peuvent comprendre le débit de minerai vers le second tambour, la pente du tambour, la vitesse de rota- tion et la teneur en eau de la matière de revêtement dans le second tambour. Ces paramètres peuvent être combinés pour obtenir sur les noyaux un revêtement ayant la perméabilité décrite.
Los pellets composites formés en appliquant un revête- ment extérieur dans le second tambour 10 sur les noyaux forcés dans le tambour de pelletisation 3 peuvent être dirigés à la sor- tie du second tambour 10 sur un tamis 17 qui classifie les pellets composites à la dimension voulue, par exemple 1/2 pouce (13 mm) de diamètre cornue indiqué plus haut. Les pellets composites de taile appropriée sont dirigés du tamis 17 sur un transporteur 18 qui les amène à un four de traitement 20.
Le four de traitement 20 comprend des éléments qui définissent quatre zones de traitement séparées. Le tunnel 22 et les cloisons.intérieures 23 définissent trois zones, 24, 25 et 26, tandis qu'un four rotatif 27 définit la quatrième zone désignée par 28. La zone 24 est une zone de séchage préliminaire, la zone 25 une zone de séchage final, la zone 26 une zone de calcina tion et la quatrième et dernière zone 28 est une zone de calcination finale.
L'assemblage représenté définissant les zones convient particulièrement pour traiter les pellets verts (lido par de l'eau et une petite quantité de bentonite) introduit! dans ce four à l'état très humide, Dans de nombreuse? Installa* tien * sinon la plupart la lent de préséchage 24 peut ne pas être nécessaire. Dans la description d'un appareil satisfaisant
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dans les conditions les plut défavorable , le four 20 comprend une zone de préséchage 24.
Les pelleta composites provenant du transporteur 18 sont entraînés dans les trois zones à l'intérieur du tunnel 22 par un transporteur 31 perméable au gaz. Les pelleta sont déposés sur le transporteur 31 de façon à se déplacer en groupe dans les sono* 24, 25 et 26, les pellets .'tant au repos les uns par rapport aux autres au sein de la masse mobile. Du transporteur 31, les pelleta passent le long d'une rampe 32 et dans le four rotatif 27. Les pelleta sortant du tour-27 passent dans un dispositif de refroidissement représenté en:3,4. Il existe de nombreux types de dispositifs de refroidissement qui peuvent être utilisé. lui. vaut les dimensions de l'installation.
Le dispositif de refroi- dissement 33 est de construction relativement simple et peut convenir pour des opérations à unn échelle assez réduite. D'autres types bien connus de refroidisseurs sont utilisas dans des instal- lations plus grandes. Le refroidisseur représenté est une tour verti cale rotative 34 qui contient une colonne descendante de pelleta sortant du four 27. Une soufflerie 35 projette de l'air de re- froidissement vers le haut à travers la colonne descendante de pellets afin de refroidir ceux-ci et de préchauffer l'air ascendant qui est admis dans la hotte 36 du four 27. Les pellets sortant de l'extrémité inférieure du refroidisseur 33 peuvent être trans- portés hors de l'installation suivant les besoins.
Un brûleur 40 passant à travers la hotte 36 entretient une flamme dans le four 27. Les gaz chauds passent dans le four 27 et la zone 28 qui y est définie puis dans la zone 26 à l'inté- rieur du tunnel 22. De la zone 26, les gaz chauds sont aspirés vers le bas à travers les pellets et le transporteur 31 dans une botte d'aspiration 41 en dessous de la grille, De la boîte aspiration 41, les gaz chauds passant à travers une conduite 42 Vers la zone 25.
A cet endroit, les gaz chauds exécutent un second passait vers le bas à travers les pelleta sur le transor-
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tour 31 et sont recueillis dans une seconde boîte d'aspiration 43.
Les gaz chauds passent de la seconde boîte d'aspiration 43 dans une conduite 44 qui les amène dans une boîte à vent 45 en dessous de la zone 24. Les gaz chauds remontent alors à travers les pellets sur la grille 31 dans la zone 24 et sortent à l'atmosphère par une conduite 46. Le courant de gaz peut être favorisé par un ventilateur d'aspiration (non représenté) qui attire les gaz par la conduite 46.
Dans la forme représentée à la Fig.3, comme déjà Indiqua on a supposé que les pellets étaient très humides et exigeaient un séchage en deux stades. Dans un appareil assurant ce séchage en deux stades, les pellets humides déposés sur la grille transpor- teuse 31 traversent la zone 24. A mesure que 'Les pellets passent i par cette zone de séchage préliminaire, des ga:
s chauds -remontent à travers' les pellets sur la grille et sortent par le conduite 46. j Lorsqu'une zone de séchage préliminaire est prévue, comme dans
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le eao t.6c t 5tft!! que leo P4110tu gent exceptionnellement ho- mides, il est préférable que les gaz passant à travers les pellets dans la première zone soient dirigés vers le heut plutôt que vers le bas, comme on le décrira par la suite, pour le séchage final
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et la prcalc1nation. La raison d'un. séchage préliminaire ascendant dans la première zone est qu'il est nécessaire d'entraîner un maximum d'eau des pellets des couches inférieures sur la grille et d'exécuter cette opération aussi rapidement que possible.
Si on utilisait un courant descendant de gaz dans une première xone pour sécher de façon préliminaire des pellets très humides, une concentration d'eau encore plus grande en résulterait à la partie inférieure de la masse de pnllets et dans ce milieu très humide les pellets verts relativement peu solides pourraient être facile- ment écrasés. Ceci détruirait non seulement la forme et la com- position qu'on a essayé d'obtenir, et la perméabilité de la masse de pellets sur la grille s'annulerait et les gaz ne pourraient se frayer un chemin dans la masse de pellets sur la grille. Pour
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cette raison, on préfère donc utiliser un courant ascendant de gaz passant par une première zone de séchage lorsqu'on manipule des pellets très humides.
Dans une zone de séchage final 25 (qui dans de nombreuses installations peut être la première zone sur transporteur 31) les pellets sont entraînés à travers la zone et les gaz de séchage wont dirigés vers le bas à travers les pellets sur la grille transporteuse. Les pellets doivent être séchés dans une large mesure (à des températures de 500 à 900*F soit 260 à 480 C)avant qu'ils puissent quitter cette zone. Ainsi, par un réglage appro- prié de la vitesse du transporteur 31, les pellets doivent être complètement séchés mais de façon suffisamment lente pour que la vapeur d'eau puisse sortir de.s pellets sans rompre leur revê- tement. Les pellets secs peuvent alors être passés facilement dans la zone de précalcination 26.
Dans la zone de précalcination, la température des pellets est suffisamment élevée pour que la magnétite éventuelle du minerai de fer soit convertie- en hématite. Cette conversion s'effectue à environ 1600-1800 F (870-980 C). La transformation peut être symboliquement exprime par l'équation 4Fe3O4+O2#6Fe2O3.
Les pellets pénétrant dans la zone de précalcination 26 sont secs mata peu résistants. On doit leur conférer une résistance phy- sique suffisante dans la zone de précaloination pour qu'ils puissent passer dans la zona de calcination finale où ils sont barattés.
Au moment où les pellets de zone 26 atteignent 1600 F (870 C), la magnétite éventuelle est au moins superficiellement oxydée en hématite. Le chauffage des particules d'hématite dans cette gamme de températures commence à associer les grains individuels d'hémati- te dans le revêtement extérieur par développement des grains et pontage intergranulaire à l'état solide sans aucune réaction avec la silice disponible ou le fondant (le fondant ne se trou- vaut que dans le noyau).
Après que les grains individuelsaient commencé à se réunir de cette manière dans le revêtement extérieur,
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nais avant qu'un réseau complet de grains pontés soit formé, la Nasse de pellets dans la zone 26 est désagrégée et passée dans la zone 28 du four 27 où les pelleta sont barattés au cours du traitement thermique final.
La Fig.2 représente l'aspect des grains d'hématite pontés dans ces conditions.
Bien que l'appareil et le procédé doivent être réglés pour assurer le début de ce pontage, il est également important que la masse de pellets soit désagrégée avant qu'un réseau com- plet de,grains pontés ait été obtenu. On n'obtient un revêtement extérieur dense fortement résistant à la dégradation que si la formation finale de ce réseau se produit lorsque les pellets roulent et sont agités dans le four 27. Les températures requises pour transformer la magnétite en hématite et amorcer le pontage des grains pour donner aux pellets une résistance suffisante au roulement et au barattage ne sont pas assez élevées pour que les constituants du laitier forment une phase liquide.
Si le roulageet le barattage des pellets sont commencés avant que la température de fusion des constituants du laitier soit atteinte, le liquide, lorsqu'il est formé finalement, est soumis de façon isotrope â la force de gravité. Il se forme très peu de laitier et cetté petite quantité ne constitue pas un problème. La raison en est que le noyau de fondant commence à se décomposer à envi- ron 1600-1800 F (870-980 C) en perdant de l'anhydride carbo- nique (C02). Cette perte de gaz provoque un retrait du noyau, rompant ainsi le contact avec le minerai de fer et interrompant la formation du laitier.
En même temps que la force de gravité est ainsi neu- tralisée par le roulement des pellets, le roulement et le barat- tage de,: pellet. rendent également plus dense le revêtement ex- térieur des pellets parée que ceux-ci sont soumis à un martelage tandis que le réseau de graine pontet cet encore en voie de fore mation. Cet que se fuseau Rotât famé* il est trop tard pour
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exercer cette densification. On reconnaîtra que l'importance du choix du muent opportun du transfert des pellets de la grill* au four afin d'obtenir les meilleurs pellets possibles peut donc être appréciée.
On obtient ainsi des pellets composites durcis dont le noyau comprend essentiellement des composée contenant un ou plusieurs éléments du groupe formé par le calcium et le magnésium, et le revêtement qui l'entour. comprend un réseau pratiquement continu de grains d'hématite.
Il ressort de la description ci-dessus que le procé- dé décrit procure un nouveau moyen perfectionné pour produire des pellets autofondants améliorée de minerai de tort et atteint donc les buts proposas.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de production de pellets solides et auto- fondants à partir d'un minerai de fer et d'un fondant en calci- nant des pellets humides verts formes d'avance , caractérisé en ce que les pellets verts comprennent un noyau intérieur de fondant pratiquement exempt de minerai de fer et un revêtement extérieur qui l'entoure de minerai de fer pratiquement exempt de fondant.
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Upgraded and Nearby Iron Ore Pelleta to * craft it.
The present invention relates to improved self-melting iron ore pellets and to an improved process for producing them. A self-melting pellet is a pellet which contains some and preferably all of the flux required to reduce the iron ore in the pellet.
The general process of obtaining metallic iron from ore is to charge the ore into a blast furnace with a flux. Iron ore, which is an oxide of the metal, is reduced to a metallic state by blowing hot reducing gases into the blast furnace. The material used as flux promotes the fusion of the impurities contained in the ore (for example alumina, silica, etc.) and allows this fusion to a
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lower temperature than that required to melt these materials without the addition of flux. The flux is generally limestone and / or dolomite.
In recent years, as the reserves of higher grade iron ore have been depleted, relatively poor ores have been used more and more. These poor ores are implemented by first crushing them. Duct by concentrating them and turning them into water-bound pellets (called green pellets *) - It is common to add about
1/2 percent bentonite to the ground material to improve the quality of water-bound green shovels. The green pellets are dried and calcined to give them sufficient resistance to handling, transport and loading in a blast furnace.
These cured pellets are subjected to considerable load in the blast furnace under the weight of the elevated column of material. The pellets must have a considerable mechanical resistance to prevent the lower layers of pellets from being crushed in the upper furnace by the pellets of the upper layers, which would oppose the passage of reducing gases which must be blown through. load in order to reduce it.
The natural and relatively flux-free iron ores have been successfully agglomerated and calcined to provide pellets of high strength suitable for a blast furnace. However, it is desirable that the pellets as they are introduced into the blast furnace contain some or even all of the flux necessary for the reduction of iron ore. If all of the flux required during the reduction of iron ore is in the pellets and thus form self-melting pellets, this obviously results in the economically important advantage of being able to reduce the number of different constituents introduced into the blast furnace.
In addition $ the fact that the flux is in the pellets ensures a uniform distribution of splitting and ore, which cannot be achieved when loading alternate layers of ore and
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of fondant in the blast furnace.
It has already been proposed to use self-melting iron ore pellets, but the formation of slag in the pellets during the hardening of the pellets by furnace heating has been a problem because the slag from the pellets has grown. - accumulates in the furnace and forms there a deposit, the essential removal of which requires dismantling the furnace, which causes a prolonged shutdown of the pelletizing installation.
It is an object of the invention to provide better self-melting iron ore pellets which largely eliminate the problem of slag formation, as well as an improved process for the preparation of such pellets which constitutes a progress. in the processing of ores to obtain more useful forms.
The invention relates to a process for the preparation of self-melting solid pellets from ore :, iron and flux by pre-forced wet green pellets oven treatment, characterized in that the green pellets comprise a core of substantially free from iron ore and an outer layer of virtually free from flux.
Preferably, the inner core is about 1/4 inch (6mm) in diameter and the outer layer about 1/8 inch (3mm) thick.
A preferred form of the process of the invention is characterized in that a finely divided and substantially iron ore free flux is agglomerated in the presence of water to form a wet core and green composite pellets are formed. tamping onto the wet core an outer coating of wet iron ore practically free of flux.
The flux forming the inner core is preferably in an amount greater than that required as the iron ore flux forming the outer coating. '
This preferred form of the process of the invention comprises
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preferably a further step of compressing the outer coating on the core so as to make it sufficiently compact to be permeable to vapor and gases but not to liquids having the viscosity of molten slag at a temperature. of about 2200-2400 F (1205-1315 * 0).
In this preferred form of the process, the green pellets are further dried at a heating rate sufficient to vaporize the water from the core but insufficient to cause the vapor escaping through the outer coating to a temperature such that its pressure would fracture the coating and after all the vapor has been removed, the dried pellets are further heated to a temperature above that of drying to ensure their hardening.
This continued heating of the dried pellets is preferably continued until a substantially continuous network of bridged hematite grains substantially free from slag material has been formed in the outer coating.
These additional drying and heating operations of the pellets are preferably carried out: (a) by establishing at least drying, precalcination and final calcination zones; (b) transforming a large number of the composite pellets into a moving mass permeable to gas, the pellets being stationary with respect to each other in that mass; (c) by bringing this mass of pellets into the heating zone so as to heat the pellets to about
500-900 F (260-480 C), to vaporize and expel water at an interior rate 8 that would bring the escaping steam to a pressure which would break the exterior coating.
(d) bringing the mass of the pellets into the plecalification zone to further heat the pellets to full
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ron 1600-1800 F (870-980 C) approximately so as to initiate the bridging of adjacent hematite grains, then (e) before a continuous network of bridged hematite fears is obtained throughout the outer coating of each pellet, the mass is broken up and the pellets are stirred in the final calcination process while heating them to a temperature between 2200 and 2400 * F (1205-1315 C),
therefore above the temperatures of the drying and precalcination zones but below the ore onset temperature until the bridging of the hematite grains forms a practically continuous network in the coating in- tier of each pellet.
The method of the invention provides heat cured pellets characterized in that the inner core of the cured pellets essentially comprises compounds containing one or more members of the group formed by calcium and magnesium. Preferably the core comprises a shrunken agglomerate of substantially iron ore free flux less than the interior volume of the coating and the coating comprises a substantially continuous network of hematite grains. bridged.
As an example of one application of the process of the invention, water-bonded composite green pellets of about 1/2 inch (13 mm) in diameter are prepared, each of such pellets containing a core 1/4 inch (6 mm) surrounded by a liner approximately 1/8 inch (3 mm) thick. The 1/4 inch (6 mm) core makes up about 13% by volume of the composite pellet.
The core consists of flux and the coating is made of iron ore free of flux. The material which is used to form the core in this example is flux ground to a particle size such that 95% passes through a 74 sieve and rolled into 1/4 inch (6 mm) diameter cores. The cores are then rolled in ore without flux to apply the coating.
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Approximately 1/8 inch (3 mm) flux-free iron ore material packed so that the coating is permeable to water vapor and CO2.
The above dimensions provide composite green pellets containing, by weight, about 8% melt to 92% iron ore, which for the particular iron ore studied is the desired feed ratio. - tion of the blast furnace in order to melt not only the siliceous constituents of the iron ore, but also that of the coke required for reduction (ash). The green pellets are then dried to a rate sufficient to vaporize the water from the core and allow the vapor to escape through the coating but insufficient to reach a pressure which can rupture the coating.
Then, after the steam has evolved, the pellets are further heated to a temperature above the drying temperature but below the ore melting temperature, to ensure hardening of the outer coating. pellets. It has been found desirable to maintain the maximum temperature of the pellets during this final cure at about 2200-2400 F (1205-1315 C) since the onset temperature of most iron ore is about 2500 F ( 1370 * C). The slag from this pellet (calcium and / or magnesium ferrites) is not likely to penetrate the outer coating of iron ore at high temperatures, ie 2400 F (1315 C).
This is because the flux core begins to decompose at around 1600-1800 F (870-980 * C) losing carbon dioxide (CO2).
This loss of gas causes the core to shrink thereby breaking contact with the iron ore and stopping slag formation despite the high temperature.
The invention is described in detail, by way of example, with reference to the accompanying drawing and to the photomicrographs where:
Fig.l is a photograph showing the interior
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of a heat-cured pellet according to the present invention, the pellet being ready to be used for feeding a blast furnace, and the photograph being taken at a magnification of 6.
Fig. 2 is a photograph showing the coating of a hot cured pellet according to a preferred form of the invention, and the bridged hematite grains (H) which give the mechanical strength and resistance to abrasion; and, Fig.3 is one form of apparatus for carrying out the invention.
Referring to Figs. 1 and 3, a process which can be carried out using the apparatus of Fi.3 in order to obtain pellets similar to that of the photograph of FIG. 1 will be described below. The Fig.l carries references designating the core (N) and the outer covering (R). This figure will be described in detail after having described the apparatus shown in Fig. 3.
The apparatus of Fig. 3 is described in Applicant's patent application of the same date, entitled "Improved iron ore pellets, method and apparatus for producing them".
Fig. 3 shows a hopper 1 which constitutes a storage tank for the ground flux. The hopper flux 1 can be brought at a rate set on a conveyor 2 which passes it through a so-called pelletizing drum 3. The pelletizing drum 3 is mounted on a ramp so as to rotate around its central axis, it is driven by a device not shown. A water supply pipe 4 is provided for spraying water onto the finely divided flux in the drum 3. The water droplets falling into the finely divided particles of solid matter form small cores which roll along the drum. inclined plane of the drum 3 when the drum rotates.
These small nuclei grow larger as they roll through the drum.
The flow rate, the slope of the pelletizing drum, the rotation speed of the drum and the quantity of water sprayed into the drum.
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beur are the parameters which must be combined to obtain the desired formation of the cores in the drum 3. The cores exiting the drum 3 are sieved to obtain the desired dimensions, for example a diameter of 1/4 inch (6 mm). This classification can be done by depositing the cores coming out of the drum 3 on a sieve 5 which directs the cores of the appropriate size onto a conveyor 6 and passes the undersized cores onto a conveyor 7. The undersized pellets deposited on the conveyor 7 can be recycled into the system so that it can be finally used.
The coating of flux-free ore is packed around the cores to obtain composite pellets by passing the cores of the appropriate size on the conveyor 6 to a second rolling drum 10. A hopper 11 delivers iron ore free of flux which is fed in a controlled quantity to the second drum 10. The ore free of flux is evenly distributed over the entire length of the second drum.
10 by a screw conveyor 12 mounted inside a tube 13.
The tube 13 has openings 14 over its entire length in order to deposit the material over the entire length of the second drum.
Inside the second drum 10, the flux free ore is packed as an outer coating around the cores formed in the pelletizing drum 3. As mentioned above, the fondant free ore is packed. packed around the cores so that the outer coating coitus permeable to water vapor which must be driven off (as will be explained later) and also permeable to carbon dioxide formed during subsequent treatments.
A water supply pipe 15 is provided in the second drum for adding water to the flux-free ore exiting from the hopper 11. The water introduced into the second drum should. be distributed over its entire length and sprayed into even finer droplets than the water introduced into the pellet drum.
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cation 3. The reason why the water introduced into the second drum must be in the form of a very fine mist is that it is desired to increase the water content of the material in the second drum 10, without forming therein. new nuclei. It is only desired to apply outer coatings * to the cores already formed in the drum 3.
The manufacturing parameters for obtaining a coating, for example about 3/8 inch (3 mm) thick having the desired permeability, may include the flow rate of ore to the second drum, the slope of the drum, the rotational speed and water content of the coating material in the second drum. These parameters can be combined to obtain a coating on the cores having the described permeability.
The composite pellets formed by applying an outer coating in the second drum 10 over the cores forced into the pelletizing drum 3 can be directed out of the second drum 10 onto a screen 17 which classifies the composite pellets to size. desired, for example 1/2 inch (13 mm) retort diameter indicated above. Composite pellets of the appropriate size are directed from screen 17 onto conveyor 18 which brings them to treatment oven 20.
Process furnace 20 includes elements that define four separate process zones. The tunnel 22 and the interior partitions 23 define three zones, 24, 25 and 26, while a rotary kiln 27 defines the fourth zone designated by 28. Zone 24 is a preliminary drying zone, zone 25 a drying zone. final drying, zone 26 a calcination zone and the fourth and last zone 28 is a final calcination zone.
The assembly shown defining the zones is particularly suitable for treating the green pellets (lido with water and a small amount of bentonite) introduced! in this oven in a very humid state, In many? Install * tien * otherwise most slow predrying 24 may not be necessary. In the description of a satisfactory device
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under the most unfavorable conditions, the oven 20 comprises a predrying zone 24.
The composite pellets from conveyor 18 are entrained into the three zones within tunnel 22 by a gas permeable conveyor 31. The pellets are deposited on the conveyor 31 so as to move in groups in the sound systems 24, 25 and 26, the pellets being at rest with respect to each other within the mobile mass. From the conveyor 31, the pellets pass along a ramp 32 and into the rotary kiln 27. The pellets coming out of the tower-27 pass through a cooling device shown in: 3,4. There are many types of cooling devices that can be used. him. is worth the dimensions of the installation.
The cooling device 33 is of relatively simple construction and may be suitable for operations on a fairly small scale. Other well known types of coolers are used in larger installations. The cooler shown is a rotating vertical tower 34 which contains a descending column of pellets exiting the furnace 27. A blower 35 projects cooling air upwardly through the descending column of pellets in order to cool the latter. and preheating the ascending air which is admitted into the hood 36 of the oven 27. The pellets exiting the lower end of the cooler 33 can be transported out of the installation as required.
A burner 40 passing through the hood 36 maintains a flame in the oven 27. The hot gases pass through the oven 27 and the zone 28 which is defined there, then into the zone 26 inside the tunnel 22. From the zone 26, the hot gases are sucked downward through the pellets and the conveyor 31 into a suction boot 41 below the grid, From the suction box 41, the hot gases passing through a pipe 42 To the zone 25.
At this point, the hot gases run a second passed down through the pelleta on the transor-
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tower 31 and are collected in a second suction box 43.
The hot gases pass from the second suction box 43 into a pipe 44 which brings them into a wind box 45 below the zone 24. The hot gases then rise through the pellets on the grid 31 in the zone 24 and exit to the atmosphere through a pipe 46. The gas flow can be promoted by a suction fan (not shown) which attracts the gases through the pipe 46.
In the form shown in Fig. 3, as already Indicated it was assumed that the pellets were very wet and required drying in two stages. In an apparatus ensuring this drying in two stages, the wet pellets deposited on the conveyor grid 31 pass through zone 24. As the pellets pass through this preliminary drying zone, ga:
s hot - rise through the pellets on the grate and exit through line 46. j When a preliminary drying zone is provided, as in
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the eao t.6c t 5tft !! As the P4110 is exceptionally moist, it is preferable that the gases passing through the pellets in the first zone are directed upwards rather than downwards, as will be described later, for the final drying.
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and precalc1nation. The reason for one. ascending preliminary drying in the first zone is that it is necessary to entrain a maximum of water from the pellets of the lower layers on the grid and to carry out this operation as quickly as possible.
If a downdraft of gas were used in a first xone to preliminarily dry very wet pellets, an even greater water concentration would result at the bottom of the pellet mass and in this very humid environment the green pellets. relatively weak could be easily crushed. This would not only destroy the shape and composition which one tried to achieve, and the permeability of the mass of pellets on the grate would be canceled out and gases would not be able to find their way into the mass of pellets on the grid. wire rack. For
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For this reason, it is therefore preferred to use an ascending stream of gas passing through a first drying zone when handling very wet pellets.
In a final drying zone 25 (which in many installations may be the first zone on conveyor 31) the pellets are drawn through the zone and the drying gases will be directed downward through the pellets on the conveyor grid. The pellets must be dried to a large extent (at temperatures of 500 to 900 * F or 260 to 480 C) before they can leave this area. Thus, by proper adjustment of the speed of the conveyor 31, the pellets must be completely dried but sufficiently slowly so that water vapor can escape from the pellets without breaking their coating. The dry pellets can then be easily passed into the precalcination zone 26.
In the precalcination zone, the temperature of the pellets is high enough that any magnetite in the iron ore is converted into hematite. This conversion takes place at approximately 1600-1800 F (870-980 C). The transformation can be symbolically expressed by the equation 4Fe3O4 + O2 # 6Fe2O3.
The pellets entering the precalcination zone 26 are dry mata with little resistance. They must be given sufficient physical resistance in the precaloination zone so that they can pass into the final calcination zone where they are churned.
By the time the zone 26 pellets reach 1600 F (870 C), any magnetite is at least superficially oxidized to hematite. Heating of the hematite particles in this temperature range begins to associate the individual hematite grains in the outer coating by grain development and intergranular bridging in the solid state without any reaction with the available silica or flux ( the flux is only found in the core).
After the individual grains had started to come together in this way in the outer coating,
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However, before a complete network of bridged grains is formed, the pellet trap in zone 26 is broken up and passed into zone 28 of furnace 27 where the pellets are churned during the final heat treatment.
Fig. 2 shows the appearance of the bridged hematite grains under these conditions.
Although the apparatus and method should be adjusted to ensure the onset of this bridging, it is also important that the mass of pellets is broken up before a complete network of bridged grains has been obtained. A dense outer coating highly resistant to degradation is only obtained if the final formation of this network occurs when the pellets are rolled and agitated in the oven 27. The temperatures required to transform the magnetite into hematite and to initiate the bridging of the grains to give the pellets sufficient rolling and churning resistance are not high enough for the constituents of the slag to form a liquid phase.
If the rolling and churning of the pellets is started before the melting temperature of the slag constituents is reached, the liquid, when finally formed, is isotropically subjected to the force of gravity. Very little slag is formed and this small amount is not a problem. This is because the flux core begins to decompose at around 1600-1800 F (870-980 C) losing carbon dioxide (CO2). This loss of gas causes the core to shrink, breaking contact with the iron ore and interrupting the formation of slag.
At the same time as the force of gravity is thus neutralized by the rolling of the pellets, the rolling and the churning of the pellets. also denser the outer coating of the pellets as they are subjected to hammering while the seed network bridges this still in the process of formation. What is happening Rotât famé * it is too late to
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exercise this densification. It will be recognized that the importance of the choice of the opportune molt of the transfer of the pellets from the grill to the oven in order to obtain the best possible pellets can therefore be appreciated.
Hardened composite pellets are thus obtained, the core of which essentially comprises compounds containing one or more elements from the group formed by calcium and magnesium, and the coating which surrounds it. comprises a nearly continuous network of hematite grains.
It will be seen from the above description that the described process provides a new and improved means of producing improved self-deepening pellets of wrong ore and thus achieves the proposed objects.
CLAIMS.
1.- Process for the production of solid and self-melting pellets from iron ore and a flux by calcining wet green advance pellets, characterized in that the green pellets have an inner core of flux substantially free of iron ore and an outer coating surrounding it of substantially flux-free iron ore.