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" PROCEDE POUR REDUIRE LES MINERAIS SANS' FUSION "
Dans la réduction de minérales par exemple de mi- nerai de fer, sans fusion, il importe beaucoup que le mine- rai utilisa soit aussi pur que possible et contienne le moins de gangue possible. En effet, lorsque le minerai con- tient du stérile, on obtient un métal contenant du stérile et qu'il est très difficile de concentrer ultérieurement jusque un degré de pureté suffisant. Comme la plupart des gisements de minerais contiennent du stérile sous forme d'in- crustations très fines, il est donc généralement nécessaire que le minerai soit finement broyé et concentra avant la ré- duction.
Le broyage fin assure aussi;) relativement à la ré- ducton, l'avantage que la durée de la réduction peut-être
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réduite au minimum/par rapport à celle qui est nécessaire pour le minerai en morceaux.
Dans certains cas cependant, et surtout lorsqu'il s'agit de minerai de fer, la réduction de minerai finement broyé ( schlich ) présente de grandes difficulté*, parce que le schlich tend à se concréter pendant la réduction et à coller aux parois du four ou à former des noyaux dans le four. Cet inconvénient peut toutefois être évité lorsque 1+agent de ré- duction est constitué par de la poudre de charbon qui, lors- qu'elle est mélangée en quantité suffisante avec le minerai, est capable de prévenir cette concrétion.
On peut ainsi ef- feetuer la réduction sans difficulté de façon entièrement continue dans le four tournant, qui est le type de four le plus avantageux pour la réduction de minerai finement granu- 1é, par suite de 1+agitation continuelle qui z'y produit, ce qui fait qu'on obtient une réduction uniforme.
Dans certains cas, cependant, on rencontre d'autres difficulté* dans les opérations effectuées diaprés ce princi- pe. En effet, une partie des cendres contenues dans le char- bon se retrouve toujours dans le produit obtenu, et si on ne dispose pas de charbon contenant peu de cendres, on risque que la quantité d'impuretés contenues dans le métal ne soit trop grande. Le soufre du charbon est également absorbé en grande partie par le métal produit par la réduction, ce qui fait quon dépend aussi, dans l'application de ce principe de réduction, de la quantité de soufre contenue dans le charbon.
Lorsque la réduction est effectuée au moyen de gaz au lieu de charbon solide, gaz pouvant être produit par exemple par la combustion de charbon dans un gazogène, la quantité de cendres contenue dans le charbon n'a plus aucune importan- ce directe sur la qualité du métal, et on peut aussi empêcher le soufre d'entrer dans. le four de réduction, mais on se trouve alors en présence des difficiles mentionnées plus haut, c'est-à-dire la difficulté d'obtenir une opération con- tinue dans le four tournant sana risquer que des dérangements
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soient produits dans la marche par suite de la tendance du schlieh à se concréter pendant la réduction.
La présente invention permet de résoudre le problème de la façon suivante. On charge le four avec un mélange de minerai et de matière carbonique, comme pour les opérations dans lesquelles le charbon sert directement d'agent de réduc- tion, mais on introduit également un autre agent de réduction ayant une action réductrice plus rapide, par exemple un gaz réducteur.
On a constaté qu'on peut ainsi conduire 1'opération de façon que la majeure partie de la réduction ait lien au moyen de cet agent de réduction à action réductrice plus ra- pide, et qu'une petite partie seulement ait lieu au moyen du charbon mélangé avec le minerai, la majeure partie de ce char- bon sortant ainsi du'four sans avoir été brûlée et pouvant servir de nouveau dans l'opération.
On obtient ainsi les avantages et on évite les inconvénients tant du procédé de réduction directe au charbon que du procédé mentionné plus haut, et déjà connu,, de réduction au gaz,
Pour que l'agent de réduction à action réductrice plus rapide mentionné plus haut et utilisé suivant l'inven- tion puisse être aussi utilisé sans trop grande consommation de charbon, il est utile de prendre un charbon brûlant rela- tivement difficilement, tel que du coke, du graphite, du charbon à électrodes, du coke de pétrole;, du carbure de si lioumou une substance analogue contenant du charbono La .grosseur de grain joue en outre un grand rôle;
plus la matiè- re carbonique est finement pulvérisée, plus sa consommation sera grande. / C'est pourquoi il ne faut pas pousser le broyage de cette matière plus loin que cela n'est nécessaire pour faire entrer en jeu sa propriété de désagréger la char- ge et d'empêcher la concrétion..
L'agent de réduction peut être par exemple du gaz ordinaire de gazogène de houille qui toutefois ne doit, au- tant que possible, pas contenir diacide carbonique. Une forte teneur en oxyde de carbone est naturellement désirable, de même
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même qu'une forte teneur en hydrogène a également un effet a- @ vantageux. Le gaz dit,gaz à l'eau, qui'est constitué principa- lement par un mélange doxyde de carbone et d'hydrogène, con- . vient donc bien pour l'opération en question. Le gaz de fours à coke s'y prête également bien.
Dans certains cas le gaz de réduction peut être remplacé avantageusement en totalité ou en partie par des agents de ré- duction non gazeux, tels que des substances organiques liquides, par exemple des huiles et des substances analogues se transfor- mant en gaz lorsqu'elles sont chauffées, ces substances se dé- composant presque tueurs en composés plus simples en séparant du poussier de charbon.
Ce poussier de charbon prend aussi une part' active à la réaction et on a trouvé quon peut/utiliser, avec ou sans arrivée simultanée de gaz, un agent de réduction constitué par une matière carbonique s'oxydant très facile- ment, telle que de la poudre de charbon de bois sous une forme finement divisée, de la suie de gaz de fours, ete. Il faut alors que l'agent de réduction soit sous forme de grains assez fins pour quil se maintienne en grande partie librement en suspension et que la partie non brûlée dans le four sorte du four avec le gaz de la réaction,.
Il faut de préférence faire en sorte que 1?agent de réduction, qu'il soit gazeux, liquide ou solide, traverse le four en sens inverse de celui du mouvement de la charge dans le four. On l'introduit donc de préférence dans le four à l'extrémité de détournement et on fait sortir le gaz de la réaction à l'extré- mité d'enfournement.
L'opération peut être effectuée dans des fours tournants de différents types construits de façon connue. La quantité/de chaleur à apporter dépend dans une grande mesure de la composta tion de l'agent de réduction utilisé. Lorsqu'il s'agit de ré- duire du minerai de fer, par exemple au moyen d'oxyde de car- bone, aucun apport de chaleur nest nécessaire pour la réduc- tion elle...même, tandis que la réduction au moyen de charbon solide exige un apport de chaleur considérable.
Le procédé le plus pratique dans les cas pour apporter la chaleur nécessaire consiste à utiliser à cet effet le courant électrique, qu'on fait passer à travers des éléments de résistance montés dans @
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le four ou dans les parois du four. Le procédé connu consistant à faire servir la charge elle-même de résistance pour le passage du courant électrique est particulièrement pratique, le courant étant conduit à travers la charge au moyen de contacts ou d'électrodes montés dans le four de façon appropriée et entre lesquels on le fait passer. Il est très important que la charge contienne du charbon ou une matière carbonée telle quon obtienne des conditions prati- ques pour le passage du courant.
En. effet le schlich ou mi- nerai broyé est généralement un conducteur relativement mau- vais du courant électrique, tandis que le métal obtenu par la réduction possède une conductibilité beaucoup trop gran- de. La présence du charbon ou de la matière carbonée a pour effet que la conductibilité devient plus constante et elle permet, par la variation de la quantité et de la qualité de la matière en question, de régler la résistance à volonté dans de très grandes limites
Le gaz de réaction qui sort est généralement un com- bustible de très grande valeur,
qu'on peut utiliser dans l'opération toutes les fois que cela est possibleo Un mode opératoire pratique dans ce but est donné par le procédé dé- jà proposé autrefois par les inventeurs et consistant à brûler le gaz dans une chambre centrale attenant au four et à travers les parois de laquelle la chaleur est transmise à la charge qui se trouve dans le four à l'extérieur des pa- rois. De cette façon la rotation du four permet de chauffer la charge de façon uniforme et satisfaisante, le minerai peut être introduit avec le charbon ou la matière carbonée dans la chambre extérieure qui se trouve en. avant de la chambre de combustion, ou bien il peut être introduit dans la chambre de combustion à part et séparé de la matière en question et n'être mélangé qu'ensuite avec la matière car- bonée.
On a constaté qu'il est utile de combiner le ohauf- fage électrique avec/la combustion du gaz de la réaction, c'est-à-dire du gaz fourni par la réaction. Le chauffage de la charge jusqu'à la température de la réaction a lieu alors de préférence par la combustion du gaz dans urnechambre cen-
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traie du four ou dans un tube central qui se trouve à l'extré- mité d'enfournement, après quoi on fait passer la charge, en vue d'apporter la chaleur nécessaire pour maintenir la tempé- rature à la valeur voulue, à travers une zone dans laquelle on fait passer un courant électrique à travers cette charge.
Pour mieux faire comprendre l'invention, le dessin annexé montre schématiquement à titre d'exemple un mode de réalisa- tion d'un four pour la mise en pratique de ce procédé de ré- duction. La fige 1 est une coupe longitudinale du four et la fige 2 en est une coupe transversale par la ligne A - A de la fige 1.
1 désigne le four tournant lui-même, four qui est monté de façon connue sur des galets rotatifs 2 reliés deux à deux au moyen d'axes et construits le cas échéant de façon qu'ils puissent servir imprimer un mouvement de rotation au four.
4 désigne un tube ou une chambre de combustion tubulaire mé- nagée au centre du four, ce tube ou cette chsmbre communiquant en partie par l'ouverture 5 avec l'intérieur du four et com- portant en partie, à l'extrémité de détournement'du four, une ouverture µ pour l'introduction éventuelle de la charge par ce moyen, ainsi que pour la sortie 'du gaz obtenu au cours de l'opération et brûlé en totalité ou en partie, avant de sor- tir du four, grâce à l'introduction d'air dans le tube 9. A son extrémité extérieure la chambre de combustion est entou rée par une chambre 7 servant de chambre de chauffage préala- ble et de séchage pour la charge,
et de préférence pour la ma- tière carbonée utilisée et introduite dans cette chambre par l'ouverture 8. Avant son introduction dans la chambre de fcttr proprement dite, la charge passe ensuite à travers un sas 11 pouvant être constituée de préférence, comme le montre le des- sin, par un certain nombre de cloisons 12 comportant chacune, sur son pourtour, une entaille les entailles 13 étant réparties sur le pourtour de façon que l'une déciles se trou.* ve, pendant la rotation du tour, tout à fait en bas dans la matière introduite, qui empêche ainsi toute sortie de gaz hors
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du four.
Un sas semblable 14 est ménage.' aussi à l'extrémité de détournement du four et ce sas comporte une ouveture d'é- vacuation 15, de façon que la matière traitée puisse sortir du four'sans que du gaz $'échappe par cette ouverture. A l'extrémité de détournement du four se trouve un tube central 16 par lequel on introduit un gaz de réduction approprié à l'intérieur du four.
L'apport de chaleur qui pourrait être nécessaire en plus de celle qui est produite par la combus- tion du gaz de la réaction dans la chambre 1 est apportée au four au moyen d'un courant électrique qu'on fait arriver com- me dhabitude, au moyen de bagues 17, aux bagues de contact ou aux électrodes 18 entre lesquelles le courant passe à tra- vers la charge et chauffe celle-ci. La ligne H - H désigne l'horizontale. L'axe géométrique du four est donc plus élevé à l'extrémité d'enfournement, ce qui fait que, pendant la roation du four, la matière traverse automatiquement tout le four.
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"PROCESS FOR REDUCING MINERALS WITHOUT 'FUSION"
In the reduction of minerals, for example iron ore, without melting it is very important that the ore used is as pure as possible and contains as little gangue as possible. In fact, when the ore contains waste rock, a metal is obtained which contains waste rock and which is very difficult to subsequently concentrate to a sufficient degree of purity. As most ore deposits contain waste rock in the form of very fine incrustations, it is therefore generally necessary for the ore to be finely ground and concentrated before reduction.
The fine grinding also assures;) relative to the re- ducton, the advantage that the duration of the reduction may
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minimized / compared to that required for lump ore.
In some cases, however, and especially when it comes to iron ore, the reduction of finely ground ore (schlich) presents great difficulty *, because the schlich tends to form during the reduction and stick to the walls of the oven or forming cores in the oven. This drawback can however be avoided when the reducing agent consists of coal powder which, when mixed in sufficient quantity with the ore, is capable of preventing this concretion.
The reduction can thus be carried out without difficulty in a fully continuous manner in the rotary kiln, which is the most advantageous type of kiln for the reduction of finely granulated ore, owing to the continual agitation which produces therein. , which results in a uniform reduction.
In some cases, however, other difficulties * are encountered in the operations carried out according to this principle. In fact, part of the ash contained in the charcoal is always found in the product obtained, and if charcoal containing little ash is not available, there is a risk that the quantity of impurities contained in the metal is too great. . The sulfur in the coal is also absorbed in large part by the metal produced by the reduction, so that in the application of this principle of reduction, one also depends on the quantity of sulfur contained in the coal.
When the reduction is carried out by means of gas instead of solid coal, a gas which can be produced for example by the combustion of coal in a gasifier, the quantity of ash contained in the coal no longer has any direct importance on the quality. of metal, and one can also prevent sulfur from entering. reduction furnace, but we are then in the presence of the difficulties mentioned above, that is to say the difficulty of obtaining a continuous operation in the rotary furnace without risking that disturbances
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are produced in walking as a result of the tendency of schlieh to materialize during reduction.
The present invention enables the problem to be solved as follows. The furnace is charged with a mixture of ore and carbonic material, as in operations in which the coal is used directly as a reducing agent, but another reducing agent with a faster reducing action is also introduced, for example. a reducing gas.
It has thus been found that the operation can thus be carried out so that the major part of the reduction takes place by means of this faster reducing reducing agent, and only a small part takes place by means of the reducing agent. coal mixed with the ore, the greater part of this coal thus leaving the furnace without having been burned and capable of being used again in the operation.
The advantages are thus obtained and the disadvantages both of the direct reduction process with carbon and of the process mentioned above, and already known, of reduction with gas, are obtained.
In order that the faster reducing reducing agent mentioned above and used according to the invention can also be used without too much consumption of charcoal, it is useful to take a relatively hard burning charcoal, such as carbon. coke, graphite, electrode coal, petroleum coke ;, Si lioum carbide or a similar substance containing carbono The grain size also plays a large role;
the more finely the carbonic matter is pulverized, the greater its consumption will be. / This is why the grinding of this material should not be pushed further than is necessary to bring into play its property of breaking up the charge and preventing the concretion.
The reducing agent may, for example, be ordinary coal gasifier gas which, however, as far as possible should not contain carbon dioxide. A high carbon monoxide content is naturally desirable, likewise
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even a high hydrogen content also has a beneficial effect. The so-called gas, water gas, which consists mainly of a mixture of carbon monoxide and hydrogen, con-. therefore comes well for the operation in question. Gas from coke ovens is also suitable.
In some cases the reduction gas can be advantageously replaced in whole or in part by non-gaseous reducing agents, such as liquid organic substances, for example oils and the like which become gas when they are obtained. are heated, these substances almost breaking down into simpler compounds as they separate into coal dust.
This coal dust also takes an active part in the reaction and it has been found that it is possible to use, with or without the simultaneous arrival of gas, a reducing agent consisting of a carbonic material which oxidizes very easily, such as charcoal powder in finely divided form, soot from furnace gas, ete. The reducing agent must then be in the form of fine enough grains for it to remain largely freely in suspension and for the unburned part in the furnace to leave the furnace with the reaction gas.
Preferably, the reducing agent, whether gaseous, liquid or solid, should be made to pass through the furnace in the opposite direction to that of movement of the load in the furnace. It is therefore preferably introduced into the furnace at the diverting end and the reaction gas is discharged from the charging end.
The operation can be carried out in rotary kilns of different types constructed in a known manner. The amount of heat to be supplied depends to a large extent on the composting of the reducing agent used. When it comes to reducing iron ore, for example by means of carbon monoxide, no heat input is necessary for the reduction itself ... while the reduction by means of solid charcoal requires a considerable heat input.
The most practical method in cases of providing the necessary heat is to use for this purpose the electric current, which is passed through resistance elements mounted in @
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the oven or in the oven walls. The known method of making the load itself serve as a resistance for the passage of electric current is particularly practical, the current being conducted through the load by means of contacts or electrodes suitably mounted in the furnace and between which we pass it on. It is very important that the charge contains coal or carbonaceous material such that practical conditions are obtained for the flow of current.
In. In fact, schlich or ground ore is generally a relatively poor conductor of electric current, while the metal obtained by reduction has a much too great conductivity. The presence of carbon or carbonaceous matter has the effect that the conductivity becomes more constant and it allows, by varying the quantity and quality of the material in question, to adjust the resistance at will within very large limits.
The reaction gas that comes out is generally a very high value fuel,
which can be used in the operation whenever possible. A practical procedure for this purpose is given by the method already proposed in the past by the inventors and consisting in burning the gas in a central chamber adjoining the furnace and through the walls of which the heat is transmitted to the load which is in the furnace outside the walls. In this way the rotation of the furnace allows to heat the load in a uniform and satisfactory way, the ore can be introduced with the coal or the carbonaceous material in the outer chamber which is in. before the combustion chamber, or it may be introduced into the combustion chamber separately and separated from the material in question and only then mixed with the carbonated material.
It has been found useful to combine the electric heating with the combustion of the reaction gas, i.e. gas supplied by the reaction. The heating of the feed to the reaction temperature then takes place preferably by combustion of the gas in a central chamber.
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milk from the oven or in a central tube located at the charging end, after which the load is passed, in order to provide the heat necessary to maintain the temperature at the desired value, through an area in which an electric current is passed through this load.
In order to better understand the invention, the accompanying drawing shows schematically by way of example one embodiment of a furnace for carrying out this reduction process. Fig 1 is a longitudinal section of the furnace and Fig 2 is a cross section through line A - A of Fig 1.
1 designates the rotary furnace itself, which furnace is mounted in a known manner on rotating rollers 2 connected in pairs by means of pins and constructed where appropriate so that they can serve to impart a rotational movement to the furnace.
4 designates a tube or a tubular combustion chamber formed in the center of the furnace, this tube or this chamber communicating in part through the opening 5 with the interior of the furnace and partially comprising, at the diverting end 'of the furnace, an opening µ for the possible introduction of the charge by this means, as well as for the outlet' of the gas obtained during the operation and burnt in whole or in part, before leaving the furnace, thanks to the introduction of air into the tube 9. At its outer end the combustion chamber is surrounded by a chamber 7 serving as a pre-heating and drying chamber for the load,
and preferably for the carbonaceous material used and introduced into this chamber through the opening 8. Before its introduction into the fcttr chamber proper, the charge then passes through a lock 11 which can preferably be formed, as shown. the drawing, by a certain number of partitions 12 each comprising, on its periphery, a notch the notches 13 being distributed around the periphery so that one decile is hole. * ve, during the rotation of the lathe, all the way made at the bottom in the material introduced, which thus prevents any exit of gas out of
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from the oven.
A similar airlock 14 is housed. ' also at the bypass end of the furnace and this airlock has a discharge opening 15, so that the treated material can leave the furnace without gas escaping through this opening. At the bypass end of the furnace is a central tube 16 through which a suitable reduction gas is introduced into the interior of the furnace.
The heat input which might be required in addition to that produced by the combustion of the reaction gas in chamber 1 is supplied to the furnace by means of an electric current which is made to arrive as usual , by means of rings 17, to the contact rings or to the electrodes 18 between which the current passes through the load and heats the latter. Line H - H designates horizontal. The geometric axis of the furnace is therefore higher at the charging end, which means that, during the roation of the furnace, the material automatically passes through the entire furnace.