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"Procédé et moyen pour le refroidissement des chambres de combustion ou chambres de réaction à haute tempé- rature, dans les procédés de réduction en fusion " L'inté@êt pour la réduction en fusion s'est lar- gement accru au cours des dix dernières années. La réduc- tion en fusion peut être défini courte une réaction do ré- duction dans laquelle la température est suffisamment élevée pout quo soit l'agent réducteur (par exemple le carbone), soit l'oxyde (par exemple le minerai de fer), soit l'une et l'autre de ces substances se trouvent à l'état fondu. Lorsqu'on dit que l'agent réducteur (car- bone) est à l'état fondu, on entend qu'il se trouve en solution dans le bain du métal.
Le procédé de la réduction en fusion peut se subdiviser en trois processus constituants :1) la car- buration du bain de métal ; 2) la décarburation du bain; et 3) le transfert de chaleur au bain. C'est dans le bain que règnent les conditions de réduction, tandis que les
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conditions d'oxydation existent au-dessus du bain. L'o- xyde do carbone qui se dégage de la réduction s'enflam- me avec l'oxygène au-dessus du bain et la chaleur ainsi produite est retournée dans le bain pour fournir la cha- leur qu'exigent les réactions de réduction et de carbura- tion.
A chacune des trois réactions du processus - carbu- ration, décarburation ct transfert de chaleur - s'appli- que l'une des substances de départ du procédé, à savoir : le carbone sous forme de coke, de charbon, do gaz ou d' huiler l'oxygène sous forme d'oxyde métallique; ot l'oxy- gène sous forme de gaz pour la combustion do l'oxyde de carbone en anhydride carbonique, Dans la description sui- vante, la réduction en fusion se rapporte à la réduction de l'oxyde de fer, mais le traitement peut s'appliquer à d'autres métaux que le fer.
Dans une variante connue du procédé de réduction en fusion, la matière constituant le carbone est fournie en excès et la réduction se produit dans une couche do poudre de coke qui flotte sur la crasse et le bain de fer.
L'opération est effectuée dans un four rotatif qui donne lieu, dans une certaine mesure, à un mélangeage et sort à transférer directement la chaleur au bain, à partir du revêtement du 'four chauffé par rayonnement.
Dans le cadre do la présente invention, il ost 'prévu que toute la réaction, y compris la carburation et la décarburation, se produit dans le bain. Le carbone peut être injecté dans le bain, cc qui signifie que l'on pourrait directement utiliser de l'huile ou du gaz. L' oxyde de fer qui sert d'agent décarburnnt - et naturelle- ment aussi de source de for - doit.tre de granulome trio aussi basse que possible, et cette condition est remplie
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au mieux par un concentré de minerai de fer enrichi. La grosseur de grain du concentré de minerai doit également Être faible pour que la réaction avec le bain soit aussi rapide que possible et - comme on l'indiquera ci-après - pour qu'il présente une Grande surface en vue d'une rapi- de absorption de chaleur.
Le transfert de chaleur au bain se produit par rayonnement à partir de la combustion de l'oxyde do car- bone avec l'oxygène. Cette chaleur de rayonnement peut être directement transférée au bain et, conformémcnt à l'invention, transférée au minerai pour chauffer celui- ci à une température élevée. Le minerai absorbe cette chaleur de rayonnement lors de son mouvement vers le bain de for et, de cette manière, la chaleur rayonnéo est transférée indirectement au bain. La quantité de chaleur qui est transférée au bain est de 1 à 1,5 mil- lions de kcal par tonne de fer brut.
Une partie importan- te do cette chaleur peut être transférée par l'intermé- diaire du concentré de minerai si celui-ci peut être chauffé à une température élevée par rayonnement à par- tir de la zone des hautes températures. Le concentré de minorai peut être chauffé jusqu'à son point de fusion.
Cela n'est possible que si le concentré de minerai est chauffé dans le môme réacteur ou dans le même four où s'effectue la réduction et si le minerai atteint direc- toment le bain sans entrer en contact avec le garnissage du four. L'oxyde de fer fondu exerce une corrosion ox- trômoment sévère sur le matériau de revêtement du four.
Si le concentré de minerai est pré-chauffé à 1000 C, il peut absorber environ 0,3 million de kcal, sur la base
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d'un concentré de minerai enrichi et avec une consomma- tion de 1,5 tonnes de concentré pour une tonne de fer brut. En cas de chauffage à 1500 C - Par conséquent au- dessus du point de fusion de l'oxyde - la chaleur absor- bée atteint environ 0,5 million de kcal. Dans ces cas, la chaleur que le concentré de minerai apporte au bain s'é- lève à 25 - 40% de la chaleur totale qui doit être trans- féréc à co dernier.
La vitesse du transfert de chaleur par rayonna-. ment est proportionnelle à la puissance quatrième de la différence entre les températures dans la zone de com- bustion et dans le bain. Pour cette raison, il est sou- haitable de maintenir la température du bain aussi basse que possible (condition qui est favorisée par uno haute teneur on carbone dans le bain) et, en même temps, la température dans la zone de combustion doit être aussi élevée que possible. A cette dernière fin, il est souhai- table d'utiliser de l'oxygène pur pour la combustion.
Avec l'oxygène, la température peut se situer aux envi- rons de 2500 C, en particulier lorsque l'oxygène est pré- chauffé conformément à la présente invention.
Etant donné les hautes températures de combus- tion, le garnissage du four est soumis à de fortes solli- citations et, dans la pratique, il n'existe pas de matiè- re qui soit capable de résister à do telles températures de service. Un refroidissement du garnissage peut être évidemment obtenu do différentes manières, par des mesu- res prises à l'extérieur du four ou à l'intérieur du garnissage réfactaire, mais alors on ne peut éviter de fortes pertes de refroidissement, étant donné qu'un flux de chaleur se maintient de l'intérieur à l'extérieur,
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à travers le garnissage du four ou de la chambre.
Au lieu de cela, la présente invention associe de façon avan- tageuse le refroidissement, au pré-chauffage d'au moins l'une des substances de départ outrant dans la réaction.
A cette fin, la présente invention se caractérise par le fait qu'une matière en poudre, en particules ou liqui- de, sous forme d'au moins un rideau ou couche de refroi- dissement qui entoure quasi-totalement une zone à haute température de la chambre de combustion ou de réaction, joue le rôle d'agent de refroidissement entre le garnissa- ge de cette chambre et la zone à haute température. La matière refroidissante peut être constituée par un concen- tré de minorai finement divisé qui est fourni sous for- me d'un courant entro la zone de combustion et le garnis- sage. La matière pulvérulente absorbe ainsi une large part de la chaleur rayonnée, selon ce qui a été indiqué ci-dessus. et fournit directement cette chaleur au bain.
La matière do refroidissement peut être également consti- tuée par une quelconque substance inerte telle que le sa- blc. Elle peut également consistor en une fusion de gueuses de première fonte, dans le cas d'un procédé do fabrication do l'acier à partir de fonte en gueuses par soufflage d'oxygène à travers colle-ci. On peut égale- mont utiliser un autre liquide.
L'effet de refroidissement peut être encore amélioré si l'on fournit un gaz tel que l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygène destiné à brûler dans la cham- bre de combustion, à travers un garnissage réfractaire et poreux do la chambre de combustion. L'oxygène ou le gaz, introduit do cette manière, s'oppose au flux de cha- leur à travers le garnissage poreux. L'oxygène traverse
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à force le garnissage de l'extérieur vers l'intérieur et refroidit do cette manière le garnissage,tandis quo lui-même est réchauffé.
Dans le cadre de l'invention se situent diffé- rentes combinaisons du refroidissement direct par le passage du gaz et du refroidissement indirect dû à l'et- èt de rideau de la substance constituant l'oxyde.
Quelques formes d'exécution pour la mise en oeuvre de l'invention ont été schématiquement représen- tées en coupe verticalement sur les figures 1 à 10 an- nexées.
La figure 1 est une coupe verticale d'une for- me d'exécution do l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale d'une boite de refroidissement à l'extérieur de la paroi du four ou de la chambre.
La figure 3 représente un réseau de distribu- tion pour le gaz de refroidissements
La figure 4 est une coupe verticale de la par- tie inférieure du four ou de la chambre.
La figure 5 représente, à plus petite échelle, un four réalisé selon une variante.
La figure 6 illustre une autre forme d'oxécu- tion du moyen qui fournit le rideau de refroidissement.
La figure 7 représente, en coupe verticale, une ' forme d'exécution qui combine celles des figures 5 et 6.
La figure 8 contre une autre forme d'exécution du dispositif destiné à produire les rideaux ou couchas de refroidissement.
La figure 9 représente une autre forme d'exécu- tion du sommet du four.
La figure 10 est une vue de détail d'une autre forme d'exécution.
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A titre d'exemple, l'invention peut s'appli- quer à un traitement do réduction en fusion qui s'ef- fectue essentiellement de la manière suivante. Les prin- cipes exposés sont mis en oeuvre de façon spécifique, mais il ont évident que d'autres voies peuvent être en- visacées dans la pratique, Selon la figure 1, le four ou réacteur 1 comprend une partie supérieure la et une partie inférieure lb. Le fer brut 12, sous forme liqui- de, ot la crasse 13 se trouvent dans la partie inférieu- re lb. Le garnissage 2 du four est ici constitué de ma- tériaux traditionnels, de préférence de briques non po- reuses. La profondeur du bain de fer doit ôtre de 0,5 m au minimum et est normalement comprise entre 1 et 2 m.
Cette épaisseur est nécessaire afin d'obtenir une carbu- ration complète lorsque l'on utilise une huile ou un gaz comme agent de carburation, mais, bien qu'à un moindre. lorsqu'on utilise degré, elle est également importante/d'autres agents de carburation tels que le coke ou le charbon pulvérulent.
L'agent du cnrburntion peut être fourni par un tube 3 à . chemise de refroidissement par l'eau, au fond du four.
L'alimentation peut aussi bien s'effectuer par le c8té du four ou par le haut, à condition que l'embouchure du tube.d'alimentation se décharge il. l'intérieur du bain do for brut, Le soutirage du fer brut peut s'effectuer en continu à travers un orifice de sortie 4, dont le niveau se trouve relativement loin de la surface du bain de for brut. La crasse qui est de m8me soutirée en continu est vidangée à un niveau plus élevé, par l'orifice 4a d'éva- cuation de la crasse.
La combustion avec l'oxygène de l'oxyde de car- bone provenant du bain, ainsi que la fourniture du con-
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centré de minerai s'effectuent dans la partie supérieure la du four. Dans cette partie, les parois 5 du four sont' poreuses et sont refroidies par l'oxygène, comme on le décrira ci-après en détail. L'alimentation en concentré de minerai s'effectue par le haut, sous forme d'un ou de plusieurs rideaux 6 qui svront également décrits par la suite. Outre l'oxygène qui est introduit à travers le matériau 5 du revêtement poreux, l'oxygène parvient aussi directement dans la zone de combustion la.
Le gaz d'échap- pement, qui est principalement constitué d'anhydride car- bonique, quitte le four à sa partie supérieure par les orifices 7 d'échappement du gaz.
La caractéristique principale de l'invention - à savoir le refroidissement du matériau de garnissage et sa protection contre le rayonnement - va maintenant fai- re l'objot d'une description plus détaillée.
La paroi de revêtement poreux 5 peut être cons- tituée de différentes matières céramiques, mais en règle générale plus les températures du fusion et de ramollisse- , ment de la matière sont élevées, plus faible est la quan- tité de gaz de refroidissement nécessaire pour obtenir la température de protection voulue au niveau do la sur- face interne du garnissage.
Si l'on utilise par exemple la terre réfractaire poreuse, la température de la sur- face interne doit être inférieure à 1400 C, tandis quo la silice poreuse peut supporter dos températures attei- , gnant 1650 C et la magnésite poreuse peut atteindre 2000 C. Lorsque le bain de fer brut est à une températu- re de 1400 C, il est manifeste quo la chaleur de rayonno- ment provenait d'une paroi en terre réfractaire rofroi- die est insignifiante, tandis quo celle qui provient d'
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une paroi en magnésite refroidie peut être importante.
Pour cette raison, la paroi pout contribuer au transfert de chaleur au bain.
La paroi poreuse 5 est construite de telle sorte que la matière céramique est enfermée dans une boîte pla- to 8 pour permettre la pénétration forcée de l'oxygène à travers la paroi (voir figure 2). L'épaisseur de la pa- roi 5 peut être très faible, étant donné que la matière de garnissage ne présente la température notablement éle- vée que dans une couche interne de quelques millimètres d'épaisseur. Par conséquent, l'épaisseur de la paroi n' est déterminée qu'à partir de considérations de solidité.
La paroi poreuse peut être constituée de grands ou de pe- tits segments ou éléments 5a (voir figure 3). L'alimenta- tion en oxygène de chaque élément 5a peut être réglée sé- parément s'ilnécessitent des quantités différentes de gaz de refroidisserent. L'oxygène est fourni par un tube
9 muni d'@mbranchements 10 et de soupapes 11 destinées au réglage de l'admission d'oxygène dans les différentes sections de la boite 8. En traversant la briqua poreuse
5a, l'oxygène est réchauffé à un(; température approxima- tivement égale à la température de la surface du garnis- sage 5 qui fait face à la chambre do combustion la, c' cst-à-diro 1400 - 2000 C.
De cette manière, on peut parve- nir à un refroidissement simultané de la paroi 5 et à de hautes températures dans la zone de combustion la.
Outre l'effet de pur refroidissement qu'exerce le gaz traversant la brique 5, ce gaz joue également un autre rôle très important. C'est-à-dire qu'il maintient un courant gazeux continu depuis la surface interne du garnissage vers la zone da combustion la. De la sorte, on
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@ évite le contact direct do la crasse avec la paroi ot sa pénétration dans celle-ci. A coté des hautes températures, l'action de la crasse est la cause majeure des détériora- tions de la matière réfractaire.
Lorsqu'on combine le re- froidissement par le passage d'un gaz ot le refroidisse- ment par réduction du rayonnement sous l'effet du rideau de concentré de minorai ci-après décrit, il est particu- @lièrement important d'éviter ce contact direct avec la paroi. Le concentré de minerai, par exemple l'oxyde de fer pur, et en particulier sous forme de fusion, est ex- trêmement corrosif vis-à-vis de toutes les matières céra- niques, et un refroidissement dû à un rideau de concen- tré de minerai présuppose le passage do gaz à travers la matière de garnissage, afin d'empocher que la minorai en-- richi parvienne au contact de la paroi.
. La figure 4 montre comment est disposé le gar- nissage poreux 5a aux niveaux où se trouvent la crasse flottante 13 et le fer brut 12.Cette paroi poreuse 5, telle qu'elle se présente ici, s'étend sur toute la pro- . fondeur de la crasse 13, de sorte que le courant gazeux @ qui traverse la paroi 5a s'opposera à un contact entre la crasse et le garnissage 5a. Toutefois, la crasso n' est souvent pas aussi agressive lorsque sa teneur on fer est relativement faible.
Le refroidissement par utilisation de l'autre substance de départ entrant dans la réduction on fusion, c'est-à-dire le concentré de minerai, so produira, selon l'invention, de telle sorte que le minorai traité méca- niquement sera employé sous forme d'un ou do plusieurs ri- deaux absorbeurs de chaleur entre la zone dos températu- res vraiment élevées dans la chambre de combustion la ot
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la matière poreuse 5, 5a du garnissage. De cette manière, une partie seulement de la chaleur de rayonnement par- vient à la paroi et la quantité d'oxygène qui doit être envoyée à travers le garnissage est plus faible.
En fait, la quantité de gaz traversant le garnissage est réduite au point qu'une partie de la quantité Nécessaire à la réac- tion, par exemple 300 à 350 n3 de O2 par tonne do fer brut, peut être envoyée directement dans la chambre de combustion la par le tube 18, en vue de la combustion do l'oxyde de carbone.
Les figures 5 à 8 indiquent différentes disposi- tions pour la formation des rideaux de concentré de mine- rai. On n'a représenté sur ces figures que les détails né- cessaires concernant l'addition du concentré de minorai et le garnissage. La figure 5 correspond à la forme d' exécution de la figure 1. Le minerai enrichi mécanique- mont parvient ici dans une oolonne 14 annulaire et le cou- rant du concentré de minerai forme un rideau circulaire à l'intérieur de la zono de combustion la. Sur la figure 5, la zone de combustion est suffisamment haute pour qu' il ne soit pas nécessaire de prévoir un rideau complémen- tairo sous le plafond de cette zone.
La figure 6 représen- te une forme d'exécution dans laquelle le concentré do minerai est introduit par une tige creuse 16 et proje- té vers les c8tés du four au moyen d'un disque 15 à ro- tation rapide, qui peut être creux et refroidi par eau.
Le concentré de minorai tombe alors vers le bain. L'o- xygèno nécessaire à la combustion parvient par une tige creuse interne 17 qui traverse le disque rotatif 15 et le minerai traité mécaniquement est distribué autour do cotte tige 17 pour atteindre le disque rotatif.
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La vitesse du transfert de chaleur au bain de fer brut est proportionnelle à la dimension de la sur- face du bain et, par conséquent, on doit s'efforcer d' obtenir une surface aussi grande que possible, exprimée - en m2/t/h. A cette fin, le four et la zone de combustion sont convenablement disposés selon le mode indiqua sur la figure 7. Cette forme d'exécution constitue une combinai- son des formes d'exécution des figures 5 et 6. Ici, le minerai enrichi est soumis à un mouvement horizontal très énergique vers les parois de la chambre, sous l'offot du disque rotatif 15: A proximité plus immédiate des parois se trouve un orifice d'entrée complémentaire pour la four- niture de minerai enrichi.
Cet orifice d'entrée complé- mentaire est, de même que sur la figure 5, une fonte an- nulaire et la quantité supplémentaire do minorai enrichi ainsi fournie s'oppose à ce que le minerai introduit au centre vienne heurter les parois du four.
Dans la forme d'exécution représentée sur la figure 8, il est ajouté de l'oxygène au concentré de mi- norai par des tuyères 19 situées on un grand nombre d' emplacements, de sorte que les courants d'expansion du concentré de minerai constituons effectivement un écran qui protège le garnissage poreux 5 de la haute tempéra- ture régnant au centre de la zone de combustion la. Dans ce cas, tout l'oxygène qui ne traverse pas le revêtement poreux 5 est fourni par les tuyères 19 assurant l'alimen- tation en concentré de minerai.
Dans la forme d'exécution représentée sur la fi- gure 9, le concentré de minerai est fourni par un tube 20 qui est conçu de telle sorte que le courant de minerai présente la forme d'un c8ne 22. Dans ce cas, la zone de combustion l@ a également la forme d'un cône, au contre
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duquel l'oxygène est fourni par un tube 21 et la combus- tion du CO se produit. Le courant de concentré de mine- rai se déplace avec une grande vitesse parallèlement à la paroi du four. Les gaz d'échappement quittent le four par l'orifice de sortie 7 à sa partie supérieure et, comme le montre la figure 9, ils doivent traverser le courant re- froidissement de minerai.
Au niveau de l'orifice de sor- tie 7, un fort courant complémentaire de minerai peut être prévu comme l'indique la figure 10, afin d'éviter que de petites particules de minerai à faible vitesse n' accompagnent le gaz d'échappement à la sortie du four.
En tout cas, là où le concentré de minerai est fourni, il peut l'être des manières suivantes :
1) il se dirige simplement de haut en bas à partir d'un tube d'alimentation;
2) il est fourni en même temps que l'oxygè- ne; ou
3) il est fourni mécaniquement à une gran- de vitesse.
Dns les variantes 2) et 3), le concentré de minerai a une plus grande énergie cinétique et il est par conséquent plus facile de diriger le courant (ou les courants) de minerai selon le trajet voulu et de provoquer sa pénétration de haut en bas dans la crasse ot dans le bain de fer brut.
On remarquera que l'invention concerne un re- froidissement au moyen d'oxygène traversant la paroi po- reuse, aussi bien qu'un refroidissement au moyen de mi- norai, ainsi que des combinaisons de ces deux mesures.
Au lieu de construire les parois en des matières poreu- par nature ou perméables aux gaz, elles peuvent être
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pourvues de passages traversants tels quo canaux fins ou pores. La pardi 5 peut se terminer immédiatement au- @ dessus ou au-dessous du bain de crasse 13.
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"Method and Means for Cooling Combustion Chambers or Reaction Chambers at High Temperature, in Melt Reduction Processes" Interest in melt reduction has grown significantly over the past decade. last years. Melt reduction can be defined as short a reduction reaction in which the temperature is high enough for either the reducing agent (eg carbon) or oxide (eg iron ore), or both of these substances are in the molten state. When we say that the reducing agent (carbon) is in the molten state, we mean that it is in solution in the metal bath.
The molten reduction process can be subdivided into three constituent processes: 1) carburization of the metal bath; 2) decarburization of the bath; and 3) heat transfer to the bath. It is in the bath that the conditions of reduction prevail, while the
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oxidation conditions exist above the bath. The carbon oxide which emerges from the reduction ignites with the oxygen above the bath and the heat so produced is returned to the bath to provide the heat required for the reduction reactions. and fuel.
To each of the three reactions of the process - carburetion, decarburization and heat transfer - applies one of the starting substances of the process, namely: carbon in the form of coke, coal, gas or carbon. oiling the oxygen in the form of metal oxide; ot oxygen as a gas for the combustion of carbon monoxide to carbon dioxide. In the following description, the reduction in melt refers to the reduction of iron oxide, but the treatment can apply to metals other than iron.
In a known variation of the melt reduction process, the carbon material is supplied in excess and the reduction occurs in a layer of coke powder which floats on the dross and the iron bath.
The operation is carried out in a rotary kiln which gives rise to some degree of mixing and results in transferring heat directly to the bath from the lining of the radiant heated kiln.
For the purposes of the present invention, it is intended that the entire reaction, including carburization and decarburization, will occur in the bath. The carbon can be injected into the bath, which means that one could directly use oil or gas. The iron oxide which serves as the decarburning agent - and of course also as the source of the granuloma trio - should be as low as possible, and this condition is fulfilled.
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at best by a concentrate of enriched iron ore. The grain size of the ore concentrate should also be small so that the reaction with the bath is as rapid as possible and - as will be shown below - so that it has a large surface area for rapid. heat absorption.
Heat transfer to the bath occurs by radiation from the combustion of carbon monoxide with oxygen. This radiant heat can be directly transferred to the bath and, in accordance with the invention, transferred to the ore to heat the latter to an elevated temperature. The ore absorbs this radiant heat during its movement towards the boring bath and, in this way, the radiated heat is transferred indirectly to the bath. The amount of heat which is transferred to the bath is 1 to 1.5 million kcal per tonne of crude iron.
A significant part of this heat can be transferred through the ore concentrate if this can be heated to a high temperature by radiation from the high temperature zone. Minorai concentrate can be heated to its melting point.
This is only possible if the ore concentrate is heated in the same reactor or in the same furnace where the reduction takes place and if the ore directly reaches the bath without coming into contact with the furnace lining. The molten iron oxide exerts severe oxidation corrosion on the furnace lining material.
If the ore concentrate is preheated to 1000 C, it can absorb about 0.3 million kcal, based on
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of an enriched ore concentrate and with a consumption of 1.5 tonnes of concentrate for one tonne of crude iron. When heated to 1500 C - therefore above the melting point of the oxide - the heat absorbed reaches about 0.5 million kcal. In these cases, the heat which the ore concentrate brings to the bath amounts to 25 - 40% of the total heat which must be transferred to the last.
The rate of heat transfer by radiation. is proportional to the fourth power of the difference between the temperatures in the combustion zone and in the bath. For this reason, it is desirable to keep the bath temperature as low as possible (a condition which is favored by a high carbon content in the bath) and, at the same time, the temperature in the combustion zone should be as low as possible. high as possible. For the latter purpose, it is desirable to use pure oxygen for the combustion.
With oxygen the temperature can be around 2500 ° C, particularly when the oxygen is preheated in accordance with the present invention.
Due to the high combustion temperatures, the furnace lining is subjected to great stress and, in practice, there is no material which is capable of withstanding such operating temperatures. Cooling of the lining can obviously be obtained in different ways, by measurements taken outside the furnace or inside the refractory lining, but then high cooling losses cannot be avoided, since a heat flow is maintained from inside to outside,
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through the furnace or chamber lining.
Instead, the present invention advantageously combines cooling with the preheating of at least one of the starting substances going into the reaction.
To this end, the present invention is characterized by the fact that a powder, particulate or liquid material, in the form of at least one cooling curtain or layer which almost completely surrounds a high temperature zone. of the combustion or reaction chamber, acts as a cooling agent between the lining of this chamber and the high temperature zone. The cooling material may be a finely divided minorai concentrate which is supplied as a stream between the combustion zone and the packing. The pulverulent material thus absorbs a large part of the radiated heat, according to what has been indicated above. and directly supplies this heat to the bath.
The cooling material can also be any inert substance such as sand. It can also consist of a smelting of pigs of first pig iron, in the case of a process of making steel from pig iron by blowing oxygen through the glue. Another liquid can also be used.
The cooling effect can be further improved by supplying a gas such as oxygen or an oxygen containing gas for burning in the combustion chamber, through a refractory and porous lining of the chamber. combustion. The oxygen or gas, introduced in this manner, opposes the flow of heat through the porous lining. Oxygen passes through
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by forcing the packing from the outside to the inside and in this way cools the packing, while itself is heated.
Within the scope of the invention are different combinations of direct cooling by the passage of gas and indirect cooling due to the curtain ette of the substance constituting the oxide.
Some embodiments for the implementation of the invention have been schematically represented in section vertically in Figures 1 to 10 appended.
Figure 1 is a vertical section of one embodiment of the invention.
Figure 2 is a cross section of a cooling box outside the wall of the furnace or chamber.
Figure 3 shows a distribution network for cooling gas.
Figure 4 is a vertical section of the lower part of the furnace or chamber.
FIG. 5 represents, on a smaller scale, an oven produced according to a variant.
Figure 6 illustrates another form of oxidation of the means which provides the cooling curtain.
Figure 7 shows, in vertical section, an embodiment which combines those of Figures 5 and 6.
FIG. 8 against another embodiment of the device intended to produce the cooling curtains or beds.
Figure 9 shows another embodiment of the furnace top.
FIG. 10 is a detail view of another embodiment.
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By way of example, the invention can be applied to a melt reduction treatment which is carried out essentially in the following manner. The principles set out are implemented in a specific way, but it has become evident that other routes can be considered in practice. According to FIG. 1, the furnace or reactor 1 comprises an upper part 1a and a lower part. lb. The crude iron 12, in liquid form, and the dross 13 are in the lower part 1b. The lining 2 of the furnace here consists of traditional materials, preferably non-porous bricks. The depth of the iron bath should be at least 0.5 m and is normally between 1 and 2 m.
This thickness is necessary in order to obtain complete carburization when using an oil or gas as the carburizing agent, but, although to a lesser extent. when using degree it is also important / other carburizing agents such as coke or powdered coal.
The cnrburntion agent can be supplied by a tube 3 to. water cooling jacket, at the bottom of the oven.
The feed can also be done from the side of the oven or from the top, provided that the mouth of the feed tube discharges there. inside the raw iron bath. The raw iron can be withdrawn continuously through an outlet orifice 4, the level of which is relatively far from the surface of the raw iron bath. The dross which is likewise continuously withdrawn is drained at a higher level, through the grime evacuation orifice 4a.
The combustion with oxygen of the carbon monoxide coming from the bath, as well as the provision of the con-
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center of ore are carried out in the upper part of the furnace. In this part, the walls of the furnace are porous and are cooled by oxygen, as will be described in detail below. The ore concentrate is fed from above, in the form of one or more curtains 6 which will also be described below. Besides the oxygen which is introduced through the material of the porous coating, the oxygen also arrives directly into the combustion zone 1a.
The exhaust gas, which mainly consists of carbon dioxide, leaves the furnace at its upper part through the gas exhaust ports 7.
The main feature of the invention - namely the cooling of the packing material and its protection against radiation - will now be the subject of a more detailed description.
The porous liner wall 5 may be made of different ceramic materials, but as a general rule the higher the melting and softening temperatures of the material, the lower the amount of cooling gas required for the material. obtain the desired protection temperature at the internal surface of the lining.
If, for example, porous refractory earth is used, the temperature of the internal surface should be less than 1400 C, while porous silica can withstand temperatures up to 1650 C and porous magnesite can reach 2000 C. When the bath of crude iron is at a temperature of 1400 ° C, it is evident that the radiant heat originated from a cold refractory earth wall is insignificant, while that which comes from
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a cooled magnesite wall can be important.
For this reason, the wall can help transfer heat to the bath.
The porous wall 5 is constructed such that the ceramic material is enclosed in a plato box 8 to allow the forced penetration of oxygen through the wall (see Figure 2). The thickness of the wall 5 can be very small, since the packing material exhibits noticeably high temperature only in an inner layer a few millimeters thick. Therefore, the wall thickness is only determined from considerations of strength.
The porous wall may consist of large or small segments or elements 5a (see Figure 3). The oxygen supply to each element 5a can be adjusted separately if different amounts of gas are required to cool. Oxygen is supplied by a tube
9 provided with @ mconnections 10 and valves 11 intended for regulating the admission of oxygen in the different sections of the box 8. Passing through the porous brick
5a, the oxygen is heated to a temperature approximately equal to the temperature of the surface of the packing 5 facing the combustion chamber 1a, ie 1400 - 2000 C.
In this way, simultaneous cooling of the wall 5 and high temperatures in the combustion zone 1a can be achieved.
Besides the pure cooling effect exerted by the gas passing through the brick 5, this gas also plays another very important role. That is to say, it maintains a continuous gas stream from the internal surface of the lining towards the combustion zone 1a. In this way, we
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@ avoids the direct contact of the dirt with the wall and its penetration into this one. Besides high temperatures, the action of dirt is the major cause of deterioration of the refractory material.
When combining cooling by passing a gas with cooling by reducing the radiation under the effect of the curtain of minor concentrate described below, it is particularly important to avoid this. direct contact with the wall. The ore concentrate, for example pure iron oxide, and in particular in the form of a melt, is extremely corrosive to all ceramics, and cooling due to a curtain of concentrate. Very ore presupposes the passage of gas through the packing material, in order to prevent the mineral in - richi from coming into contact with the wall.
. FIG. 4 shows how the porous lining 5a is arranged at the levels where the floating dirt 13 and the raw iron 12 are located. This porous wall 5, as presented here, extends over the entire surface. melter of the dross 13, so that the gas stream @ which passes through the wall 5a will oppose contact between the dross and the lining 5a. However, crasso is often not as aggressive when its iron content is relatively low.
Cooling by the use of the other starting material entering into the reduction or smelting, that is to say the ore concentrate, will, according to the invention, produce, according to the invention, so that the mechanically treated minorai will be used. in the form of one or more heat-absorbing curtains between the really high temperature zone in the combustion chamber and
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the porous material 5, 5a of the lining. In this way, only part of the radiant heat reaches the wall and the quantity of oxygen which has to be sent through the lining is less.
In fact, the amount of gas passing through the packing is reduced to such an extent that part of the amount needed for the reaction, for example 300 to 350 n3 of O2 per ton of crude iron, can be sent directly into the chamber. combustion by tube 18 for the combustion of carbon monoxide.
Figures 5 to 8 show different arrangements for forming the mine concentrate curtains. Only the necessary details concerning the addition of the minorai concentrate and the packing have been shown in these figures. Fig. 5 corresponds to the embodiment of Fig. 1. The mechanically enriched ore here arrives in an annular column 14 and the flow of the ore concentrate forms a circular curtain inside the combustion zone. the. In Figure 5, the combustion zone is high enough that it is not necessary to provide an additional curtain under the ceiling of this zone.
FIG. 6 shows an embodiment in which the ore concentrate is introduced by a hollow rod 16 and projected towards the sides of the furnace by means of a rapidly rotating disc 15, which may be hollow. and water cooled.
The minorai concentrate then falls towards the bath. The oxygen required for combustion comes through an internal hollow rod 17 which passes through the rotating disc 15 and the mechanically processed ore is distributed around the shaft 17 to reach the rotating disc.
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The rate of heat transfer to the raw iron bath is proportional to the size of the area of the bath and, therefore, one should strive to obtain as large an area as possible, expressed - in m2 / t / h. To this end, the furnace and the combustion zone are suitably arranged according to the mode indicated in FIG. 7. This embodiment constitutes a combination of the embodiments of FIGS. 5 and 6. Here, the enriched ore is subjected to a very energetic horizontal movement towards the walls of the chamber, under the offot of the rotating disc 15: In more immediate proximity to the walls is a complementary inlet orifice for the supply of enriched ore.
This additional inlet is, as in Figure 5, annular cast iron and the additional amount of enriched minorai thus supplied prevents the ore introduced in the center from hitting the walls of the furnace.
In the embodiment shown in Figure 8, oxygen is added to the mineral concentrate through nozzles 19 located at a large number of locations, so that the expansion streams of the ore concentrate We effectively constitute a screen which protects the porous lining 5 from the high temperature prevailing in the center of the combustion zone 1a. In this case, all the oxygen which does not pass through the porous coating 5 is supplied by the nozzles 19 ensuring the supply of ore concentrate.
In the embodiment shown in Figure 9, the ore concentrate is supplied through a tube 20 which is designed so that the ore stream has the shape of a con 22. In this case, the zone of combustion l @ also has the shape of a cone, on the contrary
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from which oxygen is supplied through tube 21 and combustion of the CO occurs. The stream of mine concentrate moves with great speed parallel to the wall of the furnace. The exhaust gases leave the furnace through the outlet 7 at its top and, as shown in Figure 9, must pass through the ore cooling stream.
At the level of the outlet 7, a strong complementary flow of ore can be provided as shown in figure 10, in order to prevent small particles of ore at low velocity from accompanying the exhaust gas. out of the oven.
In any case, where the ore concentrate is supplied, it can be in the following ways:
1) it simply goes up and down from a feed tube;
2) it is supplied at the same time as the oxygen; or
3) it is supplied mechanically at high speed.
In variants 2) and 3), the ore concentrate has a higher kinetic energy and it is therefore easier to direct the stream (or streams) of ore in the desired path and cause its penetration from top to bottom. in the grime ot in the raw iron bath.
It will be appreciated that the invention relates to cooling by means of oxygen passing through the porous wall, as well as to cooling by means of minorai, as well as combinations of these two measures.
Instead of constructing the walls of materials which are inherently porous or permeable to gases, they can be
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provided with through passages such as fine channels or pores. Pardi 5 may end immediately above or below grime bath 13.