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Procédé de fabrication du fer à partir du minerai de fer.
La précepte invention concerne la fabrication du fer à partir du minerai de fer.
Les procédés existants, de fabrication de fer fondu de grande pureté sont basés sur le principe de purification du produit brut du haut fourneau par traitement dans le convertisseur Bessemer ou dans des fours à sole. La présente invention a pour objet un procédé permettant d'obtenir du fer pur (99,48%) directement à partir du minerai évitant ainsi l'introduction d'impuretés qui nécessitent une élimination ul- térieure par des procédés de raffinage.
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On avait déjà tenté de produire du fer spongieux, c'est-à-dire du fer obtenu à des températures inférieures au point de fusion, afin de créer un métal de base de grande pureté qui était destiné à être fondu dans un type quelconque convenable de four.
On a rencontré une grande difficulté dans la fabrica- tion pratique du fer spongieux et le Demandeur a trouvé que même si l'on pouvait réaliser une fabrication économique du fer spongieux, le produit, du fait de son état friable et de sa faible conductibilité dû à sa trop grande porosité, constituerait une matière extrêmement impropre et difficile à fondre efficacement dans un type quelconque de four.
Un des avantages obtenus dans la fabrication du fer spongieux comme produit intermédiaire pour le fer fondu et l'acier, est son aptitude à concentrer sa teneur en fer par séparation magnétique. Le demandeur a trouvé par une longue expérience que la teneur en fer de la majorité des minerais est combinée physiquement d'une manière si intime avec sa gangue que cette dernière se trouve entratnée dans c e qui est magné- tique et qu'on n'atteint pas une élimination suffisante de la gangue initiale du minerai pour que le procédé rende des services ou soit pratique.
On a fait des essais pour réduire et fondre on fondre partiellement le minerai de fer dans des fours rotatifs mais par une longue expérience on a trouvé que certains principes fondamentaux sont nécessaires pour que cela puisse être réalisé pratiquement et économiquement.
Lorsque du minerai de fer en grains ou en poudre est mélangé avec la quantité de charbon en grains ou en poudre né- cessaire pour la réduction, s'il est tout d'abord réduit par la chaleur ou s'il est fourni directement dans un four rotatif, lors de la fusion partielle, il adhère aux parois latérales, du four tournant offrant le maximum d'exposition à l'action des gaz oxydants du four qui brûlent le charbon qui a été ajouté dans le but de jouer un rôle réducteur et un résultat médiocre @
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est inévitable.
Même s'il est amené surun bain de laitier en fusion à une vitesse telle que son absorption de chaleur rapide soit insuffisante pour obliger le laitier à devenir visqueux, avec l'adhérence aux parois qui en:résulte, il flotte sur la surface de ce laitier et, dans cette position, il expose le carbone qu'il renferme à l'oxydation des gaz du four, ce carbone ne remplissant pas ainsi son rôle qui est de réduire les oxydes de fer.
On a trouvé par expérience que ces défauts qui agis- sent à l'encontre de la réalisation pratique de la fabrication d'un fer congloméré ou d'une matte directement à partir du mine- rai peuvent être éliminés par le procédé qui fait l'objet de la présente invention.
Dans ce procédé le minerai de fer est mélangé à l'état de grains à une matière carbonée, moulé en blocs en plaques, en briquettes ou en corps de toute autre forme puis introduit dans un four de réduction contenant du laitier fondu ; le minerai est alors réduit et les particules de fer tombent au fondée! s'unissent et peuvent être enlevées du four sous la forme de masses relativement grandes de fer à moitié fondu avec quelques inclusions de laitier.
On peut éliminer le laitier de la masse de fer déchargée de la chambre de réduction par un traitement ulté- rieur, dais un four électrique ou dans un autre four; à titre de variante on peut éliminer le laitier par un procédé d'expulsion mécanique.
L'invention comprend également comme matière de départ, un bloc, une plaque, une briquette ou un corps d'une autre forme constitué par du minerai, de fer en grains mélangé à une matière carbonée et moulé dans cette forme avec ou sans liant.
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un appareil permettant l'exécution du procédé qui fait l'objet de l'invention peut comprendre un four oscillant muni d'une porte de détournement du métal réduit, un trou de coulée pour l'évacuation du laitier, un dispositif de chargement du four, un dispositif d'admission des gaz chauds dans le four et une entrée d'air additionnel au voisinage du carneau de sortie des gaz de chauffage , cette dernière entrée d'air étant agencée de manière que l'air admis ait une direction qui soit l'inverse de celle de la sortie des gaz.
Le four sera d'une forme ramassée c'est-à-dire que ia longueur ne dépassera pas trois fois le diamètre, ainsi, de cette manière, on pourra maintenir une température sensiblement uniforme et suffisamment élevée pour que le laitier reste fluide.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La fig. 1 montre une coupe verticale de l'appareil.
La fig. 2 en est une vue en plan.
La fig. 3 est une coupe transversale faite dans la partie médiane.
Le four oscillant a possède une longuenr égale environ à deux fois son diamètre et est monté de manière à pouvoir tourner sur les galets b, b. Le combustible constitué par du charbon pulvérisé additionné d'air est admis tangentiellement par une ouverture c. et l'air supplémentaire est admis tangen- tiellement par un orifice d disposé dans la chambre cylindrique d'extrémité e. L'autre extrémité du four est pourvue d'un passage de chargement principal ± et d'un passage de chargement auxiliaire g disposé dans la paroi du passage f. Celui-ci cons- titue également un carneau de sortie pour les gaz de combustion et il est complété par un carneau mobile ± monté sur des galets de sorte qu'il peut être écarté du passage ± lorsqu'il est né- cessaire de charger par ce passage.
Une arrivée d'air auxiliaire
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est ménagée dans la paroi du passage. ! et est dirigée vers l'intérieur du four, c'est-à-dire en sens opposé à celui de la circulation des gaz qui sortent. Une porte de défournement m est prévue dans la paroi du four à l'opposé d'un trou de coulée n disposé tangentiellement et servant à l'écoulement du laitier.
Pour mettre en oeuvre le procédé qui fait l'objet de l'invention on transforme en grains le minerai de fer et on le mélange avec la quantité suffisante de charbon granulé pour effectuer la réduction des oxydes de fer et l'humidité contenue, puis on le comprime ou on le moule en blocs ou en briquettes avec un liant approprié. Si on le désire, on peut supprimer le liant car il n'est pas absolument nécessaire pour l'opération de moulage.
On introduit d'abord le laitier dans. le four et on le chauffe en admettant les gaz combustibles par les ouvertures d'admission c et d jusqu'à ce que le laitier soit fondu. Ce laitier fondu forme une couche liquide sur la sole du four, liquide dans lequel on introduit les blocs moulés en les chargeant soit par le passage f, si le carneau mobile ± est enlevé, soit par le passage g, si le carneau IL se trouve dans la position représentée sur la figure I. La quantité de mouvement que possèdent ces briquettes ou blocs au moment de leur chargement dans le four fait qu'ils se trouvent momentanément, complètement submergés par le laitier en fusion lequel adhère sur les faces plus froides de ces. blocs et forme une enveloppe qui les protège de l'oxydation.
La faible conductibilité du bloc ou de la briquette, du fait de son épaisseur par rapport aux petites parties granulées du minerai et du charbon, empêche une absorption de chaleur trop soudaine et trop rapide qui rendrait le bain de laitier suffisamment visqueux pour adhérer aux parois du four.
Il est essentiel que le laitier reste fluide et ceci est facilité par l'absorption plus lente de chaleur qui, tandis qu'elle pénètre dans les blocs ou briquettes, effectue la
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réduction de l'oxyde contenu à une basse température qui est réglée par les limites de sa faible conductibilité. La réduction complète est effectuée par cette pénétration pro- gressive de chaleur sans que soit détruit l'équilibre entre la chaleur fournie et la demande de combustible et de laitier fluide respectivement.
En donnant au four une forme relativement ramassée, c'est-à-dire en s'arrangeant pour que le four ne soit pas trop long par rapport à son diamètre, on maintient la température de fusion du laitier sur toute la longueur du four. Si cette longueur était trop grande par rapport à la largeur, il est évident que la température à l'extrémité de sortie de ce four tomberait bien au-dessous de celle qui est nécessaire pour rendre et maintenir fluide le laitier et qu'ainsi ce dernier adhérerait à la paroi du four provoquant une obstruction.
Une autre raison pour maintenir le laitier fluide en tous temps pendant la durée de l'opération est qu'il faut per- mettre à la réduction des oxydes de fer par le carbone de s'accomplir et de s'achever aux basses températures réglées par la conductibilité de l'épaisseur de la masse constituant le bloc ou la briquette.
Aux températures comprises entre IISO et 1400 s'effectue la fusion des oxydes de f er qui se combinent à la silice produisant des silicates de fer, de sorte qu'une petite réduction ou qu'aucune réduction pratique n'a lieu puisque la silice, à de telles températures a une plus grande affinité pour les oxydes de fer que pour le carbone.
Par conséquent, à moins que les oxydes de fer soient réduits à des températures infé- rieures à leur point de fusion, comme elles sont obtenues par la faible pénétration de chaleur du bloc ou de la briquette, une prépondérance de la réaction apparaît dans la formation de silicates de fer, Ainsi, si l'on amenait le minerai et le carbone à l'état libre ( pas sous forme de briquette) sur le laitier fluide, les particules respectives d'oxyde de fer et de carbone
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ne donneraient pas lieu à leur réaction voulue, l'oxyde de fer se combinant à la silice présente dans le laitier et le carbone étant perdu par l'oxydation des gaz du four.
Aux températures supérieures à 1400 les silicates de fer se dissocient s'il se trouve suffisamment de carbone et de chaux et le fer métallique se précipite mais la formation des silicates de fer est nuisible et à éviter d'abord à vause de leur action érosive sur tout revêtement du four et ensuite car le fer métallique ainsi précipité n'a pas cette.pureté qui est obtenue par sa réduction directe aux températures inférieures à son point de fusion. Pour maintenir le laitier à l'état fluide on tire profit de la faible vitesse de transmission de chaleur au bloc ou à la briquette et on règle la vitesse d'amenée de la charge pour qu'elle coïncide avec la fourniture de chaleur.
Au fur et à mesure de la réduction les blocs se désagrègent et les particules de fer tombent au fond du four et s'assemblent pour former une ou plusieurs masses. Lorsque la réduction est terminée le laitier est d'abord évacué par le trou de coulée n et les masses de particules de fer conglomérées sont ensuite déchargées par gavité, le four étant tourné de manière que la gravitation soit la plus basse. Une quantité suffisante de laitier est alors réintroduite dans le four et on répète l'opéra- tion avec une nouvelle charge.
Les gaz combustibles qui émanent des blocs au cours de la réduction sont brûlés avant de quitter le four au moyen de l'air secondaire admis par la tuyère I, ce qui contribue à maintenir la température requise à l'extrémité de sortie du four.
On peut réchauffer tout l'air admis par les diverses entrées d'air par exemple en l'amenant en contact dans un récupé- rateur ou un générateur, avec les produits de combustion chauds qui sortent du four oscillant, soit avant, soit après que ces produits de combustion ont été partiellement utilisés pour cal- ciner ou sécher le minerai avant de le transformer en briquettes.
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Le four oscillant teprésenté sur le dessin tpurne approximativement de 2700 dans un sens et ensuite d'un angle correspondant en sens inverse. D'autres formes de four peuvent être utilisées pour la mise en oeuvre du procédé qui fait l'objet de la présente invention.
On a trouvé par l'expérience que tandis que le fer spongieux présente la plus grande difficulté à être fondu au four électrique du fait de sa faible aptitude à conduire la chaleur par suite de son excessive porosité, la masse conglomé- rée obtenue par le procédé qui fait l'objet de la présente in- vention, conduit facilement la chaleur du four électrique et fond rapidement en assurant une séparation efficace du métal fondu et le minimum d'inclusions.métalliques dans le laitier.