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" Procédé de fabrication de fonte ou d'acie,4J
L'invention est relative à un procédé pour réduire et fondre des minerais de fer, en vue d'obtenir de la fonte ou de l'acier, et particulièrement en vue de produire simulta- nément de la fonte et un laitier ayant la composition du ci- ment de Portland fondu, en employant comme vent, dans ce cas, de l'oxygène ou de l'air suroxygéné. L'objet de la présente invention est de réaliser la réduction du minerai, puis la fusion du minerai réduit, dans deux chambres séparées, en u- tilisant pour la réduction du minerai les gaz chauds prove- nant de la chambre de fusion, mais après avoir refroidi ceux- ci à une température à laquelle ils sont encore capables de réduire le minerai, mais ne peuvent pas provoquer la fusion agglomérante de celui-ci.
Un autre objet de l'invention est de réaliser les moyens pour régler la température des gaz servant à la réduction du minerai.
Le procédé suivant l'invention permet de traiter, avant sa coulée, le ciment de Portland fondu obtenu comme laitier ;
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il permet également d'obtenir dans le four de fusion un métal à basse teneur en impuretés, qui a les qualités de l'acier, ce qui supprime l'emploi d'un four à réverbère pour la produc- tion d'acier.
Le dessin ci-joint représente schématiquement un exemple d'appareil pour la réalisation de l'invention.
Dans ce dessin, I est un four à cuve basse utilisé comme chambre de fusion; 2 est une conduite annulaire de distribu- tion de vent et 3 les tuyères à vent. Le four de réduction 4 est un four du type tournant; les gaz ayant servi à la réduc- tion s'en échappent par le conduit 6.5 est la trémie de char- gement pour le minerai et le combustible, 7 est une chambre de mélange et de refroidissement des gaz sortant de la cham- bre de fusion, 8 à 10 sont des ouvertures, ménagées dans les parois de cette chambre, qui sont reliées avec une conduite de distribution de gaz 11. 12 est un trou de coulée du laitier et 20 un trou de coulée du métal liquide ; et 16 sont des ouvertures permettant l'introduction de matières dans le four de fusion ;
14désigne un conduit de gaz, et 15 des tuyères pour amener dans le four de fusion un combustible liquide ou solide, ou du charbon pulvérisé.
La figure 2 est une vue d'une partie du four de fusion de la figure I dans laquelle on a fait passer des tubes 17 par les ouvertures 16, ces tubes étant plongés dans le bain de mé- tal liquide.
L'installation fonctionne de la manière suivante :
Le mélange de charbon et de minerai et de fondant broyés est introduit dans le four tournant par la trémie de charge- ment 5 ; dansce four, ce mélange est réduit par les gaz réduc- teurs chauds provenant de la chambre de mélange 7. Le minerai réduit et le charbon descendent dans le four à cuve basse,
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dans.lequel le charbon est brûlé avec de l'air enrichi en oxygàne envoyé par les tuyères 3 et donne de l'oxyde de car- bone ; le métal liquide et le laitier se rassemblent au bas de l'ouvrage.
Les éléments de la charge ont été établis de manière que le laitier ait la composition d'un ciment de Portland fondu ; la température de fusion de ce laitier est donc en moyenne de 200 plus élevée que celle d'un laitier ordinaire de haut fourneau. Les gaz ayant servi à la fusion quittent donc la chambre de fusion à une température de 1.500 à 1.700 , à laquelle ils provoqueraient la fusion aggloméran- te de la charge dans le four tournant si l'on n'abaissait pas leur température. C'est pourquoi un gaz réfrigérant pro- venant de la conduite 11 est insufflé dans la chambre de mé- lange par les ouvertures 8 et 10.
Dans cette chambre, la tem- pérature des gaz de la chambre de fusion est abaissée à un point tel que le mélange de gaz qui s'échappe de cette cham- bre est encore capable de réduire le minerai dans le four tournant 4 mais ne peut plus agglomérer la charge par fusion.
Il est ainsi possible, d'une part de maintenir dans la cham- bre de fusion la température élevée nécessaire pour que le ciment de Portland obtenu demeure liquide et, d'autre part, d'utiliser la chaleur et les propriétés réductrices des gaz provenant de la chambre de fusion pour chauffer et réduire le minerai sans que l'on ait l'inconvénient de provoquer des bloquages ou des accrochages de charge dans le four de ré- duction.
On utilise comme gaz réfrigérant un gaz réducteur, par exemple le gaz qui s'échappe en 6 du four tournant après que, si cela est nécessaire, l'acide carbonique en a été enlevé.
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La température et la quantité du gaz réfrigérant doivent être réglées de manière à satisfaire aux deux conditions suivantes:
1 ) le mélange gazeux résultant doit avoir exactement la tem- pérature voulue pour la réduction, cette température pouvant varier de 900 à 1.300 suivant la tendance à l'agglomération des minerais traités et la nature spéciale du procédé de réduc- tion ; 2 ) la quantité du mélange gazeux doit exactement corres- pondre à la quantité de chaleur nécessaire à fournir au four de réduction dans les limites de température admissibles aux deux extrémités de ce four.
Pour une capacité donnée de fusion et de réduction ainsi que pour une température donnée du vent et une concentration donnée de ce vent en oxygène, il faut par sui- te insuffler une quantité déterminée de gaz réfrigérant et à une température déterminée.
Avant de soutirer le laitier par le trou de coulée 12, on en prend un échantillon et sa composition est déterminée par exemple en mesurant sa viscosité ou sa température. Si cette composition diffère de celle qui est exigée pour un ciment de Portland, on ajoute de la chaux ou de la silice dans la cham- bre de fusion par les ouvertures 13. Cette possibilité de don- ner, peu avant la coulée, la composition voulue au laitier est d'une importance particulière, tant pour la facilité de condui- te du procédé que pour la qualité du laitier obtenu. Cette me- sure n'est pas possible dans un haut fourneau puisque l'on ne peut procéder à des additions aux matières qui se trouvent dans l'ouvrage d'un haut fourneau.
La présence de carbures et de phosphures est nuisible au ciment de Portland; ces composés sont éliminés avant la coulée
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du laitier en arrêtant l'arrivée du minerai réduit du four tournant 4, en brûlant complètement le combustible qui se trouve dans la chambre de fusion et en oxydant alors le lai- tier.
Dans ce but, on introduit dans la chambre de fusion, par le conduit 14 et les tuyères 15, des gaz ou liquides com- bustibles, ou du charbon pulvérisé, et on les brûle avec le vent provenant des tuyères 3, de manière que les produits de la combustion aient une action oxydante sur le laitier, grâ- ce à laquelle les impuretés ci-dessus sont éliminées. Pen- dant ce temps, des gaz oxydants s'échappent de la chambre de fusion; on introduit alors par la tuyère 18 du charbon pul- vérisé, ce qui les refroidit et les transforme en oxyde de carbone. On peut aussi ajouter dans la chambre de fusion, par les ouvertures 13, des oxydes de fer, des chlorures ou carbo- nates des métaux alcalins ou alcalino-terreux. Après qu'on a soutiré le laitier ainsi purifié, on reprend l'alimentation de la chambre de fusion I à partir du four tournant 4.
Des méthodes dtoxydation sont également utilisées pour affiner la fonte recueillie dans le four de fusion et la transformer en acier. Après avoir interrompu l'arrivée du mi- nerai réduit dans le.four de fusion, la majeure partie du ci- ment de Portland est soutirée. En projetant des additions appropriées par les ouvertures 13 dans le reste du laitier, la composition de celui-ci peut être réglée de manière qu'il puisse être utilisé de la manière connue dans la fabrication de l'acier, pour affiner la fonte dans une atmosphère oxydan- te, neutre ou réductrice. Cette atmosphère est produite en introduisant par les tuyères 15 un combustible gazeux ou li- quide ou du charbon pulvérisé et en le brûlant avec de l'oxy-
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gène ou de l'air enrichi en oxygène introduit par les tuyères
3.
Un avantage particulier quand on produit comme laitier du ciment de Portland fondu, c'est que la fonte liquide à affiner est à une température beaucoup plus élevée sous une couche de laitier ayant la composition du ciment de Portland que sous u- ne couche de laitier ordinaire.
Cet avantage d'une température plus élevée de la fonte per- met d'utiliser d'autres méthodes d'affinage. Par exemple des tubes dans lesquels on fait passer de l'air suroxygéné ou de l'oxygène sous pression sont plongés par les ouvertures 17 dans le bain de fonte liquide. Les impuretés de la fonte sont oxydées et celle-ci est transformée en acier, qui peut être ensuite sou- tiré. On peut au besoin construire la chambre de fusion comme un convertisseur de manière à pouvoir la faire basculer et pré- voir, en dehors des tuyères ordinaires pour le vent, des arri- vées spéciales par le fond du convertisseur pour l'oxygène ser- vant à l'affinage.
Une autre méthode d'affinage consiste à ajouter du minerai de fer non réduit, froid ou de préférence réchauffé, par les ouvertures 13, à un bain de fonte et de laitier approprié. La réduction du minerai ajouté par le manganèse, le silicium, le carbone et le phosphore de la fonte consomment une grande quan- tité de chaleur à une température élevée, celle-ci étant four- nie par une flamme oxydante.
On peut encore produire la chaleur nécessaire aux réac- tions d'affinage de la manière suivante. Un combustible solide est continuellement introduit dans la chambre de fusion et pro- vient, soit du four tournant dans lequel il est mélangé avec le minerai, soit d'une cuve spéciale à combustible, disposée sur le côté et au-dessus de la chambre de fusion; la concentra- tion de l'oxygène dans le vent envoyé par les tuyères 3 est ré- glée de manière que, en augmentant la température de la flamme:
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on dispose de la quantité de chaleur voulue pour les réactions d'affinage au-dessus de la température à laquelle ces réac- tions ont lieu. L'atmosphère de la chambre de fusion peut être réductrice, neutre ou oxydante vis-à-vis du métal et du lai- tier.
Avec cette méthode, le minerai et le combustible peuvent être amenés continuellement dans la chambre de fusion et il n'est plus nécessaire d'interrompre de temps en temps leur a- menée dans cette chambre ; plus, la quantité de combustible dans la chambre de fusion peut être réduite à un minimum.
Dans le cas où l'on désire éviter complètement la présen- ce de combustible solide dans la chambre de fusion, le combus- tible solide, qui a été éventuellement réchauffé par les gaz de la chambre de fusion, est brûlé en dehors du four de fusion lui-même et les gaz de combustion, qui peuvent être oxydants, neutres ou réducteurs, sont directement insufflés dans la cham- bre de fusion, dans laquelle ils amènent à fusion la fonte et le laitier.
Dans cette méthode de travail, il se produit des pertes de chaleur considérables par les gaz qui s'échappent du four tournant et de la cuve de réchauffage du combustible. On peut éviter cette perte de chaleur de la manière suivante. Le com- bustible destiné à être réchauffé et brûlé en dehors du four de fusion, est chargé dans deux cuves, tandis que le minerai, seul ou'avec une petite quantité de combustible solide, est chargé dans le four tournant ; des tuyères à vent sont dispo- sées à la partie inférieure de ces cuves pour brûler le com- bustible de celles-ci, et, en face de ces tuyères, sont les conduits qui amènent les gaz chauds de combustion à la chambre
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de fusion.
Les gaz chauds s'échappant de la chambre de fusion passent à travers une des cuves à combustible en réchauffant le combustible qui y est chargé et en se refroidissant eux- mêmes. Ils quittent la cuve à sa partie supérieure et sont en- voyés par un ventilateur à la partie supérieure de l'autre cu- ve, qu'ils traversent de haut en bas ; sont ensuite mélan- gés à la base de cette cuve, avec les gaz chauds qui v sont produits par combustion du combustible avec de l'air enrichi en oxygène et le mélange obtenu passe dans la chambre de fusion.
Ces cuves agissent respectivement comme réfrigérants de gaz et comme réchauffeurs de gaz et, à intervalles réguliers, on inter- vertit leur rôle en inversant le sens de circulation, à travers ces cuves à combustible, des gaz sortant de la chambre de fu- sion.
Dans ce cas de la production, en dehors du four de fusion, des gaz servant à la fusion, le métal foude a une teneur très faible en carbone et peut être aisément affiné dans la chambre de fusion, en travaillant momentanément dans une atmosphère oxydante ou neutre.
Il est bien évident que l'invention comprend toute métho- de de travail dans laquelle la réduction et la fusion sont ef- fectuées dans des appareils séparés et dans laquelle les gaz qui s'échappent de la chambre de fusion sont refroidis, avant d'être amenés dans la chambre de réduction, au-dessous de la température à laquelle le minerai commence à s'agglomérer par fusion. Comme agent réfrigérant, on peut utiliser,.à la place de gaz réducteurs, de la vapeur d'eau, de l'acide carbonique, ou des gaz en contenant, mélangés avec du charbon pulvérisé, qui les transforme en oxyde de carbone ou en mélanges d'oxyde de carbone et d'hydrogène.
L'enrichissemnet en hydrogène des gaz servant à la réduction est particulièrement avantageux, car
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des mélanges d'hydrogène et d'oxyde de carbone permettent de réduire le minerai plus complètement que l'oxyde de carbone seul. Quand on utilise de la vapeur d'eau ou de l'acide car- bonique avec du charbon pulvérisé, il suffit de petites quan- tités de ces gaz pour refroidir de grandes quantités de gaz de la chambre de fusion et la quantité des gaz qui traverse le four tournant est réduite à un minimum.
Les gaz de la chambre de fusion peuvent également être refroidis par échange de chaleur avec le vent, qui se trouve ainsi réchauffé avant son admission dans le four de fusion.
Afin d'éviter des températures de flammes élevées quand on utilise comme vent de l'air à haute teneur en oxygène, une partie des gaz de refroidissement peut être introduite, à l'état froid ou réchauffé, dans la chambre de fusion, en même temps que le vent ou par des tuyères spéciales, tandis qu'une autre partie de ces gaz est insufflée dans la chambre de mé- lange entre le four de fusion et le four de réduction. Outre qu'on abaisse ainsi la température dans la chambre de fusion, on peut obtenir d'une manière simple la régulation des quan- tités de chaleur dans la chambre de fusion et dans la chambre de réduction.
Dans le four tournant, on peut prendre toutes les mesu- res qui sont connues dans la production de ciment de Portland ou d'éponge de fer pour réaliser l'équilibre entre l'apport et la consommation de chaleur dans ce four, ainsi que pour effectuer les échanges de chaleur. On peut aussi briqueter ou griller le minerai avant de l'introduire dans le four tour- nant.
L'emploi d'oxygène ou d'air enrichi en oxygène n'est né- cessaire que dans le cas de la production de ciment de Port- land, afin d'économiser le combustible. Cet emploi peut être
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utile, dans les procédés d'affinage décrits, bien que ceux- ci puissent être effectués simplement avec de l'air ordinai- re. Il n'est pas non plus nécessaire que le minerai soit traité avec le combustible dans le four de réduction, ainsi que cela a été décrit dans l'exemple de réalisation du procé- dé. Le combustible, avant d'être introduit dans la chambre de fusion, peut en effet être réchauffé séparément par une fraction des gaz provenant de la chambre de fusion; cette fraction n'a pas besoin d'être préalablement refroidie.
Au lieu de l'appareil décrit à titre d'exemple, on peut utiliser tout appareil qui permet de réduire et de fondre le minerai dans des chambres distinctes entre lesquelles une chambre de mélange est disposée pour effectuer le refroidis- sement des gaz de la chambre de fusion.
REVENDICATIONS
1) - Procédé de fabrication de fonte ou d'acier, par opérations de réduction et de fusion de minerais, effectuées dans des chambres séparées, caractérisé en ce que la fusion est obtenue à l'aide de gaz réducteurs et que les gaz sortant de la chambre de fusion sont refroidis, avant d'être envoyés dans la chambre de réduction, à une température suffisante pour que dans celle-ci ils ne puissent pas provoquer l'agglo- mération superficielle de la charge par fusion, mais cepen- dant réduisent cette charge.