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" Procédé de fabrication d'épongé métallique."
La présente invention est relative à un procédé de fabri- cation d'éponge métallique dans lequel on réduit des composés métalliques- en les faisant traverser par du gaz à l'eau qui a été épuré, entre le générateur et le lieu de réduction.
Il est connu d'épurer le gaz à l'eau avant de le faire agir sur des minerais de fer, en le débarrassant du soufre et de l'anhydride carbonique qu'il contient.
En vue de favoriser la réduction, on prévoit, suivant l'invention, de débarrasser également le gaz à l'eau de la va- peur d'eau qu'il contient, avant de le mettre en présence des composés métalliques à réduire.
L'invention est également relative à un procédé de fabri- cation d'épongé métallique dans lequel on réduit des composés métalliques en les faisant traverser par du gaz- à l'eau qui a été préchauffé au détriment de la chaleur engendrée par la com- bustion de gaz usés ayant traversé les oxydes à réduire.
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Il est connu de chauffer le gaz devant servir à la réduc- tion d'oxydes- de fer dans le régénérateur dtun four Siemens Martin contenant de l'éponge de fer à fondre et chauffé à cet effet au moyen de tout le gaz usé provenant de la fabrication d'éponge de fer par réduction des minerais de fer.
Dans ce procédé, une partie seulement de la chaleur engen- drée. par la combustion de tout le gaz usé est utilisée pour chauffer le gaz de réduction frais. De plus, le chauffage du gaz frais est variable dans le temps par suite du chauffage inter- mittent du régénérateur qu'il traverse.
Suivant l'invention, on brûle une partie des gaz- usés dans un échangeur de chaleur qu'ils traversent en permanence de marne que le gaz devant servir à la réduction, tandis que le reste des gaz usés est utilisé dans d'autres buts.
L'invention est également relative à un procédé de fabri- cation d'éponge métallique dans lequel. on réduit des composés métalliques en les faisant traverser par un gaz réducteur et on. refroidit l'éponge métallique formée, avant sa misa en contact. avec l'air, en la faisant passer dans un échangeur de chaleur refroidi extérieurement par circulation d'un fluide refroidis- seur.
Suivant l'invention, on utilise à produire de l'énergie la chaleur sensible emportée par le fluide refroidisseur.
L'invention est également relative à un procédé de fabri- cation d'éponge métallique dans lequel on réduit des composés métalliques en les faisant traverser par un gaz réducteur con- tenant de l'oxyde de carbone, en particulier par du gaz à l'eau, et dans lequel on refroidit; l'éponge métallique formée en la maintenant à l'abri de l'air.
Dans le but d'éviter autant que possible le dépôt de car- bone sur l'éponge métallique en cours de refroidissement, dépôt qui pourrait se faire dans le cas où de l'oxyde de carbone trave' serait l'éponge, on prévoit, suivant l'invention, de maintenir
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celle-ci dans une atmosphère en principe non oxydante en sur- pression par rapport à l'intérieur du four de réduction.
Suivant une variante avantageuse, on fait circuler au con- tact. de l'éponge en cours de refroidissement, en sens inverse du déplacement de celle-ci, un gaz neutre ou, de préférence., réduc- teur mais, en principe, exempt d'oxyde de carbone.
L'invention est également relative à un procédé de fabrica- tion d'éponge métallique dans lequel on réduit des composés mé- talliques en les faisant traverser par un gaz réducteur et on élimine une partie du gaz aux endroits pour lesquels la courbe de réduction du minerai présente des, débuts de paliers, tandis qu'on utilise une autre partie du gaz pour commencer la réduction et pour griller et pour préchauffer le minerai par combustion en présence d'air.
Il est connu de prélever, en un point du four de réduc- tion, du gaz ayant servi à la réduction d'oxydes de fer. Dans ce cas, ce prélèvement est imposé et réglé par la nécessité de main- de tenir le débit de gaz, frais/réduction,. ce gaz frais étant ex- clusivement obtenu par régénération des gaz prélevés, et de faire briller une partie du gaz usé en présence dtair, dans la partie du four où les oxydes sont introduits afin da préchauffer et de griller les matériaux, s'il y a lieu.
L'étude expérimentale de la réduction montre que pour chaque état intermédiaire de réduction d'un composé métallique, caractérisé par le pourcentage d'oxygène enlevé, existe un état d'oxydation du gaz,- en contact avec ces oxydes et que la courbe du degré de réduction en fonction de l'état d'oxydation du gaz a une allure différente pour chaque composé. pour chaque point de cette courbe, il est aisé de calculer la consommation de gaz et surtout de déterminer les quantités de gaz en. excès dont la présence n'est plus nécessaire à la suite des opérations.
Les. zones de réduction où ces excè.s se présentent sont dé-
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terminables par l'étude des variations des coefficients angu- laires de la courbe et se situant aux points où ce coefficient angulaire diminue brusquement, en valeur absolue,c'est-à-dire où la courbe présente des débuts de paliera.
Suivant l'invention, on utilise du gaz à l'eau pour effec- tuer la réduction et on utilise une partie des gaz usés pour griller, préchauffer et réduire partiellement les composés métal- liques au delà de l'endroit où l'élimination du gaz ce eu lieu, le reste du gaz usé étant éliminé en cet endroit.
Ce procédé présente l'avantage que, pour le gaz à l'eau, le degré d'oxydation du gaz à l'endroit de prélèvement ne varie pas en fonction de la température.
L'invention est également relative à un procédé de fabri- cation d'éponge métallique., dans lequel on réduit les composés métalliques en les faisant traverser par un gaz réducteur et on récupère de la. chaleur sensible contenue dans les gaz usés- de la réduct ion.
On connaît un procédé de ce genre dans lequel les. gaz usés sont utilisés pour préchauffer un mélange d'oxyde de carbone, d'anhydride carbonique et d'hydrogène qui est constitué en partie par du gaz de four à coke et en partie par du gaz de réduction usé et épuré de son eau, en vue d'une régénération chimique par passage sur des matières carbonifères le rendant apte à la ré- duction.
Suivant l'invention, on refroidit dans un échangeur de chaleur le gaz usé de la réaction jusqu'à condensation de la vapeur d'eau qu'il contient et on utilise à produire de l'énergie la chaleur sensible emportée par le fluide refroidisseur de l'échangeur de chaleur.
De cette façon, on débarrasse le gaz usé de son eau et- on récupère en même temps d'une façon pratique presque toute la chaleur sensible disponible dans les gaz.
Les gaz refroidis ainsi obtenus peuvent être brûlés en vue
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de produire de l'énergie- par la chaleur provenant de leur com- bustion. Ils peuvent aussi être introduits en partie dans le générateur de gaz à l'eau dans le cas où on réduit les composés métalliques au moyen de gaz à l'eau. Ceci permet d'enrichir le gaz en oxyde de carbone de façon à rectifier éventuellement l'équilibre, thermique du four.
Le même résultat peut être obtenu en introduisant du gaz. usé non débarrassé de son eau dans le générateur de gaz à l'eau.
Ceci constitue également une particularité de l'invention-.
Dans le cas où la réduction a eu lieu au moyen d'un gaz contenant de l'oxyde de carbone, on prévoit également, suivant l'invention, d'éliminer l'anhydride carbonique contenu dans le gaz usé et de mélanger le gaz usé ainsi épuré au gaz de réduction frais,
L'élimination de l'anhydride carbonique peut être effectuée de différentes façons,-par exemple, par condensation, par disso- lution ou par : .,-réaction chimique.
Lorsque l'élimination de l'anhydride carbonique est effec- tuée par condensation ou par dissolution, on peut facilement ré- cupérer cet anhydride carbonique et notamment en introduire une partie dans le générateur de gaz à l'eau dans le cas où la réduc- tion est effectuée par du gaz à l'eau. Ceci constitue un nouveau moyen d'enrichir le gaz à l'eau en oxyde de carbone.
D'autres particularités et détails de l'invention appa- raitront au cours de la. description des deux figures- annexées au présent mémoire et qui représentent schématiquement de-ux ins- tallations pour la réalisation de l'invention.
Dans ces deux figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques..
A la figure 1, on a représenté une installation convenant pour la fabrication d'une éponge métallique par le procédé sui- vant l'invention et qui comprend un générateur de gaz à l'eau 2 dans lequel le combustible est introduit en 3 et la vapeur d'eau
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en 4. Le gaz à l'eau formê passe par une conduite 5 dans un refroidisseur 6 et, de là, par une conduite 7 dans un épurateur 8 où il est débarrassé de l'anhydride carbonique et du soufre qu'il contient.
La chaleur cédée par le gaz à l'eau dans le refroidisseur 6 est envoyée à la chaudière 9 où elle est utilisée à la vaporisa= tion de l'eau en même temps que le combustible qui y brûle après y avoir été introduit par 10.
La vapeur d'eau formée passe en partie dans le générateur de gaz à l'eau par la conduite 4 et en partie par une conduite 11 afin d'être utilisée dans un tout autre but.
Le gaz à l'eau épuré en 8 est conduit par une conduite 12 dans une cloche d'emmagasinement 13. De là, il passe,par une conduite 14, dans le sécheur 15 qui lui enlève l'eau qu'il pour- rait contenir. Le gaz séché de cette façon est ainsi mieux apte à réduire les composés métalliques qui évoluent dans un four de réduction 16 auquel il parvient après avoir été préchauffé dans un échangeur de chaleur 17. il est conduit à cet échangeur par une conduite la et le traverse en permanence. 11 y absorbe la cha- leur résultant de la combustion d'une partie des gaz usés pro- venant d'une réduction antérieure de composés métalliques.
Ces gaz usés sont amenés par une conduite 19 et sont mélangés à l'air amené en 20. Ils traversent en permanence l'échangeur 17 et les, gaz résultant de la combustion sont évacués par une con- duite 21.
De l'échangeur de chaleur 17, le gaz à l'eau séché et, préchauffé, passe par une conduite 22 dans le four de réduction 16 qu'il traverse en permanence. Le minerai est introduit par 23 à une extrémité de ce four où il est d'abord préchauffé et grillé.
Le préchauffage et le grillage des composés métalliques, sont effectués par la combustion d'une partie des gaz ayant servi à la réduction et qui sont prélevés du four 16 aux endroits
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pour lesquels la courbe de réduction présente des débuts de. paliers. Le prélèvement est effectué, par exemple) par une con- duite 37 et l'alimentation de la partie du four où s'effectue le préchauffage ou le grillage se fait par des conduites 24 et 25. Eventuellement, dans le cas où le prélèvement n'a été que partiel, le préchauffage et le grillage peuvent en outre être réalisés par la combustion de gaz qui passe directement de la zone de réduction dans la partie réservée au grillage. L'air né- cessaire à la combustion est introduit par des conduites 25 et 26.
Les gaz résultant de la combustion sont évacués par la con- duite 27 qui rejoint la conduite 21.
Dans le four de réduction, les oxydes subissent les réac- tions suivantes en présence du gaz à l'eau:
EMI7.1
>e0 + y C0 " x Mes YC02 lfieo,Y + y le = x mes y 20
Dans ces réactions, Me désigne un métal. x et y des nombres quelconques.
Dans le cas de la réduction d'oxydes de fer, les réactions sontpar exemple, les suivantes :
EMI7.2
aFe203 + Go 2 Fe304 .. OQ2
3Fe203 + H2 = 2 Fe304 + le-()
Fe304 + CO = 3 Fe0 + C02
Fe304 + H2 = 3 fe0 + H20
Fe0 + CO = Fe + C02
Fe0 + H2 = Fe + H20 .CI 0 + H20 = C02 + H2 Dans le cas d'oxyde de nickel, on aurait :
Nio + CO - Ni + C02
Nio + H2 Ni + H20 Dans le cas d'oxyde de cuivre, on aurait :
Cu20 + C0 = 2Cu + C02
Cu20 + H2 = 2Cu + H20 De même, pour l'oxyde d'étain :
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Sn 02 + 200 = Sn + 2002
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si, 0 -t- 2B - Sn 2HC
Toutes ces réactions sont régies par des équilibrer chi- miques bien connues.
Les unes sont endothermiques et les autres exothermiques. L'effet thermique global, compte tenu de ces équilibres, est positif au-dessus de températures bien déter- minées, de 750 C pour le fer, par exemple. Des réactions secon- daires se produisent déterminant une désulfuration qui a été constatée expérimentalement, des décompositions de peroxyde, la réduction des éléments plus réductibles mais la non réduction des éléments moins réductibles à la température de travail qui mis en oeuvre varie selon les composés métallique , la température de ramollis- sement et la composition du gaz mis en oeuvre.
L'éponge obtenue en 16 est refroidie à l'abri de l'air.
Elle passe, à cet effet, dans un échangeur de chaleur constitué par une enveloppe creuse 28 qui entoure l'éponge en cours de refroidissement et dans laquelle circule, par exemple, de l'eau.
Celle-ci est refroidie dans un refroidisseur 29 et la quantité de chaleur qu'elle y cède est utilisée à produire de l'énergie en étant, par exemple, évacuée par une conduite 30.
Etant donné que le gaz de réduction employé contient de l'oxyde de carbone, il peut être nécessaire d'éviter que l'é- ponge en cours de refroidissement baigne dans l'oxyde de car- bone, afin de ne pas provoquer de dépôt de carbone sur l'éponge formée.
Dans ce but, il est prévu de faire circuler au contact de l'éponge en cours de refroidissement, et en sens inverse du déplacement de. cella-ci, un gaz neutre ou mieux, un gaz. ré- d.ucteur exempt d'oxyde de carbone.
Le schéma représente l'introduction au bout du refroi- disseur de l'éponge, d'un léger courant d'hydrogène amené par une conduite 31. Cet hydrogène provient dtune partie des gaz ayant servi à la réduction et qui ont été débarrassés de leur
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eau et de leur oxyde de, carbone. L'absorption de l'oxyde de- car- bone est effectuée, par exemple, dans un absorbeur 32 alimenté par une conduite 33., tandis que l'élimination de l'eau est réa- lisée comme il sera indiqué plus loin. L'éponge refroidie dans les conditions qui viennent d'être indiquées est évacuée en 34.
Si l'usage auquel l'éponge est destiné permet qu'un peu de. carbone y soit déposé, on peut régler l'absorbeur 32 de façon à n'éliminer qu'une partie de l'oxyde de carbone.
Les gaz ayant servi à la réduction sont éliminés du four 16 à l'endroit indiqué ci-avant, Comme cet endroit peut varier en fonction de la composition des composés métalliques
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traités, il est prévu différentes con- duites, telles que 37, 35 et 36, permettant de faire les prélè- vements aux endroits convenables. De cette façon, on peut tou- jours réduire le plus possible la dégradation du gaz ayant servi à la réduction, pour le faire servir à dtautres usages.
La partie des gaz usés qui n'est pas envoyée par les con- duites 24 et 25 dans la partie du four réservée au préchauffage. et au grillage des composés métalliques à réduire, passe dans un échangeur de chaleur 38. Dans celui-ci, le refroidissement. des gaz est effectué jusqu'à condensation de la vapeur d'eau.
Toute la chaleur cédée au fluide refroidisseur est, uti- lisée à produire de l'énergie. L'eau condensée est évacuée par une conduite 39 et est épurée dans un épurateur 40 puis, par une conduite 41 elle est introduite dans la chaudière 9 à la- duelle de l'eau d'appoint peut être amenée en 42.
Les gaz usés débarrassés de leur eau peuvent être emmaga- sinés dans, une cloche 44 d'où ils sont empruntés en vue de pro- duire de l'énergie par la chaleur provenant de leur combustion.
Une conduite 45 permet de les envoyer, par exemple, en 46, om ils servent à fondre l'éponge dans u four à gaz, ou en 47 où ils servent à produire de l'énergie électrique, ou en 48 où ils sont vendus..
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On peut également emprunter une partie des gaz contenus dans la cloche 44 en vue du préchauffage du gaz à l'eau dans l'échangeur de chaleur 17 auquel ils parviennent par la conduite enfin 19. On peut/envoyer les gaz usés débarrassés de leur eau dans le générateur 2 où ils servent de gaz. d'appoint et peuvent avantage sement modifier la composition du gaz à l'eau formé.
L'introduction dans le générateur 2 est effectuée à partir de la conduite 19 par une conduite 49. C'est à partir de cette même conduite 19 que les gaz usés sont, introduits dans l'absor- beur 32 en passant par la conduite 33. Lorsque les. gaz usés doivent être utilisés dans le générateur 2. ou dans l'absorbeur 32, il est avantageux de les faire passer au préalable dans. un sécheur 50. Celui-ci peut être disposé, par exemple, à la sortie de la cloche 44.
Les gaz usés sortant du four de réduction 16 peuvent également être utilisés comme représenté à la figure 2.
Après avoir été refroidis dans l'échangeur de chaleur 38 jusqu'à condensation de l'eau, les gaz sont évacués par une conduite 51 dans un appareil 52 servant à éliminer l'anhydride de l'anhydride carbonique. L'élimination peut être réalisée par condensation/ ou par dissolution dans de l'eau, ou par réaction avec une base telle que de la chaux. Les gaz débarrassés de l'anhydride car- bonique sont envoyés par une conduite 53 vers la cloche 13 où ils se mélangent aux gaz provenant du générateur 2 qui ont été refroidis en 6 et épurés en 8.
On pourrait utiliser une partie des gaz évacués par la conduite 53 dans l'échangeur de chaleur 17. Toutefois, dans le cas où on dispose d'une autre source de chaleur économique. on peut chauffer le gaz de réduction à introduire dans le four 16 au moyen de cette autre source de chaleur. C'est ce qui est re- présenté la figure 2 où on voit une source de gaz de chauffage 54 envoyant, par une conduite 55, du gaz qui est brûlé dans l'échangeur de chaleur 17 en présence d'air introduit en 56.
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La source de gaz de chauffage 54 envoie également du gaz de chauffage par une conduite 57 vers la partie du four de réduc- tion 16 réservée au préchauffage et au grillage. L'air nécessaire à cette combustion est introduit en 58. Les gaz de la combustion dans ltachangeur de chaleur 17 et dans. la partie supérieure du four de réduction sont évacués respectivement par des conduites 59 et 60.
L'anhydride carbonique éliminé en 52 est àvacué par une conduite 61 et est dirigé en partie dans le générateur de gaz à l'eau par une conduite 62 et, en partie, vers l'extérieur par une conduite 63. L'anhydride carbonique enlevé des gaz usés est donc complètement.récupéré.
Lorsque l'appareil 52 nécessite un moteur pour sa mise en oeuvre, ce moteur peut être alimenté au moyen de la chaleur ré- cupérée dans l'installation. A la figure 2, on a représenté un moteur 64 qui est actionné grâce à la chaleur évacuée par la conduite 30 de l'échangeur de chaleur 29 et par une conduite 65 en communication avec l'échangeur de chaleur 38.
L'installa tion représentée à la figure 2, dans laquelle on élimine l'anhydride carbonique des gaz usés de la réduction, convient particulièrement dans le cas où on n'envisage pas de fondre l'éponge, obtenue et où l'on dispose d'énergie gazeuse: à bon marché. C'est le cas notamment lorsque l'éponge doit servir à la fabrication de poudres métalliques, de réactifs chimiques, ou doit être vendue.
Eventuellement, on peut éliminer l'anhydride carbonique . contenu dans les gaz usés en traitant ceux-ci successivement par plusieurs des moyens qui ont été indiqués ci-dessus.
Il est évident que le procédé suivant l'invention peut être réalisé dans des installations autres que celles, représen- tées aux deux figures ci-annexées et que certaines des opérations qui ont été décrites à l'occasion de la description de ces fi- gures peuvent être opérées dans un autre ordre que celui qui a
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été indiqué.
Au lieu d'hydrogène, on peut évidemment employer un autre gaz réducteur pour empêcher le dépôt de carbone sur l'éponge en refroidissement dans la mesure désirable.
Dans le cas où du carbone peut se déposer sur l'éponge métallique, ou dans le cas où un tel dép8t est même utile et désirable, par exemple, lorsque l'éponge métallique doit'être- protégée contre l'oxydation au cours d'une fusion ultérieure dans un milieu assez oxydant, ou lorsque l'éponge est destinée à la fabrication de poudres métalliques devant contenir du carbone, on peut se passer de faire circuler un gaz réducteur au contact de l'éponge en cours de refroidissement. On peut aussi laisser subsister un certain pourcentage d'oxyde de carbone dans le gaz qui circule en sens inverse de l'éponge en cours de re- froidissement.
L'échangeur de chaleur 17 peut être constitué par un récu- pérateur traversé continuellement par le courant des gaz usés de la réduction qui y brûlent ou par un régénérateur à deux chambres traversées alternativement par ces gaz. L'essentiel est que la combustion des gaz usés de la réduction ne soit. pas in- termituente comme lorsqu'ils servent à chauffer un four de fusion Siemens Martin.
Le four de réduction des installations représentées. aux figures ci-annexées, est un four vertical dans lequel les com- posés métalliques cheminent de haut en bas, mais il va de soi que le procédé suivant l'invention est applicable lorsque, les composés métalliques se déplacent de bas en haut ou dans toute autre direction.
Bien que dans la description des figures ci-annexées, il ait été question de la fabrication d'une éponge métallique à partir d'oxyde métallique, il va de soi que le procédé suivant l'invention est applicable dans le cas de la réduction gazeuse de certains composés métalliques autres que des oxydes, par
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exemple, des ferrites, des silicates ferreux.
Le procédé suivant l'invention est également applicable , non seulement dans le cas du fer, mais également dans le cas de la réduction gazeuse de composés de sodium, de zinc, de cad- mium, de molybdène, de tungstène, de cobalt, de cuivre, de plomb, d'étain, etc.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'éponge métallique dans lequel on réduit des composés métalliques en les faisant traverser par du gaz à l'eau qui a été épuré entre le générateur et le lieu de réduction, c a r a c t é r i s é en ce qu'on sèche le gaz. à l'eau avant de le mettre en présence des composés métalliques à réduire.
2. procédé de fabrication d'épongé métallique dans lequel on réduit des composés métalliques en les faisant traverser par du gaz à l'eau qui a été préchauffé au détriment de la cha- leur engendrée par la combustion de gaz usés ayant traversé les composés métalliques à réduire, car a c t é r i s é en ce qu'on brûle une partie des gaz usés dans un échangeur de chaleur qu'ils traversent en permanence de même que le gaz devant servir à la réduction, tandis que le reste des gaz usés est utilisé dans d'autres bute.
3. procédé de fabrication d'éponge métallique dans lequel on réduit des composés métalliques en les faisant traverser par un gaz réducteur et on refroidit l'éponge métallique formée,, avant sa mise en contact avec l'air, en la faisant passer dans un échangeur de chaleur refroidi extérieurement par circulation d'un fluide refroidisseur, c a r a c t é r i s é en ce qu'on utilise à produire de l'énergie, la chaleur sensible emportée par le fluide refroidisseur.
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