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Brevet t'invention. Fusion à grande vitesse dans un four vertical.
La. présente invention concerne un procède de production de ter et d'autres métaux, à partir de leurs minerais, dans un four vertical en chargeant dans celuici, au lieu de coke et d'une matière carbonée ordinaire similaire, des briquettes de charbon denaes et rigides, payant une teneur suffisante en matières volatil..
pour produire de l'hydrogène et la propriété de se convertir en cokes moulée denses et rigides sana craquage ou collage quand on les soumet à la distillation sèche à haute température, et en augmentant la production de métal par une fusion rapide due à l'aotion de l'hydrogène libère des matières volatiles contenues dans les briquettes de charbon, L'inventio@ est un développement du brevet anglais n 959.444 publie le 3 juin 1964, Un but de l'invention est de diminuer le prix de revient de la production.
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EMI2.1
-Le preaent inventeur a effectué une expérience aur .'i:;.'.' < j i ' ' 1 " un. opération de haut-fqmmoau, en utilisant les briquette* i,"- . l j ' ', 1 ¯ do charbon indiquées au tableau v<o d'utr natiér*a a ' .' .pri8'. au 'ta'bl8&U 2 dans un pttit haut-fourneau d'un* .1 haàtaur 4* 23 m, d'un volume effectif de 0.33 .3 et d'une ' oapeeoit6 journalière nominale de &50 kg. Le haut-fourneau ;# avait %rois troua d' éohant111ona-g. de 80 am de diamètre à la partie inférieure de la. cuve l'ta60 aup4r1eur) t à la partie centrale du ventre (étage intermédiaire) et à la .. "," ,x, '"'....\ 1"'..t!' ... part.e aentrale dss étal.agea stage infërieur. partie centrale de. étalagea (étage inférieur).. .,]g j -./.
Au oours de l'expérience, %rois opérations furent effea%u608 ' comme suit t dans le oa8 I, on utiliaa seulement du coke oomme matière carbonée pour la charge du fourneau, dans le cas II on utilisa à la foie du oeke et des briquettes,
EMI2.2
dans lea propertiona respeotives de 50 et dans le oaeiTII on n'utilisa que des briquettes de charbon, Les matières premièrea et les résultats de l'expérience sont indiqués aux tableaux 2 à 7 inclusivement.
Tableau 1 Données pour la comparaison des troia opérations.
EMI2.3
<tb>
<tb>
Cas <SEP> Matière <SEP> Fe <SEP> dans <SEP> Fer <SEP> dans <SEP> % <SEP> de <SEP> ré- <SEP> Production <SEP> Briquetcarbo- <SEP> la <SEP> scorie <SEP> la <SEP> castine <SEP> duction <SEP> de <SEP> fonte <SEP> tes <SEP> de
<tb> née <SEP> (%) <SEP> en <SEP> 8 <SEP> H <SEP> chargée, <SEP> de <SEP> Fe0 <SEP> en <SEP> 8 <SEP> h <SEP> oharbon
<tb> (kg) <SEP> par <SEP> 8 <SEP> h <SEP> dans <SEP> la <SEP> (kg) <SEP> chargées
<tb> (kg.) <SEP> castine <SEP> en <SEP> 8 <SEP> h.
<tb> chargée <SEP> (kg)
<tb> 1 <SEP> Coke <SEP> 100 <SEP> 2.92 <SEP> 0.97 <SEP> 0 <SEP> 124.8 <SEP> 0
<tb> Coke <SEP> 50
<tb> II <SEP> Briquet- <SEP> 0.81 <SEP> 1.24 <SEP> 35 <SEP> 173.6 <SEP> 337.5
<tb> tes <SEP> 50
<tb> III <SEP> Briquet- <SEP> 0.98 <SEP> 1.01 <SEP> 3 <SEP> 108.5 <SEP> 880.0
<tb> tes <SEP> 100
<tb>
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EMI3.1
Cas Temps de Temp ératu.
Air souflé Hydrogène dégagée séjour re à l'éta- 3 .0) des briquettes de (min) Q supérieur m " '< charbon en 8 h (kg)
EMI3.2
<tb>
<tb> ( C)
<tb> I <SEP> 132 <SEP> 1280 <SEP> 2.3/min.500 <SEP> néant
<tb> II <SEP> 99 <SEP> 1410 <SEP> 2.3/min.500 <SEP> Tout <SEP> l'hydrogène <SEP> a <SEP> été
<tb> dégagé <SEP> dans <SEP> la <SEP> sono <SEP> où
<tb> la <SEP> température <SEP> est
<tb> inférieure <SEP> à <SEP> 1410 C
<tb>
EMI3.3
III 122 1435 2.0/min 501 Beauooup d'hydrogène a
EMI3.4
<tb>
<tb> été <SEP> dégagé <SEP> dans <SEP> la <SEP> zone
<tb> où <SEP> t <SEP> est <SEP> inférieur <SEP> à
<tb> 1435 C, <SEP> mais <SEP> la <SEP> condition
<tb> intensément <SEP> réduotrioe
<tb> du <SEP> four, <SEP> comme <SEP> dans <SEP> le
<tb> cas <SEP> II,
<SEP> n'a <SEP> pas <SEP> été
<tb> indiquée.
<tb>
Tableau 2 Composition chimique des matières premières enfournées.
EMI3.5
<tb>
<tb>
Description <SEP> Dimension <SEP> Compositions <SEP> chimiques <SEP> (%)
<tb> des <SEP> aine <SEP> ¯¯¯¯..
<tb>
EMI3.6
(mm. T.Fe P Si0 A1203 OaO 8 Mn 002 .
EMI3.7
<tb>
<tb> Minerai <SEP> de <SEP> 5-1.5 <SEP> 58.14 <SEP> 1. <SEP> 45 <SEP> 2. <SEP> 23 <SEP> 5. <SEP> 28 <SEP> 0. <SEP> 04 <SEP> 0.04@ <SEP> 0.85
<tb> fer <SEP> de <SEP> Goa
<tb>
EMI3.8
Castine 5-1.5 0.92 0.47 0.21 53.46 0.02 43.71
EMI3.9
<tb>
<tb> Minerai <SEP> de <SEP> 5-1. <SEP> 5 <SEP> 23.12 <SEP> 7.06 <SEP> 1. <SEP> 00 <SEP> 29.4@
<tb> Mn <SEP> indien
<tb>
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Tableau 3 Analyse industrielle des matières carbonées enfournées.
EMI4.1
<tb>
<tb> Description <SEP> Dimension <SEP> Cendres <SEP> Matières <SEP> Carbone <SEP> Soufre
<tb> des <SEP> grains <SEP> (%) <SEP> volatiles <SEP> fixe <SEP> total
<tb> (mm) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> Coke <SEP> 20 <SEP> -10 <SEP> 15.82 <SEP> 0.55 <SEP> 83.63 <SEP> 0.62
<tb> Briquettes <SEP> 20 <SEP> x <SEP> 20 <SEP> x <SEP> 13 <SEP> 9.68 <SEP> 43.17 <SEP> 47.15 <SEP> 0. <SEP> 56
<tb> de <SEP> charbon <SEP> forme <SEP> ovale
<tb> Coke <SEP> moulé
<tb> obtenu <SEP> par
<tb> distillation <SEP> 15. <SEP> 68 <SEP> 0.86 <SEP> 83.46 <SEP> 0.54
<tb> à <SEP> seo <SEP> des
<tb> briquettes
<tb> de <SEP> charbons <SEP>
<tb>
Note : (1) Composition en pourcentage de la matière première du coke : charbon à haut pouvoir agglutinant 45%, oarbon à faible pouvoir agglutinant 55%.
(2) Composition en pourcentage de la matière première des briquet '*13 de charbon !charbon à faible pouvoir agglutinant 23 %, charb non agglutinant 70 %, brai 7 %.
(3) Le coke utilisé dans 7..'essai était un coke spécialement prép ré de manière à homogénéiser approximativement le coke moule' produit par la distillation à sec des briquettes de charbon/ en ce qui concerne la teneur en cendres et en carbone fixe
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!1<M 4 6eult.nts de l'opération et utilisant des briquettte de !ableau R'aultata l'op'ration utiliaant de. 'br1qUttt.. charbon dan. le petit haut fourneau 4 ilkl .
EMI5.2
#######-########.######.#########################-##################-######. f'-<t< Opération Quant1't' de minerai enfourne QuanUt' pal" i b. Rap- ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯ (a) (g) port Mine- cati- Minera Coke Nom- Pro- 1A.1... gaz t1- , rat do ne d 4 Vu ou bro duo- titr ctn- ré fer brai- de tion dres car quet- char de ou bo- 1 ton de et font,* pou$ née charbon a1. l'e. " - ¯¯¯. .a ¯ .8 .5 Poke 100 6.08 3.2 0.3 15 33 124.8 136#5 3.2 3*97" Dan II riquet- riqutttes .
ton 7.5 riquettea 6.0 3.0 0, 3 léoke 45 173.6 159.5 17.8 J.8 oke 50 % Ma III )riquettes 4.0 2.5 0.3 20 44 108.5 108.5 890 .11 harbon 100% )¯¯¯# Opération Composition de la fonte (,c Composition du laitier (!<) C Si mu 8 Si02 CavO 120J Poo 8 CaO 31 2 Cas 1 3.89 1.70 1.42 0.041 24.90 46.23 24.60 2.75 0.545 1.66 Cas II 3.99 2.30 1.24 0.032 25.28 48.23 23.08 0.65 0.796 1,91 Cas III 3.72 1.52 1.10 0.062 1.11-0 5,75 26.40 1.16 1.028 '.77 Opération Ai sol-fflé ,¯¯¯¯ Gaz au Rueulard du fourneau Résultat (m3/min) Pression Temp.
Temp. 111-ression 00 C02 de (cm2) (00) ('0 H2D) l'opéra- tjon Cas 1 2.3 75.0 500 841 55 33.4 2.0 bon Cas il2T390T5'55'5B33.6 . on Cas III 2.0 93.0 501 469 32 31.6 2.6 pauvre
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EMI6.1
Tebleau 5 Diatribution ào 1* dimanaion dos graoEo 4e la metilro oarbon4. dan. le fourneau ()
EMI6.2
<tb>
<tb> Cas <SEP> Temp.
<tb>
EMI6.3
point d" (-0) 10 JIUD. 10-5 5 -.1 3-1.5 1.' lia'
EMI6.4
<tb>
<tb> mesure <SEP> mm <SEP> mm <SEP> mm
<tb> gueulard <SEP> 841
<tb>
EMI6.5
étage 8up4- étage BUP4rieur 1280 79.9 7.2 3.2 4.2 5.5 '¯ 1 étage mîoyen 1390 70.3 12.2 5-3 5:1 " Î étage infé- rieur 1520 63.6 13.2 5.6 6.7 10.9 ,] ",) gueulard569 "*'' #***'#-#####'"'"-"'"'-- ' ' Ótage eu1'. 1410 74.9 13.6 3.8 3.3 4 4 '" II étage moyen 1440 66.5 18.3 4.6 3.5 7 1 étage int, 1570 58.9 15. 6.5 6.9 11:
9 / jj
EMI6.6
<tb>
<tb> gueulard469
<tb> étage <SEP> sup. <SEP> 1435 <SEP> 55. <SEP> 1 <SEP> 20. <SEP> 4 <SEP> 7.0 <SEP> 8.4 <SEP> 9.1
<tb> III <SEP> étage <SEP> moyen <SEP> 1450 <SEP> 40.8 <SEP> 25.4 <SEP> 8. <SEP> 7 <SEP> 12. <SEP> 8 <SEP> 12.3
<tb>
EMI6.7
étago inf. 1550 29.5 14.0 12.6 26,1 17 8 Tableau 6 Composition des gaz dans le fourneau (%)
EMI6.8
cas Poeitionde Temp.
Pression Co 2 0- emrn 00 EL CH, Net la. mesure CI (mm H 2 0) autres, gueulard 841 Pression 206 0.2 0 33.4 H2 0 64.4 étage aup. 1280 212 0.8 0 0 34.8 0 0 64.4
EMI6.9
<tb>
<tb> 1 <SEP> étage <SEP> moyen <SEP> 1390 <SEP> 260 <SEP> 0 <SEP> 0.2 <SEP> 0 <SEP> 34.2 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 65.6
<tb> étage <SEP> inf. <SEP> 1520 <SEP> 278 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 34. <SEP> 4 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 65.6
<tb> gueulards <SEP> 569 <SEP> 38 <SEP> 1.6 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 33.6 <SEP> 2.6 <SEP> 0 <SEP> 62.2
<tb>
EMI6.10
gtaseeup. 1410 290 0 0 0 34.2 '0 0 65.8
EMI6.11
<tb>
<tb> II <SEP> étage <SEP> moyen <SEP> 1440 <SEP> 338 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 34.2 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 65. <SEP> 8
<tb> étage <SEP> inf. <SEP> 1570 <SEP> 370 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 34.4 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 65.6
<tb> gueulard <SEP> 469 <SEP> 32 <SEP> 2.
<SEP> 6 <SEP> 0 <SEP> 0.6 <SEP> 31.6 <SEP> 5.7 <SEP> 2.0 <SEP> 57. <SEP> 5
<tb> étage <SEP> sup. <SEP> 1435 <SEP> 370 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 32.4 <SEP> 2.0 <SEP> 0 <SEP> 65.6
<tb> III <SEP> étage <SEP> moyen <SEP> 1490 <SEP> 530 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 33.2 <SEP> 1.7 <SEP> 0 <SEP> 65.1
<tb> étage <SEP> inf. <SEP> 1550 <SEP> 700 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 35.6 <SEP> 2.0 <SEP> 0 <SEP> 62.3
<tb>
<Desc/Clms Page number 7>
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<tb>
<tb> Tableau <SEP> 7 <SEP> Volume, <SEP> pression <SEP> et <SEP> température <SEP> des <SEP> gaz <SEP> dans <SEP> le <SEP> fourneau
<tb>
EMI7.2
Cas Position de Temps Pression dans Volume de gQ.Z dans le la mesure (00) le fourneau fourneau (mJ) dane le H20 (différence) C02 02 CmHn H2 to M H20 mm) eend -- - 0 gueulard 841 55 157 266 2;
7 0 52.2 0 0 354 étage sup. 1280 212 7 10.8 0 0 '1,2 p o i étage moyen 1390 260 18 0 2.6 0 T5.9 0 0 330 étage inf. 1520 278 0 0 0 57.5 0 0 330 330 gaaulaxd 569 38 252" 22.4 0 0 471.1 J6. étage sup. 1410 290 25î.. 2 étage BUp. 1410 290 ..0 453:2 Il étage moyen 1440 338 453.2 étage ïnf, 1570 370 32 0 0 0 45'7, ,
EMI7.3
<tb>
<tb> gueulard <SEP> 469 <SEP> 32 <SEP> 34.3 <SEP> 0 <SEP> 7.9 <SEP> 416- <SEP>
<tb>
EMI7.4
étage sup, 1435 370 338 0 374.; j#f#-#######)#!##t ) 25. 120
EMI7.5
<tb>
<tb>
<tb>
EMI7.6
Les données de comparaison de. trol-a operatioca am an- 11 sont obtenues par sélection dea ànnn4ea dea 1abJ.-.u 4 ot S ou par le calcul suivant lea doanéea da oen d.a 1tâb1....-.:.. l!9.U. t En oe qui oonoerne la. quanü d. on, lia <)<<MtH&1t a11: en fut calculée d'abord sur une baaa d. 8 h.......
C' -è dire qu'en prenant 00811.'1 bas. la qc<antt.t4 d'atr ao"aU1' dm %abiaau 4 et la compoaiti<m du lU du 1abl-.. 6...............
4! . 'tiQteJ. ooma. suit, à t1 tn' d' a8pl.. , :":1< :.< , ...;) .3 60 z: z --IL.. 1330 .) 'LI(' ''',y 3 m x -- - l m ; r' w A ,3 '&\,, 1 les oond1tioae 4-. hq" ---....
!'101 1 . ¯,;. , , , f'" ' t- 1 <iaieyi "t. bon**a e' la. ]p1' '1 : fù" I": A." '!' ,)9 - oella du .. 1, 17Jt.1M \-- m..
111' D9 -- .I\l 1'u ok 4-it MWf&1M o% à'o@m%1em i 1\\"1.hterrompue ap Wa 14 how*a, 8e ....il; N.8 f Qv11'Oft 801\ ttTipa de 8'Our,
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Dans le cas II, la quantité de Fe dans la scorie est de 0.81 kg. qui représente un minimum et est inférieure de 35% à la quantité de Fe (1.24 kg) introduite dans le haut-fourneau par la castine, ces 35 % étant réduite à l'état de fier.
En conséquence, dans le cas II, tout le minerai de fer chargée sauf une très petite partie échappée du gueulard sous forme de puissières et les 35% du FeO total dans la castine enfournée furent réduits à l'état de fer. Dans le cas I,la quantité de Fe dans la scorie est de 2.92 kg. ce qui représente un maximum et est supérieur de 1. 95 kg. à la quantité de Fe (0.97 kg.) dans la castine enfournée ce 1.95 kg. vient du minerais de ' fer enfourné, car l'oxyde de fer dans la cendre de la matière carbonée est enfermée par le carbone de celle-ci et facilement réduit à l' état de fer quand la cendre est fondue.
En conséquence, dans le cas I, une partie du minerai de fer chargé et tout le Fe (0.97 kg) de la castine enfournée deviennent du laitier comme dans un haut-fourneau ordinaire.
Dans le cas III, la condition du fourneau est mauvaise et son action réductrice est pire que dans le cas II, mais beaucoup meilleure que dans le cas I, de sorte que dans ce dernier cas, tout le minerai de fer enfourné sauf une très petite partie s'échappant au gueulard comme poussières, et une partie du FeO de la castine utilisée furent réduits à l'état de fer sans perte dans le laitier.
Ces résultats montrent que les conditions intensément réductrices et stables du fourneau permettant de réduire à l'état de fer sans perte dans le laitier, non seulement tout le minerai de fer chargé, sauf une très petite partie s'échap- pant comme poussières au gueulard, mais également une partie du FeO de la castine chargée, peuvent être obtenues en enfournant correctement des briquettes de charbon appropriées. Dans un haut-fourneau ordinaire, n'utilisant pas de briquettes de charbon,
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une partie du minerai de ter chargé et tout le FeO de la castine s'échappent toujours due la scorie.
Les résultats de l'expérience montrent en outrt que l'hydrogène libéré des matières volatils* des briquettes de charbon, dans la zone à basse température du fourneau, où il y a beaucoup de minerai de fer, mais par de fer apongieux, a un pouvoir spécial d'accélérer la réduction, grâoe à H2, CO et C, et d'assurer ces excellentes conditions du fourneau.
Dens le cas III,la quantité de briquette* de charbon utilisées en 8 heures (880 kg.) watt de loin supérieure IL celle utilisée dans le cas II (337.5 kg.). En conséquence, la quantité d'hydrogène produite dans la cas III est beaucoup plue grande que dans le cas II (environ 2.6 foie). Par contre, l'action réductrice dans le cas III est inférieure à et qu'elle est dans le cas II, On notera que dans ce dernier cas, tout l'hydrogène a été produit dans la zone de température inférieure à 141000 et que dans le cas III, beaucoup d'hydrogène a été produit dans la zone de température dépassant 1435 C.
Ceci veut dire que beaucoup d'hydrogène produit dans la sont à haute température ne pouvait pas avoir dans le fourneau une action réductrice plus grande que celle de l'hydrogène produit dans la zone de température inférieure. Dans le cas I, comme dans le fonctionnement d'un haut-fourneau ordinaire, une quantité considérable d'hydrogène provenant de l'eau combinée du minerai était produite dans la zone de 900 à 1280 C et montait dans la zone où la température eat inférieure à 900 C pour réduire le minerai de fer et donner H2O.
Toutefois, cet hydrogène ne montrait pas de pouvoir apéoial pour produire l'excellente condition du haut-fourneau démontrée par le résultat de l'expérience.
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oon.4qutnce. l'hydrogène susceptible 4'....ur81' cette excellente condition du fourneau devait 4tre lllulti3ixlt produit dans 1 sont ot la température est inférieure à 900*0. 1,4 raison peut et comprendre facilement d'après les oon8id4ra";. tiont tuivaatee.
Il toit bien connu que H2 ou CO ne peuvent pas brûler
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ou et combiner avec 0 dans une atmosphère 8triotement séohe, . à une température tellement basse que la dissociation à la chaleur de H2 ou de 02 ne peut pas se produire, mais si
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ltatmoaphbre possède une oertaine humidité, contenant une
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quantité très faible d'ions Il et OH, Ii2 ou CO, peuvent brûler ou et combiner avec 02 et de mtme, quand H2 ou 00 brûlent avec O2, il existe toujours des ions OH comme intermédiaires
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dans la flamme, qui cèdent 0 fi. H2 ou à CO pour obtenir H20 ¯/JÎ ou C02, en libérant de l'hydrogène atomique pouvant se combiner,' avec 02 suivant la réaction 2H + 02 20 H.
Lintsxmédiaire , OH permet donc la continuation de la combustion, Dans le cas II beaucoup d'hydrogène actif précisément libéré des matières volatiles peut agir immédiatement sur l'oxygène du minerai de
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for vOisin, à l'état naissant ou atomique, pour produire une quantité d'intermédiaires OH très grande comparativement aux ions H et OH se trouvant dans l'humidité. La grande quantité , de OH cède de l'oxygène pour dégager de grandes quantités de H2 et de 00 ainsi que du C pour donner H2O, C02 et CO, en libérant simultanément de nombreux atomes d'hydrogène.
Ces réactions se poursuivent continuellement par l'hydrogène atomique réactivé, jusqu'à, ce que tout l'oxygène du minerai de fer soit enlevé pendant la descente de celui-ci. C'est la
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raison pour laquelle l'hydrogène produit dans la zone à une température inférieure , 900t1 a le pouvoir spécial d'assurer cette excellente condition du fourneau. Plus basse est la
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température à laquelle est produit l'oxygène mieux cela, vaut car le nombre de répétitions augmente. Mens la zone à 800-900 0, il existe une quantité considérable de fer spongieux$ pouvant agir comme catalyseur afin de oonvertir l'hydrogène atomique en hydrogène moléculaire.
Dans le cas II, la très grande intensité de réduction résultant de l'excellente condition du fourneau montre que 'l'on peut obtenir en outre une fusion très rapide en opérant avec un taux de chargement réduit de matières carbonées par tonne de métal produit (ou bien avec un taux de chargement de minerai de fer accru par tonne de métal produit) de manière à diminuer la haute intensité de réduction des conditions intensément réductrices et stables du fourneau que l'on obteient par l'emploi de cette matière carbonée.
Par suite de @tte opération, la contenance du fourneau est plus grande, en @son de l'accroissement du poids spécifique de la charge et l'opération accélère la descente du contenu dans le fourneau, en faisant simultanément tomber la température supérieure (569 C) à.
une température normale (inférieure à 300 ), car la diminu- tion de l'alimentation en combustible pour la quantité d'air soufflé de 2.3 m3/min. est empêchée en augmentant la vitesse de descente afin de poursuivre l'opération,
Dans le cas I, il est impossible de diminuer la température au gueulard en augmentant la vitesse de descente du contenu du fourneau, car l'action réductrice dans celui-ci est très faible et la température à l'étage supérieur trop basse, c'est-à-dire 1280 C, de loin inférieure aux 1410 C du cas Il* Le temps de séjour dans le cas I, soit 132 minutée, fut obtenu par une marche forcée. 8i une marche normale avec une température au gueulard de moins de 300 0 est assurée.
le temps de séjour du cas 1 deviendra infiniment long, la charge ne descendant pas. Le fait que la température à l'étage
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supérieur, 1280 C, est inférieure à celle du cas II (1410 C) . est dû principalement à ce que la réduction par l'hydrogène remplaoe de préférence la réduction par le carbone, qui absorbe environ cinq fois plus de chaleur que l'hydrogène.
Dans le cas III, l'intensité de la réduction était de loin plus grande que dans le cas I, mais la marche fut interrompue en raison de la mauvaise condition du fourneau due à la désintégration de la matière carbonée chargée et à la pression excessivement élevée dans la zone de fusion.
Comme lors de la décomposition à la ohaleur, le charbon pré- sente un phénomène endothermique en-dessous de 40000, prin" cipalement légèrement exothermique entre 400 et 600 C, très . exothermique entre 600 et 800 C et que la réaction est surtout thermiquement neutre au-dessus de 800 C, les briquettes de ', charbon utilisées contenant du charbon brut, descendaient dans la zone de fusion du fourneau où se trouvaient de grandes quantités de matières volatiles, avant d'atteindre une température suffisamment élevée pour dégager réellement toutes celles qu'elles contenaient. En conséquence, la désintégration était provoquée par un rapide dégagement des matières volatiles dû à la chaleur énorme de la zone de fusion.
La pression de cette zone devint tellement élevée que l'opéra- tion fut rendue difficile par la vapeur surchauffée de l'eau produite (164. 79 kg/8 heure). Ces faits sont démontrés par des recherches sur la distribution de la dimension des grains de la matière carbonée dans le fourneau et dans les gaz de celui-ci.
En ce qui concerne la désintégration de la matière carbonée dans le fourneau, le tableau 5 donne la distribution de la dimension des grains de la matière carbone en fournée,
On observera que la différence de désintégration entre les cas I et II n'est pas grande. Un examen minutie montre
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que dans le cas II, la matière est un peu plus craquée..
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toutefois, coame la température (141000) à l'étage supérieur, dans le cas II, est supérieure au point de fusion des 15% de
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oondros, il Went pas correct de couprer 1"tas. supirieur à 141060 de et cas avec celui à 128040 du *as 1 et il vaut mieux le comparer avec loitage intera'dia1re , '1334'C.
On trouve alors que dans le cas 'I, le ocke à 139000 a 't' .f, broyé plue complètement que les briquettes déjà coniertion en coke h 1410*0 du cas Il* la ém1, quand 1* coke eat % . une température d'passant 14006# il devient rapidenrent lin8wi.rsment faible# en raison de la transformation rurvenanli dans son état moléculaire. En oon a6quenoe, le fait que la désintégration à Itétage 1nt&ri8ur, dans le cas II, est un peu plus intense que dans le cas I ont dû à la tempirature plut élevée et la longueur du temps déexposition à la force de broyage, à une température supérieure k 1400*0. à une température dépassant 1600 C, une désintégration adéquate est plut8t désirable, en vue d'une combinaison facile.
Dans le cas III, comme dit ci-dessus, les briquettes de charbon étaient désintégrées à un degré tel. qu'il se produisait une interruption de l'opération, avec une mauvaise condition du fourneau, en même temps qu'une haute pression dans celui-ci, provoquée principalement par la pression partielle de la vapeur surchauffée des 213,48 kg. d'eau produite par les 23.?2 kg d'hydrogène dégagés des briquettes decharbon en 8 heures.
En ce qui regarde la pression dans le fourneau, les données figurent aux tableaux 6 et 7, Il est important d'étudier la pression partielle de la vapeur surchauffée engendrée par l'hydrogène des briquettes de charbon dans le fourneau. Ces briquettes contenant 43.17% de matières volatiles ont au moins 4% d'hydrogène disponible.
Dans le
<Desc/Clms Page number 14>
casIII, la quantité d'hydrogène disponible cet au moins
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de 35*2 kg. par 8 heures, du fait qu'on a utilisé pendant le même tempo 880 kg de briquettes L'hydrogène disponible signifie la Nomme de gaz hydrogène dégage et l'hydrogéno contenu dans CHi 4 et C%Cn libéré quand la matière aarbonde est-,' eoumi.ee 1 la distillation sèche à haute température. lu coure de l'expérienoe dans le cas 111 outre lthydrogène # dégagé des briquettes de charbont environ 1 kg, d'hydrogène ,;6y provenant de l'humidité de l'air soufflé et environ 2 kg. provenant de l'eau combinée du minerai sont produite par
EMI14.2
8 heures dans la zone de oo-f280Q.
, 3..
Dans le cas IIIT la quantité d'hydrogène disponible échappé* dan@ le gaz de gueulard est de 6.77 kg. en gaz bzz hydrogène et 4.T1 kg. en CUL. La quantité d'hydrogène disponible se combinant avec l'oxygène pour donner de l'eau ; dans le fourneau est de 23.72 kg en 8 heures. En conséquence,' une très grande quantité d'eau (213.48 kg) pst produite par le chargement de briquettes de charbon dana le fourneau.
Cette eau est convertie en vapeur surchauffée dont la pression partielle augmente d'une manière surprenante la pression dans ce dernier. Des 23.72 kg, d'hydrogène, 5.41 kg se combinent avec l'oxygène du minerai, comme le montre le calcul en
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admettant que le minerai se trouve sous la forme cb he203 exempt d'eau combinée. les 18.31 kg. d'hydrogène restant en 8 heures doivent ae combiner avec une autre source d'oxygène qui est le CO remplissant le fourneau comme on l'indique plus loin.
Ainsi que le montre le tableau 7, les valeurs de la. pression dans le fourneau et de la différence de pression sont fortement influencées par la quantité d'hydrogène produit, en particulier dans la zone de fusion du cas III, car la
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quantité d'hydrogène, o'est-a.-dire la quantité de vapeur
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surchauffa dans la zona de fusion est très considérable.
Comme on le voit dans le cas III au tableau 7, la quantité de CO diminue de 53.1 m3c'est-à-dire de 427.6 m3 à, 1:'étage inférieur à 374.5 m3 à l'étage supérieur en 8 heures.
Il est évident que le CO n'a pas été consommé pour la réduction, car il n'existe pas de CO2 à ces étages, D'autre part la quantité de 25.2 m3 d'hydrogène à l'étage inférieur est supérieure aux 19.8 m3 de l'étage intermédiaire et aux 23.1 m3 de l'étage supérieur. Ceci indique que l'hydrogène disparaît pendant la montée dans le fourneau, car chaque quantité d'hydrogène présent dans les étages intermédiaire et supérieur devient plus petite que celle de l' étage inférieur tout en étant augmentée par l'hydrogène montant de la partie inférieure du fourneau. Cet hydrogène qui a disparu a été produit en plus des 68.1 m3 (6.129 kg) d'hydrogène qui est la somme des quanti- tés d'hydrogène présent aux trois étages.
Ces résultats montrent que la quantité d'hydrogène qui a disparu peut être égale à la quantité réduite de 53.1 m3 de CO et elles peuvent agir l'une sur l'autre, suivant la réaotion exothermique en sens inverse de la réaction eau/gaz, c'est-à-dire H2 +CO H2O + C. Le fait que la température (1450 C) à l'étage intermédiaire et celle de l'étage supérieur (14350C) dans le oas III sont respectivement supérieures à celle de l'étage intermédiaire (1440 C et à oelle de l'étage supérieur (1410 C) dans le cas II, même si la température à l'étage inférieur (1550 C) dans le cas III est inférieure à celle de l'étage inférieur (1570 C) dans le cas II, montre clairement la présence de réactions exothermiques.
En général, la perte de chaleur par rayonnement, par l'eau de refroidissement et par la paroi du fourneau, par tonne de métal produite est inversement proportionnelle à la production journalière. Dans un haut fourneau ces pertes de
<Desc/Clms Page number 16>
chaleur sont très grandes, en particulier dans la dernière opération à haute température, Conformément à l'invention, on peut diminuer fortement cette grande perte de chaleur en effectuant une fusion très rapide avec l'aide de l'hydrogène actif, possédant un pouvoir spécial, libéré de la matière volatile des briquettes de charbon enfournées.
En conséquence, dans la présente invention, un grand excès de chaleur se dégage, particulièrement dans la zone de température élevée, Cet excès de chaleur exige des mesures appropriées pour empêcher les dommages à la paroi du fourneau, comme l'ajustement de la production journalière ou le soufflage de vapeur dans le fourneau.
Afin de déterminer l'importance de cette perte de chaleur et d'apercevoir d'autres phénomènes dans le fourneau, l'inventeur à proposé la nouvelle méthode suivante pour le calcul du bilan thermique, en vue de la forte influence du dépôt de carbone qui fournit une quantité telle de CO2 au gaz de gneulard, avec une forte réaction exothermique, que d'après des résultats d'expérience probants, C dans le CO2 s'élève à la moitié des 25% environ de C dans le gaz CO passant dans la partie du fourneau dont la température est de 700 C environ.
Le bilan thermique par tonne de fonte a été calculé par la nouvelle méthode sur la base des données moyennes par tonne de fonde produite pendant un mois dans un haut fourneau fonctionnant réellement, ayant un volume effectif de 753 m 3; pendant le mois envisagé, la production journalière moyenne de fonte était de 925 tonnes, la quantité de coke à 87.8% de carbone fixe était de 550 kg. l'air soufflé était à une température de 872 C et sa consommation s'élevait à 1514 m3, la quantité de H2O introduite par l'air soufflé contenant 23 gr. d'humidité par M3 était de 34,822 kg et la quantité de gaz de gueulard ayant une chaleur latente de 724 kcal/m3 et une température de 169 C, était de 2087 m3, Les autres données ont été omises pour éviter de trop longs développements.
<Desc/Clms Page number 17>
Tableau 8 Bilan thermique du haut-fourneau de 753 m3 donnant une production de 925 tonnes de font* par jour
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(1) Coke utilisé 550 kg, 87.8%0 3795 103 Keal Absorption de chaleur dans le fourneau Relation entre les
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<tb> (2) <SEP> Air <SEP> soufflé <SEP> 1514 <SEP> m3 <SEP> 872 C <SEP> 415 <SEP> calculée <SEP> d'autre <SEP> façon <SEP> comportement <SEP> du <SEP> carbone <SEP> kg
<tb> (3) <SEP> Humidité <SEP> dans <SEP> l'air <SEP> soufflé <SEP> 34.822Kgl8 <SEP> Réduction <SEP> directe <SEP> par <SEP> Cdr <SEP> 129.467 <SEP> 415.014 <SEP> Cdr <SEP> 129.467
<tb> (4) <SEP> a <SEP> 4228 <SEP> Réduction <SEP> par <SEP> 8.440 <SEP> kg <SEP> H2 <SEP> 30.665 <SEP> Cw <SEP> 71.130
<tb> (5) <SEP> Chaleur <SEP> latente <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> de <SEP> gueulard
<tb>
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169 C 1513 445.679 Cstp 7.029 (6)
Chaleur sensible d gaz de
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<tb> gueulard <SEP> 2087.35 <SEP> m <SEP> 110 <SEP> Réduction <SEP> indirecte <SEP> par <SEP> Cidr <SEP> 97.896 <SEP> kg <SEP> 21.483 <SEP> Clim <SEP> x <SEP> 2 <SEP> 23.040
<tb> (7) <SEP> H2O <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> de <SEP> gueulard
<tb>
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(7) 2 dans 154.087 kg 15 424.196 Cair l40.752
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<tb> (8) <SEP> b <SEP> 1638 <SEP> Réduction <SEP> de <SEP> Si, <SEP> Mn, <SEP> P <SEP> 40.157 <SEP> Cco <SEP> 571.418
<tb> (9) <SEP> Chaleur <SEP> fournie <SEP> au <SEP> fourneau <SEP> a-b <SEP> 2590 <SEP> Fusion <SEP> de <SEP> la <SEP> fonte <SEP> 285
<tb> (10) <SEP> C <SEP> CO <SEP> 571.418 <SEP> kgC <SEP> 1267 <SEP> Fusion <SEP> du <SEP> laitier <SEP> 194 <SEP> Cco <SEP> 571. <SEP> 418
<tb> (11) <SEP> CO <SEP> CO2 <SEP> 206.
<SEP> 202 <SEP> kgC <SEP> 1163 <SEP> Décomposition <SEP> de <SEP> la <SEP> castine <SEP> 41.280 <SEP> Ctgas <SEP> 457.134
<tb>
EMI17.7
(12) H2 H20 8.440 kg H2 244 C02 dans la castine + C -2Co 39.456 Cdepo+Cl1mco 114.2µ4 (13) Chaleur de formation du laitier Réao%ion oau-6aB 189.938 140 Koal X 388 kg 54 Réaction eau-gaz 189-938 (14) Production de chaleur dans le R? f. 9<t
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<tb> fourneau <SEP> 2728 <SEP> Vaporisation <SEP> d'eau <SEP> 78.127 <SEP> kg.
<SEP> 46.872 <SEP> Cdr <SEP> 129.467
<tb> (15) <SEP> Chaleur <SEP> totale <SEP> fournie <SEP> (9)+(14) <SEP> 5318 <SEP> (1) <SEP> Absorbsion <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 1260.899 <SEP> Cidr <SEP> 97.896
<tb> (16) <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> CO <SEP> qui <SEP> contient
<tb>
EMI17.9
114.284 kg o + C 0 se décompose en 253 227.363
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<tb> (17) <SEP> Chaleur <SEP> de <SEP> décomposition <SEP> de
<tb> Fe203 <SEP> en <SEP> Fe <SEP> et <SEP> 0 <SEP> 1522
<tb> (18) <SEP> Décomposition <SEP> des <SEP> minerais <SEP> de <SEP> production <SEP> chaleur
<tb>
EMI17.11
Si, 9 Yn 9 1> ores 59 Production de chaleur à (19) Fusion de la font.
285 combustion de Cair ?55334 Cidr 97.896
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<tb> 6
<tb>
<Desc/Clms Page number 18>
EMI18.1
<tb> Production <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> au <SEP> dépôt
<tb> (20) <SEP> Fusion <SEP> du <SEP> laitier <SEP> 194 <SEP> de <SEP> Cdepo <SEP> 108.306 <SEP> kg. <SEP> 370.948 <SEP> Cdepo <SEP> 108.306
<tb>
EMI18.2
(21) Décomposition de la castine j Chaleur de formation du laitier 54 C %,06,asco. 206.202
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<tb> 96 <SEP> kg. <SEP> 41
<tb> (22) <SEP> CO2 <SEP> dans <SEP> la <SEP> castine <SEP> CO+O <SEP> 65 <SEP> (2) <SEP> Production <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 1180.283
<tb> (23) <SEP> Décomposition <SEP> de <SEP> H2O <SEP> qui
<tb> donne <SEP> 11.855 <SEP> kg <SEP> H2 <SEP> par <SEP> (3) <SEP> Absorption <SEP> nette <SEP> de <SEP> chaleur
<tb> réaction <SEP> au <SEP> gaz <SEP> 343 <SEP> (1) <SEP> - <SEP> (2) <SEP> 80.616 <SEP> 930 <SEP> kg.
<SEP> de <SEP> Fe <SEP> dans <SEP> une
<tb> tonne <SEP> de <SEP> -fonte <SEP> se <SEP> combinent;
<tb>
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(24) Vaporisation d'eau 78.127 kg avec 398.571 kg. d'oxygène.
(24) Vaporisation d'eau 78.127 kg 47 298.928 kg. de carbone 298.928 carbone (25) Absorption de chaleur dans le Comportement de l'eau dans le l'équivalent de l'oxygène
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<tb> (26) <SEP> Perte <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> par <SEP> la <SEP> paroi <SEP> Cette <SEP> quantité <SEP> de <SEP> carbone
<tb>
EMI18.6
du fourneau 2509 Introduction d'eau par l'eau combi- diminue à 278.003 kg. par (27) Consommation totale de cha- née du minerai 139 suite de J.'en:f'oan1emen:t de
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<tb> leur <SEP> 5318 <SEP> Par <SEP> l'humidité <SEP> dans <SEP> l'air <SEP> soufflé <SEP> 34. <SEP> 822 <SEP> 70 <SEP> kg. <SEP> de <SEP> mitraillée <SEP> de <SEP> fer
<tb> (28) <SEP> Absorption <SEP> nette <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> par <SEP> tonne <SEP> de <SEP> :
font*
<tb> (25) <SEP> - <SEP> (14) <SEP> 81 <SEP> Par <SEP> l'humidité <SEP> du <SEP> combustible <SEP> 11 <SEP> 278. <SEP> 003 <SEP> kgC
<tb> Gaz <SEP> de <SEP> gueulard <SEP> Production <SEP> et <SEP> compor- <SEP> 50.640 <SEP> kgC
<tb>
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tements de l'hydrogène Eau totale introduite 184.822 net 22?.3s3 bzz par tonne de fonte gg. Décomposition de l'eau par Note s 50*640 kgC *et .H2 1196.06m3 57.30% de l'eau combinée du réaction eau-gaz 106.695 Not8: 50.640 kgC .. minerai 7.986 Eau se vaporisant 78.127 1"dqva.ant ds 8.440 kg.
CO 468.40 22.44 De B:,20 ,dans :J.1air 3 869 Eau totaJ..e introduite 184.822 de 13oufé 23 g x 1514m a34.822 kgH 0 'Equivalent en eau pour H2 dana CO 2 384.91 18.44 Par réaction au gaz le gaz de gueulard 30.735
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<tb> H2 <SEP> 37.98 <SEP> 1.82 <SEP> Hydrogène <SEP> s'échappant <SEP> 11.855 <SEP> Eau <SEP> dans <SEP> le <SEP> gas <SEP> du <SEP> gueulard <SEP> 154. <SEP> 087
<tb> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> du
<tb> gueulard <SEP> 3.415
<tb> Total <SEP> 2087.53 <SEP> 100.
<SEP> 00 <SEP> H2 <SEP> qui <SEP> se <SEP> combine
<tb> avec <SEP> O <SEP> dans <SEP> le <SEP> minerai
<tb> et <SEP> si <SEP> échappe <SEP> vers <SEP> le
<tb> gaz <SEP> de <SEP> gueulard <SEP> 8.440
<tb>
<Desc/Clms Page number 19>
Tableau 9 Bilan thermique de la fusion rapide avec des-briquettes de charbon dans le même haut-fourneau
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(1) Briquettes de charbon 10JCcal Absorbtion de chaleur dans le Relations des comportements
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<tb> utilisées <SEP> 400 <SEP> kg, <SEP> 74%TC, <SEP> 4%H <SEP> 2788 <SEP> fourneau <SEP> calculée <SEP> d'une <SEP> autre <SEP> du <SEP> carbone
<tb> (2) <SEP> Air <SEP> soufflé <SEP> 562m3 <SEP> 872 C <SEP> 154
<tb>
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(3) H20 dans l'air soufflé 63 kg 32 Réduction directe par Kca1.
Cdr ,.3,?
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<tb> Cdr <SEP> 91.317 <SEP> kg <SEP> 292.722
<tb> 292. <SEP> 722
<tb> (4) <SEP> a <SEP> 2974 <SEP> Réduction <SEP> par <SEP> 22.060 <SEP> kgH2 <SEP> 80.151 <SEP> Cw <SEP> 89. <SEP> 916
<tb> (5) <SEP> Chaleur <SEP> latente <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> 372.873 <SEP> Camp <SEP> 7. <SEP> 029
<tb> du <SEP> gueulard <SEP> 1091
<tb> du <SEP> gueulard <SEP> 1091
<tb>
EMI19.5
(6) Chaleur du gueulard sensible ju gaz da ipi Réduction indirecte par z8?3 Csmp gueulard 1047.?2m 169*C 55 Cidr 54.326 kg 11.922 Cl.3.m aG 2 23.040
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<tb> (7) <SEP> H2O <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> de <SEP> gueulard
<tb> 129.666 <SEP> kg <SEP> 13 <SEP> 360. <SEP> 951 <SEP> Cair <SEP> 126.490
<tb> (8) <SEP> b <SEP> 1159 <SEP> Réduction <SEP> de <SEP> Si, <SEP> Mn, <SEP> P <SEP> 40157 <SEP> Cco <SEP> 337. <SEP> 792
<tb> (9) <SEP> Chaleur <SEP> :
fournie <SEP> au <SEP> fourneau <SEP> 1815 <SEP> Fusion <SEP> de <SEP> la <SEP> fonte <SEP> 285
<tb> (10) <SEP> C <SEP> CO <SEP> 337. <SEP> 792 <SEP> kgC <SEP> 749 <SEP> Fusion <SEP> du <SEP> laitier <SEP> 194 <SEP> Cco <SEP> 337.792
<tb>
EMI19.7
(11) CO C02 117.373 xgc 662 Décomposition de la castine41.280 Ctgas 270.234
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<tb> (12) <SEP> H2 <SEP> H2O <SEP> 22.060 <SEP> kg <SEP> H2 <SEP> 638 <SEP> CO2 <SEP> dans <SEP> la <SEP> castine <SEP> + <SEP> C
<tb> 200 <SEP> 39.456 <SEP> Cdepo+Climco2 <SEP> 67.558
<tb> (13) <SEP> Chaleur <SEP> de <SEP> formation <SEP> du <SEP> laitier <SEP> 54 <SEP> Réaction <SEP> eau <SEP> gaz <SEP> 233.782
<tb>
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(1.)
Producticn de chaleur par réac-
EMI19.10
<tb> tion <SEP> chimique <SEP> entre <SEP> les <SEP> molécu-
<tb>
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les de charbon 108kcalx400 kg 43 Vaporisation d'eau75.126kg 45.076 Cdr 91.317
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<tb> (15) <SEP> Chaleur <SEP> produite <SEP> dans <SEP> le <SEP> fourneau <SEP> (1) <SEP> Absorption <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> 1239. <SEP> 702 <SEP> Cidr <SEP> 54.326
<tb> (16) <SEP> Chaleur <SEP> totale <SEP> fourmi* <SEP> 2146
<tb> (9) <SEP> + <SEP> (15) <SEP> 3961 <SEP> 145.643
<tb> (17) <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> CO <SEP> qui <SEP> contient
<tb> 67.558 <SEP> kg <SEP> C <SEP> et <SEP> se <SEP> décompose <SEP> en
<tb> C <SEP> O <SEP> 150
<tb> (18) <SEP> Chaleur <SEP> de <SEP> décomposition <SEP> de
<tb>
EMI19.13
1'e203 en Fe et 1522 cil w Décomposition des minerais de Chaleur y-liduite par la combua-.
(19) Décomposition des minerais tion de p!'Jdu1:te par la Cidr 54.326 Mn. tion , (,É6.492 eau- CUr 54.326 + C
<Desc/Clms Page number 20>
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. -20- m , 85387E . ri a ' o Ô . co rh 0 0 e 4.
O "1 0 0 0000 1 , d Ô v " , Ô W - m t il 40 cd f:4 hn' Î j to 0 É d p ,,, , 4 i o N Cf m t r,4 r Ô Qf r-i sM- rl 0 O 4' n RS Tm 4' où $ %0 'É Cu fl SS < G3 H t pi C 01 r N - 0 cmo 0. Cu Fi 0 m % à'd 1-d' -1 M gn ... %, ÇO u V- à ruz1 dW1 M 1D 0 Ln 0et t 1 # 40 J dm en Éi là 1 S S -3 ai â Cu 0 Ci0 l # Î l/ ' A iil É ' j Î 1 1 lEhù "X Xt mxog ., m rri ÔÔ de) -d 'ëa-o SS 3 C 4Y d .,.i rot Ct ' uf ty-1 m m 0 d p F1 µ & Mr-i rd rmi . m f vD m 9094 .0e10 cd a) o9 >52 , fizµ 8 O m tÜ m O N Q1 /$K railµ 00-P00 àÀ 0%l î-ri -pu tri ri C%J %-0 H v r'rr'N f W N [=1 W f-i t.0 CU tn rn Co %,0 -4-a 00 8 s.
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-- - CY9 , V'1 r S 8 é'
<Desc/Clms Page number 21>
Le bilan thermique du tableau 8 contre que 97% environ d'une énergie de 2590.103 kcal par tonne de fonte apportée de l'extérieur au haut-fourneau ont été utilités pour des portos de chaleur, telle* que le maintien du fourneau à une température suffisamment élevée pour permettre une fusion régulière où 3 $ seulement de l'énergie ont été utilisa pour la fusion réelle (c'est-à-dire comme différance entre chaleur absorbée et chaleur produit*)* Cette condition remarquable ont due une faible vitesse de fusion,
mais le tempe de séjour de l'opération effective dtait inférieur à 8 heure., oe qui est plut8t oourt dans un processus de fusion ordinaire.
En conséquence, un examen est nécessaire en Ce qui concerne le tempe de ,'jour.
Le bilan thermique du tableau 9 pour le cas d'une fusion rapide a été calculé de la même manière, dans l'hypotèse qu'une opération similaire, avec la même matière enfournée, s'effectue dans le même haut-fourneau, saut en Ce qui concerne la matière carbonée et d'autres détail. décrit* spécialement.
On a admis que des briquettes de charbon spéciales exemptes de matières volatiles à basse température et ayant une teneur résiduelle en matières volatiles de 31, une teneur en cendrée de 11% et une teneur totale en carbone de 74% ont été utilisées à raison de 400 kg représentant 100 % de matière carbonée;
afin d'empêcher une surchauffe due à la chaleur en excès évoquée ci-dessus, on a soufflé dans le fourneau 63 kg de H20 et la quantité d'air soufflée a été déterminée suivant le carbone à brûler avant les tuyères, dont la quantité est déterminée par le calcul du bilan thermique et les relations des comportements du carbone décrites plus loin. Ce bilan thermique montre que 64 % environ de l'énergie appliquée (1815.103 koal par tonne de fonte) sont perdus à travers la
<Desc/Clms Page number 22>
paroi du fourneau et que 36% de cette énergie sont utilisés pour les réactions de fusion effectives dans celui-ci.
L'op4ration est améliorée dans une moeurs considérable par la fusion rapide due aux briquettes de oharbon spéciales,
Le nouveau procédé de calcul du bilan thermique se base sur. les cinq relation. décrites au paragraphe suivant et la réaction endothermique dans le fourneau est calculée par deux. procédés bien connus.
Dans l'un de ces deux-ci. le minerai de fer est décomposé en Fe et O par une grande absorp- tion de chaleur, et dans l'autre procédé, le minerai de fer est réduit indirectement* et directement et lea deux résultats calculée par lea deux méthodes différentes doivent Être égaux, ce qui est une condition essentielle pour équilibrer les en- tréea et les sorties de chaleur, car les deux résultats tirent leur origine de la même opération.
Les cinq relations concernent les comportements de la quantité de carbone (en kg) utilisée par tonne de fonte dans le fourneau et sont les suivantes : 1. CoO = Cdr + Cw + Camp + 2 x Clime + Cair
2. Cdepo = Coo - Otgas - Olim Co2
3. Ctgasco2 = Cidr + Cdepo 4. Cidr + Cdr = k1
5. Climco2 = k2
Coo désigne le C dans CO qui est le gaz Co total produit dans le fourneau.
Cdr désigne le C dans le Co qui est produit sur réduction directe
Cw désigne le C dans CO produit par la réaction de l'eau introduite dans le fourneau avec le gaz.
Camp désigne le C dans CO produit par la réduction du siliciums du manganèse et du phosphore.
2xClime désigne le C dans CO produit par réduction de CO2
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libéré de la castine enfournée par le carbone.
Cair désigne le C dans 00 produit par combustion de carbone par l'air soufflé.
Cdepo désigne le C dans CO décomposé par suite du dépôt de carbone suivant la réaction 200 002 et est égal au carbone déposé.
Ctgas désigne le C dans 00 et CO2 contenu dans lea gaz de gueulard du fourneau.
Climco2 désigne le C dans CO2 qui est une partie du CO2 libéré de la castine enfournée et qui oxyde le fer précédemment produit par réduotion et se transforme en CO au niveau du fourneau où. la température est de 800 0 environ.
Ctgasco2 désigne le C dans CO2 contenu dans les gaz de gueulard.
Cidr désigne le C dans CO qui a réduit le minerai de fer par réduction indirecte. k1 est.une constante montrant la quantité de C qui s'ajoute par réduction, directement ou indirectement, à savoir 227,363 kg dans l'opération effective et 145,643 kg dans la fusion rapide. k2 désigne le C pour l'ajustement des différences suggérées par les résultats calculés suivant deux méthodes différentes, en ce qui concerne la réaotion endothermique dans le même fourneau, à savoir 5.978 kg dans l'opération réelle et 4.490 kg dans la fusion rapide. Les tableaux 8 et 9 ont été ajusté* au moyen de k.
Dans le calcul du nouveau bilan thermique, l'hydrogène libéré de l'eau combinée du minerai a été caloulé à 7,986 kg par tonne de fonte par comparaison et calcul des données de deux mois différents ayant des produotions journalières diffé- rentes de fonte, à savoir 925 tonnes et 1.022 tonnes.
Comme l'autre hydrogène peut se calculer facilement, les productions et oomportements de l'hydrogène dans le fourneau deviennent
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clairs, comme le montrent les tableaux 8 et 9, Dans le calcul de la fusion rapide, le 0 fourni de l'extérieur au fourneau, sauf le carbone absorbé par le fer et perdu comme . poussière au gueulard, etc... est détermine comme étant
400 kg x 0.74 (T.C.) - 25.766 kg.(C absorbé par le fer et perdu comme poussière au gueulard, eto..., dans l'opération réelle) m 270.234 kg. Cette quantité de C est égale au C dans le gaz de gueulard, c'est-à-dire Ctgas. En admettant
Cco 25 de Ctgas comme Cdepo temporaire (Cdepo + Climco2)/est déterminé par la relation 2.
D'autre part, en supposant que la somme de Co et de CO2 dans le gaz de gueulard est proportionnelle au rapport entre les deux Ctgas de l'opération effective et de la fusion rapide, la somme (504.45 m3) de la fusion rapide est calculée à partir de 853.31 m3 (la somme de CO et de CO2 dans le gaz de gueulard de l'opération.réelle),
Chaque quantité de CO et de CO2 dans le gaz de gueulard de la fusion rapide s'obtient en divisant 504.45 m3 suivant les quantités de C0 et 002 dans le gaz de gueulard de l'opération réelle. Ctgasco2 s'obtient de la quantité de CO2, Cidr est déterminé par la relation 3 et Cdr s'obtient par la relation 4.
Dans la relation 1, Cw est calculé à partir des données de l'hydrogène, Camp et Clim x 2 sont les mêmes que ceux de l'opération effective et les 126,490 kg de Cair sont déterminés en conséquence.
Dans le calcul du bilan thermique de la fusion rapide, les deux résultats ci-dessus calculés par les deux méthodes différentes ne coïncident pas. Ceci est dû au Cdepo temporaire c'est-à-dire en négligeant les 4. 490 kg de Climco2. En conséquence, grâce à un ajustement basé sur cette dernière quantité, ils deviennent égaux l'un à l'autre comme indiqué au tablèau 9.
Les 340.752 kg Cair de l'opération effective se calculent facilement à partir des données fournies. En
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comparant maintenant les 126.490 kg Cair de la fusion rapide avec les 340.752 kg Cair de l'opération réelle, on peut constater que la quantité d'air soufflée par tonne de fonte dans la fuaion rapide représente 37% de celle soufflée dans l'opération
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réelle (12.49 370.752 " 0.37).
En conséquence# les deux bilans thermiques des tableaux 8 et 9 montrent qu'on peut produire par la -présente invention 2.7 fois environ plus de fonte avec le mime haut fourneau que par une opération ordinaire dans le même haut-fourneau en utilisant du coke ou la matière
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carbonée similaire habituelle (100 1 37 m 2.7). Dlaprés oetta expérience, quand on effectue l'opération de haut-fourneau de l'invention avec des briquettes spéciales de charbon et en soufflant 1.000 m3 d'air par tonne de fonte dans ce marne fourneau, sa production de fonte est augmentée de 50 environ par rapport à l'opération effective qui consomme 1514 m3 d'air soufflé.
Dans une fusion repide avec diminution de l'air soufflé, suivant l'invention, quand on augmente le pourcentage d'oxygène dans l'air souffle, la production de fonte est augmentée du fait d'un rendement thermique meilleur que dans l'opération ordinaire.
Dans le chiffre de 2,7 fois pour la fusion rapide, mentionné ci-dessus, la quantité d'air soufflé est d'environ 560 m3 par tonne de fonte (1514 : 2.7 = 560).
Comme la quantité d'oxygène dans les 560 m3 d'air soufflé est d'environ 117.6 m3 on peut produire une quantité de fonte plus de 2.7 fois plus élevée en soufflant une quantité d'oxygène de 117.6 m3 par tonne de fonte en raison du meilleur rendement thermique. Le coût des 117.6 m3 d'oxygène soufflé peut être inférieur à celui des 1514 m3 d'air. Jusqu'ici des* opérations de haut-fourneau utilisant un soufflage d'oxygène ou un soufflage à haut pourcentage d'oxygène ont été effectuée expérimentalement.
Ces opérations n'ont toutefois pas réussi
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économiquement, par suite de la faible vitesse de fusion et de l'emploi de beaucoup d'oxygène, par exemple, dans l'opéra- tion avec un soufflage de 35.2% d'oxygène dans un haut-fourneat d'un diamètre de creuset de 1.5 m, une hauteur de creuset de 1.3 m et une hauteur d'étalages de @.6 m, la consommation de coke par tonne de fonte est de 1620 kg et la. quantité de gaz de gueulard contenant 41.2 N2 est de 4470 m3.
En conséquence, la quantité d'air à 35.2 d'oxygène utilisée est de 2842 m3 par tonne de fonte. lien calculs des tableaux 8 et 9 montrent que l'opéra- tion de haut-fourneau utilisant de l'oxygène seulement , ou un vent ne contenant qu'autant d'oxygène qu'il est nécessaire pour ne pas devoir utiliser un appareil à vent chaud, peut être réalisée économiquement au moyen de la présente invention.
En ce qui concerne l'opération au haut-fourneau, on a constaté que l'air soufflé contenant plus de 35% d'oxygène ne doit pas être chauffé. Lorsqu'on emploie un soufflage à 100 % d'oxygène ou à un pourcentage d'oxygène très élevé, on peut utiliser le ga@ de gueulard comme matière première d'excellente qualité et peu coûteuse dans une industrie de synthèse chimique,
Dans la fusion rapide avec la même quantité d'air soufflé par jour, la quantité journalière de gaz de gueulard, qui détermine la quantité de chaleur transmise de la partie inférieure à la partie supérieure du fourneau, est considé- rablement plus grande que dans l'opération réelle ordinaire,
de sorte que la même hauteur de cuve que dans un haut-fourneau ordinaire est nécessaire. Dans. une fusion modérément rapide toutefois, dans laquelle les quantités de matière carbonée, d'air soufflé et de H20 à souffler dans le four sont choisies de manière appropriée, on peut utiliser comme cas spécial un haut fourneau à cuve basse.
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Dans la mise en pratique de l'invention, s'il n'existe pas de briquettes de charbon pouvant convenir, il est recommandé de loti fabriquer à. partir d'une matière carbonée, en préparant cette matière pulvérisée, choisie de la manière décrite ci-après, en la chauffant pour la sécher et en l'amenant à une température se situant la plupart du temps entre 380 0 et 500 C inclusivement tout en la mélangeant uniformément, afin de provoquer une intense décomposition paf la ohaleur et d'éliminer les matières volatiles à basse température, mais en retenant la majeure partie des matières volatiles;
la décomposition intense à chaud est réalisée par un chauffage indirect, en faisant passer la matière première dans un four tubulaire rotatif en métal dont la surface intérieu- re est munie d'ailettes et en soumettant la matière première, ainsi traitée à chaud et pulvérisée, à un moulage à la presse, en vue d'obtenir des briquettes de charbon denses et rigides, pendant qu'elle est encore ohaude. Ce procédé a été découvert et mis au point par l'auteur de la présente invention.
Des briquettes de charbon d'excellente qualité se fabriquent facilement sans liant, au moyen d'un appareil simple de grande capacité.* Les conditions requises pour la mise en pratique de ce procédé sont données aux tableaux 10 et Il*
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Tableau 8 Charbon et coke moulés
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note (1) Les compositions TY25 et S45A35I25 représentent respeoti- vement du charbon T à 75% + du charbon Y à 25% et du charbon
S à 45% + du charbon A à 35% + du charbon 1 25% de ma- tières volatiles, etc...
(2) Les Charbons moulés en fora* de court.. colonnes :turent préparât en plaçant 8-9 gr du charbon matière première dans un moule en métal chauffé à la température de moulage en appliquant une matrice de prenne sur le charbon, en maintanant la tempéra- ture pendant 30 minutes et en moulant a. la presse, à la pression de moulage, en utilisant une machine d'essai de compression
Amsler de 100 ton in2.
Les charbons moulés sous une forme ovale sont préparée en plaçant environ 65 gr de charbon dans un petit tube en fer, disposé dans un four à moufle préchauffe équipé d'un dispositif de réglage de la température du type à potentiomètre, en maintenant le tube à la température de moulage pendant 70 minutes, en extrayant le tube du four et en transfé- rant la matière première, à la température de moulage, du tube dans un moule en métal chauffé à la température de moulage, en appliquant une matrice de presse sur le charbon et en le moulant 4 la presse sous la pression de moulage (3) La.
distillation sèche pour la préparation du coke moulé est réalisée en utilisant le four à moufle ci-dessus et en chauffant le charbon moulé jusqu'à 1.000 C k une vitesse de
7 C environ par minute et en le maintenant ensuite à cette température pendant 30 minutes.
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Tableau 9 Charbons utilieds pour les briquettes MOU1404 du , tubleau 8.
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charbon. b ; s . Analyaeinduafriellt ' ) ;g -"#!#########i###'" "H#' 0. "--tt####n#####n###-##" Type Desorip- Symbo- 0(%) Eau Con- Mat. Carbone :rixe ¯w. tiion (?3 dres volati- () ¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯ (5) les (?!) ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯-.3 charbon Miakubet- 8 75t6 7*23 -!0.63 44e77 37.29 $t *
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<tb> no <SEP> brun <SEP> au
<tb> charbon
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Id, 0 bitumineux Takamatau T 79.5 4,32 11,36 41.23 z.09 T!) non egglu- ; tinant ################################################ charbon bi- t tumauxpeu Àahib6ù0U A 82.3 2.50 3.13 44.47 49.90 agglutinant ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ [ ,;
43 charbon bi- tumeux peu Yubayi Y 84*5 1.25 5.68 41-07 52.00 agglutinant .#################### .L.##########'""'"-'" -####-.#######################################- -. ; charbon fumeux for- Itmeanxn, 1 88.7 1.18 9.06 19.28 70.48 femenf ag- , /)1
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<tb> glutinant
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Note t b.s.e.c;
signifie base sèche exempte de cendres*
Dans la mise en pratique de ce procédé, les conditions de montage, telles que le type de charbon, la composition du mélange de matières premières, la température maximum de celles-' ci dans le four rotatif, la durée de chauffage de ces matières premières, la granulométrie des matières premières et la pression de moulage peuvent être choisies en se reportant aux échantillons du tableau 8 ou, de préférence, sont choisies en préparant des échantillons de charbon moulé en forme de courtes colonnes et de coke moulé et en utilisant le charbon à employer effectivement de la même manière que dans le cas de l'échantil- lon du tableau 10.
Dans ce cas, un échantillon de ooke moulé est de préfé- rence préparé avec un chauffage suffisamment rapide par rapport à la vitesse de descente de la charge du haut-fourneau à fusion ! rapide utilisant les briquettes de charbon.
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A titre de référence pour le choix des conditions de moulage, les nombreuses expériences effectuées par l'inventeur montrent qu'en ce qui concerne la granulométrie de la matière première, il est préférable de choisir entre une ouverture inférieure à 30 mailles et une ouverture inférieure à 18 mailles inclusivement dans un tamis B.S.S. et en ce qui concerne la durée de chauffage de la matière première dans le four totatif, on devrait choisir un temps se situant entre 20 et 40 minutée pour la dimension de grain ci-dessus, car un temps excessivement long diminue la capacité de traitement du four rotatif.
Quant... à la température maximum de la matière première dans le four rotatif, il est préférable de la choisir entre 38000 et 46000 inclusivement, pour un mélange de matières premières comprenant un charbon non agglutinant, ou un charbon agglutinant légèrement oxydé, ou un mélange de ces deux charbons oomme constituant principal et un charbon agglutinant comme constituant le moins important;
on choisira une température se situant entre 380 C et 430 0 inclusivement pour un mélange de matières premières oomprenant du charbon non agglutinant, ou du charbon agglutinant légèrement oxydé, ou un mélange de ces deux charbons comme constituant essentiel et plus important qu'un autre constituant quelconque, un oharbon peu agglutinant comme constituant possible et un oharbon fortement agglutinant ou un autre matériau carbone ayant une propriété de ramolissement inférieure à oelle du char- bon peu agglutinant comme oonstituant possible;
on choisira une température située entre 440 0 et 500 C inclusivement pour une matière première comprenant uniquement un charbon fortement agglutinant, ou essentiellement un tel charbon, ou un mélange de matières premières oomprenant un charbon fortement agglutinant dans une proportion de 50% ou un constituant très important et une autre matière carbonée ayant une propriété de ramolissement
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