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Procédé et appareil perfectionnés pour le traite- ment au four de matières métalliques ou métallifères.
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L'invention est relative d'une façon générale à des perfectionnements aux fouis pour le traitement des matières métalliques ou métallifères, et concerne plus particulièrement un procède nouveau et efficace pour la fusion ou la réduction de matières métallifères et à un nouveau four pour la mise en pratique de ce procédé.
L'invention se réfère plus spécialement au? appa- reils et aux procédés dans lesquels on utilise des oombus- tibles liquides ou gazeux ou des combustibles solides à base de carbone et à l'état finement divisés (en particu- lier du charbon ou du coke pulvérisé) destinés à. brûler dans l'atmosphère comburante qui leur sert de support et dans laquelle ils se trouvent en suspension après y avoir été projetés.
On a déjà proposé d'employer du charbon à l'état finement divisé et mélangé à un 3 et ou à un cou- rant d'air pour chauffer différents typée de fours pour le traite Ment des métaux, mais autant qu'on puisse en juger par les indications qu'on a pu obtenir à ce sujet, ces tentatives atout pas trouvé d'application pratique à/
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dans l'industrie, car ces appareils ne permettaient pas d'effectuer une combustion suffisamment complète du com- bustible, dans des conditions propresà un contra le satis+ faisant de la nature (oxydante neutre ou réductrice) des gaz dechauffage venant en contact avec la charge de ma- tières métalliques ou métallifères à l'intérieur du four.
En particulier, on a oonstaté cet inconvénient, dans tou- tes les tentatives antérieures pour utiliser dtz charbon pulvérisé en vue de la fusion des métaux, que le métal se trouvait de ce fait soumis à une oxydation nuisible entraînant des pertes de métal résultant dans une grande mesure de la formation de qualités exagérées de produits d'oxydation.
suivant le mode de réalisation préféré de l'inven- tion qui sera décrit ci-après, on provoque la combustion du combustible dans une zône située hors de contact avec la charge de matières métalliques ou métallifères, et de préférence à l'extérieur du laboratoire du four, et on projette ou on admet les gaz de chauffage ainsi produits dans le laboratoire en contact aime la charge de façon qu'ils exercent sur elle l'action désirée; on arrive ain- si à éviter les inconvénients sus-mentionnés et à rendre pratique et économique le chauffage des fours de traite- ment des métaux au moyen de combustibles pulvérisés ou pulvérulents.
Dans la description détaillée qui Ta suivre, on décrit un mode de réalisation préféré de l'invention, supposée appliquée à des fours verticaux ou cubilots utilisés pour la fusion ou la réduction de matières fer- reuses, comme par exemple de la ibnte on des riblons, ou' leur mélange, afin de les amener à l'état fondu ou fluide et de les utiliser eh fonderie, mais il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à des fours du type particulier décrit et représenté, pas plus qu'à la fusion
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et an raffinage de cta#t dans le b indiqué;
on a
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co¯a"!}' eg effet que Invention s'appliqae avantageuse- ment au tintement de métaux pu la oha1.nU', pour d'au- très buts que celui indiqué, ainsi qu'il apparaîtra à. ilhommo dit l"6rt diaprés la description qui va suivre. invention sera mieux comprise en se référant au. dessin annexé, qui montre à titre d.'exemple un mode d'exécution d'Un appareil dans lequel le procédé suivant l'invention peut être réalisé. Dans ce dessin :
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La fin. 1 est une vue en,41éTavio n partiellement en ooupe d'un 2)nr suivant l'invention.
La fig, a est une vue en plan de 1 lappaxeil de la fis. 1, et La fi g. 3 est une vue de détail,, en coupe suivant la ligae 3-3 de la fig. 1.
Dans la description qui va suivre, on décrira tout d'abord le toux re#4seD1i15 à. titre d'exemple au des- sin, puis le nouveau prooddé utilisé avec ce four.
En se référant au dessin, 1 désigne d'une façon générale un four-coupole vertical ou cubilot, comprenant
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m revêtement cylindrique métallique appropria Zt muni d'un garnissage réfractée 3, et entourant le labora-
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toire 3a du four.
Le garnissage 3 peut être constitué au moyen de '-produits réfractaires du commerce, utilisés dans la cons-
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truetion des fours et des cubilots, ou bien cette ma- tière peut être une matière non-re lactaire, non-fusible, adaptée au but qu'on se propose. Le garnissage peut être acide, neutre ou basique suivant la nature de la réaction qui doit être effectuée dans le four.
Dans la fusion Habituelle au cubilot, lorsqu'il s'agit d'affiner et de fondre de la fonte brute ou des riblons, le revêtement peut être acide; clans le cas de la réduction de matiè- res métallifères, par exemple les minerais de fer oxydés
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Habituels, 'tement oqxaît basilue, le ohoix du habituels, le "stmt si silg,us choix
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garnissage approprié est Immédiatement à la portée de l'homme du métier, et dépendra de la matière à traiter et du résultat ou de la réaction qu'il s'agit d'obtenir.
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Le eubilot peut être supporté à sa base sur une fonda- tion ou support quelconque 4 et peut être fermé à la partie inférieure par un fond amovible 5, de toute forme appropriée et dont les détails de construction n'ont pas besoin d'être représentés ou décrits, n'étant pas néces- saires pour la compréhension de l'invention. Le four est
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également pourra du trou de coulée habituel, à1 travers lequel lemétal fondu produit peut être coule, et d'un trou de coulée 6a pour la scorie, de toute forme appro- priée. Dans l'exemple représenté, et contrairement à la pratique habituelle pour les cubilots, le four est de
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préférence dépourvu de tuyères ou autres moyens de eouf-1 flage d'air qui, d'habitude, serrent à admettre de l'air- dans le laboratoire.
Vers sa partie inférieure, 10 four est muni d'une ou plusieurs chambres de combustion 7, par exemple quatre chambres, oomme représenté, disposées de préférence en des points également espacée de la périphé- rie du four. Chacune de ces chambres de combustion se com- pose d'un revêtement extérieur 8 pouvant avoir une forme rectangulaire en coupe et qui se raccorde au revêtement
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métallique du four ou attb3.-lot, auquel il est fixé de toute façon appropriée, ce revêtement pouvant, s'il y a lieu, être , double paroi, comme in11qwl en 9, de façon à former tan espace annulaire 10, destiné à recevoir de l'air ou tout autre fluide de refro1d1s.ent.
L'extré- mité intérieure de la chambre débouche tiens le oub1<lot par un orifice 11, situé de préférence au-dessus du fond
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du cubilot, et le reniement 8 est muni duurt garnissage approprié en matière réfractaire 12. L'extrémité ena...' rie ure de la chambre est fermée par une te'te 13, fixée au
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revêtement 8 de façon étfnobe. de taite maniée appro-
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priée, la facs intérieure de cette tête étant également pourvue d'un garnissage approprié.
Dans l'exemple de réa- , lisation représenté, les chambresde combustion extérieu- res sont disposées de façon que leurs axes longitudinaux soient inclines vers le haut à partir du point où ces chambres débouchent dans le oubilot, mais l'invention D'est pas limitée à cette disposition particulière.
On a représenté uniquement les parties du oubi-lot qui sont nécessaires poux 1., compréhension de l'invention, citais on a supprimé toute la superstructure, y compris - l'orifice de'chargement et les appareils qui en dépendent, car ceux-ci peuvent être d'un type absolument quelconque, comme le comprendront les spécialistes.
Tous moyens appro-i priés peuvent etre employés pour amener le coke ou le char- bon pulvérisé et l'air ou autre support gazeux comburant à. l'intérieur de la chambre de combustion, dans des pro- portions et à, des vitesses calculées pour obtenir une combustion complète ou réglée jusqu'au, degré voulu à l'in- térieur de ces chambres, de même que pour obtenir, à la sortie de la chambre de combustion, à travers le ou les orifices de sortie, des gaz chauds ayant le caractère voulu (oxydants, réducteurs ou neutres).
]pair l'expression : "combustion complète ou combus- tion réglée jusqu'au degré voulu 4 l'intérieur de la ou des chambres de combustion*, il faut entendre que la réaction ou combinaison du carbone,ou autre constituant du combustible, avec l'oxygène de l'atmosphère comburante servant de support se produit à l'intérieur de la ou des chambres, c'est-à-dire que la combustion des gaz de chauf- fage, ou la réaction ou combinaison des constituants de ces gaz, ne se prolonge pas au-delà. du moment où. ces gaz quittent lesdites chambres.
Les gaz de chauffage qui sortent contiennent de 1oxygène libre lorsqu'ils doivent
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être oxydants, et ils avztîsrment"ds, .oxycl.e de carbone
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on un mélange d'oxyde 8 e carbone et <'1 'G.cide carbonique lorsque les gaz qui sortent doivent étre réduoteucs; ils ne contiendront ni oxygène ni oxyde de carbone lors- que les gaz sortant doivent être neutres et, clans ce cas, tout le carbone du combustible se trouve sous forme d'acide carbonique.
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Dans 1 exemple de réalisation représenté, le dis- positif d'alimentation du combustible comprend un conduit dtadnéosion 14, dont l'extrémité inférieure ou orifice de sortie 15 est relié en 16 à la partie centrale de la tête 13, en regard d'un canal d'amenée 17 traversant la tête
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et son gé\1'nissag3. Le canal d'amenée 17 se trouve de pré- férenoe dans l'axe de la chambre de combustion, de façon à produire un courant longitudinal dans la chambre vers l'orifice 11.
L'extrémité supérieure du conduit 14 sup-
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porte une boîte 18, traversée par un tube ou ajutage d'ali.. menbation du combustible 19, le combustible étant amené par un conduit d'alimentation 20, sous forme d fun courant de combustible finement divisé et d'air, provenant d'une source quelconque, non représentée. La chambre 18 est munie d'un branchement 21, dans lequel arrive de l'air
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secondaire sous pression provenant d'une botte à vent 22 entourant la partie supérieure du four. La boîte à vent est alimentée avec de l'air sous pression par un souffleur ou autre appareil de mise en circulation de l'air d'un type quelconque, non représenté.
Dans l'exemple repré- senté, le combustible finement divisé entraîné par le
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courant dtair est projeté à travers l'ajutage 19 clans la chambre 18; de l'air secondaire sous pression venant de la boîte à vent 22, passe également dans la chambre 18 et dans le conduit 14.
Le courant t'air et de combustible
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provenant de l'ajutage 19 se mélange à Itaiy arrivant de .la botte à vent et le mélange passe par la jonction
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15 cLans la chambre de combustion extérieure z, dans la-
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quelle l'aie et le mélange combustible sont allumes et brûlent. La chambre de combustion 7 a un diamètre et une longueur (depuis l'orifice d'introduction 17 jusqu'à. l'orifice de sortie 11) tels que le combustible finement divisé reste suffisamment longtemps en suspension pour brûler complètement à l'intérieur de la chambre,
dans la mesure où bette combustion complète est permise par la proportion d'oxygène du comburant formant support, et par le temps que mot le mélange à. atteindre cet orifice.
Avant d'allumer le combustible dans la. chambre de combustion 7, le four ou cubilot peut: être garni, comme il est connu, d'un lit de sable 23, lepoint le plus haut de ce lit de sable se trouvant, de préférence immédiatement au-dessous de l'arête inférieure de l'orifice 11 et le lit de sable allant en s'inclinant vers le trou de coulée.
Au-dessus du lit de sable, on place un lit de matières concassées servant de support à la charge et laissant un certain nombre d'interstices ou d'espaces minces communi- quant entre eux, cettematière pouvant être du coke, de la brique concassée, ou autre matière appropriée, et ayant une épaisseur telle que le niveau supérieur de ce lit se trouve au-dessus dé l'arête supérieure de l'orifice 11; de cette façon, on voit que, dans l'exemple représenté, les gaz de chauffage sortant de la chambre de combustion 7 passeront par l'orifice 11 dans lelit 24, se disséminera à travers les espaces laissés entre la matière, et remon- teront pour agir sur la charge.
Le lit 24 sert de support pour la charge, ainsi qu'il sera mentionné par la suite.
Bans l'application du procédé suivant l'invention au moyen de l'appareil ci-dessus décrit, on dispose le lit de sable 23 dans le four, puis au-dessus du lit de sable, le lit 24 de coke ou autre matière ayant des in- terstices. Le débit de combustible venant: par le conduit
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zal et de l'an- seoonâaire venant de lait boite à vent 22
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sont alors réglés l'un par rapport à l'autre de-façon qu'on obtienne la combustion du combustible dcns le four
7, et que les gaz chauds sortant par l'orifice 11 possè- dent les caractéristiques voulues. Dans la pratique de la fusion au cubilot,
c'est-à-dire lorsqu'il s'agit de fondra du fer métallique (à l'état de fontebrute ou de riblons) en vue d'obtenir de la fonte grise, les gaz de chauffage devront être neutres au moment où ils atteignent l'orifice
11, ou bien ils peuvent être rendus plus ou moins réduc- teurs, de façon à régler la teneur en carbone du métal résultante Dans le cas où la combustion est réglée pour obtenir un courant de gaz neutre, ce courant de gaz, tra- versant l'orifice Il pour pénétrer dans le lit de ooke ou autres matières concassées, est formé par du CO2 (aci- de carbonique ).
Le combustible peut être enflammé dans les chambres 7 pr l'un quelconque des moyens employés habituellement pour mettre en route la combustion dans des cubilots, par exemple en plaçant une quantité appro- priée de bois sur le lit de sable et en enflammant ce bois au moyen d'une mèche de coton imbibée d'huile, préa- lablement allumée et lancée sur le bois par l'orifice de chargement du four, avant que la charge de coke ou autre matière concassée soit déposée dans le four pour consti- tuer le lit support.
Le coke ou matière concassée 24 sert de support à la charge et a pour but d'assurer le passage eb la répartition du courant de gaz sortant de l'orifice
11, de façon que les gaz soient distribués uniformément à travers la section totale de la surface supérieure du lit ; c'est-à-dire la section à la partie inférieure de la char± ge.
Dans l'exemple représenté, la quantité de combustible et d'air est réglée par un dispositif de contrôle appro- prié du débit de combustible et d'air secondaire, d'e façon à obteMr la combustion à peu près complète du char-
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bon dans la ehambxe de combustion et faire en sorte
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qu'à peu près aucune quantité de charbon non-brûlé puisse passer telle quelle à travers le lit 24. et que le courait soit rendu neutre ou réducteur à volonté.
Bans la fusion de la fonte ordinaire pour la production de moulages/en font, grise, le courant sortant à hante température de l'orifice 11 sera sensiblement neutre ou réducteur, et le passage des gaz sera prolongé jusqu'à ce que l'intérieur du laboratoire du cubilot soit devenu non-oxydant Lors- que la combustion préalable du combustible a été effectuée pendant un temps Suffisant:
pour que l'atmosphère ou les gaz contenus dans le cubilot ou four soient neutres ou rédacteurs, comme on le désire, on dépose la charge mé- tallifère, par exemple de la fonte brute ou des riblons lorsque le four doit fonctionner comme cubilot de fusion, cette charge étant introduite dans le laboratoire 3a à travers l'orifice de chargement habituel, à la partie su- périeure du four, la charge descendant pour venir reposer sur le lit 24; le courant de gaz chaud de la chambre de combustion est maintenu de façon continue pour obtenir la fusion de la charge et le produit fondu désiré, lequel peut être soutiré à travers le trou de coulée 6.
On comprendra que pour fondre de la fonte en em- ployant une flamme neutre ou réductrice, le lit 24, s'il est constitué par du ooke, sert tout d'abord de support à la charge métallique et n'est pas consuma pendant l'c- pération, et qu'il suffit donc seulement de remplacer la quantité perdue mécaniquement, dons quel cas le complément éventuel peut être introduit par l'orifice de chargement du four au moment voulu.
Il y a lieu a e noter que, dans l'application du procédé pour la fusion de la fonte, il est généralement. nécessaire de contrôler les proportions relatives de combustible et d'air de façon à obtenir une combustion sensiblement complète dans la chambre de combustion, afin
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de ;produire U11E1 flamme ou ocrant ga&et# non o*8-336 &
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la sortie de l'orifice 11, et d'effectuer le chauffage ou la fusion dans des conditions appropriées pour mainte- nir une atmosphère neutre ou réductrice dans le laboratoi- re du four.
Dans l'exemple de réalisation décrit, oe résultat est obtenu par le contrôle des proportions rela- tives de combustible et d'air, la longueur de la chambre de combustion 7, et aussi par le fait que le four est construit de façon étanche, empêchant ainsi à peu près complètement les rentrées d'air pouvant provenir d'une source quelconque, pendant/L'Opération de réduction ou de fusion.
Le dispositif pour l'alimentation du combustible solide à base de carbone à l'état finement ci vise peut être d'un type commercial quelconque, tel qu'on le ren- contre sur le marche, et ne rentre pas dans le cadre de 1 invention. Ce dispositif (non représenta) peut compren- dre un broyeur pour broyer et pulvériser la matière, qui est délivrée à un dispositif à appel d'air ou souffleur grâoe auquel le combustible est soufflé ou entraîné par un courant d'air à travers le conduit 20 et les branche- ment s 20a.
jusqu'à l'ajutage 19. On peut employer un type quelconque de souffleur ou d'électeur (non représenté) pour amener l'air secondée nécessaire à la combustion dans la boîte à vent 22, pour le faire circuler dans cette boîte et l'amener ensuite par lestubes de liaison 21 aux chambres 18.
Un dispositif quelconque peut être employé pour régler les proportions relatives d'air et de oombus- tible sortant par l'ajutage 19 et la proportion d'air secondaire nécessaire pour obtenir la combustion sensi- blement complète ou plus ou moins complète du comestible dans la chambre 7; par exemple, il est évident que oe résultat peut être obtenu facilement en réglant de façon convenable le dispositif d'alimentation en combustible et le dispositif de mise en circulationde l'air, ou bien
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en disposant des robinets 20b sur les tubes 20a, ou en combinant ces différents moyens.
L'expression -gaz de chauffage" utilisée dans la description qui précède désigne la. masse ou le courant gazeux résultant dela combustion du combustible avec le gaz comburant formant support, que cette masse ou courant soit neutre, oxydant ou réducteur au point de vue de l'ac- tion qu'il exerce sur la change métallique ou métallifère.
L'invention présente un certain nombre d'avantages parut lesquels on peut signaler le fait qu'il ne se pro- duit à. peu prèspas de scories lorsque le four fonctionne comme cubilot pour la production de fonte de moulage. La fonte produite est à peu près dépourvue d'azote. Du fait que les éléments contenus à. l'origine dans la fonte ne sont pas oxydas, ilsestent dans leur état initial, ce ' qui évite des pertes de métal et assure l'obtention d'un produit ayant les caractéristiques désirées. La vitesse de fusion est également augmentée de façon appréciable et la température du métal au niveau du trou de coulée se trouve augmentée, ce qui docilité la coulée.
Le procédé décrit permet égaleront de réduire les pertes par entrai* nement, dans les fumées et assure une économie appréciable de combustible.
'au autre avantage du procédé réside dans le fait qu'il n'est plus nécessaire de charger le combustible en même temps que la charge métallique dans le four, et que la consommation de combustible par unité de poids de métal fondu est beaucoup plus faible que lorsque le com- bustible est cierge en même temps que le métal.
Etant donné qu'en dehors de l'air nécessaire à la combustion du combustible dans la chambre de combustion, la fusion de la matière ferreuse, en vue d'obtenir de la fonte grise de moulage, n'exige qu'une très faible quantité d'air supplémentaire, sinon aucune, la fonte ou autre métal en fusion dans le four ne se refro idit pas pendant
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sa descenteà travers le lit, contrairement à ce qui se passe lorsqu'on emploie des tuyères ou autres moyens pour souffler de l'air à. travers la charge. Il en résulte que le métal ne ?'oxyde pas et qu'il sort du trou de cou- lée à une température plus élevée que d'habitude.
Un antre avantage résulte du fait que la quantité de scories formées, s'il s'en produit, est très petite; de oe fait, il ne se produit pratiqueront aucune attaque chimique destructive du garnissage du four, de sorte qu'on évite dans une gr-nde mesure la nécessité de réparer ou de remplacer le garnissage à la suite de détériorations dues à aes réactions nuisibles, ce qui permet de prolonger con- sidérablement la campagne de marche continue du four, et d'obtenir ainsi une économie au point de vue des frais entreînés par ces réparations ou remplacements.
Bien que l'invention ait été décrite dans son ap- plication à la fusion de la fonte dans un four du type cubilot,et que, pour cette application particulière, les gaz de chauffage doivent être réducteurs ou neutres, il va de soi qu'en contrôlant de façon appropriée les pro- portions relatives de combustible et d'air admis dans la ohambre de combustion externe, de façon à avoir un excès d'air secondaire, on peut rendre les gaz de chauffage oxydants, s'il s'agît de marcher en allure oxydante, et de produire un effet d'oxydation sur la charge métallifère.
Lorsqu'on marche en allure réductrice, l'appareil et le procédé peuvent être facilement employés pour la réduc- tion de minerais métallifères.
Le procédé et l'appareil décrits peuvent être avantageusement employés pour le traitement des métaux par la chaleur et la fabrication 3 'autres produits, que la fonte grise de moula 83 ; par exemple, ils peuvent être employés pour la fusion de l'acier et, dans ce cas, les gaz de chauffage seraient réglés de façon à. être neutres, réducteursou oxydants suivant la nature/ du métal à
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obtenir en partant:
du métal particulier qu'il s'agît de fondée, l'invention peut également être utilisée pour fondre de la .fonte en vue de moulages en fonte malléable, dans quel cas les gaz de chauffage seront ordinairement oxydants, et aussi pour la fusion de métaux non-ferreux, dans quel cas les gaz de chauffage seront ordinal récent réducteurs.
Enfin l'invention peut être utilisée non seulement poux la fusion, mais également pour l'affinage de mine- rais de fer, dans quel cas les gas de chauffage seraient fortement réducteurs.
REVENDICATIONS. -
1 .- Un ,procédé de traitement au four de matières métalliques ou métallifères au moyen de combustibles à @ base de carbone, caractérisé en ce qu'on provoque la oom- bustion du combustible à l'extérieur du laboratoire du four et en ce qu'on fait passer les gaz de chauffage ains produits à travers la charge, de bas en haut.
2 .- Un procède suivant 1, caractérisé en ce qu'on fait passer les gaz de ohauffagp à travers un lit de ma- tières présentant des .interstices, sur lequel repose la charge,
3 .- Un appareil pour la mise en pratique du. pro- cédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un laboratoire et une ou plusieurs cham- bres de combustion à l'extérieur du laboratoire, et en communication avec celui-ci.
4 .- Un appareil suivant 3, caractérisé en ce que la ou les chambres de combustion communiquant avec le. la- boratoire du four près de la base de celui-ci.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.