Ingvar Anton Olof Edenwall, Douglas Sewerin Ekman,
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La présente invention concerne un procédé pour la production d'un produit partiellement réduit convenant pour des traitements
de réduction en continu de matière contenant des oxydes métalliques
finement divisés tels que des concentrés de minerai ou des produits intermédiaires à l'état d'oxyde.
Selon la majorité dea procédés de production classique de
métaux, des matières contenant des oxydes finement divisés avant
d'être soumises au traitement de réduction doivent être transformées
par des procédés d'agglomération sous une forme cohérente.
Normalement, l'opération d'agglomération comporte un frittage
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des pellets aient été formés par des opérations:.de pelletisation comportant un lien réalisé à froid (lien chimique). Le briquettage a été également utilisé et est apparu particulièrement intéressant dans les cas où l'on souhaite obtenir un produit aggloméré contenant ; un agent de réduction.
Il a également été suggéré de réduire une matière finement divisée contenant des oxydes avant l'agglomération de la matière.
Ainsi, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 607 217,
il est proposé un procédé dans lequel une matière brute contenant
des oxydes de fer finement divises est, dans une première étape, partiellement réduite dans un réacteur à lit fluidisé après quoi
la matière partiellement réduite finement divisée est introduite
en même temps que des hydrocarbures liquides lourds dans un second réacteur à lit fluidisé dans lequel les produits agglomérés contenant des oxydes de fer partiellement réduits et du coke sont formés, ledit coke provenant de l'hydrocarbure, et servant d'agent liant entre les fines particules d'oxyde de fer réduit.
Avant que soient mises au point les méthodes modernes
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frittage éclair. Le principe de base des procédés de frittage éclair proposés et étudiés comporte la chute d'une matière à l'état d'oxyde
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finement divisé dans une chambre de réaction de forme générale cylindrique s'étendant verticalement, par exemple sous forme d'une cheminée ou d'une cuve, en contact avec des gaz de combustion chaud, ladite matière étant chauffée à une température telle qu'il se
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La matière traitée est refroidie et évacuée de la cuve de différentes manières. Des exemples de la manière dont le refroidissement et l'évacuation peuvent être effectués apparaissent dans les brevets <EMI ID=7.1>
les brevets suédois 68 228 et 90 903.
Le frittage éclair est une opération intéressante sous différents aspects parmi lesquels on peut mentionner :
- absence de pré-traitement de la matière; la matière ayant une teneur en humidité normale ne doit pas être séchée,
- en principe, le procédé peut s'effectuer facilement et les frais d'appareillage sont relativement faibles,
- une production élevée peut être obtenue, même avec des appareillages de dimension relativement modeste,
- la matière peut être partiellement réduite jusqu'à certaines valeurs,
- le soufre ou l'arsenic que l'oxyde peut contenir est séparé pour une large part et il est également possible de séparer .
dans une certaine mesure le zinc.
Malgré ces avantages, le frittage éclair n'a pas été
utilisé jusqu'à présent dans une large mesure. De nombreuses
raisons existent à cet égard parmi lesquelles on peut mentionner que :
- l'oxyde fondu a attaqué le revêtement de briques de la cuve;
ce problème peut être surmonté mais cependant en refroidissant
la cuve de manière que ses parois soient encroûtées par de la matière solidifiée,
- par suite de la difficulté de régler l'opération, la matière frittée présente facilement une compacité telle qu'il est difficile de réduire la matière dans un procédé de traitement continu,
- des problèmes mécaniques importants sont rencontrés lorsqu'on évacue un tel produit fritté compacte du fond de la cuve, ce produit fritté lorsqu'il est refroidi pouvant présenter un <EMI ID=8.1>
il se comporte comme un monolite.
La Demanderesse a trouvé qu'il est possible de résoudre ces problèmes d'une manière étonamment simple lorsqu'on effectue l'opération de frittage du type mentionné précédemment, dans lequel la matière contenant l'oxyde métallique subit une fusion tandis qu'elle tombe vers le bas à travers la cuve, en mettant en contact ladite matière avec des gaz de combustion chauds tout en employant un agent de réduction carboné ou contenant du carbone, si selon la présente invention, la matière contenant l'onde métallique fondu dans la partie inférieure de la cuve, tout en étant partiellement réduit en contact avec l'agent de réduction alimenté, est transformée en un produit partiellement réduit contenant la matière carbonée solide.
Dans le cadre de l'invention, figure aussi l'utilisation partielle ou totale de matières premières sulfurées :.. poux obtenir un produit partiellement réduit. Selon l'invention, on fournit un procédé dans lequel au moins une partie de la matière contenant l'oxyde métallique est produite par grillage de sulfure métallique finement divisé dans une zone de la cuve, disposée à la partie de celle-ci constituant la zone de réduction où la matière contenant l'oxyde métallique est partiellement réduite. Par conséquent,
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on obtient un procédé de pré-traitement qui est particulièrement avantageux pour la récupération ultérieure de métal à partir de matière formée de sulfures métalliques, du fait qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un appareillage séparé pour griller le sulfure métallique en oxyde métallique et du fait' que la chaleur
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pour fondre l'oxyde métallique.
L'agent de réduction carboné ou contenant du carbone est alimenté à la cuve, de préférence en-dessous de la zone éventuelle dans laquelle le sulfure métallique est grillé, cet agent pouvant être constitué par une matière capable de former du coke par chauffage ou étant constitué par du coke produit à l'extérieur de la cuve. ' Ledit. agent de réduction carboné ou contenant du carbone peut par conséquent être formé par un produit <EMI ID=11.1> tourbe etc., qui est transformé en coke dans la cuve tout en produisant des gaz combustibles.
L'agent de réduction précité peut être chargé à la partie supérieure de la zone de réduction dans laquelle se produit la réduction et être préchauffé et éventuellement transformé en coke au cours de son passage vers le bas dans ladite zone. Dans certains cas, cependant, l'agent de réduction peut être chargé dans la cuve plus bas que ladite zone où.se produit la réduction ou peut même être chargé dans un réacteur connecté à la partie inférieure de
la cuve, dans lequel se produit la réduction et la fusion finales du produit fritté.
Selon un mode d'exécution préféré, l'agent de réduction
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peut être'un oxydant plus ou moins ' actif ' et qui peut être préchauffé. Les courants de gaz quittant les ajutages d'alimentation sont dirigés de manière qu'un\tourbillon présentant un axe essentiellement vertical soit formé dans la zone de réduction,
ce qui provoque une réaction plus intense entre l'oxyde métallique et le gaz et disperse l'agent de réduction sur la section droite verticale de la cuve d'une manière souhaitable. Le tourbillon
est avantageusement créé en dirigeant les courants gazeux des ajutages d'alimentation obliquement vers le bas, et en même temps
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est inférieur à la dimension de la section droite la plus petite
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Selon un autre mode d'exécution, la matière contenant le sulfure métallique est alimentée au sommet de la cuve et un gaz éventuellement préchauffé destiné à des usages de combustion ou
de grillage est également alimenté à la zone de grillage de la cuve. Ce gaz peut contenir de 20 à 100 % en volume d'oxygène libre mais
peut être également constitué totalement ou partiellement de vapeur d'eau lorsqu'il est souhaitable d'obtenir au cours de l'opération
de grillage un gaz de grillage dont le soufre doit être récupéré,
par exemple selon le procédé Claus.
Au cours de son passage dans la zone de grillage, la matière contenant le sulfure métallique'est soumise à une opération de grillage au cours de laquelle le soufre lié dans le sulfure est
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totalement. Les gaz chauds utilisés pour fondre la matière contenant l'oxyde métallique peuvent être produits par la combustion d'un combustible solide, liquide ou gazeux et/ou par combustion partielle d'un agent de réduction carboné ou contenant du carbone. Pour la combustion du combustible et/ou de l'agent de réduction, on peut utiliser un gaz oxydant contenant de 20 à 100 % en volume d'oxygène libre. En vue d'épargner le combustible, ce gaz peut être préchauffé,
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de faible pouvoir calorifique du procédé.
L'agent de réduction et l'oxyde métallique réagissent entre eux dans la partie inférieure de la cuve pour réduire partiellement l'oxyde et pour former essentiellement du monoxyde de carbone. Pour la plus grande partie des oxydes métalliques, par exemple pour ce qui concerne le fer, cette réaction est endothermique. Par conséquent, la matière fondue contenant l'oxyde métallique est transformée au cours de la réduction partielle de la matière en
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l'état semi-solide, le gaz qui se dégage a pour résultat que le produit fritté présente un caractère poreux et une structure apparemment boursouflée.
Le gaz de réduction formé lors de la réduction partielle
de l'oxyde dans la cuve, de même que le gaz de réduction qui peut être formé dans le réacteur de réduction et de fusion final éventuel après la cokéfaction éventuellement de l'agent de réduction carboné ou contenant du carbone et après la combustion partielle
de l'agent de réduction avec le gaz porteur oxydant, peut subir
une combustion partielle ou totale dans la cuve en alimentant un
gaz oxydant dans une partie convenable de celui-ci.
Il est généralement souhaitable que le produit soit réduit dans une proportion relativement importante. Ceci peut être obtenu selon l'invention en distribuant l'alimentation de gaz oxydant
sur la hauteur de la cuve de manière que les conditions dans la partie supérieure de la cuve soient plus oxydantes tandis que
les conditions dans la partie inférieure de ladite cuve soient
plus réductrices, grâce à quoi la matière contenant l'oxyde métallique est partiellement réduite dans une certaine proportion au
cours de sa chute dans la cuve. Un effet correspondant peut être également obtenu selon l'invention, en alimentant l'agent de réduction et le combustible éventuel en même temps qu'une partie
des gaz maintenant le processus de combustion à la partie inférieure de la cuve, de manière à créer des conditions de réduction dans
cette partie de la cuve.
Dans ces cas, les matières contenant du sulfure métallique sont alimentées dans la cuve et y subissent un grillage comme
décrit ci-dessus, l'énergie développée au cours de l'opération
de grillage étant souvent suffisante pour fondre le produit grillé.
Qu'une fusion se produise ou non, le gaz réducteur de la zone de réduction sous-jacente peut subir une combustion dans la zone de grillage en y alimentant un gaz oxydant, l'énergie ainsi produite pouvant être utilisée pour réaliser la fusion finale et/ou la surchauffe du produit grillé. Il est également prévu dans le cadre de l'invention de provoquer une combustion complète ou partielle du gaz réducteur dans la cuve en-dessous de la zone de grillage. Cette:dernière façon de procéder est particulièrement avantageuse lorsque l'on souhaite obtenir un gaz de grillage riche en soufre, grâce à quoi la majeure partie du gaz'de combustion peut être retirée avantageusement de la cuve, en-dessous de la zone de grillai
Les gaz de grillage sont extraits, éventuellement avec les gaz de combustion,de préférence au sommet de la cuve. A cet effet, la partie supérieure de la cuve est de préférence formée de manière que le produit grillé soit séparé de la masse de gaz par un effet de cyclone. Ceci peut être obtenu en disposant les ajutages d'alimentation pour le sulfure métallique et le gaz pour le grillage, pêriphériquement autour du sommet de la cuve, lesdits ajutages étant dirigés obliquement vers le bas et placés latéralement de manière que les courants touchent la périphérie d'un
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en section droite de la cuve. Les particules de matières qui ne sont pas projetées directement dans la zone de réduction de la cuve seront, de cette manière, recueillies à la paroi de.la cuve dans la partie supérieure de celle-ci et - se déplaceront
le long de la paroi vers le bas en direction de la zone de réduction. L'effet de cyclone est amplifié si la masse gazeuse de la zone de réduction selon ce qui précède, se voit conférer un mouvement rotatif et si le gaz oxydant, qui selon ce qui précède est alimenté à la cuve, peut amplifier le mouvement rotatif en étant injecté tangentiellement dans la cuve, par exemple de la manière décrite ci-dessus en ce qui concerne les ajutages d'alimentation.
La matière contenant le sulfure métallique et/ou l'oxyde métallique et/ou l'agent de réduction carboné ou contenant le carbone est avantageusement injectée dans la cuve en utilisant le gaz oxydant comme gaz p orteur.
L'alimentation de l'agent de réduction carboné ou contenant du, carbone peut être réglée de manière que la quantité de matière carbonée dans le produit partiellement réduit est au moins suffisante pour la réduction finale de la matière contenant l'oxyde métallique dans ledit produit. De cette manière, le produit fritté devient cassant et les grains de coke dans le produit constituent des lignes de fracture. En conjonction avec la nature poreuse prémentionnée du produit fritté, cette formation de lignes de fracture permet au produit, lorsqu'on met en oeuvre le procédé de l'invention, d'être évacué de la cuve sans provoquer de difficultés de nature mécanique.
De plus, le produit se voit conférer des propriétés
qui sont particulièrement intéressantes pour un traitement poursuivi du produit, ces propriétés, étant :
- la porosité importante permettant une réduction aisée du produit,
- la quantité de coke dans le produit pouvant être adaptée pour une fusion directe dans des fours à cuve du type électrique ou
du type à soufflante; pour épargner le coke, les agglomérés pour lesdits fours sont' antérieurement produits par briquettage, en utilisant un anthracite simple et des agents liants, après quoi les briquettes subissent normalement une cokéfaction,
- du fait que les produits frittés présentent un degré de réduction important, une énergie inférieure est nécessaire pour l'opération de fusion ultérieure, ceci étant particulièrement important sous h l'aspect économique lorsque la fusion est effectuée électrique- ment.
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par le procédé de la présente invention réside dans le fait qu'un agent de réduction tel qu'un charbon de basse qualité qui ne convient pas qualitativement comme produit de départ pour du coke
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des ressources naturelles importantes de ce type.de charbon l'opposé du charbon convenant pour des usages métallurgiques,
ce dernier type de charbon pouvant devenir très rare dans un futur proche.
Comme indiqué précédemment, le produit solide partiellement réduit contenant du carbone peut être évacué en continu mécaniquement'de la partie inférieure de la cuve de manière connue en soi
et être finalement réduit et fondu dans un réacteur séparé de la cuve. Il est apparu particulièrement avantageux cependant de relier directement la partie inférieure de la cuve à un réacteur pour une réduction et une fusion finale du produit en alimentant'de l'énergie audit réacteur.
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tion de métaux, en particulier du fer, à partir d'oxydes directe-
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une flamme. Des exemples de ces procédés apparaissent dans les
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suédois 206 113 et dans la demande de brevet allemand DT-OS
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effectués jusqu'à présent selon ces procédés résultent du fait qu'il est d'abord difficile de réduire suffisamment la matière, même si l'on permet au gaz de quitter la cuve sans combustion complète et avec un potentiel réductif élevé et d'autre part par suite du degré important de l'attaque du revêtement de briques de La cuve, ce revêtement pour ce qui concerne le meilleur bilan thermique du procédé autogène ne devant pas être,refroidi.
La quantité de chaleur consommée par le procédé est également élevée par suite du fait que la teneur calorifique chimique des gaz rejetés n'est pas totalement utilisée. Ainsi, dans le brevet des Etats-Unis 1 847 527, il est proposé la réduction d'un minerai oxydé finement divisé dans une cuve, partiellement au moyen d'un arc électrique vertical comme source de chaleur et une fusion ultérieure et une réduction finale du minerai réduit ou partiellement réduit qui est recueilli sur une sole d'une chambre de fusion horizontale.
La chambre de fusion est chauffée au moyen d'un arc électrique et le gaz de réduction de la cuve subit une combustion dans ladite chambre en y alimentant de l'air, ce qui permet d'obtenir une atmosphère oxydante dans ladite chambre, avec le risque entre autre d'une réoxydation du métal formé et le risque d'une formation non souhaitée de scories du métal.
Les difficultés du type prémentionné sont surmontées par
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- la cuve comporte des parois refroidies qui sont couvertes constamment d'une matière solidifiée sur celle-ci, ce refroidissement étant de préférence effectué par vaporisation d'eau sous pression,
- les gaz subissent une combustion, de préférence complète, avant qu'ils quittent la cuve,
- la nécessité d'une réduction pratiquement complète des oxydes métalliques est évitée.
Bien que la matière dans l'opération de réduction partielle ne soit pas réduite d'une manière importante, par exemple dans le
<EMI ID=27.1> est connecté directement à la partie inférieure de la cuve, uniquement des quantités relativement faibles d'énergie sont nécessaires pour effectuer la réduction finale des oxydes et la fusion des scories et du métal obtenu par la réduction; ceci résulte de la fusion de la matière sous forme d'oxyde métallique et de l'importance dont l'oxyde fondu est surchauffé au cours de son passage dans le four. Avantageusement, la cokéfaction de l'agent de réduction et" le chauffage du coke forme sont effectués dans la cuve en même temps que la calcination et le chauffage
du fondant éventuellement alimenté. De plus, la radiation de la flamme dans la cuve sur la surface de la charge dans la partie inférieure de celle-ci contribue à couvrir les exigences énergétiques prémentionn.ées.
Un avantage particulier est obtenu lorsque l'énergie nécessaire à l'opération de réduction finale est alimentée au réacteur par voie d'électro-induction. Le procédé décrit dans
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cet effet. Le procédé selon l'invention n'est cependant pas limité aux domaines de fréquence du courant alternatif dans les bobines d'induction apparaissant dans ces brevets.
Une autre manière d'alimenter au réacteur la chaleur nécessaire comporte la combustion de carbone en excès dans le produit partiellement réduit. Une disposition similaire par exemple à celle utilisée avec les opérations de haut-fourneau classiques peut être utilisée à cet égard. Ceci signifie qu'un certain nombre de tuyères est placé autour de la périphérie du réacteur à une hauteur convenable à partir du fond et qu'un vent qui est constitué d'air est alimenté au réacteur par les tuyères, ce .vent: étant de préférence enrichi en oxygène et étant de préférence préchauffé. Eventuellement, un combustible solide, liquide ou gazeux peut être alimenté au réacteur simultanément / avec le vent chaud, en vue de répondre aux exigences énergétiques
et également pour régler le potentiel oxygène à un certain niveau, par exemple un niveau auquel la réduction et la vaporisation de
tout zinc présent: peuvent être assurées.
L'utilisation de brûleurs au plasma constitue un exemple d'une manière dont le réacteur peut recevoir suffisamment d'énergie selon l'invention.
Selon l'invention, il est de plus possible et avantageux lorsqu'un produit fondu finalement réduit doit être obtenu et lorsque un agent de formation de scories contenant de la chaux est alimenté au cours de la réduction, d'utiliser une partie de la chaleur physique contenue par les scories fondues retirées. L'agent de formation de scories est ensuite produit à partir d'une partie
des scories fondues retirées et une matière solide contenant delà pierre à chaux non calcinée, cette matière étant au moins partiellement cal-
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En utilisant la teneur calorifique des scories retirées d'une telle manière rationnelle, un agent de formation de scories efficace peut être obtenu à partir de matières premières bon marché tout en utilisant de l'énergie qui serait s.utrement perdue. Des quantités considérables d'agent de réduction ou de combustible, de même que l'énergie électrique, sont épargnées par le fait qu'il n'est pas nécessaire' de calciner la chaux dans la cuve ou le réacteur, en addition auxquelles l'agent de formation de scories peut être alimenté à l'état chaud.
Parmi les sulfures métalliques qui peuvent être traites avantageusement selon l'invention, en peut citer la pyrite, la pyrrhotite, la chalcopyrité, la galène ou la galénite, la pentlandite, l'arsénopyrite, la blende de zinc et certains mélanges de deux ou plusieurs de ces matières à l'état de sulfure. Lorsqu'on met en oeuvre le procédé selon l'invention, on peut produire en conjonction avec certains sulfures métalliques tels que les sulfures de plomb ou de cuivre, un produit grillé présentant une teneur élevée en matière métallique. En pratique, la quantité de métal directement produite dépend de la teneur.en soufre permise du produit fini partiellement réduit. Lorsqu'une teneur faible en soufre est souhaitée, une partie importante du sulfure métallique doit être transformée en oxyde métallique dans la zone de grillage.
Des modes d'exécution donnés à titre d'exemples de l'invention seront décrits plus en détail ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente schématiquement une installation convenant pour la mise en pratique du procédé de l'invention et les figures 2 et 3 représentent schématiquement deux
modes d'exécution de construction modifiée de cuve qui peuvent
être avantageux en relation, avec le procédé de l'invention.
L'installation représentée à la figure 1 est destinée à la production de fer fondu à partir d'oxyde de fer finement divisé
qui peut avoir été obtenu par grillage de pyrites dans un lit fluidisé comportant une cuve ou cheminée 1 dans laquelle l'oxyde
de fer est fondu et partiellement réduit. La partie la plus inférieure de la cheminée 1 communique directement avec une zone
de réacteur 2 dans laquelle l'oxyde de fer partiellement réduit subit la réduction finale et est fondu pour former le fer fondu.
Les gaz qui se forment, en même temps qu'une certaine quantité de poussières et de composés vaporisés ou gazéifiés des matières alimentées, quittent la partie supérieure de la cheminée <1> par un conduit d'évacuation 3 qui communique avec des moyens 4,
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comportent un bouilleur de vapeur 4, un dispositif à cyclone 5 et un dispositif d'épuration de gaz 6 qui est construit, par
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par la conduite 7 vers une conduite de cheminée. Au moins la
partie supérieure de la cuve 1 et de manière similaire également
le conduit d'évacuation de gaz 3 sont construits de tubes métalliques à travers lesquels on provoque la circulation d'eau qui passe à l'ébullition. Le conduit 3 est de préférence équipé de moyens
pour éliminer les parois du tube de, dépôt. D'autre part, on tente de fournir un revêtement protecteur de matière formée d'oxyde ;
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ces parois pouvant être avantageusement pourvues de protubérances soudées sur celles-ci, ces protubérances facilitant la solidifica- ; tion de la matière fondue sur les parois. La vapeur formée dans
les tubes est séparée en même temps que la vapeur formée dans le bouilleur 4 dans un dôme de bouilleur de vapeur 8, à partir duquel
la vapeur séparée est amenée par des conduites 9 et 10 à une
turbine à condenseur 11 via une. partie de surchauffe formant partie constitutive du bouilleur 4. La vapeur passant par la turbine 11
est condensée dans le réfrigérant 14, le condensat formé dans le réfrigérant et le quittant par la conduite '13 pouvant être renvoyé
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chaude peut être utilisée, la turbine 11 peut être avantageusement remplacée par une turbine à contre-pression.
Disposés sur le sommet de la cuve 1, des brûleurs 14 sont disposés annulairement pour amener à la cuve 1 de l'oxyde de fer finement divisé; du charbon finement divisé ou un autre agent
de réduction carboné ou contenant du carbone, de la chaux finement divisée et/ou de la pierre à chaux finement divisée et/ou tout autre agent de formation de scories ou un fondant, de la poussière recyclée du bouilleur 4 et du dispositif à cyclone ainsi que de l'oxygène gazeux ou tout autre gaz convenant pour maintenir la combustion, par exemple de l'air ou de l'air enrichi par de l'oxygène. Dans le mode d'exécution illustré, de l'oxygène gazeux est alimenté aux brûleurs 14, l'oxygène gazeux étant formé dans
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l'air comprimé par un compresseur 16 entrainé par la turbine 11. Les conduits d'admission et d'évacuation d'air du compresseur 16
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L'oxyde de fer, le charbon, la pierre à chaux et la poussière recyclée sont stockés dans des réservoirs 19 à 22 dont ils sont retirés en proportions convenables et alimentés dans un
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transporteuse 23. Ce mélange de matière est alimenté depuis le
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gazeux est alimenté aux brûleurs par les conduits 27 et 28 dont
le dernier communique avec les conduite 26.
Les brûleurs 14, deux d'entre eux étant. représentés dans la figure 1 , sont dirigés obliquement vers le bas et tangentiellement à un cercle imaginaire au fond de la cuve 1. Le diamètre de ces cercles imaginaires est approximativement un quart du diamètre de la cuve et la disposition ainsi que l'angle d'inclinaison des brûleurs sont tels que la matière de ceux-ci frappent la périphérie du cercle imaginaire selon des régions disposées symétriquement autour de celui-ci. De l'oxygène gazeux complémentaire pour la combustion finale de la matière est alimenté à la partie supérieure de la cuve 1 par des ajutages essentiellement horizontaux 29 qui sont alimentés par la conduite 27 par des branchements 30 provenant de celle-ci.
Les ajutages 29 sont dirigés dans une cartaine mesure tangentiellement, avantageusement de manière que les courants d'oxygène gazeux produits par ceux-ci sont tangentiels à un cercle imaginaire dont le diamètre est approximativement un tiers du diamètre de la cuve. Au cours de son passage des brûleurs 14 vers le bas dans la cuve, l'oxyde de fer est fondu et partiellement réduit et le charbon est transformé en coke tandis que la pierre de chaud est décomposée. La poussière recyclée qui est constituée essentiellement d'oxyde de fer est également fondue et partiellement réduite. L'oxyde de fer fondu est partiellement réduit, en même temps que
le coke et la chaux vive atteignent la surface[deg.]supérieure du lit
de matière de la zone de réacteur disposé au fond de la cuve et dans la région supérieure dudit lit de matière, l'oxyde de fer fondu réagit avec le coke pour effectuer une réduction partielle complémentaire de l'oxyde de fer et un refroidissement. La matière constituant le lit prend à ce moment une consistance semi-liquide ou une consistance pâteuse.
L'oxyde de fer est finalement réduit et fondu dans la zone- du réacteur 2 avec une consommation complémentaire de coke, ce
qui provoque la formation de fer métallique qui est recueilli en même temps que les scories fondues dans la partie inférieure de la zone du réacteur. Le fer fondu et les scories sont éliminés soit
en continu soit par intermittence de ladite partie de fond par
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introduite est avantageusement choisie de manière que soit maintenu ' en suspension dans le bain de fer et de scories 38 un lit de coke
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subit une réduction de la teneur en fer, du silicium est formé par réduction et le fer fondu est carburé.
L'énergie nécessaire à la fusion et à la réduction finale de l'oxyde de fer est alimentée à la zone de réacteur 2 par un chauffage électro-inductif de la matière contenue dans celle-ci. A cet effet, on dispose autour de la zone de réacteur une bobine d'induction 32 qui reçoit du courant alternatif d'un générateur 33
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Par un tel chauffage inductif, l'énergie développée par unité de volume de la matière du lit s'accroît du centre de la zone de réaction vers le périphérie de celle-ci. Par conséquent, la matière alimentée au lit se déplacera obliquement vers le bas et vers l'extérieur au cours de la réduction progressive de l'oxyde de fer et ceci tout en fondant, comme indiqué par les flèches de la figure 1.
De la poussière formée essentiellement d'oxyde de fer
est séparée dans le bouilleur 4 et le dispositif de cyclone 5. Cette poussière est emportée par des bandes transporteuses 35 et 36 et circule par des dispositifs non représentés vers l'un des réservoirs 19 à 22 qui est utilisé pour stocker la poussière recyclée. Les métaux retirés de la matière au cours de l'opération tels que le plomb et le zinc sous forme de grains fins d'ondes
et le trioxyde d'arsenic sous forme de vapeur passent dans le bouilleur 4 et le dispositif de cyclone 5 et sont séparés SOUS forme solide dans l'installation d'épuration de gaz 6. La poussière
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pour subir un traitement séparé et n'est par conséquent pas renvoyée à l'un quelconque des réservoirs 19 à 22.
La vapeur produite dans la cuve <1>, le conduit d'évacuation de gaz 3 et le bouilleur 4 est utilisée pour entrainer la turbine
11 qui en plus du compresseur 16, entraine également le générateur
33.
En réglant l'alimentation de matière combustible, l'énergie produite dans la cuve 1 de fusion-éclair peut être avantageusement réglée' de manière que la quantité de vapeur produite est suffisante pour couvrir l'énergie totale nécessaire pour la fusion et la réduction et pour entraîner l'équipement de production d'oxygène gazeux 15.
Avec une installation du type décrit ci-dessus présentant une capacité de 30 tonnes de fer fondu par heure, l'opération totale nécessite environ 590 kg de charbon par tuane de fer avec un pouvoir calorifique par rapport au charbon de 26,4 GJ/tonne
(6,3 Gcal/tonne), ce qui rend le processus autogène en. ce qui concerne l'énergie nécessaire pour la fusion et la réduction des oxydes de fer et la production d'oxygène gazeux avec des rendements normaux dans les différentes étapes de conversion d'énergie telles que le bouilleur, la turbine, le générateur, le convertisseur etc. Ainsi, l'opération ne nécessite une énergie primaire sous forme de
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comparaison, on peut mentionner que les nécessités en énergie primaire pour une opération au haut-fourneau classique sont de
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De plus, par le procédé de l'invention, le charbon utilisé peut être de moindre qualité que le charbon utilisé.pour la production de coke de haut fourneau.
La cuve 41 représentée à la figure 2 et comportant une zone supérieure et inférieure respectivement 55 et 56, est prévue pour faire partie d'une installation du type général/illustré et décrit à la figure 1 mais a été modifiée pour la production de fer fondu à partir de concentrats finement divisés de pyrite. La partie inférieure de la cuve 41 se confond directement avec la zone de réacteur 42 dans laquelle de l'oxyde de fer partiellement réduit subit une réduction finale et une fusion pour former du fer fondu.
Disposés au sommet de la cuve 41, des brûleurs 43 sont disposés annulairement à travers lesquels on admet à la cuve
les concentrats finement divisés, de la chaux finement divisée et/ou d'autres agents de formation de scories ou des fondants,
de la poussière recyclée et de l'oxygène gazeux ou un autre gaz tel que de l'air ou de l'air enrichi en oxygène pour maintenir l'opération de combustion ou de grillage. Dans le mode d'exécution illustré, la matière solide est introduite dans les brûleurs 43 par les conduits 44, 45 et de l'oxygène gazeux par le conduit 46 . et les branchements 47 et 48 partant dudit conduit 46. Les brûleurs
43 (seulement deux d'entre eux sont représentés dans les dessins) sont dirigés obliquement vers le bas et tangentiellement à un cercle imaginaire dont le diamètre est plus petit que la section droite la plus petite de la cuve, de manière à obtenir un mouvement de tourbillon dans la cuve. L'oxygène gazeux est également alimenté <EMI ID=45.1>
depuis les conduits 4? par des branchements 50 desdites conduites
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manière à contribuer au mouvement de tourbillon créé ' par les ajutages 43. Comme indiqué respectivement en 49a et 49b, des ajutages supplémentaires pour alimenter de l'oxygène gazeux à des niveaux souhaités de la zone 55 et/ou de la zone 56 peuvent être prévus, ces ajutages étant alimentés depuis les.conduits 47
<EMI ID=47.1>
de la même manière que les brûleurs 43 et un agent de réduction solide carboné contenant du carbone est alimenté à la cuve par lesdits ajutages en provenance des conduites 52 et 53, l'agent
de réduction étant transformé en coke aux températures régnant
dans la cuve. Avec le mode d'exécution illustré, le gaz porteur pour l'agent de réduction est de l'oxygène gazeux qui est alimenté aux ajutages 51 par les branchements 54 provenant des conduites 47.
Au cours de leur passage des brûleurs 43 vers le bas dans la zone 55 de la cuve 41, les concentrais subissent un grillage
et de la poussière recyclée ainsi que les produits grillés subissent la fusion. Au cours du passage continu de ces produits dans la zone 56 de la cuve, l'oxyde de fer et la poussière recyclée sont
<EMI ID=48.1> partiellement réduits dans une certaine mesure. L'oxyde de fer fondu et partiellement fondu, en même temps que le coke formé à partir de l'agent de réduction et la chaux vive tombent sur la surface supérieure du lit de matière présent au fond de la cuve 41 et la zone de réacteur 42 et l'oxyde de fer fondu réagira avec la partie supérieure du lit, tandis que le coke est encore réduit et simultanément refroidi. La matière dans le lit présente à ce moment .'la consistance d'un semi-liquide ou une consistance pâteuse. L'oxyde de fer est finalement réduit et fondu dans la zone de réacteur 42 avec une consommation supplémentaire de coke, après quoi le fer fondu et des scories fondues sont recueillis dans la partie inférieure de la zone de réacteur.
Au cours de l'opération de réduction, des gaz contenant contenant du monooxyde de carbone sont formés qui passent vers le haut à travers la cuve en même temps que les gaz formés au cours de l'opération de cokéfaction. Ces gaz sont partiellement oxydés par réaction avec la matière contenant l'oxyde métallique fondu dans la zone 56. et subissent une combustion finale avec de l'oxygène gazeux amené par les ajutages 49 ou éven- <EMI ID=49.1>
évacués de la partie inférieure de la zone de réacteur soit en continu soit de manière intermittente, par des dispositifs de
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à la cuve est avantageusement choisie de manière qu'un lit de coke 5 est maintenu en suspension sur le bain 58 de fer et de scories.
A travers son: ^passage à travers le lit de coke 59, la scorie fondue est amenée à une faible teneur en fer,.du silicium est formé par réduction et le fer fondu est carburisé.
L'énergie nécessaire pour l'opération de fusion et la réduction finale de l'oxyde de fer partiellement réduit est alimenté à la zone de réacteur 42 par chauffage électro-inductif de la
matière contenue dans celle-ci. A cette fin, une bobine d'induction
i 61 est disposée autour de la zone de réacteur 42, ladite bobine
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Comme illustré,.une partie de la chaleur physique des scories séparées peut être récupérée, avantageusement en utilisant
<EMI ID=52.1>
A cette fin, le fer et les scories passent depuis le dispositif
de coulée 57 à un dispositif de séparation de scories 62 dont le
fer fondu et les scories fondues sont évacués ' par des voies différentes comme indiqué respectivement par les flèches 63 et 64.
Une partie des scories est amenée dans un réservoir 65 où elles
sont mises en contact avec de la matière contenant de la pierre
à chaux qui est alimentée au réservoir 65 par l'entrée 66. La
pierre à chaux est ensuite calcinée et la scorie se solidifie,
avec formation de dioxyde de carbone qui est évacué par la sortie
67 tandis que le mélange chaud de scories et de chaux calcinée
est broyé dans un dispositif de broyage 68 à une dimension de particules convenable et ensuite alimenté à la cuve, de préférence
à l'état chaud, soit via un réservoir pour stocker l'agent de formation de scories ou directement auxbrûleurs 43. Les scories restantes qui ne sont pas utilisées pour la calcination de la
pierre à chaud sont évacuées en 69.:
Le mode d'exécution représenté à la figure 3 sera maintenant décrit plus en détail bien que l'on notera qu'uniquement les parties de ce mode d'exécution qui diffèrent du mode d'exécution
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essentiellement correspondants dans les figures 2 et 3 étant identifiés ' par les mêmes repères de référence.
Dans le mode d'exécution de la figure 3, on souhaite obtenir depuis
la zone de grillage 55 un gaz qui est relativement riche en soufre, plus spécifiquement un gaz dont du.soufre sous forme élémentaire
<EMI ID=54.1>
conséquent, on souhaite obtenir un gaz de grillage qui contient
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mélange de vapeur d'eau et d'oxygène, gazeux comme gaz porteur
pour la matière alimentée par les brûleurs 43. Un tel mélange
est également alimenté par les ajutages 49. Lorsque les ajutages
49a sont disposés à la partie supérieure de la zone 55, ces ajutages peuvent recevoir un gaz qui est plus riche en vapeur que le gaz alimenté par les ajutages 49. Le gaz porteur utilisé pour l'agent de réduction alimenté par les conduites 52 et 53 est constitué essentiellement uniquement d'oxygène, qui est alimenté par les conduites 70, dont des branchements 7<1> peuvent être prévus pour alimenter les ajutages 72. Ces derniers ajutages peuvent être disposés essentiellement de la même manière que les ajutages 49b de la figure 2'et servent pour provoquer au moins une combustion partielle du gaz combustible dans la partie supérieure de la zone de cuve 56. Le gaz brûlé est retiré de la zone 56 par un conduit d'évacuation 73 de manière à empêcher une dilution des gaz de grillage.
La chaleur résiduaire des gaz retirés peut être récupérée dans un bouilleur de la même manière que ce qui a été illustré pour les gaz quittant la cuve dans le mode d'exécution représenté
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Finalement, on peut mentionner que par. suite de la simplicité de l'appareillage nécessaire pour la mise en pratique du procédé
de l'invention et le fait que l'installation ne nécessite pas de prévoir une installation de production de coke et une installation
de frittage et une installation éventuelle de grillage séparé ,
les frais d'investissement sont considérablement plus faibles due ceux nécessaires à une opération de haut fourneau classique, même
pour des unités relativement" petites calculées en tonnage.
l'invention sera décrite plus en détail en référence
aux exemples qui suivent :
Exemple 1
On alimente par heure et en continu 45 tonnes d'un concentrat de minerai d'oxyde de fer à une installation du type général décrit en référence à la figure 1 mais sans réacteur connecté à la
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l'état Fe203), 6,9 tonnes de pierres à chaux et <1>9 tonnes de charbon contenant 6 % en poids d'humidité et 20 % en poids de cendres. Un gaz contenant de l'oxygène est alimenté à la cuve en
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Au cours de sa chute dans la cuve, le concentrât de minerai est fondu et partiellement réduit, après quoi il est mis en contact avec un réducteur alimenté au lit à la partie inférieure de la cuve et ensuite subissant une réduction plus poussée, le concentrat de minerai fondu étant refroidi au cours de l'opération de réduction. La température de la matière fondue qui a été partiellement réduite essentiellement en FeO, lorsqu'elle atteint la surface
du lit à la partie inférieure de la cuve est approximativement de
1500[deg.]C et y subit un refroidissement jusqu'à approximativement
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En même temps, 41,7 tonnes de produit fritté sont évacués du fond de la cuve à l'aide d'un dispositif d'évacuation refroidi.
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<EMI ID=61.1>
La température du gaz résiduaire quittant la cuve est de 1750[deg.]C
et les gaz sont alimentés à un bouilleur à vapeur où, en une durée d'une heure, on produit de la vapeur haute pression avec une teneur
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électrique dont 5,8 8 MWh sont utilisés dans un appareillage de
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sont alimentés comme énergie électrique.
Exemple 2
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du charbon de la même qualité que ceux indiqués dans l'exemple 1 sont alimentés dans les mêmes proportions horaires au four représenté dans l'exemple 1, bien que dans ce cas, un four chauffé électro-iuductivement pour la fusion et la réduction finale de la matière soit relié à la partie inférieure de la cuve comme décrit en référence à la figure <1>. La quantité d'oxygène gazeux alimentée à ce four est augmentée légèrement jusqu'à 16.700 Nm<3>/h.
Le produit fritte formé est ensuite fondu dans le réacteur à chauffage électro-inductif. Dans ce cas, le produit final comporte du fer brut fondu et des scories. En une durée d'une heure, 30 tonnes de fer brut présentant une teneur en carbone de 2,5 % en poids et une teneur en silicium de < <1>% en poids et 9,9 tonnes de scories sont retirés à une température d'approximativement 1450[deg.]C. Les gaz résiduaires de la cuve présentent une température d'approximativement 1930[deg.]C et sont introduits dans le bouilleur où de la vapeur
à haute pression d'une teneur énergétique de 58 MWh est produite.
Dans la même période de temps, la turbine à vapeur produit à l'aide de la vapeur haute pression 20,3 MWh d'énergie électrique dont
6,2 MWh sont utilisés pour faire fonctionner une installation
- de production d'oxygène gazeux, 11,1 MWh pour un chauffage inductif du réacteur et' 3,0 MWh pour faire fonctionner un équipement auxi- liaire d'installation.
Exemple 3
Dans ce cas, on utilise une installation du type décrit dans la figure 2 pour la production de plomb à partir de sulfure de plomb. La capacité de l'installation est approximativement de 15 tonnes de plomb par heure. 20 440 kg de concentré de sulfure de plomb comportant 95 % en poids de plomb sont chargés en continu par heure à la zone de grillage de la cuve. Simultanément on admet au four dans la mène période de temps 1500 kg de pierre à chaux,
310 kg de coke, 170 kg d'huile lourde et 6000 kg de poussière recyclée essentiellement sous forme de sulfate de plomb. Les
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La matière fondue à la flamme est partiellement réduite dont la teneur en plomb de 30 % en poids est oxydée en PbO, présente une température de <1>200[deg.]C lorsqu'elle atteint le réacteur chauffé inductivement relié à la partie inférieure de la cuve.
On retire par heure du réacteur <1>5000 kg de plomb fondu à une température de 800[deg.]C et 2700 kg de scories à une température de
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retirés par heure de la cuve. Le gaz contient 52 % en volume de sa 2 et 4400 kg de poussière sous forme de PbO, ladite poussière
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l'installation d'épuration de gaz, après quoielle est recyclés à la cuve sous forme de poussière recyclée contenant du sulfate de plomi En une heure, de la vapeur haute pression avec une teneur en énergie de 2100 kW est produite dans le bouilleur, ladite vapeur étant utilisée pour entrainer une turbine à vapeur qui produit
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le réacteur.
Bien que l'on ait décrit des modes d'exécution particulièrement préférés, il doit être bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ces modes d'exécution décrits et illustrés mais que des modifications sont possibles tout en restant dans le cadre de l'idée inventive.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour la production d'un produit partiellement réduit convenant pour une réduction plus poussée, à partir d'une
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des concentratc de minerai ou des produits intermédiaires à l'état d'oxyde, ladite matière contenant l'oxyde métallique subissant une fusion au cours de sa chute vers le bas dans une cuve par contact de ladite matière avec des gaz de combustion chauds tout en alimentant un agent de réduction carboné ou contenant du carbone à la cuve, caractérisé en ce que la matière contenant l'oxyde métallique dans la partie inférieure de la cuve, tout en étant partiellement réduite en contact avec l'agent de réduction alimenté , est transformée en un produit partiellement réduit contenant de la matière carbonée solide.