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Procédé et haut-fourneau pour la fusion des minerais de fer.
On s'est souvent efforcé en sidérurgie d'augmenter le rendement du haut-fourneau et de réduire par ce moyen la quantité nécessaire de combustible colllteux (coke, charbon de bois) ou d'améliorer l'économie du fonctionnement en utili- sant d'autres combustibles moins coûteux. C'est ainsi, par exemple, qu'il a déjà été proposé d'injecter dans le vent chaud du haut-fourneau des hydrocarbures liquides, ainsi que de mélanger au vent chaud les gaz d'échappement des combusti- bles brûlés dàns le dispositif de chauffage du vent, de rame- ner les gaz du gueulard dans le haut-fourneau etc.
Les propo-
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sitions et essais relatifs à ces perfectionnements n'ont toutefois conduit jusqu'à présent à aucun résultat pratique appréciable, parce qu'ils ne prévoient pas de modifications dans le principe de conduite de l'opération dans le haut- fourneau, notamment dans le choix du combustible et dans la façon dont l'air de combustion est introduit.
Les demandeurs se sont proposé de réduire la consommation de carbone et d'améliorer le rendement économi- que de l'exploitation des hauts-fourneaux, pour réaliser en même temps des conditions plus favorables aux réactions et obtenir des gaz provenant du gueulard d'une haute qualité par des moyens différents en principe de ceux connus.
Notamment, suivant l'invention et contrairement à toutes les solutions proposées jusqu'ici, on n'introduit dans le haut-fourneau ni des substances consommatrices d'oxygène, ni l'air chaud avec les produits de combustion du combustible gazeux brûlé dans le système de chauffage du vent, mais on introduit l'énergie thermique dans la chambre de fusion du haut-fourneau avec une partie importante du carbone néces- saire pour le procédé, sous la forme d'un mélange de gaz de combustion chaud (flammes) contenant de la vapeur d'eau, mé- lange qui consiste en porteurs d'oxygène (acide carbonique et vapeur d'eau), en un excès d'oxygène éventuel et en azote et qui a été préparé dans une chambre de combustion primaire, raccordée avec le haut-fourneau d'une manière organique,
par la combustion parfaite d'un combustible primaire quelconque au moyen d'oxygène froid ou préchauffé, d'une pureté quelconque, ou d'air fortement enrichi d'oxygène, en ajoutant éventuelle- ment de la vapeur d'eau suivant la teneur en humidité ou en hydrogène du combustible primaire.
Le combustible primaire peut être d'une nature quel-
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conque. Parexemple, on peut utiliser des combustibles solides d'une qualité inférieure, comme des lignites jeunes, de la tourbe, des sciures de bois, de la poussière de charbon, ensuite des combustibles liquides comme l'huile, le goudron, enfin des combustibles gazeux, comme du gaz de gazogène, des gaz de gueulard, etc. Le combustible introduit par le haut dansle haut-fourneau (combustible secondaire) est du coke, du bois, du charbon de bois etc.
Le procédé conforme à l'invention permet de réali- ser un progrès technique important. Les grands avantages de ce procédé sont entr'autres les suivants:
1.Diminution de la consommation de coke ou charbon de bois. Le coke ou le charbon de bois est en partie rempla- cé par un combustible primaire considérablement meilleur marché, parce que le haut-fourneau doit être chargé par le haut d'une quantité de carbone moindre que celle qu'on introduit dans ce haut-fourneau par le bas avec l'acide carbonique des flammes, tandis que l'on réduit la quantité des scories du haut-fourneau de la. quantité qui correspond au carbone intro- duit avec la flamme.
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2.¯¯Q]Ltenti¯on dg.¯c2adijLiong de réaction p1uLfavo;rs.: bles.
La majeure partie des produits de combustion pri- maires n'est pas formée à l'intérieur du haut-fourneau, mais à l'extérieur de celui-ci et les porteurs d'oxygène pénètrent dans la chambre de réduction à une température élevée, donc dans un état particulièrement avantageux pour les réactions.
La réaction des porteurs d'oxygène dans le haut-fourneau produit des gaz de réduction (oxyde de carbone et hydrogène) qui favorisent la réduction indirecte, de sorte que le rapport de la réduction directe à la réduction indirecte se trouve déplacé d'une manière avantageuse en faveur de cette dernière.
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L'hydrogène provenant de la vapeur d'eau dissociée dans le haut-fourneau intervient à ce point de vue d'une manière particulièrement avantageuse, car il constitue un des meil- leurs moyens de réduction et de plus, il présente un effet catalytique favorisant la réduction. Aussi., comme le combus- tible primaire est brûlé au moyen d'oxygène ou au moyen d'air fortement enrichi en oxygène, l'azote encombrant, inévitable jusqu'à présent.. est-il complètement ou partiellement éliminé.
-3. Obtention de gaz de guelard de haute qualité et de composition réglable. Le pouvoir calorifique des gaz de gueulard est considérablement élevé., du fait qu'ils compor- tent relativement beaucoup d'oxyde de carbone et d'hydrogène et seulement peu ou absolument pas d'azote. La composition des gaz de geulard peut être réglée par le réglage de la te- neur en vapeur d'eau et en acide carbonique du mélange de gaz introduit, suivant les exigences de telle sorte que les gaz de gueulard peuvent être aussi utilisés pour les procédés de fabrication consécutifs du fer, par exemple pour le chauffage des fours Martin sans les mélanger avec des gaz additionnels, et pour l'industrie chimique synthétique.
4. Augmentation de la capacité de production du haut-fourneau. Comme l'azote ne pénètre pas dans le haut- fourneau,sinon en quantités réduites, on peut diminuer la quantité de gaz introduit et pour une production déterminée on peut construire un haut-fourneau ayant des dimensions considérablement réduites, ou bien au moyen d'un haut-four- neau déjà existant on peut obtenir une production sensiblement plus élevée.
5. Augmentation durendement thermique du haut- fourneau. Les réchauffeurs d'air, tels que les appareils Cowper,
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etc. nécessaires pour le fonctionnement normal des hauts- fourneaux,peuvent être supprimés. De cette façon et par suite des dimensions réduites du haut-fourneau la perte de chaleur par radiation est considérablement diminuée. De plus, comme la quantité des gaz de gueulard est aussi plus petite, la perte par la chaleur sensible des gaz de gueulard est éga- lement réduite. En outre, les gaz provenant du gueulard peu- vent être utilisés à des fins quelconques contrairement à l'exploitation ordinaire des hauts-fourneaux, où une partie considérable des gaz de gueulard est employée pour le chauf- fage des appareils Cowper, c'est-à-dire pour l'exploitation des hauts-fourneaux mêmes.
Les dessins annexés représentent deux formes d'exé- cution, données à titre d'exemple, du haut-fourneau à flammes pour la mise en oeuvre du procédé qui fait l'objet de la pré- sente invention. Sur ces dessins:
La fig.l est une coupe schématique longitudinale d'une forme d'exécution, représentée à titre d'exemple, du haut-fourneau à flammes.
La fige 2 est une coupe transversale suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fige 3 représente une autre forme d'exécution, donnée à titre d'exemple, du haut-fourneau à flammes vu en coupe longitudinale schématique.
La fig. 4 est une coupe transversale suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
Sur ces dessins, A désigne un haut-fourneau de cons- truction normale, dans lequel on charge, par le haut, de la ma- nière connue, les minerais, les produits d'addition et le coke ou le charbon de bois. Selon la présente invention, sur le pourtour de l'ouvrage du haut-fourneau A sont disposées des
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brûleurs B régulièrement répartis (figs. 1 et 2), dans les- quels on introduit d'une part, par exemple par la conduite a, de l'oxygène ou de l'air fortement enrichi en oxygène, le cas échéant saturé de vapeur d'eau, et d'autre part, par exemple par la conduite b, des combustibles gazeux dans le cas pré- sent, tels que du gaz de gazogène ou les gaz provenant du gueulard du haut-fourneau même.
Ces gaz sont brûlés dans les brûleurs qui constituent la chambre de combustion, et les flammes pénètrent, le cas échéant avec un excès d'oxygène, à travers les buses C à l'intérieur de l'ouvrage du haut-four- neau. Dans cet ouvrage, l'acide carbonique introduit avec la flamme est réduit en oxyde de carbone et la vapeur d'eau est décomposée par le carbone du coke au blanc incandescent.
La majeure partie de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène formes provoque la réduction indirecte des minerais, tandis que le reste s'échappe avec les gaz du gueulard en augmentant leur pouvoir calorifique.
La chambre de combustion primaire est naturelle- ment établie suivant les nécessités et suivant le combusti- ble primaire utilisé. Elle peut, par exemple, être constituée par une chambre de combustion unique raccordée au haut-fourneau (figs. 3 et 4), dans laquelle sont introduits, par exemple par un brûleur B1, le combustible et le comburant et d'où les flammes parviennent par un carneau E aux buses F. Au lieu du brûleur B1, on peut aussi utiliser un autre dispositif de combustion, comme par exemple des grilles, des dispositifs à charbon pulvérisé, un chauffage à huile etc.
Dans la chambre de combustion D, on peut également monter un échangeur de cha- leur G, par exemple sous la forme de tubes d'eau ou d'air dis- posés contre la paroi intérieure de la chambre et à l'aide desquels la chaleur sensible des flammes ou la chaleur rayonnée
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par la chambre de combustion peut être utilisée pour le pré- chauffage de l'air ou la production de vapeur d'eau.
Les minerais, en particulier les bauxites ferru- gineuses,peuvent également être introduits dans le haut- fourneau sous la forme de briquettes constituées par ces mine- rais mélangés à du carbone ou à d'autres produits d'addition ou à la fois à du carbone et à d'autres produits d'addition.
Si le haut-fourneau est destiné à la production de 100 tonnes de fonte brute par jour en utilisant une bauxite, suivant le procédé de l'invention, on peut opérer comme suit :
Données de fabrication.
1. Matières premières et combustibles introduits dans le haut-fourneau à flammes en 24 heures.
A/ par en haut
424 000 kg de bauxite brute
594 000 kg de fines de coke de lignite (combustible secon-
305 000 kg de pierre à chaux brute daire)
B/ par en bas (sous forme de flammes)
118 000 kg de vapeur d'eau
303 000 m3 d'oxygène industriel
165 000 m3 de gaz provenant du gueulard (combustible pri- Composition des matières premières et des combustibles :
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<tb> maire)Bauxite <SEP> Coke <SEP> de <SEP> Cendre <SEP> Pierre <SEP> à <SEP> chaux
<tb>
<tb> lignite <SEP> (Coke <SEP> de <SEP> lignite)
<tb>
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49,18$ A1203 6S,43% C 30,43.
Ca0 55,08%' CaO 26,00% Fe203 0,55% S 5,60% Mg0 0,47% MgO z,50$ S10 0,65 E2 22,90$ 8i02 0,23% Feg0 2,32% Ti02 1,OS% 0+N 15,78%' Fe 0 O,18i02 20,OO H20 8,20$ E0 .,85 A03 Il,OQtH20
EMI7.3
<tb> ---------- <SEP> 26,15%cendre <SEP> 1,76% <SEP> KWO+Na2O <SEP> 33,07% <SEP> CO2
<tb> 100,00% <SEP> ---------- <SEP> 10,70% <SEP> SO3 <SEP> ----------
<tb>
<tb> 100,00% <SEP> ---------- <SEP> 100,00%
<tb>
<tb> 100,00%
<tb>
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Pouvoir calorifique: 5310 cal/kg
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<tb> Oxygène <SEP> industriel <SEP> Gaz <SEP> de <SEP> gueulard <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> 80% <SEP> O2
<tb>
<tb> voir <SEP> plus <SEP> loin.
<tb>
<tb>
<tb>
20% <SEP> N2
<tb>
<tb> ----
<tb> 100%
<tb>
II. Produits obtenus en 24 heures.
100'000 kg de fonte de fer brute 656 000 kg de ciment fondu 1 115 000 m3 de gaz de gueulard, dont 165 000 m3 sont retournés dans le haut-fourneau comme combustible primaire (voir plus haut) Fonte de fer 95,17% Fe 4,00% C La fonte de fer contenait aussi un peu 0,80% Si de Ti qu'on a cependant négligé.
0,03% S 100,00% Ciment 42,65% Al2O3 7,28% SiO2 39,80% CaO 1,62% MgO Module hydraulique: CaO + MgO 3,70% FeO mh# = 0,83 Al2O3 + SiO2 1,88% TiO2 0,42% K2O, Na2O 2,65% CaS 100,00% Gaz de gueulard 67,90% CO 22,35% H2 Pouvoir calorifique : 2635 cal/m3 8,64% N2 1,11% CO2 100,00$
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La consommation de chaleur dans ce procédé était de '144=5 calories par 1 kg. des produits solides, c'est à dire environ la moitié de la consommation de chaleur des procédés connus.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé pour améliorer la fusion au haut-fourneau de minerais de fer ou de briquettes constituées par ces minerais et du carbone et/ou des produits d'addition, permet- tant de réduire la consommation de combustible et d'obtenir des gaz de gueulard d'une haute qualité, caractérisé en ce qu'on introduit l'énergie thermique dans la chambre de fusion du haut fourneau, avec une partie du carbone nécessaire à l'opération, sous la forme d'un mélange de gaz de combustion chauds (flammes) constitué principalement par des porteurs d'oxygène (acide catbonique et vapeur d'eau), préparé dans une chambre de combustion primaire organiquement reliée avec le haut-fourneau,
par combustion parfaite d'un combustible primaire quelconque au moyen d'oxygène froid ou préchauffé ou au moyen d'air fortement enrichi en oxygène, avec addition éventuelle de vapeur d'eau suivant la teneur en humidité ou en hydrogène du combustible primaire, et dont la réaction dans le haut-fourneau produit des gaz de réduction (Oxyde de carbone et hydrogène) qui favorisent la réduction indirec- te, tout en donnant des gaz de gueulard d'un pouvoir calori- fique plus élevé, riches non seulement en oxyde de carbone mais aussi en hydrogène, et pauvres ou exempts d'azote.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.