Procédé pour élaborer un métal liquide à partir d'un oxyde
métallique.
La présente invention concerne un procédé pour élaborer un métal liquide à partir d'un oxyde métallique, spécialement le fer à partir d'un oxyde de fer, et vise à éviter ou atténuer les difficultés et inconvénients auxquels exposent les procédés envisagés antérieurement pour élaborer un métal,
<EMI ID=1.1>
Il est de manière générale connu de mettre un oxyde en contact avec un réducteur à une température appropriée et d'élaborer de la sorte le métal par réduction à partir de <EMI ID=2.1>
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
<EMI ID=5.1>
sous flux éiectroconducteur.
Les inconvénients du procédé au haut fourneau sont principalement qu'il nécessite une charge ayant subi un traite-
<EMI ID=6.1> .résistance mécanique du réducteur utilisé, à savoir le coke. En outre, un haut fourneau exige un appareillage complémentaire important, par exemple pour l'alimentation en vent chaud.
Les inconvénients du procédé à l'arc sous flux électroconducteur sont (1) qu'il nécessite une charge ayant subi un traitement préalable et (2) qu'il est difficile de traiter le gaz provenant du processus de réduction.
La présente invention a pour objet un procédé pour élaborer un métal liquide à partir d'un oxyde du métal, comprenant un stade de réduction préalable et un stade de réduction finale et de fusion, suivant lequel: a) on exécute la réduction préalable à l'état solide au moyen des gaz réducteurs produits au stade de réduction finale; b) on exécute la réduction finale et la fusion en insufflant les oxydes métalliques réduits au préalable en même temps qu'un combustible dans une zone de réaction ménagée à l'intérieur d'une colonne de combustible solide en morceaux, la colonne étant constituée dans un four à cuve rempli de ce combustible solide; c) on produit l'énergie thermique nécessaire dans cette plasma, et d) on conduit le stade de réduction finale et de fusion sous une pression suffisante pour surmonter la perte de charge <EMI ID=7.1>
<EMI ID=8.1>
<EMI ID=9.1>
<EMI ID=10.1>
L'oxyde réduit au préalable est insufflé contra la colonne d'agent réducteur $ un niveau tel que sensiblement
toute la matière solide injectée soit retenue (par exemple, par
<EMI ID=11.1>
<EMI ID=12.1>
fusion et,éventuellement,à la formation d'un alliage du métal ¯ élaboré.,
<EMI ID=13.1>
d'un gaz réducteur dans le four pendant le stade de réduction finale. Ce gaz consiste.principalement en un mélange.. de .
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
pérature est constante dans la partie inférieure du four au niveau de l'injection, lorsque le degré de réduction préalable
<EMI ID=16.1>
matiquement, ce qui provoque une augmentation du degré de réduc-
<EMI ID=17.1>
lorsque le degré de réduction préalable s'accroît, la quantité dé gaz formée dans le four diminue automatiquement, ce qui entraine une diminution du degré de réduction préalable, à nouveau à température constante au niveau de l'injection.
L'oxyde réduit au préalable est insufflé dans la par- <EMI ID=18.1> tuyères au moyen d'un gaz porteur qui peut consister en gaz recyclé provenant du sommet du four. Si la chose est désirée, des formateurs de laitier peuvent être injectés avec l'oxyde. Comme le gaz réducteur prélevé au réacteur a une température relativement élevée, sa température peut être abaissée par injection d'eau dans le four de réduction finale et de fusion à un niveau surmontant la zone de réaction. La réduction préalable peut évidemment être exécutée en un ou plusieurs stades suivant des procédés connus, par exemple en lit fluidisé.
L'énergie thermique nécessaire pour l'exécution de la réduction finale et de la fusion est engendrée dans un appareil de chauffage à arc au plasma. Le réducteur solide remplit deux fonctions: celle de réducteur pour la réduction réelle et celle d'agent protecteur pour les parois réfractaires du four à cuve, ce qui abaisse la sollicitation par la chaleur et les oxydes métalliques de la zone de réaction.
L'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence au dessin annexé ,qui est une vue schématique d'une installation pour l'exécution du procédé conforme à l'invention.
Le dessin annexé illustre le stade de réduction finale exécuté dans un réacteur 1 ressemblant à un four à cuve qui est alimenté par le sommet en 2 en un réducteur solide, en l'occurrence du carbone, par exemple du coke 3, par l'intermédiaire d'un dispositif de chargement 4 étanche au gaz. L'oxyde réduit au préalable est insufflé dans la partie basse du réacteur,
par les tuyères 5 au sortir de la conduite 6. Simultanément, du combustible est insufflé par la conduite 7, de préférence
à l'intervention des tuyères 5. La réduction finale et la fusion ont lieu simultanément et le métal en fusion, en l'occurrence du fer, s'écoule au fond du four en subissant une carburation simultanée. Le métal chaud élaboré et le laitier peu-
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mittente par des trous de coulée 9 et 10, respectivement.
La température dans le réacteur est imposée à l'aide d'un appareil de chauffage à arc au plasma.
Le réacteur et le lit de coke sont dimensionnés de façon que:
a) l'oxyde réduit au préalable injecté est retenu dans la partie inférieure chaude de la colonne de coke 3; b) le gaz réducteur sortant par la conduite 12 consiste en un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène à forte concentration.
Le rapport CO:H2 est imposé par l'addition de combustible dans la partie inférieure du réacteur.
La température du gaz de réduction chaud 12 quittant le réacteur est imposée principalement par injection d'eau dans la partie supérieure de la cuve. La réduction préalable
peut être effectuée en un ou plusieurs stades, suivant des techniques connues, par exemple dans un lit fluidisé 14.
Un degré approprié de réduction préalable de l'oxyde est de 50 à 75%.
Le gaz sortant par la conduite 15, après le stade de réduction préalable, contient encore une quantité relativement importante de gaz combustibles et peut donc être utilisé pour le préchauffage et le séchage de l'oxyde d'alimentation.
L'oxyde entrant dans le réacteur, en l'occurrence l'oxyde de fer, est de préférence finement grenu et peut se présenter sous forme d'un concentré de minerai ou d'un mélange de concentrés.
Comme gaz porteur pour insuffler l'oxyde préalablement réduit, on peut utiliser avec avantage une petite quantité du gaz réducteur provenant du réacteur par la conduite 16, qui
a été purifié dans un épurateur ou filtre approprié 17 'et qui est ensuite propulsé par le compresseur 18.
Un certain nombre d'expériences ont été exécutées
<EMI ID=20.1> variantes d'application du procédé de l'invention ont été
c
essayées et ont donné les valeurs de consommation ci-après lorsque la réduction préalable est de 60%.
<EMI ID=21.1>
Les expériences et épreuves ci-dessus ont été exécutées dans une installation expérimentale réalisée sensiblement comme illustré au dessin.
Il est donc apparent que l'application de l'invention offre différents avantages sensibles, notamment que les oxydes sont injectés dans le volume creux ménagé dans le combustible solide en morceaux dans la partie inférieure la plus chaude du four où ils séjournent et sont réduits en métal sur la colonne centrale de réducteur solide, par exemple de coke.
<EMI ID=22.1>
1.- Procédé pour élaborer un métal liquide à partir d'un oxyde de métal comprenant un stade de réduction préalable et un stade de réduction finale et de fusion, caractérisé en ce que:
a) on exécute la réduction préalable à l'état solide au moyen des gaz réducteurs produits au stade de réduction finale:
b) on exécute la réduction finale et la fusion en insufflant les oxydes métalliques réduits au préalable en même temps qu'un combustible dans une zone de réaction ménagée à l'intérieur d'une colonne de combustible solide en morceaux, la colonne étant constituée dans un four à cuve rempli de ce combustible solide; c) on produit l'énergie thermique nécessaire dans cette <EMI ID=23.1>
plasma, et d) on conduit le stade de réduction finale et de fusion sous une pression suffisante pour surmonter la perte de charge au stade de réduction préalable.
Process for producing a liquid metal from an oxide
metallic.
The present invention relates to a process for producing a liquid metal from a metal oxide, especially iron from an iron oxide, and aims to avoid or attenuate the difficulties and drawbacks to which the processes previously contemplated for developing a metal,
<EMI ID = 1.1>
It is generally known to put an oxide in contact with a reducing agent at an appropriate temperature and to work out the metal in this way by reduction from <EMI ID = 2.1>
<EMI ID = 3.1>
<EMI ID = 4.1>
<EMI ID = 5.1>
under electroconductive flux.
The disadvantages of the blast furnace process are mainly that it requires a charge which has undergone a
<EMI ID = 6.1>. Mechanical resistance of the reducing agent used, namely coke. In addition, a blast furnace requires significant additional equipment, for example for supplying hot wind.
The drawbacks of the arc process under electroconductive flux are (1) that it requires a charge having undergone a preliminary treatment and (2) that it is difficult to treat the gas coming from the reduction process.
The subject of the present invention is a process for producing a liquid metal from a metal oxide, comprising a preliminary reduction stage and a final reduction and fusion stage, according to which: a) the reduction is carried out before the solid state by means of the reducing gases produced in the final reduction stage; b) the final reduction and the fusion are carried out by blowing the previously reduced metal oxides together with a fuel in a reaction zone formed inside a column of solid fuel in pieces, the column being constituted in a shaft furnace filled with this solid fuel; c) the thermal energy required in this plasma is produced, and d) the final reduction and melting stage is carried out under sufficient pressure to overcome the pressure drop <EMI ID = 7.1>
<EMI ID = 8.1>
<EMI ID = 9.1>
<EMI ID = 10.1>
The previously reduced oxide is blown against the column of reducing agent $ to a level such that substantially
all the solid material injected is retained (for example, by
<EMI ID = 11.1>
<EMI ID = 12.1>
fusion and, possibly, the formation of an alloy of the metal ¯ produced.,
<EMI ID = 13.1>
a reducing gas in the oven during the final reduction stage. This gas consists mainly of a mixture of.
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<EMI ID = 15.1>
temperature is constant in the lower part of the oven at the injection level, when the degree of prior reduction
<EMI ID = 16.1>
matically, which causes an increase in the degree of reduction
<EMI ID = 17.1>
when the degree of preliminary reduction increases, the quantity of gas formed in the furnace automatically decreases, which causes a reduction in the degree of preliminary reduction, again at constant temperature at the injection level.
The oxide reduced beforehand is blown into the par- <EMI ID = 18.1> nozzles using a carrier gas which may consist of recycled gas from the top of the furnace. If desired, slag formers can be injected with the oxide. Since the reducing gas taken from the reactor has a relatively high temperature, its temperature can be lowered by injecting water into the final reduction and melting furnace to a level above the reaction zone. The prior reduction can obviously be carried out in one or more stages according to known methods, for example in a fluidized bed.
The thermal energy required for carrying out the final reduction and melting is generated in a plasma arc heater. The solid reducing agent fulfills two functions: that of reducing agent for the actual reduction and that of protective agent for the refractory walls of the shaft furnace, which lowers the stress by heat and the metal oxides of the reaction zone.
The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing, which is a schematic view of an installation for carrying out the method according to the invention.
The accompanying drawing illustrates the final reduction stage carried out in a reactor 1 resembling a shaft furnace which is supplied from the top at 2 with a solid reducing agent, in this case carbon, for example coke 3, via a gas-tight loading device 4. The oxide reduced beforehand is blown into the lower part of the reactor,
through the nozzles 5 at the outlet of the pipe 6. Simultaneously, fuel is blown in through the pipe 7, preferably
at the intervention of the nozzles 5. The final reduction and melting take place simultaneously and the molten metal, in this case iron, flows to the bottom of the furnace undergoing simultaneous carburetion. The elaborate hot metal and the slag can-
<EMI ID = 19.1>
mittent through tap holes 9 and 10, respectively.
The temperature in the reactor is imposed using a plasma arc heater.
The reactor and the coke bed are dimensioned so that:
a) the reduced oxide injected beforehand is retained in the hot lower part of the coke column 3; b) the reducing gas leaving via line 12 consists of a mixture of carbon monoxide and hydrogen at high concentration.
The CO: H2 ratio is imposed by the addition of fuel in the lower part of the reactor.
The temperature of the hot reducing gas 12 leaving the reactor is imposed mainly by injecting water into the upper part of the tank. Prior reduction
can be carried out in one or more stages, according to known techniques, for example in a fluidized bed 14.
An appropriate degree of prior oxide reduction is 50 to 75%.
The gas leaving via line 15, after the preliminary reduction stage, still contains a relatively large quantity of combustible gases and can therefore be used for preheating and drying the feed oxide.
The oxide entering the reactor, in this case iron oxide, is preferably finely grained and can be in the form of an ore concentrate or a mixture of concentrates.
As a carrier gas for injecting the previously reduced oxide, it is possible to use with advantage a small amount of the reducing gas coming from the reactor via line 16, which
has been purified in a suitable purifier or filter 17 ′ and which is then propelled by the compressor 18.
A number of experiments have been performed
<EMI ID = 20.1> variants of application of the method of the invention have been
vs
tested and gave the following consumption values when the prior reduction is 60%.
<EMI ID = 21.1>
The above experiments and tests were carried out in an experimental installation carried out substantially as illustrated in the drawing.
It is therefore apparent that the application of the invention offers various significant advantages, in particular that the oxides are injected into the hollow volume formed in the solid fuel in pieces in the hottest lower part of the furnace where they stay and are reduced in metal on the central column of solid reducing agent, for example coke.
<EMI ID = 22.1>
1.- A process for producing a liquid metal from a metal oxide comprising a prior reduction stage and a final reduction and fusion stage, characterized in that:
a) the reduction prior to solid state is carried out by means of the reducing gases produced in the final reduction stage:
b) the final reduction and the fusion are carried out by blowing the previously reduced metal oxides together with a fuel in a reaction zone formed inside a column of solid fuel in pieces, the column being constituted in a shaft furnace filled with this solid fuel; c) the thermal energy required in this <EMI ID = 23.1> is produced
plasma, and d) the final reduction and melting stage is carried out under a pressure sufficient to overcome the pressure drop at the prior reduction stage.