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PROCEDE DE PRODUCTION DIRECTE DE FER OU D'ACIER LIQUIDE,."
L'obtention directe du fer a été déjà réalisée au moyen d'agents réducteurs gazeux. Pour ce procédé on utilisa de préférence des fours tubulaires rotatifs, par lesquels on fit passer la charge en contrecourant par rapport au gaz réducteur.
La chaleur nécessaire au procédé fût fournie au four tubulaire rotatif, soit par le gaz soit par le chauffage extérieur de ce dernier. Avec ces procédés on ne parvenait le plus souvent qu'à la formation d'éponge de fer, car il est difficile et en outre coûteux de chauffer la matière à réduire dans une at- mosphère réductrice jusqu'à la température de coulée du fer.
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Pour ces rüison-- le produit réduit fût généralement fondu dans un four spécial, lorsqu'il s'agissaitd'obtenir du fer ou de l'acier liquide.
L'obtention directe du fer a été déjà réalisée également au moyen d'agents réducteurs solides. Ainsi, des briquettes de mi- nerai et de l'agent réducteur ont été enrobées dans une couche de charbon etchauffées dans un four tubulaire rotatif que les
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briquettes traversaient en oontrecourant -car rapport aux gaz de chauffage. Le noyau des briquettes fût ainsi réduit en métal, tandis que la couche de charbon empêcha les influences oxydantes des gaz de chauffage d'atteindre le noyau.
S'il s'agissait d'obtenir des alliages de fer, par exemple
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du ferro-silicium, on mélangea au minerai, lors de la fabrication des briquettes, encore les matières brutes nécessaires, par exemple de l'acide silicique ou du silicium métallique. On a
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également voulu protéger le fer réduit, contre la réeayc3.ation, par la formation d'une scorie. Dans ce but le mélange des matières
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réagissant entre elles lors de la ..é::.ctio=oe, destiné à être trans- formé en morceaux, fût additionné de matières comme le sel ou le chlorure :.:'12:.l1ao:'liaque,l'acide silicique avec des sciures de boi.7, de lE- noix liquide, du goudron, de la mélasse, de la- marne, du carbonate,de l'argile, ou analogue.
De ces additions naissait une scorie vitreuse qui devaitempêcher le contact avec le fer
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du gaz a action oxydante. L;. à=rino,iic.n de scories n'était natu- rellement 0(-''3 Y1cesS?7.rL =.Vc.=1t le moment, où 11 action des agents réducteurs ;j, 1 ::Ít2::lt plus suffisante -cour empêcher la réoxydation du fer déjà. rénuit.
Cette action des scories, qui sont formées lorsque la charge réduite est chauffée à la température de fusion, était utilisée naturellement aussi par les procédés connus, dans lesquels la ré- du.ction du fer est réalisée par charge dans un four tubulaire ro- tatif .avec chauffage direct de la charge, constituée de mine- rai de fer, de charbon et de fondante
Ces procédés sont, au point de vue économie thermique,
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beaucoup plus avantageux que la réduction au moyen de gaz.
Ce- pendant, ces procédés aussi bien que la réduction des silicates de fer, - extraits des minerais par fusion suivant des procédés spéciaux,- au moyen de carbone\solide qui fût plongé dans le bain de fusion, entrainaient de grandes difficultés par le fait, que le revêtement du four ne résistait -cas.
La présente invention permet de supprimer ces difficultés.
Suivant l'invention la production directe du fer ou de l'acier liquide est réalisée par la réduction de minerais de fer, ou analogues au moyen de carbone, dans un four mobile à chauffage direct, particulièrement dans un four tubulaire rotatif.
Les teneurs en carbone et en acide silicique de la charge sont réglées de manière, à ce qu'il se produise, à une tempéra- ture continuellement croissante, d'abord la formation simultanée de l'éponge de feret de la scorie de silicate ferreux, et, durant la fusion subséquente, la réduction du protoxyde de fer de la scorie de silicate ferreux, convertie avec de la chaux. Le tra- vail du four est réalisé de préférence de manière discontinue par le fait, qu'une charge, avantageusement préchauffée, est introduite dans le four, réduite et fondue. Après la coulée du - fer et de la scorie, le four est prêt à recevoir une charge ul- térieure. Avec un four de longueur appropriée on peut a.ussi passer du travail par charges, au travail continu.
Par cet usage d'un four mobile, de préférence d'un four tu- bulaire rotatif, on parvient à ce que l'acide silicique, les oxydes de fer et le charbon de réduction viennent en contact in- time entre eu=:, ce qui favorise beaucoup la formation des scories et naturellement aussi la réduction.
La. quantité d'acide silicique, présente dans la charge, doit être telle que la scorie se forme simultanément avec l'éponge de fer, se formant à environ 900 à 1000 . Par conséquent la scorie est d'une liquidité épaisse, ou pâteuse, déjà lors de la formation . de 1.1 éponge de fer, de sorte que, nar suitedu mouvement du four, les particules distinctes d'éponge de fer sont enveloppées dans la scorie, pour ainsi dire déjà lors de leur formation.
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Du fait la r é0:2'7.t.t'!O¯1 de l'éponge de fer est empêchée., au Moins ;
1- --r&nde partie, en tous cas elle [Le se nroclui pas dans une mesure nuisible, et par con '3éQueht l'attaque du revêtement du four par du pyotoxyde de fer ne peut pas se,,vraduire, le proto- xyde de fer éte.nt fixé par la teneur de la charge en acide silicique. En outre la teneur de la charge en carbone, réglée suivant l'invention, comme mentionné plus haut, de manière, à
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suffire à 1. réduction jusqu'2t ce que la. charge soit complètement fondue, e;;;.iêil.:e une forte réoxydation.
Au cours ultérieur de la réduction il se produit, par suite du mouvement du four, un contact intime entre l'éponge de fer réduite et le carbone de réduction incandescent, présent en encès.
L'éponge de fer s'incorpore par conséquent du carbone et commence
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31 fondre. Par addition de chaux et avec l'augmentation de la teifi- pérature, la scorie de silicate ferreux est de plus en plus dé- composée et il se forme du silicate ferreux ,du silicate de chaux,
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de porte que le ;votoxyde de fer est libère pour la, réduction.La réduction du protoxyde de fer est aussi réalisée en partie par le carbone du fer déjà, fondu, d'où la teneur du bain en carbone est diminuée. Dans ce qui précède il est suprenant, que l'ajoute de
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ch#..ux ne dérange pas la formatio.- des scories de silicate ferreux, réalisée suivant l'invention au début de la réduction.
Pour la dé- composition de la scorie de silicate ferreux il suffit d'une faible quantité de chaux; parfois il suffit déjà de 5%.- Cependant, l'addition de chaux n'agit pas de manière nuisible, même das le cas, où on emploie,- par exemple dans le but de ménager davantage
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le :cevôte;;lent du four, ou dans d'autres buts,- le quadruple, ou le quintuple, ou même plus, de la quantité nécessaire à la dé- composition de la scorie de silicate ferreux.
La quantité d'acide silicique nécessaire au procédé suivant
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l'invention peut être spécialement ajoutée à la matière dié=la,rt , par exemple sous fotme de matière à teneur d'acide silicique, ou
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on neut 4.voix soin de sa présence en employant pour le procédé, des minerais contenant juste la quantité nécessaire d'acide silici- que.
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Des minerais de cette espèce ne se prêtent généralement pas très bien pour les hauts fourneaux. Par conséquent la possibilité d'emploi de ces matières constitue un avantage ultérieur du pro- cédé suivant l'invention, On peut aussi obtenir ure charge pos- sédant une teneur appropriée en acide silicique par le mélange de différents minerais, ou analogue, possédant de hautes et basses teneurs en acide silicique.
La formation de la, scorie de silicate ferreux -peut être fa- vorisée par l'addition de fondants appropriés, comme le minerai carbonate grillé, le spath fluor, la cryolite, le chlorure de calcium, la soude, etc. L'addition l'acide silicique et d'autres fondants,comme le minerai carbonaté grillé,ou le spath fluor, da.ns la production directe du fer, n'est pas nouvelle comme telle.
Cependant, les additions de cette espèce n'ont jamais été utili- sées jusqu'à présent dans le but,et le procédé n'a jamais été conduit de manière, à réaliser déjà. au début de la réduction du fer la, formation d'une scorie de silicate ferreux.
La charge peut être introduite à froid dans le four à ré- duction, Mais il est plus avantageux de la préchauffer.
Par le préchauffage, qui peut aussi être poussé jusqu'à la température de réduction et même au delà, les processus de réduc- tion sont correspondemment raccourcis. L'action réductrice du car- bone est ainsi accélérée, de sorte que la formation de l'éponge de fer se produit rapidement. Ce processus ne provoque alors pas un refroidissem.nt notable du four de réduction. Il est en outre im- portant que, par le préchauffage, on évite les destructions du re- vêtement du four, qui seraient provoquées, en cas d'une charge non préchauffée, par la va,peur d'eau formée dans le four lors de la vaporisation de la teneur en humidité de la charge.
Le calcaire nécessaire à la décomposition de la scorie de silicate ferreux est rapidement désagrégé, de sorte que l'oxyde de calcium peut réa.gir de manière correspondemment rapide avec le silicate ferreux non encore complètement liquéfié, et former du silicate de chaux, pendant que le protoxyde de fer est réduit en fer.
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Le '9r6chauffage neut être réalisé de Manière à' expulser simultanément de 1(;- matière de dé'o.-rt,les matières nuisibles, par exemple le soufre. Il peutêtre réalisé par exemple dans ,:un four tubulaire :rotatif disposé en amont du four à réduction et chauffé avec les gaz (le sortie du four à réduction. D'autres matières peuvent également être entièrement ou partiellement volatilisées
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hors de 1s, charge lors de son préchauffage, par exemple du zinc, du vlGml , de l'étain et des métaux analogues vol,,¯tiliss.bleliJ.
Dans ces cas, le préchauffage est réalisé en quelque sorte ;-.t< la manière du procédé dit t 1' 'c?,ell t' .
Pour le préchauffage on T'eut également se servir de manière CG'I?ia:e, de '::'J.'OG85.rj", de grillage, lorsqu'on emploie comme matière cO::1ten,".l-; du fer, d.".1 fer apathique, des résidus de pyrites :ri 1383 OU d'autres matières, CC.iî'tei'l:,ït.t du fer sulfure. L'expul- 3i(;'([ ±.ies dites itic..'ï,l"-;'eS accessoires de la matière de dé-P::.1't par 'WE3:;1:¯1.:.:¯yC: n'est, cependant, pas indispensable. Par le procédé de réduction lui ,lê.el8 l ' ét;.,in le rJlo..,1:), le zinc, l'antimoine, 1'Ï-.-rseiiio et des métaux volât ilisables analogues, sont E.'li¯.=.Tl:,'-i le 1,' '1' .", ';"n" 1'" 'u" J'l" c' 1'\rO'10'''' \ Ils i)CL1VG'i1- CtlC, r=l- oucérés, de?, gaz 0.2 sortie du four par exemple sous forme de leurs oxydes. L[ëi:.e du soufre est 'expulsé en pe.rtie lors de la réduction.
Lla..:.:"j..tio, ..'.8 chaux, nécessaire a. la C COti1'1?OS:I.'':1.0i1 de la scorie e silicate ferreux, peut se faire a la charge des le début, comme ceci ressort déjà. de ce qui préoède. Lorsque la charge 8;t '!:it7.'C;.1'x.t¯. C.¯4.ï1; le four de réduction après avoir été préchauf- fée, l'addition de la chaux peut se faire avant ou après le "')r'cJ1é'.1.1.ff:..::::e. 1,,::,,1"::; 11 est également possible d'ajouter la chaux seulement en un endroit approprié du four à réduction lui-même.
Lorsque la; réduction est suffisamment avancée, la scorie de silicate est évacuée du four, et le fer est fini ou achevé soit dans le four lui-même ou dans un second four ( four rotatif, four . sole, four électrique), dans lequel l'acier brut, coulé du four à réduction, est enfourné à l'état liquide.. L'achèvement est réalisé de la manière connue, par exemple par le fait, qu'on
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place sur le bain de fer liquide de la chaux, du minerai car- bonaté grillé, du minerais de manganèse et le cas échéant du ferro-manganèse. La scorie formée lors de l'achèvement peut être ajoutée à une charge ultérieure, en vue d'utiliser le fer, le manganèse, etc, de la scorie.
L'achèvement dans un four spécial est préférable par exemple dans le cas, où le four . réduction est accouplé,au point de vue de sa charge, d'une manière imposée à un autre dispo- sitif, servant à la préparation de la. charge ( four Waelz, ap- pareil Dwight-Lloyd, four à préchauffage).
Les dessins annexés représentent schématiquement et à titre d'exemples non limitatifs deux installations différentes pour la réalisation du procédé suivant l'invention.
La matière brute, qui peut avoir été préalablement traitée dans un but de grillage, ou d'agglomération, sur un appareil de frittage à bande transporteuse, est amenée,- âpres avoir été mélangée avec environ 20% de charbon de réduetion, par exemple sous forme de poussier de coke,- désintégrée, ou. non désintégrée, par la bande transporteuse 1 et le chenal de chargement 2, dans le four 3. Dans ce four les métaux facilement volatilisables, comme le zinc, le plomb, et analogues, sont éliminés de la matière de départ suivant des procédés connus, par exemple suivant le procédé dit " Waelz".
Du four 3 la charge , libérée des métaux volatils, passe;- autant que possible préservée contre les pertes de chaleur,- par le couloir 4 dans 1(four à réduction 5, chauffé par exemple au moyen de brûleurs à charbon pulvérisé 6.. L'ajoute du charbon de réduction et des autres additions, nécessaires suivant l'in- vention à la réduction du fer, peut également se faire au moyen du couloir-4,dans lequel le charbon de réduction et les additions sont débitées par des trémies disposées latéralement. En 7 est représenté la trémie contenant la réserve de charbon pulvérisé, en 8 la conduitedébitant le charbon pulvérisé dans le four réduction 5.
Les gaz de sortie du four 5 sont conduits par le
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couloir 4 et la¯ tête de four dans le four 3, dans lequel ils cèdent une partie de leur chaleur à la matière à traiter. Du four 3, les gaz de sortie passent dans la tête du four 10 et de
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celle-ci, dsns le réchauffeur d'air 11, pour être 21Ilenés ensuite par la conduite 12 dans un dispositif de filtrage,dans lequel les oxydes métalliques sont élimines des gaz de sortie. Un ventila- teur 13 refoule l'air de combustion par l'échangeur de chaleur 11 et la conduite 14 dans le brûleur à charbon pulvérisé 6 du four 5. La poche 15 sert à recevoir le contenu du four ± après
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-terin'vr,.ïson de 1:-' réduction.
Lorsqu'on traite dans une installation de cette espèce des minerais qui ne contiennent pas de métaux volâtilisables, le four 3 sertuniquement au préchauffage de la matière à traiter.
Des matières exemptes de soufre, ou pauvres en soufre, peuvent être débitées directement dans le four 3 au moyen du dispositif
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transporteur 1, sans grillade ."rÓILlin2.ire. Le four 3 peut être utiliss oralement uour le grillage de la matière de départ.L'ins- talla.tien -neuf être conçue aussi de manière, à ce que le charbon
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et les autres additions nécessaires a la réduction dans le four 5 soient ;slE.:.1gGS 2. la matière de départ déjà. aVé-.n-t son entrée dans le four
Dans l'installation représentée schématiquement à la figure
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2, manque le four µ. De l'appareil de ::;rillage"uu de frittage 2 , la .,..vire toit;?Je tout d'abord entre les rouleaux concasseurs 16.
¯.)J..":,3 Set désintégration elle glisse 1)&.1' un dispositif de tamisage, par e:e;':1Jle 1::. -;ille de tamisage 17, dans le chenal de chargement I8 Le' ..;:.:tiÀr<93 tr;vers.'..nt le tê.:;1lS tombent dans li. trémie 19, 1)CUl' Bervir en-uitn, l';é.1.l' exemple comme recouvrement de . de l'éè1)T)ë.'.reil de r"'L11::.8. Par le chenal de chargement 18 le mine- rai est lébité J:-l1.:: le fC1JJ? 8. réèi1.10tiol1.f2., c..ïart avoir été ú1éla-Il- é sur le .::::i1ent]. avec le combustible, par exemple le coke, et yxrec les additions, par exenmle 18. chaux et l'acide silicique, qui sont n<3ceS',S.ir'3s . la réduction du fer suivant l' invention.
Les dispositifs de chauffage du four 5 et les dispositifs de
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préchauffage d'air 13, 11, 14 peuvent être les mêmes que suivant la figure 1. fies gaz de sortie du four 5 passent par la tête 10 d.u four et par la conduite 12, lorsqu'ils contiennent des mé- taux, ou 1-orsqu'ils doivent être dépoussières, dans une installa- tion de filtrage, ou, lorsqu'une récupération des matières con- tenues dans les gaz n'est pas profitable., dans la cheminée. Après terminaison de la réduction, le contenu du four 5 peut être ooulé dans la poche 15, comme décrit plus haut, et il est natu- rel que ceci -oeut être réalisé en coulant, soit d'abord les scories et ensuite l'acier, ou inversement, séparément l'un de l'autre dans des poches différentes.
Le four ± peut être mis en rotation par des moyens connus comme tels.
Exemples de réalisation : -----------------------
En employant les dispositifs décrits dans ce qui précède et représentés schématiquement dans les dessins annexés, le nrocédé suiva.nt la présente invention est réalisé. par exemple comme suit:
Des résidus de pyrite grillée, de la compositon approxima- tivement suivante:
Fe 42,1%
Zn 8,0%
S 3,4% SiO2 10,9% humidité 15,0% sont grillés sur un appareil de frittage Dwight-Lloyd, avec une addition d'environ 6% de poussier de coke. L'aggloméré obtenu présente alors la composition approximativement suivante:
Fe 48,0 %
Zn 8,6 %
S 0,10 %
SiO2 12,5 %
L'aggloméré est soumis, soit à l'état dans lequel il est déchargé du dispositif de frittage, soit après désintégration préliminaire et ajoute d'environ 20% de poussier de coke , à l'extraction du zinc dans un four tubulaire rotatif suivant le procédé connu dit "Waelz".
Si la matière contient encore d'autre métaux facilement
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volatils, ceux-ci peuvent <U1.a.tul'elle;r;;nt être élimines de la :¯:8,t7.''.re en. v'!'.1.''c':::iî-:¯i'i Si.1J.Üte.nément ;:¯tieC le zinc. Des gaz de u O'':1'v. '.1.i four '::c'E17 l'oxyde Métallique zTî,lc9¯1.1 est récupéré dans une installation de filtrage ( électrofiltre, filtre ?i, sac, etc.).
1'.îr'^ ce ';l'2iiiC;'le,, 1,z:, t:.::.'7.É1'E possède le. composition approxi- !ll?Jt j."'" 8.11 ei1"t 81) i -\lZ:;..!J. te:' Fe 5=±, 2 % Zn 1,5 1 S 0, 08 ;0 S io2 ils Ensuite 8e produit entre, soit de i:ic'¯I?1È7.'E continue, soit jjz,r charge?, 1.'.'t1 1s fnn' 3.. 1':3.1J.C t10;::. du fer, qui est chauffé, av;.,lt8peusel:lell"c au Moyen, d'un brûleur a charbon pulvérisé ,par 1 <:. : rv.c d'extrémité du î :=v-.-: opposse h so' extrémité de chë.rge- ;ne=1t. La, charge e-3t additionnée d'environ 3070 de poussier de coke et de 5% de CÜc[i1:e. A l'intérieur lu four le. charge prend peu . peu des te",pé2:'C'.t1..'.:ces de plu3 en plus élevées. Il se forme de e 1 scorie de silicate ferreux et de l'éponge de fer.
Ensuite le iJrotc:xyré.e de fer est peu à peu libéré de le. scorie de silicate ferreux TJ :.7' l'action de Itl chaux, et est également réduit en fer :.n> ta.lliue, tandis que le fe: déj 0. réduit s'incorpore ':-Jeu à peu de carbone et fond. Le fer fondu se répare de la scorie pz,.r- . suite du mouvement rots.tif du four, la scorie se trouvant, durant la majeure partie de la réduction, 8, un état piteux jusqu'à, liquidité épaisse. Avec un chargetitent discontinu de la matière '1.:.n. le four, 1;:,. scorie 'le silicate est fondue et essentiellement libérée clé fer a.'";rcs environ 3 heures. Elle est alors coulée à l'état liquide. Pour le# traitement ultérieur de l'acier fondu on /j o1=te alors encore un peu. de chaux, environ 5j de lainerai carbonate grillé et environ 0,6jô de ferro-nianganese.
Apres un court .fiîl.e l'acier liquide peut alors également être
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coulé. Il possède la composition approximativement suivante:
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Fe 98,0 - 98,5%
C 0,8 - 1,2%
P 0,02%
Si traces
Zn -------
Ou 0,08%
As 0,01%
S 0,03- 0,04%
Mn 0,13%
Le rendement en acier liquide est d'environ 92% du fer contenu dans le minerai. Le point de fusion de l'acier obtenu est situé à 1400-1450 C. La température du four monte jusqu'à 1600-1700 0. La scorie de silicate, coulée a l'état liquide, contient environ 5% de fer, 40% d'acide silicique et 15-20% de chaux. Elle peut être transformée par moulage de la manière connue en pierres de pavage.
Le procédé peut être réalisé également 'car le fait que l'aggloméré à teneur de zinc est amené directement dans le four à réduction de fer. Dans ce dernier à lieu alors, à coté de la réduction du fer, la volatilisation d.u zinc et le cas échéant d'autres métaux volatils encore contenus dans la matière en trai- tement. Au lieu de charbon pulvérisé, le four à réduction de fer peut être chauffa aussi avec du gaz, ou de l'huile. De même, au lieu de poussier'de coke, on peut employer comme agent réducteur, du charbon maigre, des cendres de coke, du charbon de acis et des combustibles analogues.
Au lieu du four tubulaire rotatif 3 on peut aussi employer d'autres fours connus de grillage, ou de préchauffage. De même, a.u lieu d'un appareil de frittage à bande transporteuse, on peut se servir pour le frittage ou l'agglomération de la matière à traiter d'autres dispositifs de frittage, par exemple des cuves de frittage. Dans de nombreux cas on peut s'abstenir de tout traitement préparatoire de la matière de départ et introduire cette dernière directement dans le four à réduction de fer.