Procédé et appareil de production d'éponge de fer.
Malgré le fait que le charbon minéral est l'une des sources d'énergie les plus abondantes et les moins onéreuses, il n'a jusqu'à présent été utilisé que dans une mesure extrêmement limitée comme réducteur pour la production de l'éponge de fer. Cette situation persiste,malgré la relation favorable entre le prix et le contenu énergétique du charbon minéral.
Les procédés classiques de production de l'éponge de fer dans lesquels on utilise le charbon minéral comme réducteur sont principalement les suivants:
a. Le procédé au four rotatif, dans lequel on utilise le charbon minéral avec le minerai à réduire dans un four rotatif incliné. L'inconvénient de ce procédé est que, principalement en raison de l'énergie cinétique, il est nécessaire de travailler à des températures relativement élevées, de préférence de 1.000[deg.]C, qui suscitent de graves difficultés par colmatage et par accumulation de matière dans la chambre de réaction.
b. Le travail au four à cuve combiné avec un appareillage de gazéification du charbon, qui est basé sur une combustion partielle. L'inconvénient de ce procédé connu tient principalement aux dépenses d'installation extrêmement élevées pour l'appareillage de gazéification, de même qu'à la consommation d'énergie exceptionnellement importante.
c. Le procédé, tel que décrit dans le brevet
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charbon sous forme solide au moyen d'un générateur à plasma. Les inconvénients de ce procédé sont que l'alimentation en charbon doit être réglée avec une extrême précision et qu'avec certaines variétés de charbon , la manipulation des cendres suscite des difficultés. De plus, le gaz produit a une teneur en hydrogène qui est inférieure à la teneur idéale pour les réductions.
La Demanderesse a découvert à présent que les difficultés et inconvénients ci-dessus des procédés connus peuvent être sensiblement supprimés conformément à l'invention. La présente invention concerne un procédé et un appareil pour produire de l'éponge de fer par réduction continue d'oxydes de fer dans un four à cuve.
Un gaz réducteur qui passe à contre-courant des oxydes
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à partir de gaz recyclés, c'est-à-dire de gaz de réaction quittant le four à cuve, ainsi que d'un gaz supplémentaire produit à partir d'un réducteur solide, par exemple du charbon, de préférence du charbon minéral,
à l'aide d'un générateur à plasma. Le gaz recyclé est
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ration, après quoi le gaz épuré est divisé en deux courants partiels dont l'un est amené à un générateur à
-plasma. Le réducteur, de même que de l'eau sont injectés dans le courant de gaz chaud quittant le générateur à plasma, de sorte que l'eau est amenée à réagir avec le réducteur pour former un mélange comprenant princi- <EMI ID=4.1>
maintenue dans un intervalle tel que la cendre contenue dans le réducteur solide forme un laitier. Le mélange
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avec au moins une partie de l'autre courant partiel du gaz recyclé épuré dans une proportion telle que la température du mélange gazeux final convienne pour la réduction.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, la température du gaz produit dans la cuve généra-
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Il est également préférable, avant que le mélange gazeux final soit admis à la partie inférieure du four à cuve, que sa température soit amenée dans l'intervalle de
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Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le gaz recyclé est épuré dans un laveur à gaz jusqu'à ce que sa teneur en C02 soit de préférence inférieure à 2%.
L'invention concerne de plus un appareil pour produire de l'éponge de fer qui comprend un système générateur pour un gaz réducteur comprenant un dispositif épurateur pour le gaz de réaction quittant la chambre de réaction et une cuve génératrice de gaz qui y est raccordée pour recevoir une fraction du gaz réducteur épuré ainsi obtenu. La cuve génératrice de gaz comprend un générateur à plasma et un dispositif d'alimentation pour admettre, en quantité mesurée, un réducteur et de l'eau dans le plasma gazeux qui y est engendré. Un mélangeur réglable est monté à l'aval de la cuve génératrice de gaz pour mélanger la fraction du gaz réducteur quittant la cuve avec une seconde fraction non traitée du gaz de réaction épuré.
L'appareil comprend aussi une soufflante dans la partie inférieure de la chambre de réaction pour introduire le mélange gazeux final ainsi obtenu.
La description ci-après d'un exemple de for-
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que du dessin annexé illustrant schématiquement un mode d'exécution de l'invention, fera mieux comprendre cette dernière.
La réduction de morceaux d'oxyde de fer est exécutée dans une cuve de réduction 1. Les morceaux d'oxyde de fer 2 sont introduits dans la cuve 1 par un sas 3 et subissent un traitement dans un contre-courant d'un gaz réducteur chaud qui consiste principalement en monoxyde de carbone et en hydrogène admis à la partie inférieure 4 de la cuve 1. L'éponge de fer produite est soutirée par une sortie 5 dans la partie inférieure 4 de la cuve 1. Le gaz réducteur, qui a réagi pour 30 à
50%, est extrait à la partie supérieure de la cuve 1 par une conduite d'évacuation 6.
Le gaz ainsi extrait de la cuve 1, outre qu'il
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tion. Ce gaz peut être utilisé à nouveau dans le pro-
<EMI ID=11.1> relativement importants. Toutefois, pour qu'il puisse être
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de réaction, mais de plus, le lavage proprement dit permet d'équilibrer la quantité de gaz, de sorte qu'il est possible d'éviter de brûler le gaz résiduel. Le laveur 7 peut contenir de la monoéthanolamine, par exemple,
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être avantageusement abaissée au-dessous de 2% par passage dans le laveur.
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presseur 8 qui provoque l'augmentation de pression nécessaire pour le procédé et est alors divisé en au moins deux courants partiels 9 et 10.
Le courant partiel 9,qui se trouve à la température ambiante, est amené à un générateur de gaz 11 où le gaz supplémentaire nécessaire est produit à partir d'un réducteur solide, qui est de préférence la houille, et d'eau. Le courant partiel 9 est utilisé comme gaz pour le plasma dans un générateur de gaz 11 et la quantité d'énergie nécessaire pour la régénération du gaz est produite dans un brûleur à plasma 12. La principale source d'énergie, qui est le poussier de charbon, est traitée au moyen d'un oxydant, de préférence l'eau, et débitée dans le générateur de gaz 11 par des becs 13 de manière à pénétrer dans le courant gazeux chaud quittant le brûleur à plasma 12, de façon que le poussier de char- <EMI ID=16.1>
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des propriétés de manipulation favorables,,il est préféré que le poussier de charbon ait une granulométrie inférieure à 0,84 mm et de préférence inférieure à 0,149 mm.
L'apport d'énergie dans le générateur de gaz 11 est réglé de manière que la cendre contenue dans le
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peut être soutiré à la partie inférieure du générateur de gaz 11 sous forme de liquide ou de solide. En raison de la composition de la cendre, la température est de préférence choisie dans l'intervalle de 1.300-1.500[deg.]C.
Le gaz réducteur produit dans cet appareil,
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du soufre contenu dans le charbon. Ce mélange gazeux intermédiaire est donc amené à un filtre à soufre 15
(par exemple, un filtre à dolomite) où sa teneur en soufre est abaissée jusqu'à une valeur acceptable pour la production de l'éponge de fer, de préférence au-dessous de ?5 ppm.
Le gaz quittant le filtre à soufre 15 se trouve à une température sensiblement supérieure à celle nécessaire pour la production de l'éponge de fer et sa température est donc abaissée par mélange avec une fraction convenable du. gaz froid lavé du courait partiel 10,
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Le procédé et l'appareil de l'invention offrent des avantages techniques sensibles. Sous ce rapport, la production du gaz peut avoir lieu à une température telle que la cendre forme du laitier qui est aisé à manipuler et qui peut être soutiré sans provoquer d'inconvénients de colmatage dans l'installation. La teneur en hydrogène du gaz réducteur peut être ajustée à une valeur convenant pour la réduction,grâce au stade
de lavage et à l'injection .ultérieure d'eau dans le générateur de gaz. En. outre, la combinaison du lavage du gaz et de la production du gaz à des températures accrues offre de meilleures possibilités d'équilibrer la quantité de gaz dans le système et de régler la température de réduction. Simultanément, l'économie d'énergie est assurée,parce que l'énergie fournie par le générateur à plasma est utilisée en substance complètement dans le procédé (c'est-à-dire que le réglage de la température est exécuté par addition de gaz réducteur recyclé plus froid plutôt 'que par évacuation de chaleur hors du système).
Des expériences à l'échelle de laboratoire ont donné les consommations ci-après par tonne d'éponge de fer produite:
Energie électrique : 820 kWhPoussier de charbon minéral : 172 kg
De plus, le procédé conforme à l'invention se prête à une régulation beaucoup plus simple. Une régulation plus simple et plus efficace dans l'ensemble du procédé est assurée dans la production du gaz de plasma par mélange préalable du poussier de charbon et de l'eau ajoutée dans les proportions appropriées qui sont de préférence stoechiométriques. En. raison de ce mélange préalable du poussier de charbon avec l'eau, le mélange résultant est aussi plus facile à injecter sous forme d'une émulsion de charbon dans de l'eau.
Au cas où il serait difficile de fixer les cendres du réducteur solide dans une phase de laitier fondu, des additifs modifiant les propriétés (par exemple le point de fusion, l'absorption de soufre, etc.) du laitier peuvent être utilisés, par exemple des composés alcalins et dé la craie. Ces additifs sont de préférence mélangés avec le réducteur solide. Des agents formateurs de gel appropriés peuvent être ajoutés pour. stabiliser- le mélange de charbon et d'eau et l'oxygène peut être admis au générateur de gaz 11 sous forme d'oxygène gazeux plutôt que d'eau.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de production d'éponge de fer par réduction continue d'oxydes de fer dans un four à cuve, caractérisé en ce que:
1) on extrait le gaz de réaction d'un four à
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2) on sépare de ce gaz de réaction sensiblement
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3) on divise le gaz de réaction en au moins deux courants partiels;
4) on fait passer l'un des courants partiels par un générateur de gaz comprenant un brûleur à plasma et un dispositif pour injecter un réducteur solide et un oxydant, on chauffe le gaz de réaction au moyen du brûleur à plasma et on injecte dans le gaz chauffé le réducteur solide et l'oxydant pour former un mélange gazeux intermédiaire constitué principalement par CO et g2'
5) on maintient le mélange gazeux intermédiaire
à une température telle que la cendre contenue dans le réducteur solide forme un laitier;
6) on mélange ce gaz intermédiaire avec au moins l'un des autres courants partiels en proportion telle que la température du gaz réducteur résultant convienne pour la réduction des oxydes de fer dans un four à cuve;
7) on injecte le gaz réducteur dans la partie inférieure d'un four à cuve et on le fait s'élever dans le four à cuve de manière à réduire les oxydes de fer contenus dans le four à cuve, et
8) on soutire le fer réduit du four.
Method and apparatus for producing iron sponge.
Despite the fact that mineral coal is one of the most abundant and cheapest sources of energy, it has so far been used only to a very limited extent as a reducing agent for the production of sponge. iron. This situation persists, despite the favorable relationship between the price and the energy content of mineral coal.
The main methods of producing the iron sponge in which mineral coal is used as a reducing agent are mainly the following:
at. The rotary kiln process, in which mineral coal is used with the ore to be reduced in an inclined rotary kiln. The disadvantage of this process is that, mainly due to the kinetic energy, it is necessary to work at relatively high temperatures, preferably 1,000 [deg.] C, which cause serious difficulties in clogging and accumulation of material in the reaction chamber.
b. The work in a shaft furnace combined with a coal gasification apparatus, which is based on partial combustion. The disadvantage of this known process is mainly due to the extremely high installation costs for the gasification equipment, as well as the exceptionally high energy consumption.
vs. The process, as described in the patent
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coal in solid form using a plasma generator. The disadvantages of this process are that the coal supply must be regulated with extreme precision and that with certain varieties of coal, handling of the ashes causes difficulties. In addition, the gas produced has a hydrogen content which is lower than the ideal content for reductions.
The Applicant has now discovered that the above difficulties and drawbacks of the known methods can be substantially eliminated in accordance with the invention. The present invention relates to a method and apparatus for producing iron sponge by continuous reduction of iron oxides in a shaft furnace.
A reducing gas which goes against the current of oxides
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from recycled gases, that is to say reaction gases leaving the shaft furnace, as well as an additional gas produced from a solid reducing agent, for example coal, preferably mineral coal,
using a plasma generator. The recycled gas is
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ration, after which the purified gas is divided into two partial streams, one of which is brought to a generator
-plasma. The reducer, as well as water, is injected into the stream of hot gas leaving the plasma generator, so that the water is brought to react with the reducer to form a mixture comprising principally <EMI ID = 4.1>
maintained in an interval such that the ash contained in the solid reducing agent forms a slag. The mixture
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with at least part of the other partial stream of the purified recycled gas in a proportion such that the temperature of the final gas mixture is suitable for reduction.
According to an embodiment of the invention, the temperature of the gas produced in the general tank
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It is also preferable, before the final gas mixture is admitted to the lower part of the shaft furnace, that its temperature is brought within the range of
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According to another embodiment of the invention, the recycled gas is purified in a gas washer until its CO 2 content is preferably less than 2%.
The invention further relates to an apparatus for producing iron sponge which comprises a generator system for a reducing gas comprising a purifier for the reaction gas leaving the reaction chamber and a gas generating vessel connected thereto for receiving a fraction of the purified reducing gas thus obtained. The gas-generating tank comprises a plasma generator and a supply device for admitting, in measured quantity, a reducing agent and water into the gaseous plasma which is generated therein. An adjustable mixer is mounted downstream of the gas generating tank to mix the fraction of the reducing gas leaving the tank with a second untreated fraction of the purified reaction gas.
The apparatus also includes a blower in the lower part of the reaction chamber for introducing the final gas mixture thus obtained.
The following description of an example of a form
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that the appended drawing schematically illustrating an embodiment of the invention, will better understand the latter.
The reduction of pieces of iron oxide is carried out in a reduction tank 1. The pieces of iron oxide 2 are introduced into the tank 1 by an airlock 3 and undergo a treatment in a counter current of a reducing gas. hot which consists mainly of carbon monoxide and hydrogen admitted to the lower part 4 of the tank 1. The iron sponge produced is drawn off by an outlet 5 in the lower part 4 of the tank 1. The reducing gas, which has reacted for 30 to
50%, is extracted at the upper part of the tank 1 by an evacuation pipe 6.
The gas thus extracted from tank 1, in addition to
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tion. This gas can be used again in the pro-
<EMI ID = 11.1> relatively large. However, in order for it to be
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reaction, but moreover, the actual washing makes it possible to balance the quantity of gas, so that it is possible to avoid burning the residual gas. The washer 7 may contain monoethanolamine, for example,
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advantageously be lowered below 2% by passage through the washer.
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presser 8 which causes the pressure increase necessary for the process and is then divided into at least two partial streams 9 and 10.
The partial stream 9, which is at room temperature, is supplied to a gas generator 11 where the necessary additional gas is produced from a solid reducing agent, which is preferably coal, and water. The partial current 9 is used as gas for the plasma in a gas generator 11 and the quantity of energy necessary for the regeneration of the gas is produced in a plasma burner 12. The main source of energy, which is the dust of coal, is treated with an oxidant, preferably water, and discharged into the gas generator 11 by nozzles 13 so as to enter the hot gas stream leaving the plasma burner 12, so that the dust of char- <EMI ID = 16.1>
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favorable handling properties, it is preferred that the coal dust has a particle size less than 0.84 mm and preferably less than 0.149 mm.
The energy supply in the gas generator 11 is regulated so that the ash contained in the
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can be drawn off at the bottom of the gas generator 11 in the form of a liquid or a solid. Due to the composition of the ash, the temperature is preferably chosen in the range of 1,300-1,500 [deg.] C.
The reducing gas produced in this device,
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sulfur contained in coal. This intermediate gas mixture is therefore brought to a sulfur filter 15
(for example, a dolomite filter) where its sulfur content is lowered to an acceptable value for the production of iron sponge, preferably below? 5 ppm.
The gas leaving the sulfur filter 15 is at a temperature substantially higher than that necessary for the production of the iron sponge and its temperature is therefore lowered by mixing with a suitable fraction of the. cold gas washed from partial flow 10,
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The method and the apparatus of the invention offer significant technical advantages. In this respect, the production of gas can take place at a temperature such that the ash forms slag which is easy to handle and which can be withdrawn without causing clogging drawbacks in the installation. The hydrogen content of the reducing gas can be adjusted to a value suitable for reduction, thanks to the stage
washing and subsequent injection of water into the gas generator. In. furthermore, the combination of gas washing and gas production at increased temperatures offers better possibilities to balance the amount of gas in the system and to adjust the reduction temperature. At the same time, energy saving is ensured, because the energy supplied by the plasma generator is used essentially completely in the process (i.e. the temperature control is carried out by addition of gas reducer recycled cooler rather than by evacuating heat out of the system).
Experiments on a laboratory scale gave the following consumption per tonne of iron sponge produced:
Electric power: 820 kWh Mineral coal dust: 172 kg
In addition, the process according to the invention lends itself to much simpler regulation. A simpler and more efficient regulation throughout the whole process is ensured in the production of plasma gas by premixing the coal dust and water added in the appropriate proportions which are preferably stoichiometric. In. Because of this prior mixing of coal dust with water, the resulting mixture is also easier to inject as an emulsion of carbon in water.
In the event that it is difficult to fix the ash of the solid reducing agent in a molten slag phase, additives which modify the properties (for example the melting point, the absorption of sulfur, etc.) of the slag can be used, for example alkaline compounds and chalk. These additives are preferably mixed with the solid reducing agent. Appropriate gel formers may be added for. stabilize the mixture of coal and water and oxygen can be admitted to the gas generator 11 in the form of gaseous oxygen rather than water.
CLAIMS
1.- Process for the production of iron sponge by continuous reduction of iron oxides in a tank furnace, characterized in that:
1) the reaction gas is extracted from a
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2) this reaction gas is separated substantially
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3) the reaction gas is divided into at least two partial streams;
4) one of the partial streams is passed through a gas generator comprising a plasma burner and a device for injecting a solid reducing agent and an oxidant, the reaction gas is heated by means of the plasma burner and injected into the gas heated the solid reducing agent and the oxidant to form an intermediate gas mixture consisting mainly of CO and g2 '
5) the intermediate gas mixture is maintained
at a temperature such that the ash contained in the solid reducing agent forms a slag;
6) this intermediate gas is mixed with at least one of the other partial streams in proportion such that the temperature of the resulting reducing gas is suitable for the reduction of iron oxides in a shaft furnace;
7) the reducing gas is injected into the lower part of a shaft furnace and it is raised in the shaft furnace so as to reduce the iron oxides contained in the shaft furnace, and
8) the reduced iron is removed from the oven.