<Desc/Clms Page number 1>
"PROCEDU ET APPAREIL POUR LA REDUCTION D'OXYDES METALLIQUES".
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la réduction d'oxydes métalliques.Elle est particulièrement applicable à la réduction de minerai de fer et vise un mode de réduction dans lequel l'oxygène est enlevé du minerai par l'application de chaleur en présence d'un agent réducteur, pour laisser le fer libre dans son état métallique connu sous le nom d'éponge de fer.
Le procédé consistant à réduire du minerai de fer avec une matière solide ou gazeuse et le chauffage de ce mélange à des températures relativement basses
<Desc/Clms Page number 2>
pour l'obtention d'éponge de fer sont connus depuis bien des années. On a fabriqué de l'éponge de fer de ce genre par le procédé ,dit "à la main", dans lequel le mélange comprenant une couche de charbon de bois, une couche de minerai, etc., est habituellement placé dans une cornue, ou tube, extérieurement à laquelle on allume et on entretient un feu ce qui fait que le tube est chauffé, de l'extérieur, à une température suffisante pour que l'oxygène abandonne le fer et s'unisse avec le carbone, ou agent réducteur.
On a imaginé bien des dispo- sitifs pour essayer de réduire du minerai de fer, sur une échelle industrielle, économique, par ce procédé ; mais ces dispositifs n'ont pas permis d'obtenir de la véritable éponge de fer sur une échelle industrielle et un prix de revient qui permette d'en faire usage pour la fabrication industrielle du fer et de l'acier. Les meilleurs types connus d'appareils et de procédés, pour la réduction de minerai, correspondant au procédé dit "à la main" comprennent le four du type rotatif, les types à cornues circulaires, et d'autres constructions de four compliquées, y compris le four à moufle.
Certaines de ces constructions ont amélioré l'efficacité du chauffage du minerai ; tous ces procédés ont été soit impraticables ou inefficaces, soit à la fois im- praticables et inefficaces, pour cette raison qu'ils exigeaient tous une quantité excessive de combustible et qu'avec la plupart d'entre eux, il était impossible de réduire le minerai uniformément partout, d'où il résultait que le fer réduit était de qualité inférieure.
Certains de ces fours, antérieurs présentaient également des inconvénients en ce sens que quelques-uns d'entre eux agitaient le minerai de fer, ce qui avait pour
<Desc/Clms Page number 3>
résultat un chauffage inégal et un gaspillage de combus- tible, et que d'autrea exposaient directement le minerai à une flamme chauffante ce qui faisait que les particules plus fines étaient entraînées hors du four.
L'intention vise principalement l'établissement de zones de chaleur distinctes et la réduction du minerai en faisant passer la matière et l'agent réducteur à travers ces zones de chaleur d'une manière telle qu'une partie du mélange se trouve chauffée, dans une des zones à une tempérzture juste suffisante pour donner lieu à une réaction entre le minerai et l'agent réducteur, que la chaleur contenue dans le minerai réduit est absorbée dans une autre zone et que la chaleur absorbée est transférée à une autre zone encore pour aider à réchauffer le mélange arrivant ,ou pour aider à chauffer le minerai dans la zone de réaction.
Ce mode d'application et de contrôle de la chaleur dans la réduction du minerai est réalisé par un four de construction nouvelle et ramassée, d'un type dans lequel le minerai passe continuellement à travers le four et est soumis à de la chaleur , par conduction, d'une façon telle que le minerai se trouve complètement réduit à une forme commerciale et livré à une température convenant pour sa manutention , l'opéra- ' tion n'exigeant qu'une quantité de combustible si faible que le prix de revient du fer réduit est bien inférieur à celui de l'éponge de fer obtenue jusqu'à présent.
Une autre caractéristique de l'invention réside en la dispo- sition de plusieurs cornues verticales, relativement étroites, pour recevoir et faire passer le minerai continuellement, et de préférence par gravité, à travers le four, ce qui fait que le minerai est soumis à la quantité maximum de surfaces chauffées, pour effectuer
<Desc/Clms Page number 4>
un chauffage.complet et régulier du minerai entraîné par gravité.
Sur les dessins ci-jointe Fig.l est une élévation latérale, partie en coupe et avec arrachements, d'un four construit confor- mément à l'invention et formé d'une batterie de quatre cornues dont deux sont représentées en coupe;
Fig.2 est une coupe verticale transversale de l'une des cornues représentées à la fig.l, montrant la manière de chauffer le four lorsqu'on fait usage d'un combustible d'une nature exigeant un excès d'air pour sa combustion;
Fig.3 est une coupe verticale transversale similaire à fig.2, d'une construction modifiée de four dans laquelle la chaleur pour effectuer la réduction est fournie par des éléments de résistance électrique ; cettefig .montre également la façon dont il est préférable de disposer des conduits d'air au-dessus et au-dessous des unités de chauffage;
Fig.4 est une coupe verticale, suivant un plan perpendiculaire à celui de fig.3, d'un fragment de la construction représentée sur cette dernière fig. montrant en particulier la façon de contrôler les températures des cornues ou passages afin que le minerai arrivant dans l'appareil soit réchauffé , que le minerai qui se trouve au milieu des cornues soit chauffé à une température suffisante pour donner lieu à réaction avec le charbon, agent réducteur, contenu dans le mélange et que le minerai situé à la partie inférieure de l'appareil soit refroidi avant d'être livré ;
Fig.5 est une coupe verticale, similaire aux figs.2 et 3 , d'un fragment d'une forme d'exécution modi-
<Desc/Clms Page number 5>
fiée d'unité de chauffage;
Fig.6 est une coupe verticale, par un plan perpendiculaire à celui de fig.5, de la construction représentée sur cette dernière fig.
Avant de décrire les diverses parties de l'invention, il sera bon de faire remarquer que l'appareil dont on fait de préférence usage pour sa mise en pratique peut être divisé, en principe, en un mécanisme d'alimen- tation ,un appareil réducteur et un appareil de sortie ou de livraison. Toutefois, ces trois parties constitutives sont dépendantes les unes des autres en ce sens que la réduction proprement dite du minerai e,t le contrôle des températures dépendent d'un mécanisme d'alimentation et de sortie similaire à celui représenté, mais pas nécessai- rement le même que ce dernier. Dans les divers types de fours représentés, chaque cornue comprend trois zones principales que l'on peut appeler la zone de réchauffage, la zone de réduction et la zone de refroidissement.
Le four représenté aux figs.l et 2, et désigné par , peut comprendre autant d'unités qu'on peut le désirer, suivant la production qu'on veut obtenir et sana que cela affecte en rien le rendement. Dans la disposition représentée aux figs.l et 2, le four 1 est fait d'une batterie de quatre cornues formées par autant d'unités. Il est évident que la partie principale du four peut être construite sous la forme d'une unité comprenant un grand nombre de cornues, ou autant qu'on en peut désirer .Chaque cornue 2 consiste en un passage vertical et de préférence étroit, de section rectangulaire, comme cela est le mieux représenté aux figs.l et 2, dont les parois sont formées par les parois des unités condui- sant ou absorbant la chaleur.
<Desc/Clms Page number 6>
La. partie supérieure de chaque cornue est, comme cela est représenté à la fig.l, formée par les parois internes d'une série de carneaux parallèles ± constitués par des blocs creux , en matière réfractaire qui, comme c'est représenté à la fig.2, sont relativement longs demanière à présenter une quantité maximum de sur- face de chauffe. Bans la forme d*exécution particulière représentée aux figs.l et 2, les carneaux réfractaires 3 sont pourvus d'orifices à leurs bouts externes, ce qui fait que les gaz, en passant des carneaux inférieurs aux carneaux supérieurs, passent dans la longueur des carneaux en suivant un chemin tortueux, comme on le voit à la fig.2.
Il va sana dire que ces carneaux réfractaires peuvent être faits d'un nombre quelconque de parties et, aussi, qu'ils peuvent être amovibles, pour permettre de les remplacer* bien qu'en raison des températures relativement basses utilisées dans le procédé de l'invention, les remplacements soient très rares
Les parties inférieures des cornues verticales = sont formées par les parois de sections métalliques 4 , qui, lorsqu'elles sont combinées avec les parois du four, forment les carneaux conducteurs d'air 5. Ces sections 4 sont disposées de telle sorte que l'air pénétrant en 6 passe longitudinalement et dans des directions alternati- vement opposées à travers chaque carneau.: individuel.
L'air sortant des sections 4, ou carneaux .5, du haut passe, dans le four particulier représenté aux figs.l et 2, au carneau de chauffage 3 du bas, carneau qui reçoit égale- ment le combustible arrivant.
Un orifice convenable, 7, est prévu dans le côté du four pour chaque section de carneaux, comme on le voit aux figs.l et 2, pour la réception d'un brûleur convenable 8. Lorsque ce brûleur est alimenté en combus-
<Desc/Clms Page number 7>
tible relativement riche, exigeant un excès d'air pour sa combustion, l'air sortant des carneaux 5 du haut est admis aux carneaux réfractaires 3. en un point 9 où il se mélangera facilement avec le combustible arrivant pour former un mélange combustible.
Ce mélange combustible brûlera dans un ou plusieurs des carneaux horizontaux 3 et les produits de combustion chaufferont les autres carneaux à mesure qu'ils passeront vers le carneau de sortie, ou cheminée, 10 en transmettant ainsi, par con-- duction, leur chaleur au minerai entrant et en quittant la cheminée 10 à une température relativement basse,
A la;partie supérieure de chaque cornue 2, il est prévu une trémie d'alimentation 11 qui est évasée en haut, pour recevoir le mélange de matière constituant la charge et dont la partie inférieure est pourvue d'une valve convenable 12. Sur les dessins, ces valves sont représentées comme constituées par des valves rotatives.
La sortie de chaque trémie, c'est-à-dire le conduit existant entre la valve 12 et l'extrémité supérieure de la cornue 2 correspondante; est de préfé- rence disposée obliauement par rapport à l'axe vertical de la cornue et le dessus de chaque conduit incliné est pourvu d'une ouverture 13, avec couvercle ce qui permet d'aider le mouvement de la matière par un moyen convena- ble introduit à travers les ouvertures 13.
A laartie inférieure de chaque cornue, il existe une valve 14 similaire aux valves 12. Ces valves sont montées dans des conduits de sortie 15 dont chacun
<Desc/Clms Page number 8>
est pourvu d'une ouverture convenable 16, avec couvercle, ce qui permet d'avoir accès aux cornues par en bas. Le minerai réduit, après avoir été refroidi dans la zone inférieure des cornues, peut être déchargé continuellement ou par intermit- tence, par les valves 14 dans des trémies convenables 17 dont chacune est munie d'une porte convenable 18 par laquelle on peut faire tomber l'éponge de fer, ou matière réduite, dans un wagonnet 19.
Les gaz produits par la réaction du minerai et de l'agent réducteur passent de chaque cornue 2, par le carneau 20, à la conduite principale de gaz 2
Dans le fonctionnement, la matière est amenée à la trémie particulière au moyen d'un wagonnet à renversement convenable 22. La matière à traiter peut être constituée par un minerai quelconque, ou d'autres matières, et l'on peut faire usage d'un agent réducteur tel que charbon de bois, anthracite, coke, débris de bais, etc.. On verse ce mélange de minerai d'agent réducteur dans les trémies 11 d'où il est fourni d'une façon intermittente, ou continuelle- ment, aux cornues au moyen des valves 12. Il va sans dire que les valves 12 et 14 peuvent être manoeuvrées mécaniquement et automatiquement et être réglées selon la production de minerai.
Dans le fonctionnement normal du four, le mélange combustible de combustible et d'air dans les carneaux 3 du bas est tel qu'il chauffe la zone centrale des carneaux à la température de réaction appropriée, qui peut être voisine de 980 C.. Le mélange de minerai et d'agent réducteur en- traîné par gravité, ou par un transporteur, à travers la cornue vient d'abord en contact avec la zone supérieure de celle-ci, où il est réchauffé par les produits de combustion.
A mesure que ce mélange réchauffé atteint la zone centrale de lacornue, la réaction de réduction se produit, ce qui fait que la matière réductrice se combine avec l'oxygène
<Desc/Clms Page number 9>
contenu dans le minerai. Après réduction, le fer réduit est amené à la zone inférieure, ou de refroidissement, dans laquelle l'air arrivant en 6 absorbe la chaleur du minerai . réduit, ou éponge de fer, ce qui fait que le fer, lorsqu'il arrive aux valves de décharge 14, se trouve à une basse tem- pérature. En d'autres termes, l'éponge de fer, lorsqu'elle sort de la cornue, est en état d'être travaillée, et prête à être manutentionnée aussitôt livrée.
Une forme d'exécution modifiée d'appareil propre à la mise en pratique du procédé est représentée aux figs.
3 et 4. Dans cette disposition, les carneaux conducteurs de chaleur sont remplacés par des unités de résistance électri- que 33 qui peuvent être d'une disposition quelconque voulue et qui sont de préférence introduites, de façon à pouvoir être enlevées, dans les parois du four et s'étendent longi- tudinalement à la cornue. Cette cornue 2 a de préférence les mêmes dimensions que celles représentées aux figs. 1 et 2, mais les trois zones à savoir : la zone de réchauffage, la zone de chauffage ou de réduction, et la zone de refroidis- sement, sont plus nettement délimitées. La zone de réduction, ou de réaction, possède un nombre limité d'unités 23. contenant les bobines de résistance électrique.
La partie supérieure, ou zone de réchauffage, de la cornue est pourvue d'une série de carneaux à air 24 qui sont de préférence semblables, comme construction et comme disposition, aux carneaux à air 5. L'air, réchauffé dans les carneaux à air 5 du bas par le fer réduit sortant, est conduit aux carneaux à air 24 par un conduit 25,comme cela est clairement représenté à la fig. 3.
Cet air, après avoir transféré les calories au minerai et à la matière réductrice qui arrivent, peut être rejeté dans l'atmosphère. Il est évident qu'il n'y a pas besoin de cheminée
<Desc/Clms Page number 10>
puisqu'il n'y a pas de produits de combustion. A part cela, ce four, utilisant des unités de chauffage électrique, est construit comme celui représenté eux figs. 1 et 2 et décrit précédemment.
Une autre forme d'exécution encore de l'appareil est représentée aux figs. 5 et 6. Dans cette disposition, le four estde préférence le même que celui représenté aux figs. 3 et 4, c'est-à-dire que les parois de la cornue sont faites de carneaux qui forment des zones de chauffage dis- tinctes, la section, ou zone, inférieure étant faite de car- neaux à air, la section, ou zone, centrale étant faite de carneaux de combustion, ou de chauffage électrique, et la section, ou zone, du haut étant faite de carneaux de réchauf- fage. La modification qui distingue cette troisième disposi- tion de four des aeux précédemment décrites est qu'au lieu d'utiliser un combustible brut, ou des résistances électri- ques pour le chauffage, on y fait usage d'un gazogène pour fournir la chaleur nécessaire pour la réduction.
Ce gazogène peut être d'un modèle courant quelconque ; il est désigné d'une façon générale par 26. L'air peut être forcé à travers le lit de combustible d'une manière voulue quelconque, par exemple par aspiration ou par pression, et le gaz combustible résultant est admis aux carneaux de combustion 27 qui sont semblables, comme disposition, aux carneaux 3 de fig. 2.
Le fonctionnement de chacun des fours décrits est essentiellement le même et dans le mode de réduction préféré du minerai de fer, on mélange le minerai de fer, ou autre oxyde métallique, avec un agent réducteur et on introduit ce mélange, au moyen des valves, à la partie supérieure des cornues. Il va néanmoins sans dire qu'au lieu d'utiliser un agent réducteur carbonacé solide, on peut utiliser un gaz réducteur qui peut être, de préférence, introduit dans la partie inférieure des cornues.
Ces gaz réducteurs admis au bas des cornues passent à travers le fer réduit et absorbent
<Desc/Clms Page number 11>
la chaleur sensible de ce fer ce qui fait qu'ils sont ainsi réchauffés avant de pénétrer dans la zone de réduction réelle, où ils sont élevés à une température de réaction pour se combiner avec l'oxygène du minerai et en débarras- ser celui-ci.
Un autre avantage important du four de réduction qui fait l'objet de l'invention, c'est que des fours ae ce genre peuvent être facilement, utilisés comme gazogènes en prenant du gaz CO2 à une source quelconque et en faisant passer ce gaz à travers la cornue en présence d'un excès de carbone et à travers la zone de réduction pour le faire passer ensuite à la conduite principale de gaz.
Dans cette réaction bien qu'un peu..d'oxygène puisse, ou non, être pris par l'éponge de fer réduite, la pratique montre qu'en fai- sant passer du gaz CO2 à travers du fer réduit, en présence de carbone, à la température appropriée, il ne se produit dans l'éponge de fer qu'une très faible oxydation,, insuffi- sante pour être gênante dans un traitement métallurgique ultérieur, en particulier quand l'éponge de fer résultante doit être traitée dans des fours à sole ou des fours élec- triques.
Une fois l'éponge de fer déchargée et enlevée des cornues de réduction, on peut séparer la gangue du fer par concentration magnétique ou tout autre moyen convenable.
Il va sans dire que les divers carneaux constituant les différentes zones de cornues peuvent être disposées soit verticalement ou horizontalement, à volonté, dès l'instant qu'ils sont construits de manière à présenter une cornue qui est de section relativement longue et étroite, ce qui fait que le minerai peut être entraîné à travers la cornue et venir en contact avec la surface maximum de parois, de
<Desc/Clms Page number 12>
façon à être réchauffé, réduit et refoirdi progressivement avec une économie maximum dans la consommation de combustible
On voit que, de la sorte, l'invention offre, un four nouveau pour la réduction de minerai de fer, ou d'autres oxydes métalliques, avec une quantité minimum de chaleur.
Les cornues individuelles sont de section longue et étroite et sont disposées en groupes de plusieurs unités, de longueur illimitée. Ceci réalise une conservation plus économique de chaleur parce que la seule perte de chaleur par rayonnement est celle se produisant par les côtés ex- térieurs des parois des deux cornues extrêmes. Il est évi- dent que, dans de grandes installations exigeant un grand nombre d'unités, on peut disposer ces dennières concentri- quement, auquel cas il n'y aura pas de pertes appréciables de chaleur par rayonnement.
De plus, le four est à marche continue et sensiblement toute la chaleur créée dans la zone de réduction est utilisée avantageusement dans le four, le fer réduit étant déchargé dans un état relativement froid et les produits de combustion, s'il y en a, étant déchargés, par la cheminée, également dans un état relativement froid.
Il est évident que l'entraînement, du minerai de fer et de l'agent réducteur en un mince courant plat renfermé, en combinaison avec la conservation du combusti- ble de réduction et de réchauffage, est une des caractéris- tiques importantes de l'invention et il va sans dire que l'invention n'est nullement limitée à un unique courant homogène mais que ce courant peut être dans son ensemble, un mince courant plat mais être, en même temps, divisé en plusieurs petits courants pour constituer le courant géné- ral plat, de section relativement longue et étroite.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.