<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
"Agglom6at1on de boulettes de minerai de fe"
EMI1.2
La :p61Jt)nto 1nvelntion concerne :1.' ae:slom6ro.tion de boulettes do minorai de fer et en pt1ouli.:L' ua procédé de production de boulettes de minerai de ter pré-réduites contenant une proportion sensible de fer réduit et du car- bone.
Dans les procédés antérieure de production de ces boulettes. particulièrement destinées à être utilisées dans les procédés de préparation de fer en gueuses par fusion, il était courant de former des boulettes de dimensions relativement faibles et à concentration en carbone relativement
<Desc/Clms Page number 2>
élevée. On a constaté que ce procédé tend à donner des boulettes qui se réunissent entre elles par fusion ou se "cimentent". On a constaté maintenant qu'en augmentant les dimensions des boulettes à un maximum d'environ 38 mm et un minimum d'environ 12,5 mm, on peut en obtenir qui ne s'agglomèrent pas ensemble par fusion, c'est-à-dire restent indépendantes l'une de l'autre.
On a également cons- taté de manière assez inattendue que lorsqu'on augmente . la grosseur des boulettes, non seulement la tendance à l'agglomération par cimentation diminue, mais encore on peut diminuer de 15 à 35% la quantité de carbone nécessaire pour former des boulettes pré-réduites utilisables en fai- sant ainsi des économies de combustible,- considérables*
On améliora d'autre part le procédé en utilisant un courant ascendant de durée relativement courte d'un agent oxydant à la fin du traitement. Grâce à ce traite- ment, le lit do boulettes est chauffé rapidement et uni- formément sans oxydation excessive de ses couches supé- rieures.
Par "oxydation excessive" on entend une réoxy- dation du fer partiellement réduit, et une oxydation inu- tile du carbone,
Le procédé suivant l'invention convient aussi aisé- ment pour améliorer les phases du traitement, du fait que l'on peut par exemple utiliser des gaz sensiblement inertes on plus ou au lieu de gaz oxydants tel que l'air, et en mettant ainsi en oeuvre le procédé, on peut obtenir des boulettes do Minorai de fer à forte teneur métallique,, La façon dont on peut produire ces boulettes à forte te- neure métallique en utilisant les boulettes de granà diamètre selon la présente invention fait l'objet du
<Desc/Clms Page number 3>
brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3,264,092.
On a encore constaté que grâce à ce procédé on peut accroître 2 à 3 fois la capacité d'une nachine à grilles mobiles utilisée dans le but de produire des bou- lettes pré-réduites par rapport à celle que l'on obtenait antérieurement, parce que les conditions ci-dessus per- mettent d'utiliser des courants de gaz à grand débit.
Sommairement, le procédé selon l'invention con- siste à rassembler du minerai de fer pulvérisé, une ma- tière carbonée en poudre, telle que du charbon pulvérisé, un fondant pulvérisé, par exemple un calcaire, en quanti- tés prédéterminées afin de former un mélange pulvérisé intime; à agglomérer ce mélange pour former de grosses boules dont les dimensions sont comprises entre environ 12,5 mm, et 38 mm de diamètre; et à durcir ce mélange en boules dans un lit ayant une épaisseur d'environ 250 à 500 mm, sur une machine à grilles mobiles. On peut sou- mettre les boulettes obtenues par ce procédé à une métal- lisation plus poussée en réglant de manière correcte le débit de gaz traversant la charge épaisse.
On peut amener ces boulettes chaudes à un appareil de fusion afin de fa- briquer immédiatement du fer conformément aux processus connus,ou bien on peut les refroidir et les envoyer à un poste de fusion éloigné. Ce dernier avantage permet d'ef- fectuer la réduction préliminaire à la mine, puis d'ex- pédien à une aciérie éloignée par wagons ou péniches.
Un procédé mis en oeuvre couramment pour produi- re des boulettes carburées consiste à former des boules "fraiches" ayant un diamètre d'environ 10 mm que l'on dé- pose sur une machine à grilles mobiles sous une épaisseur
<Desc/Clms Page number 4>
relativement faible de 100 à 150 mm.
On sèche d'abord ces boules pendant à peu près 7 minutes; on les enflamme au moyen d'un brûleur à flamme libre pendant environ 1 minute, puis on les carbure au moyen d'un courant d'air passant de haut en bas pendant environ 9 minutes sous un débit d'en- viron 15 m3 par m2 par minute,, L'expérience a montré que les boulettes petites ont une surface apparente relative- ment grande qui provoque des pertes de carbone dans le courant d'air, donne un taux de réduction relativement faible, et que les débits élevés à des températures exces- sives provoquent une agglutination. Il faut une source distincte d'inflammation à flamme gazeuse.
Les boules pe- tites présentent plus de surface sensible aux pertes par flottement, et il faut un lit peu profond pour éviter une suroxydation des couches supérieures pendant que les couches inférieures se carburent. L'utilisation d'air comme milieu fluide tend à provoquer l'apparition d'une oxyda- tion plus intense qui provoque un échauffement'excessif non réglable dû à une combustion excessive du carbone, ainsi qu'une réoxydation du fer réduit, y compris du fer métallique déjà formé.Le courant continu de haut en bas provoque également un échauffement excessif des grilles et des éléments de supporta
La présente invention constitue un perfectionne- ment au procédé classique de production de gueuses de fer et remédie dans dé grandes proportions aux inconvénients du procédé mis habituellement en oeuvre,
et de plus elle permet d'économiser plus de 35% du charbon nécessaire nor- malement.
Lorsqu'on utilise un lit épais et que le front de
<Desc/Clms Page number 5>
chaleur provoqué par l'inflammation du carbone fixe à la' surface supérieure pénètre en descendant dans ce lit, une fois que ce front en a traversé 1/2 à 4/5 de l'épaisseur, l'intensité de la réaction chimique à la surface supérieure est telle que cette réaction devient oxydante par nature et que le métal libéré commence à se réoxyder. On évite cette action indésirable en inversant le sens du passage des gaz dans le lit. On assure ainsi l'homogénéité du pro- duit final et l'on augmente grandement la capacité.
Par ailleurs, la composition des gaz chauds, une fois qu'ils ont traversé la moitié ou les quatre cinquièmes de l'épais- seur du lit est telle que la carburation et la préréduc- tion en métal libre désirées deviennent de moins en moins effectives à mesure que les gaz pénètrent dans le lit.
L'inversion du sens de passage des gaz lorsque le front de chaleur a traversé 1/2 à 4/5 de l'épaisseur du lit permet de produire dans tout ce lit un produit plus homogène que ce n'était auparavant possible avec des lits d'épaisseur relativement grande. De plus, comme la matière carburée est mélangée intensément au minerai de fer dans toute la boulette au lieu d'être concentrée à sa surface, la perte de carbone par combustion est réduite et on en conserve assez pour réduire l'oxyde de fer métallique. Une partie du carbone de la boulette est utilisée dans ce but pen- dant le durcissement et le solde reste dans la boulette carburée et est suffisant pour réduire l'oxyde de fer résiduel en métal libre au cours du tralvement ultérieur des boulettes,dans un haut fourneau par exemple.
Conformément à la présente invention, on utilise de grosses boulettes de fraîche fabrication ayant un
<Desc/Clms Page number 6>
diamètre qui est environ 2 à 4 fois celui utilisé anté- rieurement. On dépose ces boulettes en une couche qui est également de 2 à fois plus épaisse que celles utilisées antérieurement et on les sèche par un courant de gaz de recyclage. On peut alors enflammer le lit avec un brûleur à flamme libre et y injecter de l'air ambiant pour obtenir une boulette de minerai de fer préréduite.
Au lieu d'utiliser une flamme libre, on peut enflammer la charge au moyen d'un courant préchauffé de gaz pratiquement neutres provenant des produits de la com- bustion gazeuse et mélangés à des gaz de recyclage venant de la zone de carburation et chauffés par un brûleur dans les conduites de sortie. Cependant, ainsi qu'on l'a indi- qué plus haut, on peut utiliser l'air ambiant pour obtenir un produit aggloméré par un laitier. Après la zone de carburation, la charge passe dans une zone où l'on fait passer dans le lit le courant, qui peut également être pauvre en oxygène ou être de l'air, dans le sens opposé à celui du courant dans cette zone de carburation, afin d'enflammer le lit par-dessous.
C'est là un courant créant une réaction et non un courant de refroidissement, On obtient un produit préréduit et carburé qui est alors en état d'être introduit directement dans un four électrique pour y être fondu, On peut ensuite faire passer la masse, comme indiqué ci-dessus, dans une zone de métallisation où l'on durcit les; boulettes en les transformant en boules durcies par la présence du métal et dans lesquelles 60 à 90 % du métal existant est réduit à l'état métallique,
Grâce à ce système de carburation utilisant de grosses boulettes en couches épaisses, soumises à une
<Desc/Clms Page number 7>
réaction par de forts courants de gaz, on obtient par ap- pareil des rendements de carburation relativement élevés.
Ce système est caractérisé par un réglage de la température du lit que l'on effectue en réglant la température et la composition du courant gazeux. On obtient une limitation de l'excès de température par les grandes dimensions des boulettes qui présentent par unité de poids une plus petite surface soumise à l'oxydation par le courant. La transfor- mation en scories est également réduite, à cause du nombre plus faible de points de contact que l'on obtient en uti- lisant de grosses boulettes au lieu de celles de plus petit diamètre de la pratique antérieure.
Les boulettes obtenues sont agglomérées au laitier et contiennent une proportion relativement élevée de fer libre sous forme de particules microscopiques distinctes, et la quantité de charbon utili- sée est environ 65 à 85% de celle nécessaire avec le procédé CASE (brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.806.799).
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessine annexés et donnant à titre indicatif, mais non limitatif deux formes de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention.
Sur ces dessins,
La figure 1 est une représentation schématique simplifiée de la mise en oeuvre d'un procédé pour obtenir des boulettes préréduites selon la présente invention, et
La figure 2 est également une représentation schématique simplifiée de la mise en oeuvre d'une variante.
Selon la présente invention, on provoque une réaction solide-gaz en atmosphère chaude pour obtenir des
<Desc/Clms Page number 8>
boulettes liées par un laitier et contenant du fer sous forme métallique réduite dans la proportion d'environ 15 % jus- qu'à 45 % du métal existant dans le minerai chargé initia- lement, Le procédé classique donne des boulettes prérédui- tes qui contiennent du fer à l'état métallique sous forme de particules microscopiques distinctes à raison d'environ
20 % du fer existant et utilise environ 30 % de combusti- ble charbon de plus que le présent procédé.
La quantité de. matière carbonée utilisée ici est celle qui contient du carbone fixé en quantité au moins suffisante pour réduire
100 %de la teneur en fer du minerai en fer métallique sans dépasser 120 % de cette valeur.
On se reportera plus particulièrement au schéma de la figure 1; le procédé exposé ici prévoit de former des boules de fraîche fabrication de minerai de fer, de fondant et de matière carbonée, les proportions relatives des principaux composants étant telles que dans les con- ditions de mise en oeuvre du procédé les boules soient au- to-fondantes et auto-réductrices.
Par exemple, la compo- sition d'une charge utilisant un minerai particulièrement riche peut être la suivante
EMI8.1
<tb> minerai <SEP> de <SEP> fer <SEP> 53 <SEP> %
<tb>
<tb> matière <SEP> carbonée <SEP> (houille <SEP> non <SEP> collante) <SEP> 30 <SEP> %
<tb>
<tb> calcaire <SEP> 11 <SEP> %
<tb>
<tb> sable <SEP> siliceux <SEP> 6 <SEP> %
<tb>
Dans certains cas, on peut utiliser des linnts tels que l'amidon, une liqueur de sulfite, de la chaux, des sels ou de la bentonite,
L'analyse chimique, en pourcentage, des compo- saut$ types est la suivante
<Desc/Clms Page number 9>
ANALYSE CHIMIQUE
EMI9.1
Minerai de fer ha;
cl).GIf-e-,Jcair8 Sable- silicemc total¯¯¯¯ 69,94 $-- ' 2,00 % 0,30 % 0 il 12 --FeO 27 ,89 % Fe 203 6891 2p9O o,43 % 0,1?% S'02 1,41% 5,59% 3,18 % 97,3' % Al20, 52% 2,69% 1,64% ., ,86 -,r
EMI9.2
<tb> CaO <SEP> 0,19 <SEP> % <SEP> 0,52 <SEP> % <SEP> 53,64 <SEP> % <SEP> 0,66%
<tb>
<tb> MgO <SEP> 0,05% <SEP> 0,13 <SEP> % <SEP> 0,47 <SEP> %-
<tb>
<tb> S <SEP> 0,004% <SEP> 0,67 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> matières <SEP> volatiles <SEP> 32,95 <SEP> %
<tb>
<tb> carbone <SEP> fixe <SEP> 54,55 <SEP> %
<tb>
<tb> cendres <SEP> 12,50 <SEP> %
<tb>
On broie et on mélange les divers composants pour obtenir un mélange granulaire, les dimensions des particu- les étant celles qui conviennent pour la formation de bou- lettes et étant de façon générale comprises entre moins de 0,043 mm et 1,7 mm, de préférence entre environ 0,15 et 0,30 mm.
On prépare les matières de façon que le mélange
EMI9.3
ait des dimensions sensiblement in²4ieures à 1,? mm et contiennent approximativement 80 % de particules inférieu- res à 0,15 mm et 50 % environ inférieures à 0,043 mm. L'ana- lyse individuelle des dimensions des matières premières n'est pas caractéristique, et c' est la composition physi- que du mélange qui donne les caractéristiques voulues pour l'agglomération convenable.
On mélange soigneusement les divers composants et on les amené à une turbine 2, Cette turbine est un appa- reil classique de formation de boulettes, à auge ou tam- bour rotatif incliné. Une fois qu'elle a été "stabilisée"
<Desc/Clms Page number 10>
c'est-à-dire qu'on a réalisé l'équilibre de ses conditions de fonctionnement, le diamètre des boulettes obtenues est remarquablement uniforme. Le terme boulettes de fraîche fabrication utilisé ici se rapporte au fait que ces bou- lettes n'ont pas été séchées ou durcies et signifie qu'elles sont humides à la sortie de la turbine. On se reportera au brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.947.026 qui montre une forme de turbine utilisable pour former des boulettes selon l'invention.
Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, le diamètre moyen des boulettes est de préférence tel qu'elles passent dans un tamis à mailles de 25 mm de coté et soient retenues par un tamis à mailles d'environ 16 mm. On désire obtenir un diamètre moyen d'environ 19 mm. Les boules ou particules qui sont inférieures à la dimension désirée sont hachées et broyées, par exemple dans un broyeur à pilon, ou renvoyées au tambour d'agglomération pour être encore gros- sies. Comme on l'a indiqué plus haut, les boulettes utili- sées suivant l'invention sont plus grosses que celles que l'on utilisait industriellement auparavant.
Les boules contenant d'environ 10 à 15% en poids d'humidité sont amenées par un transporteur 3 à une machine à grilles mobiles classiques 4. Ainsi que le savent les spécialistes, cette machine est une longue voie sur laquel- le passent des plateaux séparés montés sur roues, dont cha- oun a un fond constitué de plusieurs barreaux ainsi que des parois latérales verticales. Lorsque ces plateaux avan- cent sur la partie à niveau de la voie, ils forment un ca- nal mobile continu. Du côté de la vidange de cette partie droite, les divers plateaux sont amenés par un guide à une voie de retour renversée et la roue dentée de l'extrémité
<Desc/Clms Page number 11>
du chargement les redresse à leur position normale et le cycle se répète.
La partie droite de la voie comporte des hottes contiguës disposées au-dessus des plateaux et qui envoient, sur la surface de la charge que portent ces plateaux, des gaz ou les aspirent. En coopération avec elles a plateaux et de la charge plu- sieurs coffres de soufflage contigus destinés de même à en- voyer des gaz sur la charge, ou à les aspirer.
Les houlettes sont soumises d'abord à un séchage dans une zone délimitée par la hotte 7 qui coopère avec le coffre 8 et fait passer dans la charge 6 des gaz chauds ayant une température d'environ 150 à 315 C. Ces gaz sont prélevés sur ceux qui sont évacués à un autre endroit de l'installation. Comme ces derniers ent généralement une température trop élevée pour un séchage correct, il est nécessaire de les tempérer en admettant en 5 de l'air am- biant pour que la température des gaz envoyés sur le lit 6 ait la valeur désirée. Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, le lit 6 est beaucoup plus épais que d'ordinaire, c'est-à- dire que son épaisseur est de 250 à 500 mm.
Il est essen- tiel d'adapter la température des gaz de séchage à la com- position des boulettes, afin de réduire au minimum l'in- flammation anticipée de la matière carbonée et l'éclatement et la rupture des boulettes par dilatation rapide de la vapeur d'eau qu'elles contiennent. Un tel éclatement pro- voque la formation de quantités indésirables de fines. Le débit des gaz de séchage est d'environ 60 à 90 m3 par m2 de surface du coffre de soufflage et par minute.
Après séchage, les boulettes pénètrent dans une zone de carbonisation et de préréduotion délimitée par la
<Desc/Clms Page number 12>
hotte double 9 et les coffres10 et 11 et où. elles sont enflammées par un courant de gaz chauds qui traversent le lit sous un débit d'environ 30 à 60 m3 / m2/minute et ont une température suffisante pour amorcer et provoque? une réaction entre les phases solides incluant la matière car- bonée, l'oxygène et le minerai. On chauffe ces gaz en dehors de la machine en y faisant brûler un gaz combustible et également en enflammant les gaz extraits du lit dans un brûleur 12 et en en recyclant au moins une partie au moyen d'un ventilateur 13 afin de leur faire retraverser le lit ou charge.
L'échauffement de cette charge provient donc-du passage des gaz chauds à travers elle, et de l'oxy- dation d'une partie de la matière carbonée.
Bien qu'il ne soit pas pratique d'utiliser des gaz complètement inertes dans le courant gazeux des phases de carburation ou de préréduction, on pourrait aisément. utiliser de tels gaz, par exemple de l'azote. Cependant, du point de vue pratique, on utilise beaucoup plus commodé- ment un air pauvre en oxygène qui, du fait de l'existence de faibles quantités de cet oxygène, par exemple 5 à 15 % en volume, et de préférence 5 à 8%, peut être légèrement oxy- dant. En variante, comme les gaz comprennent des oxydes de carbone, par exemple du CO, ils peuvent être par nature légèrement réducteurs.
Le terme "sensiblement neutres"uti- lisé ici pour désigner les gaz que l'on fait passer dans le charge désigne donc des gaz complètement neutres ou inertes, ainsi que les compositions gazeuses comportant de l'air et qui peuvent contenir des quantités faibles, par exemple 5 à 15 % en volume, soit de composants oxydants tels que l'oxygène, soit de composants réducteurs, tels que
<Desc/Clms Page number 13>
l'oxyde de carbone. Ainsi qu'on l'a indiqué, on peut ajouter de 11 air pour aider le lit à s'enflammer et à réagir chimi-
EMI13.1
quement sous l'effet du courant ascendant.
Comme l'indique le brevet des Etats-Unis d'Amé- rique n 3.264.091, si l'on fait continuer le passage des gaz inertes assez longtemps, la température de la charge peut atteindre environ 1300 à 1340 C, température à la- quelle la réduction des oxydes de fer a lieu à raison d'en- viron 60 à 90 % du fer existant dans la charge, et les bou- lettes dépassent l'état d'agglomération par un laitier et deviennent en fait agglomérées par le métal, ou métalli-
EMI13.2
sées. --- .
-- -- .--.- ¯ ¯ ¯¯¯ --------w--¯ ¯ -
On peut charger directement les boulettes trai- tées selon la présente invention dans un four de fusion ou bien les refroidir et les transporter à une fonderie éloi- gnée. Dans l'un et l'autre cas,l'invention a permis d'effec- tuer la réaction réductrice sur la machine à grilles mobiles, et le fondant est inclus dans les boulettes obtenues. Celles qui sortent de cette machine conformément au procédé sont pratiquement complètement indépendantes et sont donc faciles à transporter et à manutentionner, contrairement au produit agglutiné que l'on obtenait antérieurement.
Bien que l'on puisse mettre en oeuvre avec succès le procède tel qu'il vient d'être décrit, on obtient de meilleurs résultats en ce qui concerne la préréduction lors- qu'on change le sens de passage des gaz chauds dans la charge de boulettes. Si l'on fait passer les gaz dans le lit en sens inverse de celui des gaz de carburation et de pré- réduction, on assure que la réaction a sensiblenent la même importance à tous les niveaux de la charge. Après avoir
<Desc/Clms Page number 14>
inversé le sens de passage, on peut obtenir une'réduction supplémentaire et une forte métallisation des boulettes dans une zone qui suit immédiatement celle de l'inversion.
Par exemple, si le courant de carburation et de préréduction est dirigé de haut en bas et à un débit d'environ 30 à 60 m3 par m2 et par minute, le courant de prémétallisation est ascendant et a un débit d'environ 8 à 60 m3/m2/minute.
Les boulettes peuvent ensuite pénétrer dans une zone d'absorp- tion de chaleur où les gaz passent de haut en bas. Dans le procédé ainsi modifié., l'importance de la métallisation est, comme on l'a indiqué plus haut d'environ 60 à 90% du fer exilant dans le minerai de la charge.
Dans les procédés de fabrication de boulettes décrits ci-dessus, on peut incorporer tout genre de matière carbonée comme agent réducteur. Afin de donner un produit aggloméré par un laitier, ce composant réducteur doit aussi comporter une matière goudronneuse ou asphaltée servant d'agent de formation du liant. Lorsqu'on utilise du coke, du charbon de bois, de la lignite ou de l'anthracite, il faut ajouter à ce combustible environ 25% de sonpoids d'un résidus goudronneux fondant facilement. Le charbon bi- tumineux qui contient déjà cet ingrédient, n'exige aucun autre additif.
On a représenté schématiquement sur la figure 2 la mise en oeuvre d'une variante suivant la présente in- vention. Les appareils utilisés sont classiques. Comme le montre donc cette figure 2, un mélange de minerai de fer pulvérisé de matière carburée pulvérisée et d'un fondant pulvérisé, de composition semblable à celle indiquée plus haut, est amené par un transporteur 30 à un tambour
<Desc/Clms Page number 15>
classique 31 à cuvette tournante inclinée. De là les bou- lettes de fraîche fabrication ayant des dimensions moyennes d'environ 12,5 à 38 mm sont amenées au moyen d'un trans- porteur 32 à une machine à grilles mobiles classiques 33.
Ces boulettes relativement grosses sont déposées sur les grilles sous une épaisseur de 250 à 500 mm, avantageusement environ 380 mm, l'épaisseur du lit étant fixée au moyen d'une trappe 34 que l'on peut ajuster pour régler l'épaisseur de la charge à la hauteur désirée.
Les boulettes passent d'abord dans une zone de séchage qui est délimitée par la hotte 35 et le coffre de soufflage coopérant 36 disposé au-dessous des grilles. On fait passer dans le lit un courant de gaz de recyclage ayant une température de 150 à 315 C, les gaz chargés d'humidité étant envoyés à l'atmosphère au moyen d'un ventilateur 37.
On règle la durée du séjour des boulettes dans cette zone de manière à être sûr que leur teneur en humidité soit in- férieure à environ 2 % d'eau en poids, la vitesse d'évacua- tion de l'humidité étant telle qu'on évite l'effrittement et la désintégration des boulettes, D'ordinaire, des débits d'environ 60 à 90 m3/m2/minute, et une durée de séjour dans cette zone d'environ 8 à 12 minutes donnent un produit suf- fisamment sec.
Puis on enflamme les boulettes sous une flamme de gaz 45 à l'air libre. Le ooffre 38 disposé sous la grille dans la zone de carbonisation et de préréduction associé au ventilateur 39, fait passer les gaz chauds de haut en bas dans la charge et permet de faire brûler le carbone contenu dans le composant carboné. Il fait aussi passer de haut en bas, l'air ambiant dans la charge à. cause
<Desc/Clms Page number 16>
de la dépression que provoque le ventilateur 39. Cela per- met au combustible de continuer à s'oxyder, ce qui échauffe la charge et fait débuter une réduction partielle du minerai sous l'effet de la réaction de ce dernier aveo le carbone.
Le ventilateur 43 crée un courant ascendant à la fin de la zone de combustion, comme dans l'appareil de la figure 1.
La température de la charge dans cette zone atteint environ 980 0 et le minerai peut se convertir en fer métallique libre à raison d'environ 15 à 40 %. Le fer ainsi produit est sous forme de particules très finement divisées, les boulettes sont généralement liées par un laitier et la réoxy- dation du fer réduit en oxydes de fer est minimum. Ces boulettes ne sont pas aussi résistantes à l'écrasement que celles plus fortement métallisées décrites dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 289.221 du 20 juin 1963 déposée par Thomas Eugene BAN. Cependant on peut les envoyer directement à un four de fusion ou les refroidir et les transporter jusqu'à un four éloigné.
Le débit de l'air dans la zone de combustion et de préréduction est d'environ 30 à 60 m3/minute par m2 de surface du coffre et le lit atteint une température d'environ 980 à 1200 0 à l'extrémité de cette zone.
Afin d'utiliser la chaleur des gaz sortant de la zone de combustion, on peut monter dans la canalisation un brûleur 40. Ces gaz sont renvoyés à la zone de séchage et si nécessaire on peut y introduire de l'air en 41 pour por- ter leur température à la valeur correcte. Les gaz de combus- tion contiennent en poids environ 15 à 23 % d'oxygène
On a constaté que ce procédé,qui est une modifi- cation du procédé CASE décrit dans le brevet des Etats-Unis
<Desc/Clms Page number 17>
d'Amérique n 2.806.779 permet d'utiliser moins de charbon ou de matière carbonée, par exemple jusqu'à 33 % de moins dans le mélange initial et diminue également la tendance à la formation de scories dans le produit final.
On obtient ainsi ce dernier sous la forme de boulettes séparées qui ont subi une certaine réduction de dimension et ont subi
EMI17.1
une rédueti-an-j?artiellu-dBs oxydes 1ies--- -conte- naient, laquelle y forme des particules libres microscopi- ques séparées de fer.
:En général, la proportion de carbone utilisée dans les compositions est déterminée par l'importance de la réduction et du durcissement, que la matière doit réaliser. Cette matière doit contenir du carbone libre et en fournir une quantité au moins suffisante pour conver- tir tout l'oxyde de fer en fer métallique et pour fournir le taux de carbone désiré, par exemple 3,5 %, dans les gueuses obtenues. Dans un mode pratique de détermination de la quantité de matière carbonée, on suppose que le carbone réagit sur les oxydes de fer en donnant de l'oxyde de carbone au lieu de CO2 ou d'un mélange de CO et de CO2.
On suppose de plus que seul le carbone fixé de cette manière subit la réaction ou est disponible pour elle. Une certaine
EMI17.2
partie de ce carbone fixée est perdue, ¯¯lton -a.d e1ï qu.-elle est d'environ 20 %. banc-; lorsqu'on a calculé la quantité de carbone disponible dans la matière et que l'on a calculé la quantité nécessaire pour réduire le minerai en élément fer, on multiplie la quantité trouvée par 1, 2 pour tenir compte des pertes en carbone fixé. Le résultat divisé par la proportion de carbone fixé dans la matière carbonée donne la quantité de cette matière à utiliser dans une composition
<Desc/Clms Page number 18>
donnée. Les matières usuelles contiennent environ 55 % , de carbone fixé.
Il suffit d'ordinaire dans ce but que la , ratière carbonée représente 25 à 50 % et la plupart du temps environ 30.% du poids total du mélange.
Il va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre explicatif, mais nullement limi- tatit et que l'on pourra y apporter.toutes modifications de détail sans sortir de son cadre.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
"Agglomeration of iron ore pellets"
EMI1.2
The: p61Jt) nto 1nvelntion concerns: 1. ' ae: slom6ro.tion of iron minorai pellets and pt1ouli: The process of producing pre-reduced ter ore pellets containing a substantial proportion of reduced iron and carbon.
In the earlier methods of producing these pellets. particularly intended for use in processes for the preparation of pig iron by fusion, it was common to form pellets of relatively small dimensions and of relatively low carbon concentration.
<Desc / Clms Page number 2>
high. It has been found that this process tends to produce pellets which merge together or "cement" together. It has now been found that by increasing the dimensions of the pellets to a maximum of about 38 mm and a minimum of about 12.5 mm, one can obtain those which do not agglomerate together by fusion, i.e. - say remain independent of each other.
We have also found quite unexpectedly that when we increase. the size of the pellets, not only does the tendency to agglomeration by cementation decrease, but also the quantity of carbon necessary to form usable pre-reduced pellets can be reduced by 15 to 35%, thus saving fuel, - considerable *
The process was further improved by using a relatively short-lived updraft of an oxidizing agent at the end of the treatment. With this treatment, the pellet bed is heated quickly and evenly without excessive oxidation of its top layers.
By "excessive oxidation" is meant a partially reduced reoxidization of iron, and unnecessary oxidation of carbon,
The process according to the invention is also easily suitable for improving the phases of the treatment, owing to the fact that it is for example possible to use gases which are substantially inert or more or instead of oxidizing gases such as air, and thus putting By carrying out the process, high metallic content Minorai iron pellets can be obtained. The manner in which these high metallic content pellets can be produced using the large diameter pellets according to the present invention is discussed.
<Desc / Clms Page number 3>
U.S. Patent No. 3,264,092.
It has also been observed that thanks to this process it is possible to increase 2 to 3 times the capacity of a nachine with movable screens used for the purpose of producing pre-reduced pellets compared to that which was obtained previously, because that the above conditions permit the use of high flow gas streams.
Briefly, the process according to the invention consists in bringing together pulverized iron ore, a powdered carbonaceous material, such as pulverized coal, a pulverized flux, for example limestone, in predetermined quantities in order to form an intimate spray mixture; in agglomerating this mixture to form large balls, the dimensions of which are between about 12.5 mm, and 38 mm in diameter; and hardening this mixture into balls in a bed having a thickness of about 250 to 500 mm, on a moving screen machine. The pellets obtained by this process can be subjected to further metalization by properly controlling the flow of gas through the thick charge.
These hot pellets can be brought to a smelter to immediately manufacture iron according to known processes, or they can be cooled and sent to a remote smelter. This last advantage makes it possible to carry out the preliminary reduction at the mine, then to ship it to a distant steelworks by railcars or barges.
A commonly used process for producing carburized pellets is to form "fresh" balls having a diameter of about 10 mm which are deposited on a mobile screen machine under a thickness.
<Desc / Clms Page number 4>
relatively small from 100 to 150 mm.
These balls are first dried for about 7 minutes; they are ignited by means of a free flame burner for about 1 minute, then they are carburized by means of a current of air passing from top to bottom for about 9 minutes at a flow rate of about 15 m3 per m2 per minute ,, Experience has shown that small pellets have a relatively large apparent surface area which causes carbon losses in the air stream, gives a relatively low reduction rate, and that high flow rates at excessive temperatures cause agglutination. A separate source of gas flame ignition is required.
Small balls have more surface area susceptible to float loss, and a shallow bed is required to avoid overoxidation of the upper layers while the lower layers are fueled. The use of air as a fluid medium tends to cause the occurrence of more intense oxidation which causes non-adjustable overheating due to excessive combustion of carbon, as well as reduced iron reoxidation, including already formed metallic iron.The direct current from top to bottom also causes excessive heating of the grids and supporting elements.
The present invention constitutes an improvement to the conventional process for the production of pig iron and overcomes in large proportions the drawbacks of the process usually implemented,
and moreover it saves more than 35% of the charcoal required normally.
When using a thick bed and the forehead of
<Desc / Clms Page number 5>
heat caused by the ignition of the fixed carbon at the upper surface penetrates downward into this bed, once this front has passed through 1/2 to 4/5 of the thickness, the intensity of the chemical reaction to the upper surface is such that this reaction becomes oxidizing in nature and the liberated metal begins to reoxidize. This undesirable action is avoided by reversing the direction of the passage of the gases in the bed. This ensures the homogeneity of the final product and the capacity is greatly increased.
On the other hand, the composition of the hot gases, once they have passed through half or four fifths of the thickness of the bed, is such that the desired carburization and free metal pre-reduction become less and less effective. as the gases enter the bed.
Reversing the direction of gas flow when the heat front has passed through 1/2 to 4/5 of the thickness of the bed makes it possible to produce throughout this bed a more homogeneous product than was previously possible with beds relatively large in thickness. In addition, since the carburized material is mixed intensely with the iron ore throughout the pellet instead of being concentrated on its surface, the loss of carbon by combustion is reduced and enough is retained to reduce the metallic iron oxide. Some of the carbon in the pellet is used for this purpose during curing and the balance remains in the carburized pellet and is sufficient to reduce the residual iron oxide to free metal during subsequent processing of the pellets, in a high furnace for example.
In accordance with the present invention, large freshly made pellets having a
<Desc / Clms Page number 6>
diameter which is approximately 2 to 4 times that used previously. These pellets are deposited in a layer which is also 2 to times thicker than those used previously and dried by a stream of recycle gas. We can then ignite the bed with an open flame burner and inject ambient air into it to obtain a prereduced iron ore pellet.
Instead of using an open flame, the charge can be ignited by means of a preheated stream of substantially neutral gases from the gaseous combustion products mixed with recycle gases from the carburizing zone and heated by a burner in the outlet pipes. However, as noted above, ambient air can be used to obtain a slag agglomerated product. After the carburizing zone, the feed passes through a zone where the stream is passed through the bed, which may also be poor in oxygen or be air, in the direction opposite to that of the current in this zone. carburetion, in order to ignite the bed below.
This is a current creating a reaction and not a cooling current, We obtain a pre-reduced and carburized product which is then able to be introduced directly into an electric furnace to be melted there, We can then pass the mass, as indicated above, in a metallization zone where the; pellets by transforming them into balls hardened by the presence of metal and in which 60 to 90% of the existing metal is reduced to the metallic state,
Thanks to this carburizing system using large pellets in thick layers, subjected to a
<Desc / Clms Page number 7>
Reaction by strong gas currents, by the way, relatively high carburization yields are obtained.
This system is characterized by an adjustment of the temperature of the bed which is carried out by adjusting the temperature and the composition of the gas stream. A limitation of the excess temperature is obtained by the large dimensions of the pellets which have, per unit of weight, a smaller surface area subjected to oxidation by the current. Slag conversion is also reduced, due to the lower number of contact points obtained by using large pellets instead of the smaller diameter ones in the past practice.
The resulting pellets are agglomerated with slag and contain a relatively high proportion of free iron as discrete microscopic particles, and the amount of charcoal used is about 65-85% of that required with the CASE process (United States patent of America no.2806.799).
Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description which follows, given with reference to the appended drawings and giving by way of indication, but not limitation, two forms of implementation of the method according to the present invention.
On these drawings,
FIG. 1 is a simplified schematic representation of the implementation of a method for obtaining pre-reduced pellets according to the present invention, and
FIG. 2 is also a simplified schematic representation of the implementation of a variant.
According to the present invention, a solid-gas reaction is caused in a hot atmosphere to obtain
<Desc / Clms Page number 8>
pellets bound by a slag and containing iron in reduced metallic form in the proportion of about 15% up to 45% of the metal existing in the ore initially charged. The conventional method gives pre-reduced pellets which contain iron in the metallic state in the form of distinct microscopic particles at a rate of approximately
20% of the existing iron and uses about 30% more coal fuel than the present process.
The quantity of. carbonaceous material used here is that which contains fixed carbon in an amount at least sufficient to reduce
100% of the iron content of the metallic iron ore without exceeding 120% of this value.
Reference will be made more particularly to the diagram of FIG. 1; the process described here provides for forming balls of fresh manufacture of iron ore, flux and carbonaceous matter, the relative proportions of the main components being such that, under the conditions of implementation of the process, the balls are au- to -founding and self-reducing.
For example, the composition of a feed using a particularly rich ore can be as follows
EMI8.1
<tb> ore <SEP> from <SEP> iron <SEP> 53 <SEP>%
<tb>
<tb> carbonaceous <SEP> material <SEP> (coal <SEP> not <SEP> sticky) <SEP> 30 <SEP>%
<tb>
<tb> limestone <SEP> 11 <SEP>%
<tb>
<tb> sand <SEP> siliceous <SEP> 6 <SEP>%
<tb>
In some cases, ingredients such as starch, sulphite liquor, lime, salts or bentonite can be used,
The chemical analysis, as a percentage, of the typical $ compounds is as follows
<Desc / Clms Page number 9>
CHEMICAL ANALYSIS
EMI9.1
Iron ore ha;
cl) .GIf-e-, Jcair8 Sable- silicemc total¯¯¯¯ $ 69.94 - '2.00% 0.30% 0 il 12 --FeO 27.89% Fe 203 6891 2p9O o, 43% 0.1% S'02 1.41% 5.59% 3.18% 97.3% Al20, 52% 2.69% 1.64%.,, 86 -, r
EMI9.2
<tb> CaO <SEP> 0.19 <SEP>% <SEP> 0.52 <SEP>% <SEP> 53.64 <SEP>% <SEP> 0.66%
<tb>
<tb> MgO <SEP> 0.05% <SEP> 0.13 <SEP>% <SEP> 0.47 <SEP>% -
<tb>
<tb> S <SEP> 0.004% <SEP> 0.67 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> volatile <SEP> materials <SEP> 32.95 <SEP>%
<tb>
<tb> carbon <SEP> fixed <SEP> 54.55 <SEP>%
<tb>
<tb> ash <SEP> 12.50 <SEP>%
<tb>
The various components are ground and mixed to obtain a granular mixture, the particle sizes being those suitable for forming into pellets and generally being between less than 0.043 mm and 1.7 mm, preferably. between about 0.15 and 0.30 mm.
The materials are prepared so that the mixture
EMI9.3
has dimensions substantially less than 1 ,? mm and contain approximately 80% particles of less than 0.15 mm and about 50% of less than 0.043 mm. The individual analysis of the dimensions of the raw materials is not characteristic, and it is the physical composition of the mixture which gives the characteristics desired for the proper agglomeration.
The various components are mixed thoroughly and fed to a turbine 2. This turbine is a conventional pelletizing apparatus with an inclined rotary trough or drum. Once it has been "stabilized"
<Desc / Clms Page number 10>
that is to say that the equilibrium of its operating conditions has been achieved, the diameter of the pellets obtained is remarkably uniform. The term freshly made pellets used herein refers to the fact that these pellets have not been dried or hardened and means that they are wet at the outlet of the turbine. Reference is made to US Pat. No. 2,947,026 which shows a form of turbine which can be used to form pellets according to the invention.
As indicated above, the average diameter of the pellets is preferably such that they pass through a sieve with a 25 mm mesh size and are retained by a sieve with a mesh of about 16 mm. It is desired to obtain an average diameter of about 19 mm. Balls or particles which are smaller than the desired size are chopped and crushed, for example in a pestle mill, or returned to the agglomeration drum for further coarsening. As indicated above, the pellets used according to the invention are larger than those which have been used industrially before.
The balls containing about 10 to 15% by weight of moisture are brought by a conveyor 3 to a machine with conventional movable screens 4. As the specialists know, this machine is a long way on which the trays pass. separated mounted on wheels, each of which has a bottom made up of several bars as well as vertical side walls. When these platforms move forward on the level part of the track, they form a continuous moving channel. On the emptying side of this straight part, the various plates are brought by a guide to an inverted return path and the toothed wheel at the end
<Desc / Clms Page number 11>
loading straightens them to their normal position and the cycle repeats.
The straight part of the track comprises contiguous hoods arranged above the plates and which send, on the surface of the load carried by these plates, gases or suck them. In cooperation with them, a number of contiguous blast chests and the load are intended to send gases onto the load, or to suck them.
The puffs are first subjected to drying in an area delimited by the hood 7 which cooperates with the box 8 and passes hot gases with a temperature of approximately 150 to 315 ° C. into the charge 6. These gases are taken from those which are evacuated to another part of the installation. As the latter generally enter too high a temperature for proper drying, it is necessary to temper them by admitting ambient air in order that the temperature of the gases sent to the bed 6 has the desired value. As indicated above, the bed 6 is much thicker than usual, i.e. its thickness is 250 to 500 mm.
It is essential to adapt the temperature of the drying gases to the composition of the pellets, in order to minimize the anticipated ignition of the carbonaceous material and the bursting and rupture of the pellets by rapid expansion of the pellets. the water vapor they contain. Such bursting results in the formation of undesirable amounts of fines. The flow rate of the drying gases is approximately 60 to 90 m3 per m2 of the surface of the blowing box and per minute.
After drying, the pellets enter a carbonization and pre-reduotion zone delimited by the
<Desc / Clms Page number 12>
double hood 9 and chests 10 and 11 and where. they are ignited by a stream of hot gases which pass through the bed at a flow rate of about 30 to 60 m3 / m2 / minute and have a temperature sufficient to initiate and cause? a reaction between solid phases including carbon, oxygen and ore. These gases are heated outside the machine by burning a combustible gas therein and also by igniting the gases extracted from the bed in a burner 12 and by recycling at least part of them by means of a fan 13 in order to make them pass through the gas again. bed or load.
The heating of this charge therefore results from the passage of hot gases through it, and from the oxidation of a part of the carbonaceous material.
Although it is impractical to use completely inert gases in the gas stream of the carburization or prereduction phases, one could easily. use such gases, for example nitrogen. From a practical point of view, however, oxygen-poor air is much more conveniently used which due to the existence of small amounts of this oxygen, for example 5 to 15% by volume, and preferably 5 to 8% by volume. %, may be slightly oxidizing. Alternatively, since the gases include oxides of carbon, for example CO, they may be inherently slightly reducing.
The term “substantially neutral” used here to designate the gases which are passed through the charge therefore designates completely neutral or inert gases, as well as the gaseous compositions comprising air and which may contain small amounts, for example 5 to 15% by volume, either of oxidizing components such as oxygen, or of reducing components, such as
<Desc / Clms Page number 13>
carbon monoxide. As noted, air can be added to help the bed ignite and react chemically.
EMI13.1
cally under the effect of the updraft.
As indicated in United States Patent No. 3,264,091, if the passage of inert gases is continued long enough, the temperature of the charge can reach about 1300 to 1340 C, temperature at the bottom. - which the reduction of iron oxides takes place at a rate of about 60 to 90% of the iron existing in the feed, and the pellets go beyond the state of agglomeration by a slag and in fact become agglomerated by the metal, or metalli-
EMI13.2
sées. ---.
- -. - .- ¯ ¯ ¯¯¯ -------- w - ¯ ¯ -
The pellets processed according to the present invention can be loaded directly into a melting furnace or they can be cooled and transported to a remote foundry. In either case, the invention made it possible to carry out the reducing reaction on the moving screen machine, and the flux is included in the pellets obtained. Those which come out of this machine according to the process are practically completely independent and are therefore easy to transport and handle, unlike the agglutinated product which was obtained previously.
Although the procedure as just described can be successfully implemented, better results are obtained as regards the prereduction when the direction of passage of the hot gases in the load is changed. dumplings. If the gases are passed through the bed in the opposite direction to that of the carburizing and pre-reduction gases, it is ensured that the reaction is of substantially the same magnitude at all levels of the feed. After having
<Desc / Clms Page number 14>
reversed the direction of passage, it is possible to obtain an additional reduction and a strong metallization of the pellets in a zone which immediately follows that of the inversion.
For example, if the carburizing and pre-reduction stream is directed up and down and at a flow rate of about 30 to 60 m3 per m2 per minute, the pre-metallization stream is ascending and has a flow rate of about 8 to 60 m3 / m2 / minute.
The pellets can then enter a heat absorption zone where the gases pass from top to bottom. In the process thus modified, the extent of the metallization is, as indicated above, from about 60 to 90% of the iron exuding in the ore of the charge.
In the methods of making pellets described above, any kind of carbonaceous material can be incorporated as a reducing agent. In order to give a product agglomerated by a slag, this reducing component must also include a tarry or asphalt material serving as a binder-forming agent. When using coke, charcoal, lignite or anthracite, add to this fuel about 25% of its weight of a tarry residue which melts easily. Bi-tuminous charcoal, which already contains this ingredient, does not require any other additives.
FIG. 2 shows schematically the implementation of a variant according to the present invention. The devices used are conventional. As thus shown in Figure 2, a mixture of pulverized iron ore, pulverized carburized material and pulverized flux, of composition similar to that indicated above, is fed by a conveyor 30 to a drum.
<Desc / Clms Page number 15>
classic 31 with inclined rotating bowl. From there the freshly made pellets having average dimensions of about 12.5 to 38 mm are fed by means of a conveyor 32 to a conventional movable screen machine 33.
These relatively large pellets are placed on the grids under a thickness of 250 to 500 mm, advantageously around 380 mm, the thickness of the bed being fixed by means of a hatch 34 which can be adjusted to adjust the thickness of the bed. load at the desired height.
The pellets first pass through a drying zone which is delimited by the hood 35 and the cooperating blowing box 36 arranged below the grids. A stream of recycle gas having a temperature of 150 to 315 ° C. is passed through the bed, the moisture-laden gases being sent to the atmosphere by means of a fan 37.
The duration of the stay of the pellets in this zone is regulated so as to be sure that their moisture content is less than about 2% water by weight, the rate of moisture removal being such that the crumbling and disintegration of the pellets is avoided. Usually, flow rates of about 60 to 90 m3 / m2 / minute, and a residence time in this zone of about 8 to 12 minutes, give a sufficient product. dry.
Then the pellets are ignited under a gas flame 45 in the open air. The ooffre 38 disposed under the grid in the carbonization and pre-reduction zone associated with the fan 39, passes the hot gases up and down in the load and allows the carbon contained in the carbon component to be burnt. It also causes the ambient air in the load to pass from top to bottom. cause
<Desc / Clms Page number 16>
of the negative pressure caused by the fan 39. This allows the fuel to continue to oxidize, which heats the load and starts a partial reduction of the ore under the effect of the latter's reaction with the carbon.
The fan 43 creates an updraft at the end of the combustion zone, as in the apparatus of figure 1.
The temperature of the charge in this zone reaches about 980 0 and the ore can be converted to free metallic iron at the rate of about 15 to 40%. The iron thus produced is in the form of very finely divided particles, the pellets are generally bound by a slag and the reoxidation of the reduced iron to iron oxides is minimal. These pellets are not as crush resistant as the more highly metallized ones disclosed in U.S. Patent Application No. 289,221 of June 20, 1963 filed by Thomas Eugene BAN. However, they can be sent directly to a melting furnace or they can be cooled and transported to a distant furnace.
The air flow in the combustion and pre-reduction zone is approximately 30 to 60 m3 / minute per m2 of the box surface and the bed reaches a temperature of approximately 980 to 1200 0 at the end of this zone. .
In order to use the heat of the gases leaving the combustion zone, a burner 40 can be fitted in the pipe. These gases are returned to the drying zone and, if necessary, air can be introduced there at 41 to port. end their temperature to the correct value. The combustion gases contain by weight about 15 to 23% oxygen.
This process, which is a modification of the CASE process described in the United States patent, has been found to
<Desc / Clms Page number 17>
America No. 2,806,779 allows less coal or carbonaceous material to be used, for example up to 33% less in the initial mixture and also decreases the tendency for slag formation in the final product.
The latter is thus obtained in the form of separate pellets which have undergone a certain reduction in size and have undergone
EMI17.1
a redueti-an-j? artiellu-dBs oxides contained therein, which forms therein separate microscopic free particles of iron.
: In general, the proportion of carbon used in the compositions is determined by the amount of reduction and hardening, which the material must achieve. This material should contain free carbon and provide an amount at least sufficient to convert all the iron oxide to metallic iron and to provide the desired level of carbon, eg 3.5%, in the pigs obtained. In a practical way of determining the amount of carbonaceous matter, it is assumed that carbon reacts with iron oxides to give carbon monoxide instead of CO2 or a mixture of CO and CO2.
It is further assumed that only the carbon fixed in this way undergoes the reaction or is available to it. A certain
EMI17.2
part of this fixed carbon is lost, ¯¯lton -a.d e1ï qu.-it is about 20%. bench-; when the quantity of carbon available in the material has been calculated and the quantity necessary to reduce the ore to the element iron has been calculated, the quantity found is multiplied by 1, 2 to take account of the losses in fixed carbon. The result divided by the proportion of fixed carbon in the carbonaceous material gives the quantity of this material to be used in a composition
<Desc / Clms Page number 18>
given. The usual materials contain about 55% fixed carbon.
It is usually sufficient for this purpose that the carbonaceous dobby represents 25 to 50% and most of the time about 30% of the total weight of the mixture.
It goes without saying that the present invention has been described above for explanatory purposes, but in no way limiting and that it is possible to make any detailed modifications thereto without departing from its scope.