Procédé de traitement thermique de métal. La présente invention a pour objet un procédé de traitement thermique de métal, comme par exemple la fusion ou l'affinage d'un métal ou ces deux opérations effectuées simultanément ou encore en association avec la réduction d'un minerai. Ce procédé s'ap plique en particulier au traitement thermique des métaux du groupe du fer, à savoir le fer, l'acier, le nickel, le cobalt, mais également à celui du chrome et du manganèse, ainsi qu'à celui de n'importe quel alliage contenant principalement un ou plusieurs de ces mé taux.
On sait que, lorsqu'on désire fondre des déchets de fer, tels que riblons, mitraille, ferraille, ceux-ci ne peuvent pas être fondus dans un four à cubilot, car ils l'obstruent. Même si l'on agglomère les déchets sous forme de briquettes, les rtsultats ne sont pas très satisfaisants. De plus, dans le cas de l'acier, de très hautes températures sont né cessaires, lesquelles ne peuvent pas être faci lement obtenues dans un four ordinaire. Dans le cas de l'affinage de métal, en partant de déchets ou de débris de pièces moulées, ceux-ci peuvent être fondus en dehors du four d'affinage et ensuite être in troduits dans le four à l'état fondu.
Du fer fondu provenant de fours à soufflerie (par exemple de hauts fourneaux) peut être intro duit directement dans le four, dans le but primaire de le désulfurer; ou bien de la fonte peut être refondue et ensuite traitée dans ce four.
Le procédé, objet de l'invention, est carac térisé en ce que l'on utilise un four rotatif chauffé par au moins une flamme, la lon gueur de ce four étant notablement plus grande que celle de la zone occupée par la dite flamme, et en ce que l'on fait passer dans ce four, au moins dans sa partie 1â plus chaude, le métal en traitement en contre- courant des produits gazeux de combustion résultant de ladite flamme.
Comme on le comprend, ce procédé peut être conduit de façon continue, le four étant alimenté régulièrement soit en déchets, soit en métal déjà fondu. Dans ce cas, il se dis tingue essentiellement des procédés dans les quels des fournées de métal sont raffinées dans de petits fours à tambour, de longueur si faible qu'une flamme entrant dans le four à une extrémité s'étend pratiquement à tra vers toute la longueur du four, et dans les quels la charge est traitée comme un tout, puis déchargée.
En outre, ce procédé permet de remédier à l'inconvénient indiqué ci-dessus en ce sens q u 'il permet de supprimer le briquettage el oui autre traitement préliminaire des produits à traiter, ceux-ci pouvant être chargés directe ment sous forme de déchets dans le four rota tif. Ce dernier peut être analogue à ceux uti lisés pour la fabrication du ciment.
Lors de l'exécution pratique du procédé de l'invention, il est préférable d'introduire non seulement des déchets de métal dans le four, mais aussi des matières formant scories qui peuvent ou non être fondues, de sorte que le métal est raffiné dans le four, le métal et les scories étant déchargés séparément du four. Ces matières formant scories peuvent être de la chaux ou des matières premières pour la fabrication du ciment. En général, les températures atteintes dans les fours rota tifs pour la cuisson du ciment ou de la chaux sont suffisamment élevées pour fondre des débris de métal ou pour maintenir fondu un métal du groupe du fer.
Par conséquent, le métal peut être fondu et'ou raffiné dans de tels fours tout en cuisant simultanément du ciment ou de la chaux. L'effet de raffinage des scories est favorisé en majeure partie par l'action du four rotatif sur son contenu, action qui assure un mélange intime des ma tières se trouvant dans le four.
Lorsque du métal fondu est introduit dans le four rotatif, cette introduction a, de préférence lieu en un point. de la, longueur dit four où la. température est au-dessus du point de fusion du métal. Dans ce cas également:, une matière formant scorie est introduite dans le four et contrainte de descendre dans ce dernier en étant en contact avec le métal fondu, ce dernier et les scories étant déchar gés séparément du four.
On a trouvé que le ciment ou la chaux absorbe une partie importante du soufre con tenu dans le fer ou l'acier et diminue la te neur en siliciizin. La chaux peut être de la chaux hydraulique ou de la chaux pure.
Les petits morceaux de riblons peuvent être ajoutés aux matières premières pour la fabrication du ciment avant de les introduire dans le four. Si ces matières premières sont préparées par le procédé :i sec, les déchets ou riblons peuvent être mélangés avec les ma tières à un moment tel qu'ils aident à la transformation des matières dans la forme nodulaire dans laquelle elles sont d'habitude cuites.
On comprendra, cependant, que le fer ou l'acier peuvent, si on le désire, être mé langés avec les matières premières à n'im porte quelle phase de leur préparation, le procédé de l'invention ne dépendant d'aucune façon d'une manière particulière de préparer lesdites matières premières.
La quantité de riblons de métal qui peut être traitée dans le four. en même temps que du ciment ou de la chaux v est cuit, dépend à la fois (le la pureté du métal et de la na ture des matières premières qui doivent être cuites. Si le métal à raffiner est de la fonte ordinaire et que l'on cuit dans le four du ciment Portland ordinaire, on a trouvé qu'il est possible d'ajouter une quantité de fonte de moulage égale en poids à celle de la ma tière première pour la fabrication du ciment. Les déchets de métal peuvent avantageuse ment être chargés dans le four d'une façon continue.
On peut également exécuter le procédé, conjointement à la fabrication de la fonte et à. celle du ciment, en chargeant dans le four, en plus du métal, encore du minerai de fer, de la chaux et d'autres ingrédients contenant généralement du coke pour assurer la réduc tion du minerai. Dans un tel cas, la chaux et les autres ingrédients agissent comme les scories mentionnées ci-dessus. Par exemple, si l'on utilise du minerai de fer contenant envi ron<B>70%</B> de fer, on peut partir de 2,06 tonnes de chaux, 1,44 tonne de minerai et 0,91 tonne de coke qui donneront une tonne de fer fondu, et faire fondre 0,8 tonne de déchets de fonte en même temps que l'on produit cette fonte.
Lorsque la matière formant scories n'est pas une matière première de la fabrication du ciment, elle peut être de toute nature appropriée, mais elle doit naturellement être capable d'absorber le soufre ou les autres impuretés du métal. La quantité devant être utilisée dépend de la nature et de la quantité des impuretés à absorber. Par exemple, cer tains déchets de fer peuvent contenir jusqu'à 1 5% de soufre et on peut ajouter du carbonate de calcium pour former un laitier de sulfate de calcium. Dans un tel cas, la quantité théorique calculée d'après les poids molécu laires, nécessaire pour lier 1 % de soufre, est 3,14% de carbonate de calcium, mais la quantité de carbonate de calcium doit tou jours être plus grande que la quantité théo rique.
En général, la quantité de matière formant laitier peut atteindre en poids les 50 % des déchets métalliques traités. La fi nesse que doit avoir la matière formant lai tier dépend de la nature de cette matière et de celle du métal. Par exemple, le carbo nate de calcium peut être ajouté sous forme de poudre ou de boue.
Il peut arriver que les déchets de métal dont on dispose soient sous forme de mor ceaux trop gros; par exemple, il peuvent con tenir des déchets d'objets ou des pièces mou lées brisées. Ceux-ci peuvent être transfor més sous une forme convenable, par fusion en dehors du four rotatif et ensuite par re froidissement de manière à former de petits morceaux.
En règle générale, les riblons sont très hétérogènes et le procédé de l'invention per met d'obtenir un produit homogène à partir de déchets hétérogènes, d'une façon particu lièrement avantageuse.
Certains riblons, en particulier ceux d'acier, ont des points de fusion si élevés, qu'il n'est pas facile ni même possible d'at teindre dans le four les hautes températures nécessaires à leur fusion. En général, la tem pérature d'opération maximum praticable est comprise entre 1400 et 1500 C. Des ri- blons ayant un point de fusion au-dessus de cette température peuvent être traités selon le procédé de l'invention, en introduisant du carbone avec le métal dans le four pour abaisser le point de fusion du métal.
Par exemple, lorsqu'on traite des pièces d'acier ou de fer à basse teneur en carbone, on ajoute autant de carbone qu'il est nécessaire pour élever la teneur en carbone de la masse en fusion dans le four, à celle de la fonte de moulage normale.
La flamme utilisée pour le chauffage peut être du type de celle des fours à ciment, que du ciment soit fabriqué ou non en même temps que l'on fond du métal. Elle doit être de caractère presque neutre, de manière à éviter l'oxydation du métal fondu.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, deux formes d'exécution d'une installation dans laquelle le procédé de l'in vention peut être exécuté.
La fig. 1 est une vue schématique, par tiellement en coupe, d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe par la ligne II-II de la fig. 1 montrant un détail de construction, et la fig. â est une vue schématique, par tiellement en coupe, d'une deuxième forme d'exécution.
A la fig. 1, 1 désigne un four rotatif, à l'extrémité d'entrée duquel des matières pre mières pour la fabrication du ciment sont amenées à travers une gouttière 18 à partir d'un silo 16 par l'intermédiaire d'un plateau d'alimentation 17. Le silo 16 et le plateau 17 sont destinés plus particulièrement à contenir et transporter des matières sèches pour la fabrication du ciment ou d'autres matières sèches formant laitier, mais des matières premières humides pour la fabrication du ci ment ou des matières formant laitier sous forme d'une boue peuvent être fournies au four rotatif de n'importe quelle manière con nue.
Des copeaux de fonte de moulage sont amenés à un silo 14 et tombent de là sur un plateau 15 d'alimentation à partir duquel ils sont déchargés dans la gouttière 18.
Une hotte 4 est disposée à l'extrémité 3 de décharge du four, à travers laquelle passe un conduit 5 de brûleur. De l'air et du char bon pulvérisé sont amenés dans ce conduit et brûlent de façon à. former une flamme dans l'extrémité 3 de décharge, où la tempé rature est d'environ 1400 à 1500 C. Les gaz provenant de cette combustion remontent dans le four et s'échappent de celui-ci dans une chambre 12 de décantation des pous sières, d'où ils passent à travers un car- neau 13.
La fonte de moulage est chauffée avec la matière pour la fabrication du ciment alors qu'elle descend dans le four 1 et à la longue elle atteint une zone 2 élargie dans laquelle la température est d'environ 1400 à 1500 C, de sorte qu'elle est fondue et recueillie dans cette zone élargie, comme indiqué en trait in terrompu à la fig. 1 et à la fig, 2. Le laitier formé par le chauffage et la cuisson en clinlker des matériaux pour la fabrication du ciment, récolte des constituants indésirable du fer, tels que le soufre, pendant la des cente du fer et du laitier dans le four. De plus, dans la zone élargie 2, le laitier re couvre le fer fondu et forme une couche de protection sur celui-ci.
Le fer fondu est dé chargé à travers un trou 11 dans une trémie 8 qui entoure une partie du dessous du four et qui, à son tour, laisse couler le fer e n fusion à travers une conduite 9 dans un réci pient 10. La décharge est naturellement in termittente, car le fer ne peut s'écouler par le trou 11 qu'une fois à chaque révolution du four, c'est-à-dire lorsque le trou 11 est au- dessous du fer en fusion, mais la décharge peut toutefois être rendue pratiquement con tinue en prévoyant plusieurs troue 11. Le ciment lui-même descend à travers une partie 3 de diamètre plus petit que la. zone 2 et est déchargé dans un refroidisseur rotatif 6 de la façon habituelle. Le laitier est déchargé de ce refroidisseur sur un transporteur 7.
On remarquera que l'air insufflé à travers le re- froidisseur rotatif f3 pour refroidir le laitier peut être utilisé dans le four de la manière habituelle comme air secondaire préchauffé, mais une partie de cet air peut également être extraite de la hotte 4 pour être utilisé comme air primaire dans le brûleur ou dans d'autres buts.
L'installation représentée à la fig. 3 s'applique au cas oie l'on introduit du métal en fusion dans le four. pour le raffinage. L'installation comprend un four rotatif di visé en deux parties 19 el, 20. Des matières premières pour la fabrication du ciment sont amenées dans la parite supérieure 1.9 par une conduite d'alimentation 21.
De l'air et du combustible sont amenés par un tuyau ?? de brûleur traversant une hotte 23 et aboutis sant à l'extrémité 24 de décharge de la. par tie inférieure 20, de sorte qu'une flamme est produite et que les produits de combustion s'écoulent vers le haut du four de la. façon habituelle dans la cuisson du ciment.
Pendant leur passage vers le bas du four, les matières premières pour la. fabrication du ciment sont chauffées et cuites en clinker. La, partie 19 supérieure du four s'étend dans une chambre <B>25</B> réfracia.ire intermédiaire et lorsque le matières premières atteignent cette chambre, elles sont à une température de l'ordre de 1401) à 1500 C. qui est plus élevée que le point de fusion de la fonte de moulage.
Des déchets de fonte de moulage, préalablement fondas dans un cubilot, ou un autre métal à raffiner, sont introduits par une trémie 26 disposée au sommet de la chambre ?5 et tom bent ensuite dans la partie inférieure ?0 du four avec les matières premières de la fabri- cation du ciment. Le métal en fusion est déchargé, après raffinage, de la même façon que celle indiquée aux fig. 1 et 2.
On comprendra que le four rotatif peut être muni de tout type d'organe de trans mission de chaleur tel que chaînes. plaques on antres dispositifs analogues pour trans mettre d'une manière très efficace la chaleur des gaz de combustion à la matière à traiter. De même, tout type de préchauffeurs peut être utilisé, tel qu'une grille mobile, une grille inclinée, un tambour rotatif ou autre dispositif analogue.
Process of heat treatment of metal. The present invention relates to a process for the heat treatment of metal, such as for example the smelting or refining of a metal or these two operations carried out simultaneously or else in association with the reduction of an ore. This process applies in particular to the heat treatment of metals of the iron group, namely iron, steel, nickel, cobalt, but also that of chromium and manganese, as well as that of n Any alloy mainly containing one or more of these metals.
It is known that, when it is desired to melt iron waste, such as scrap, grape, scrap metal, these cannot be melted in a cupola furnace, because they obstruct it. Even if the waste is agglomerated in the form of briquettes, the results are not very satisfactory. In addition, in the case of steel, very high temperatures are required which cannot easily be achieved in an ordinary furnace. In the case of metal refining, starting from scrap or scrap of castings, these can be melted outside the refining furnace and then fed into the furnace in a molten state.
Molten iron from blower furnaces (eg blast furnaces) can be introduced directly into the furnace, with the primary purpose of desulfurizing it; or cast iron can be remelted and then treated in this furnace.
The method, object of the invention, is characterized in that a rotary oven heated by at least one flame is used, the length of this oven being notably greater than that of the zone occupied by said flame, and in that the metal being treated is passed through this furnace, at least in its hotter part 1a, against the current of the gaseous combustion products resulting from said flame.
As will be understood, this process can be carried out continuously, the furnace being supplied regularly either with waste or with already molten metal. In this case, it is essentially distinguished from the processes in which batches of metal are refined in small drum kilns, of such short length that a flame entering the furnace at one end extends practically all the way through. the length of the furnace, and in which the load is treated as a whole, then unloaded.
In addition, this process overcomes the drawback indicated above in that it eliminates the briquetting and yes other preliminary treatment of the products to be treated, these can be loaded directly in the form of waste in the rotary oven. The latter may be analogous to those used for the manufacture of cement.
When practically carrying out the process of the invention, it is preferable to introduce not only scrap metal into the furnace, but also slag-forming materials which may or may not be melted, so that the metal is refined in the furnace. the furnace, the metal and the slag being discharged separately from the furnace. These slag-forming materials can be lime or raw materials for the manufacture of cement. In general, the temperatures reached in rotary kilns for firing cement or lime are high enough to melt metal debris or to keep an iron group metal molten.
Therefore, the metal can be melted and or refined in such furnaces while simultaneously baking cement or lime. The slag refining effect is mainly favored by the action of the rotary kiln on its contents, an action which ensures an intimate mixing of the materials in the kiln.
When molten metal is introduced into the rotary kiln, this introduction preferably takes place at a point. of the, length says oven where the. temperature is above the melting point of the metal. Also in this case :, a slag-forming material is introduced into the furnace and forced to descend into the latter while being in contact with the molten metal, the latter and the slag being discharged separately from the furnace.
It has been found that cement or lime absorbs a significant part of the sulfur contained in iron or steel and decreases the content of silicon. The lime can be hydraulic lime or pure lime.
Small pieces of scrap can be added to raw materials for making cement before putting them into the kiln. If these raw materials are prepared by the dry process, the waste or scrap can be mixed with the material at such a time as to aid in the transformation of the materials into the nodular form in which they are usually cooked.
It will be understood, however, that iron or steel can, if desired, be mixed with the raw materials at any stage of their preparation, the process of the invention not being dependent in any way on 'a particular way of preparing said raw materials.
The amount of scrap metal that can be processed in the oven. at the same time as cement or lime v is fired, depends on both (the purity of the metal and the nature of the raw materials that are to be fired. Whether the metal to be refined is ordinary cast iron and the When ordinary Portland cement is fired in the kiln, it has been found that it is possible to add an amount of casting iron equal in weight to that of the raw material for making the cement. The scrap metal can be advantageous. be loaded into the oven continuously.
The process can also be carried out in conjunction with the production of the cast iron and. that of the cement, by charging into the furnace, in addition to the metal, still iron ore, lime and other ingredients generally containing coke to ensure the reduction of the ore. In such a case, lime and other ingredients act like the slag mentioned above. For example, if you use iron ore containing about <B> 70% </B> iron, you can start with 2.06 tonnes of lime, 1.44 tonnes of ore and 0.91 tonnes of coke which will give one tonne of molten iron, and melt 0.8 tonnes of scrap iron at the same time as it is produced.
When the slag-forming material is not a raw material for making cement, it can be of any suitable kind, but of course it should be able to absorb sulfur or other impurities from the metal. The amount to be used depends on the nature and amount of the impurities to be absorbed. For example, some iron scraps can contain up to 15% sulfur and calcium carbonate can be added to form a calcium sulfate slag. In such a case, the theoretical amount calculated from the molecular weights required to bind 1% sulfur is 3.14% calcium carbonate, but the amount of calcium carbonate must always be greater than the amount. theoretical quantity.
In general, the amount of slag forming material can reach 50% by weight of the metal waste treated. The fineness that the slurry material must have depends on the nature of this material and on that of the metal. For example, calcium carbonate can be added as a powder or a slurry.
It may happen that the scrap metal available is in the form of pieces that are too large; for example, it may contain waste objects or broken soft parts. These can be processed into a suitable form, by melting out of the rotary kiln and then re-cooling to form small pieces.
As a general rule, the scrap is very heterogeneous and the process of the invention makes it possible to obtain a homogeneous product from heterogeneous waste, in a particularly advantageous manner.
Certain scrap, in particular steel, have such high melting points that it is not easy or even possible to reach in the furnace the high temperatures necessary for their melting. In general, the maximum practicable operating temperature is between 1400 and 1500 C. Castors having a melting point above this temperature can be treated according to the process of the invention, by introducing carbon with the metal in the furnace to lower the melting point of the metal.
For example, when processing parts of low carbon steel or iron, as much carbon is added as is necessary to raise the carbon content of the melt in the furnace to that of the normal cast iron.
The flame used for heating may be of the type used in cement kilns, whether or not cement is made at the same time as metal is being melted. It must be almost neutral in character, so as to avoid oxidation of the molten metal.
The accompanying drawing shows, by way of examples, two embodiments of an installation in which the method of the invention can be carried out.
Fig. 1 is a schematic view, partly in section, of a first embodiment.
Fig. 2 is a section taken along line II-II of FIG. 1 showing a construction detail, and FIG. â is a schematic view, partly in section, of a second embodiment.
In fig. 1, 1 designates a rotary kiln, at the inlet end of which raw materials for the manufacture of cement are fed through a gutter 18 from a silo 16 via a feed plate 17. The silo 16 and the plate 17 are intended more particularly to contain and transport dry materials for the manufacture of cement or other dry materials forming slag, but wet raw materials for the manufacture of cement or materials forming slag. in the form of a slurry can be supplied to the rotary kiln in any known manner.
Cast iron chips are fed to a silo 14 and from there fall onto a feed tray 15 from which they are discharged into the gutter 18.
A hood 4 is arranged at the discharge end 3 of the furnace, through which a burner duct 5 passes. Air and good pulverized tank are brought into this duct and burn so as to. form a flame in the discharge end 3, where the temperature is approximately 1400 to 1500 C. The gases resulting from this combustion go up in the furnace and escape from it in a chamber 12 for settling the pous sières, from which they pass through a fire ring 13.
The casting iron is heated with the material for making the cement as it descends into kiln 1 and eventually reaches an enlarged zone 2 in which the temperature is around 1400 to 1500 C, so that it is melted and collected in this enlarged zone, as indicated in broken lines in FIG. 1 and Fig, 2. The slag formed by heating and clinching cement-making materials collects unwanted iron constituents, such as sulfur, during the decay of iron and slag in the cement. oven. In addition, in the enlarged zone 2, the slag re covers the molten iron and forms a protective layer thereon.
The molten iron is unloaded through a hole 11 in a hopper 8 which surrounds part of the bottom of the furnace and which in turn allows the molten iron to flow through a conduit 9 into a container 10. The discharge is naturally in termittent, because the iron can only flow through hole 11 once at each revolution of the furnace, that is to say when hole 11 is below the molten iron, but the discharge can however, be made practically continuous by providing several holes 11. The cement itself descends through a portion 3 of diameter smaller than the. zone 2 and is discharged into a rotary cooler 6 in the usual way. The slag is unloaded from this cooler onto a conveyor 7.
It will be noted that the air blown through the rotary cooler f3 to cool the slag can be used in the oven in the usual way as preheated secondary air, but a part of this air can also be extracted from the hood 4 to be used as primary air in the burner or for other purposes.
The installation shown in fig. 3 applies to the case where molten metal is introduced into the furnace. for refining. The installation comprises a rotary furnace di referred to in two parts 19 el, 20. Raw materials for the manufacture of cement are brought into the upper part 1.9 by a supply pipe 21.
Air and fuel are brought through a pipe ?? burner passing through a hood 23 and ending sant at the discharge end 24 of the. lower part 20, so that a flame is produced and the combustion products flow to the top of the furnace of the. usual way in baking cement.
During their passage down the furnace, the raw materials for the. making cement are heated and fired in clinker. The upper part of the furnace extends into an intermediate <B> 25 </B> refractory.ire chamber and when the raw materials reach this chamber, they are at a temperature of the order of 1401) to 1500 C. which is higher than the melting point of the casting iron.
Cast iron scrap, previously melted in a cupola, or another metal to be refined, is introduced through a hopper 26 placed at the top of the chamber? 5 and then falls into the lower part? 0 of the furnace with the raw materials. in the manufacture of cement. The molten metal is discharged, after refining, in the same way as that shown in fig. 1 and 2.
It will be understood that the rotary kiln can be provided with any type of heat transmission member such as chains. plates or other similar devices for very efficiently transferring the heat of the combustion gases to the material to be treated. Likewise, any type of preheater can be used, such as a mobile grid, an inclined grid, a rotating drum or other similar device.