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Procédé de préparation du fer et de l'acier.
- On sait que sous'l'action de'l'oxyde de carbone chaud, de:,1'hydrogène ou des gaz contenant des hydro-car- bures, les oxydes de fer sont réduits en fer métallique sous la forme connue sous le nom de "fer spongieux".
Il est également connu que le fer spongieux ainsi obtenu et qui se compose de fer métallique et de gangue peut être fondu dans un four Siemens - Martin en ajoutant des charges nécessaires pour la production d'un laitier, en donnant lieu à du fer ou de'l'acier pur et à un lai- tier liquide.
La.mise en oeuvre pratique de'la production de l'acier par l'intermédiaire du fer spongieux-est toute- fois gênée par le mauvais rendement thermique de ce pro- cédé qui ne peut ainsi concourir avec le procédé du haut fourneau bien qu'il puisse'présenter des avantages techniques considérables.
Le procédé faisant -l'objet de la:présente in- vention a pour but de réaliser économiquement la pro- duction du fer ou de 'l'acier à partir du fer spongieux; il est:caractérisé par.-le fait que le gaz réducteur est-préalablement réchauffé.dans les chambres de récupé- ration du four Siemens-Martin jusqu'à une température
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à peù près égale à celle de réduction du minérai, et qu'après avoir-traversé le puits de réduction, ce gaz est utilisé comme combustible pour le chauffage du dit four.
Le gaz de réduotion obtenu dans un générateur de gaz est conduit,après séparation. du goudron, ce .@,qui. produit un refroidissement du gaz, dans une.des chambres
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de, récupération' ou de réchauffage d'un four'Siemens-Mar- tin afin d'y être réchauffé, tandis que'l'autre chambre du four est échauffée de la manière connue par 'les gaz brûlés de ce-tour. Dans la chambre' de réchauffage préa- lablè, le gaz est 'échauffé jusqu'à la température de réduction de l'oxyde de fer du minerai et .il- est dirigé ensuite dans un puits de réduction à travers la couche de minerai qui .s'abaisse en sens opposé à celui du dé- placement du gaz.
Ainsi qu'on lossait, la réduction
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eommewee, poun beaucoup de minérais , :jaux environs de 300 C , la. vitesse de réduction augmentant avec la tem-
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pérature. La température de'réduction'-eemporte une li- mite supérieure de 900 à 1200 C environ ,au-dessus de laquelle il se produit un frittage,-du fier spongieux à réduire, ce qui'rend ce dernier impénétrableaux gaz, Une partie de' l'oxyde de carbone:
et de, 1'-.hydrogène du gaz de, réduction, est ,oxydée pendant le processus -de ,
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réduction par 1 lmrygènt, de l'oxyde de -fer en donnant . d'eau lieu à du gaz carbonique et à de la vapeur conformément aux 'équations suivantes ! ' @
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Fe203 + 300 + nOO.2e+3C02 n50+21.695 OallMol.kgà 900" Fe203 + 3H2 + nIi22Fe+3ü0 +nXfl - 3.105 Cal/Mol.kg.à "
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ou encore :
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Fe3O4+ 400 +nCO= 3Fe+4.CG+nC0 +21.460 Cal/Uol.kg à 900 ' Fe30+ +H2 , +ne= Fe+Ia"0+nH-/ 11.460 Cal/Mo3..kg " "
Ainsi que ces relations le montrent, la réduc- tion par l'oxyde de carbone est exothermique de sorte qu'un chauffage du puits de réduction n'est pas néces- saire;
au contraire, il se produit un échauffement sup-
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...." j ... ' ? . ' ' plémentaire par exemple de 900 à 985 lorsqu'on ne prend pas de^mesure de refroidissement. La réduction par l'hy- drogène est au contraire endothermique dans l'intervalle de température indiqué. La chambre de réduction devrait donc être réchauffée. Conformément à une forme de réa- lisation de l'invention, la réduction est réalisée au moyen du gaz à l'eau dont la composition est réglée de telle manière par un contrôle approprié du fonctionne- ment du générateur, que la chaleur en excès due à la réduction par l'oxyde de carbone compense la chaleur nécessaire pour la réduction par l'hydrogène ainsi que les portos par rayonnement et par conduction du puits de réduction.
On a trouvé qu'il était particulièrement avantageux d'utiliser un gaz ayant la composition sui-
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vante: 40,5 % de C0,50,5% de H, 4% de I3, 5% de CO, cette composition étant obtenue à l'aide d'un généra- teur de gaz à l'eau habituel dans les usines de gaz.
Grâce à ce choix du gaz réducteur, la tempéra- ture du puits de réduction reste toujours constante de sorte qu'un chauffage ou un refroidissement de ce puits, deviennent superflus.
Dans les procédés connus à base de fer spon-
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gieux la charge fraîche introduite dans la chambre de réduction se trouve préalablement réchauffée par les gaz usés jusqu'à la température de réduction. Comme l'o- xyde de carbone contenu dans les gaz se décompose aux environs de 700 en gaz carbonique et en carbone solide finement divisé, les' particules fines de carbone bouchant les pores du minorai et rendant difficile l'accès des gaz de réduction, dans la présente invention le gaz de réduction enrichi en CO2, ou en CO2 et en H2O, est éva- cué du puits de réduction à la température de réduction, c'est à dire à 900-1100 , tandis que le chauffage préa- lable de la charge de minerai est effectué d'une autre manière. Dans les relations ci-dessus indiquées le coeffi- cient n,
qui varie quelque peu avec la température, est de 'l'ordre de 4 à 5, de sorte que seule une partie, enviro 20%, des gaz envoyés dans le puits se trouve effecui- vement oxydée, tandis que 'la plus 'grande partie passe Sans modification, la composition du gaz sortant étant déterminée par un état d'équilibre chimique qui est fonction de la température'. Afin de réaliser la réduction avec des vitesses pratiquement suffisantes et avec des températures maxima relativement limitées indiquées ci- dessus, il est nécessaire de conduire une grande quan- tité de gaz à travers la charge du minerai.
La teneur relative en gaz carbonique ou en hydrogène n'aug- mente donc que dans une faible mesure de sarte que ce gaz conserve encore toute sa valeur comme combustible à sa sortie du puits de réduction. Ce gaz est conduit en- suite au foyer du four Siemens-Martin dans la chambre de réchauffage duquel il avait été réchauffé avant d'être utilisé pour la réduction, et il sert à produire la quan-
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tité de chaleur nécessaire pour fondre le fer spon- gieux formé dans le puits de réduction en fer pur et en laitier.
Le fer ainsi produit peut, à la suite du processus de fusion, être carboné, allié et désoxyde de la manière connue avec du ferro-vanadium, du ferro- silicium ou du fèrro-manganèse. Il est en outre possi- ble de charger le creuset dufour Siemens-Martin avec de la fonte solide ou liquide ou avec des paquets de mitraille en'même temps qu'avec le fer spongieux.-
Lorsque l'on alimente le puits de réduction avec des minerais pauvres, il est utile d'intercaler un traitement magnétique entre la production du fer spongieux et la fusion 'dans le four Siemens-Martin afin de réduire la quantité de scories.
Il est possible de produire économiquement du fer spongieux de la manière ci-dessus indiquée et de le transformer en fer ou en acier. A coté de cet avantagd économique le procédé faisant l'objet de l'invention permet d'obtenir une amélioration sensible de la qua- lité du for ou de l'acier produit du point de vue de la limite d'étirage et de la ténacité du fait que les gaz réducteurs peuvent être préalablement désulfurés d'une manière d'ailleurs connue en elle-même.
Les dispositions ci-dessus indiquées permettent donc de produire du fer et de'l'acier dénués .de soufre et ayant par conséquent la même valeur que le fer au charbon de bois ; sont donc particulièrement appro- priés pour tous les emplois où une limite d'étirage élevée et une grosse ténacité sont nécessaires, par
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exemple pour les tôles à emboutir, los tubes, le fil de fer fin et analogues, ainsi que pour les alliages de prix élevé ot, après un traitement éventuel dans un four électrique, pour les outils et les aciers de cons- truction sujets à de gros efforts, pour les plaques de blindage, etc...
A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et re- présenté schématiquement au dessin annexé, une forme de réalisation d'une installation conforme à l'invention pour la production de l'acier.
Dans le dessin, 1 désigna le générateur de gaz, ' 2 est un dispositif .de lavage pour la séparation du gou- dron et des poussières, 3 le dispositif de désulfura- tion. De là, le gaz est conduit à travers la conduite 4 dans la chambre de réchauffage préalable 6 du four Siemens-Martin, la vanne de contrôle 5 desservant al- ternativement, de la manière connue, les deux chambres de réchauffage du four. Après passage à travers la chambre. de réchauffage préalable 6, où il est échauffé jusqu'à 900-1100 , le gaz s'écoule par l'ouverture 7 qui est obturée par des tiroirs ou des vannes, de pré- férence reliés à la vanne de contrôle 5 ci-dessus, dans la canalisation 8 et dans le puits de réduction 9 dans lequel il pénètre par la conduite annulaire 10 et les rainures 11.
Après avoir traversé ici la couche de mine- rai et avoir effectué le travail de réduction, le gaz est envoyé par la conduite 12 et les ouvertures 14 dans le foyer 15 du four tandis que l'air de combustion ré- chauffé dans les chambres de réchauffage situées à côté
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de$ chambres de.réchauffage.du gaz, pénètre dans les ouvertures 16. Les gaz brûlés sont.évacués du côté opposé de la manière habituelle dans les fours Siemens- Martin et sont conduits à travers les çhambres de ré- chauffage pourra'échapper ensuite à travers le carneau 2$. dans la çheminée.
Le minerai. est. introduit dans le puits de ré- duction 9 par la cloche 17 et évacué de .ce puits sous , forme de fer spongieux après la fin de la réduction par le, dispasitif 18. Comme le fer spongieux quitte le puits de réduction à une.température de 800-850 , il est utile, po.ur préserver le propulseur 18, et pour éviter une nouvelle oxydation, de provoquer un refroidissement, ce qui ,a lieu à l'aide d'un dispositif de refroidissement à eau ou à air 19. Le fer spongieux sortant, du puits de réduction est amené au creuset du four Siemens-Martin.
,Le puits de réduction travaille d'une manière conti- nue tandis que le four. Siemens-Martin doit être alimen- té par intermittence de sorte qu'il estutile de dis- poser entre le puits de réduction et le four Siemens-- Martin une trémie 20 d'où. le fer spongieux est amené par le dispositif 21 dans le creuset 15. La trémie 20 est isolée extérieurement pour éviter de nouvelles per- tes thermiques et elles est étanche aux,gaz afin d'é- v4tr les pertes de gaz pendant le fonctionnement du dispositif ;18. On obtient ainsi, en outre, que le gaz de réduction occlus dans les pores du fer, spongieux adhère à .ce dernier et accélère la fusion dans le four Siemens-Martin. Le fer ou l'acier fondu est évacué du four par le trou de coulée 23.
Pour l'introduction des charges, des moyens de désoxydation et des métaux
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d'alliage, on a prévu l'ouverture 24.
Afin de porter la charge à la température néces- saire avant le commencement de la réduction du minerai dans 'le puits de réduction 9., on a prévu une canalisa- tion obturable 25 par laquelle est insufflé de l'air de sorte que .le 'gaz peut y brûler. Lorsque la température nécessaire pour-la réalisation de la réduction est atteinte, l'amenée d'air est obturée et le processus de réduction fournit alors lui-même la quantité de cha- leur nécessaire pour le maintien de la température.
Comme indiqué ci-dessus, les gaz de réduction sont évacués par la canalisation 12 à une température de 900-1000 environ afin d'éviter une décomposition de l'oxyde de carbone. Afin de réchauffer au préalable la charge de minerai jusqu'à la température de réduction, le même gaz est prélevé dans le générateur et amené par la conduite 26 et l'ouverture 27 à la partie supérieure de du puits/réduction. Ce gaz est évalué du puits de ré- duction par la conduite 28. Comme sa température est à ce moment encore égale à 700 environ, sa chaleur sen- sible est récupérée dans la chaudière 30. Dans le cas où la pression dans l'ouvertured'entrée 27 et dans la conduite 12 est la même, aucun mélange de gaz n'a lieu.
Dans le cas où on utilise du gaz à l'eau pour la réduc- tion du minerai, on emploie les gaz chauds de la souffle- rie du générateur pour le réchauffage préalable de la charge. Ces gaz contiennent environ 15% d'oxyde de car- bone et ils sont mélangés avec l'air dans une chambre non représentée et allumés. La chaleur libérée par la combustion et la chaleur sensible du gaz réchauffent la charge jusqu'à environ 900".