Procédé de fabrication simultanée d'un produit ferreux et d'un liant à base de chaux. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication simultanée d'un produit ferreux et d'un liant à base de chaux. On entend ici par produit ferreux, tout d'abord le fer, ainsi que les produits à base de fer et contenant du carbone en proportions va riables, tels que la fonte, les aciers, etc. Le liant à base de chaux peut être un ciment de la composition du ciment Portland, ou de mor tiers riches en chaux (chaux hydrauliques), etc.
Il est connu que les scories de hauts- fourneaux contiennent qualitativement les mêmes composants que le ciment Portland, mais se distinguent de ce. dernier en ce qu'elles sont pauvres en chaux. En consé quence, ces scories, brusquement refroidies et pulvérisées, peuvent donner de véritables ciments par leur mélange avec une proportion convenable de chaux hydratée.
On conçoit, en considérant ces faits connus, qu'il est possible de produire, d'une manière systématique, par le traitement rationnel de minerais de fer, à la fois du fer et du ciment genre Portland ou chaux hydraulique. Au cours des traitements métallurgiques habituels, les éléments constituants du ciment Portland sont présents qualitativement dans le lit de fusion. Silice et alumine préexistent dans la gangue du minerai et se trouvent aussi dans la cendre du charbon; la chaux est ajoutée comme fondant si la gangue n'en contient pas suffisamment.
Toutefois, dans les ciments Portland, le rapport entre CaO d'une part et l'ensemble (Sio2, A1203, Fe203) d'autre part a une grande importance. Ce rapport demeure nécessaire ment compris entre des limites très restreintes qui correspondent à 60-70 % de chaux.
En outre, la formation du ciment Portland est incompatible avec la fusion de ces élé ments constitutifs et le ciment ne peut être obtenu que par la combinaison d'éléments extrêmement fins n'exigeant ainsi, an plus, que la température de vitrification pour réaliser la combinaison.
On voit de ce qui précède, que les conditions nécessaires, d'une part, à la tech nique métallurgique et, d'autre part, à la technique de la. fabrication du ciment Portland, ne sont pas antagonistes; elles comportent même des éléments communs. Par exemple, dans la production du fer ou de ses dérivés carburés par les procédés de fabrication au four rotatif, on utilise un agent de chauffage (flamme obtenue par la combustion de charbon pulvérisé avec de l'air en proportion conve nable pour obtenir un milieu neutre ou ré ducteur) qui interdit la réoxydation du produit ferreux.
Dans ces fabrications, le minerai, le charbon de réduction et la chaux sont mélangés intimement avant d'être introduits dans le four, celui-ci étant chauffé par une flamme présentant les propriétés susdites.
La présente invention consiste précisément à conserver les caractères essentiels du traite ment métallurgique, tout en satisfaisant, en même temps, aux conditions exigées par la technique de fabrication du ciment.
Dans le procédé objet de l'invention, on traite donc, comme connu, un minerai de fer dans un milieu réducteur et avec un fondant de sa gangue, en vue d'obtenir, d'une part, ledit produit ferreux et, d'autre part, un laitier.
Par contre, le minerai et le fondant sont utilisés à l'état finement pulvérisé, la chaux est enployée en proportion telle que le laitier obtenu a une composition le rendant apte- à être employé sans autre adjonction comme liant, et l'on sépare du mélange réactionnel résultant le produit ferreux du laitier obtenu.
La pulvérisation des matières entrant en réaction est de préférence beaucoup plus poussée que ce n'est le cas pour la technique métallurgique prise isolément.
Le procédé peut être mis en oeuvre par exemple comme suit: On charge d'une manière continue un four rotatif incliné sur son axe, d'un mélange de minerai de fer et de la quantité de charbon nécessaire et suffisante pour effectuer la réduction de ce minerai et éventuellement la carburation du métal.
Ce mélange est additionné de chaux dans des proportions qui correspondent, non pas au laitier usuel de 45-5011/o de chaux, mais à un laitier qui en renfermerait 60-70%, cette proportion pouvant même s'élever à 75'/o ou 80('/o si l'on désire fabriquer un liant de composition se rapprochant de celle d'une chaux hydraulique.
8i la gangue d'un seul minerai ne donnait pas d'emblée un rapport silico-alumine conve nable, il serait obtenu par le mélange de plusieurs minerais ou, à défaut, par addition de silice ou d'alumine.
Le mélange est soumis à une mouture infiniment plus fine que dans le cas de l'ap plication du procédé métallurgique seul. Ceci non pas pour répondre à une nécessité d'ordre métallurgique, mais pour permettre la fabri cation du ciment Portland.
Le four rotatif dans lequel chemine ce mélange préférablement broyé dans l'eau, comme pratiqué dans l'industrie du ciment, est chauffé par une flamme produite par un combustible, préférablement maigre, réduit à l'état de farine, brûlant dans la proportion d'air con venable pour obtenir la teneur en CO néces saire et suffisante pour interdire la réoxyda- tion du produit ferreux finalement obtenu.
De préférence, le charbon de chauffage sera amené à l'état de division qui permet d'obtenir, par son temps de combustion, sur le devant du four, une zone de combustion en acide carbonique et, sur le restant de la longueur du four, une zone d'oxyde de carbone.
Une conséquence capitale de la formation de ciment Portland au cours même du traite ment thermochimique du minerai réside dans le fait que le laitier cesse d'être fusible. On constate en effet que le métal est finalement recueilli à l'état occlus dans les grains de ciment. Le produit a l'aspect de petites con crétions assez semblables aux klinkers ou produits calcinés que l'on recueille dans la fabrication courante des ciments En d'autres termes, le métal se trouve à l'état liquide dans le conglomérat ciment. La non-fusion du laitier rend possible l'utilisation de tous les revêtements, puisque la- dégradation de ceux-ci se trouve considé rablement réduite. L'économie est considérable.
Les éléments sortant du four sont refroidis ensemble dans le refroidisseur du cimentier et les calories récupérées sont ramenées au four par l'air comburant ainsi préalablement chauffé.
Si la température ainsi obtenue était trop élevée en regard de la fusibilité du ciment, le four serait refroidi par tous moyens ap propriés et notamment en projetant dans le four une fraction des gaz pris à l'arrière du four, dans la chambre à fumée, ces gaz étant préalable ment refroidis pour condenser la vapeur d'eau qu'ils peuvent contenir.
Le produit est broyé; le fer, ou la fonte, est séparé au trieur magnétique.
Le métal peut ensuite être refondu, soit au four électrique, soit comme addition sur la sole d'un four Martin, soit à l'état de pureté dans un four, rotatif ou non, à axe in cliné ou horizontal, préférablement chauffé par une flamme de charbon pulvérisé brûlant dans la quantité d'air nécessaire pour obtenir une flamme riche en oxyde de carbone qui interdit la réoxydation du métal au cours de sa fusion.
Il importe d'observer que le laitier, bien que non fondu, continue à remplir sa fonction le silicate de fer, non réductible par l'oxyde de carbone, est transformé en silicate de chaux par la chaux, l'oxyde de fer se trouve ainsi libéré. La chaux joue donc un rôle métal lurgique, mais, en outre, elle intervient comme élément constitutif du ciment, produit fini. La gangue sert aussi comme matière première du ciment et se trouve ainsi valorisée, grâce à l'interpénétration des deux techniques de la métallurgie du fer et du ciment Portland. Le soufre du lit de fusion est éliminé en totalité du métal produit.
Process for the simultaneous manufacture of a ferrous product and a lime-based binder. The present invention relates to a process for the simultaneous manufacture of a ferrous product and of a lime-based binder. The term “ferrous product” is understood here to mean first of all iron, as well as products based on iron and containing carbon in variable proportions, such as cast iron, steels, etc. The lime-based binder can be a cement of the composition of Portland cement, or lime rich in lime (hydraulic lime), etc.
It is known that blast furnace slag qualitatively contains the same components as Portland cement, but is distinguished from it. last in that they are poor in lime. Consequently, these slags, suddenly cooled and pulverized, can give real cements by mixing them with a suitable proportion of hydrated lime.
It is understood, considering these known facts, that it is possible to produce in a systematic manner by the rational processing of iron ores, both iron and Portland-type cement or hydraulic lime. During the usual metallurgical treatments, the constituent elements of Portland cement are qualitatively present in the melt bed. Silica and alumina pre-exist in the gangue of the ore and are also found in the ash of the coal; lime is added as a flux if the gangue does not contain enough.
However, in Portland cements, the ratio between CaO on the one hand and the whole (Sio2, A1203, Fe203) on the other hand is of great importance. This ratio necessarily remains between very limited limits which correspond to 60-70% lime.
In addition, the formation of Portland cement is incompatible with the melting of these constituent elements and the cement can only be obtained by the combination of extremely fine elements thus requiring, in addition, only the vitrification temperature to achieve the combination.
It can be seen from the above that the conditions necessary, on the one hand, for the metallurgical technique and, on the other hand, for the. manufacture of Portland cement, are not antagonistic; they even have common elements. For example, in the production of iron or its carburized derivatives by rotary kiln manufacturing processes, a heating agent is used (flame obtained by the combustion of pulverized coal with air in a suitable proportion to obtain a medium neutral or reducing) which prevents reoxidation of the ferrous product.
In these products, the ore, the reducing carbon and the lime are mixed thoroughly before being introduced into the furnace, the latter being heated by a flame having the aforementioned properties.
The present invention consists precisely in preserving the essential characteristics of the metallurgical treatment, while at the same time satisfying the conditions required by the technique of manufacturing cement.
In the process which is the subject of the invention, therefore, as known, an iron ore is treated in a reducing medium and with a flux from its gangue, in order to obtain, on the one hand, said ferrous product and, of on the other hand, a milkman.
On the other hand, the ore and the flux are used in a finely pulverized state, the lime is employed in such a proportion that the slag obtained has a composition making it suitable for being used without further addition as a binder, and the mixture is separated from reaction mixture resulting in the ferrous product of the slag obtained.
The spraying of the materials entering the reaction is preferably much more extensive than is the case for the metallurgical technique taken in isolation.
The process can be implemented for example as follows: A rotary kiln inclined on its axis is continuously charged with a mixture of iron ore and the quantity of coal necessary and sufficient to effect the reduction of this ore and possibly the carburization of the metal.
This mixture is added with lime in proportions which correspond, not to the usual slag of 45-5011 / o of lime, but to a slag which would contain 60-70% of it, this proportion possibly even rising to 75 '/ o or 80% if it is desired to manufacture a binder of composition approaching that of hydraulic lime.
8i the gangue of a single ore did not immediately give a suitable silico-alumina ratio, it would be obtained by mixing several ores or, failing that, by adding silica or alumina.
The mixture is subjected to an infinitely finer grinding than in the case of the application of the metallurgical process alone. This is not to meet a metallurgical need, but to allow the manufacture of Portland cement.
The rotary kiln in which this mixture, preferably ground in water, as practiced in the cement industry, travels, is heated by a flame produced by a fuel, preferably lean, reduced to the state of flour, burning in the proportion of air suitable for obtaining the CO content necessary and sufficient to prevent reoxidation of the ferrous product finally obtained.
Preferably, the heating coal will be brought to the state of division which makes it possible to obtain, by its combustion time, on the front of the furnace, a carbonic acid combustion zone and, over the remainder of the length of the furnace , a zone of carbon monoxide.
A major consequence of the formation of Portland cement even during the thermochemical treatment of the ore is that the slag ceases to be meltable. It is in fact observed that the metal is finally collected in the occluded state in the cement grains. The product has the appearance of small con cretions quite similar to the klinkers or calcined products which are collected in the current manufacture of cements. In other words, the metal is found in the liquid state in the cement conglomerate. The non-melting of the slag makes it possible to use all the coatings, since the degradation of these is considerably reduced. The savings are considerable.
The elements coming out of the furnace are cooled together in the cooler of the cement plant and the calories recovered are returned to the furnace by the combustion air thus heated beforehand.
If the temperature thus obtained was too high with regard to the meltability of the cement, the furnace would be cooled by any appropriate means and in particular by projecting into the furnace a fraction of the gases taken at the rear of the furnace, into the smoke chamber, these gases being previously cooled in order to condense the water vapor which they may contain.
The product is crushed; iron, or cast iron, is separated with a magnetic sorter.
The metal can then be remelted, either in an electric furnace, or as an addition on the bottom of a Martin furnace, or in the state of purity in a furnace, rotary or not, with inclined or horizontal axis, preferably heated by a flame of pulverized coal burning in the amount of air necessary to obtain a flame rich in carbon monoxide which prevents reoxidation of the metal during its fusion.
It is important to observe that the slag, although not melted, continues to fulfill its function the iron silicate, not reducible by carbon monoxide, is transformed into lime silicate by lime, iron oxide is found thus released. Lime therefore plays a lurgical metal role, but, in addition, it acts as a constituent element of cement, a finished product. The gangue is also used as a raw material for cement and is thus valued, thanks to the interpenetration of the two techniques of iron metallurgy and Portland cement. The sulfur in the melt bed is completely removed from the metal produced.