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"Traitement des oxydes de fer".
La présente invention est relative au traite- ment d'oxydes métalliques et concerne particulièrement la préparation en vue de la réduction et la réduction gazeuse sans fusion d'oxydes métalliques du groupe du fer, tels que l'hématite, la magnétite, la limonite, le sulfate ferreux calciné, les battitures de laminoirs etc....
La réduction directe d'oxydes de fer particu- lièrement à l'état finement divisé, résultant d'un stade de concentration préalable ou d'une autre opéra- tion à l'aide d'un gaz réducteur tel que l'hydrogène a été tentée dans un certain nombre de procédés et d'appareillages. Parmi ces procédés, la fluidification du minerai finement divisé à l'aide d'hydrogène dans four /approprié/ un four à réduction/parait être la plus pratique à des
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températures comprises entre 500 C à 600 C. Liais, même dans ce cas, il est habituellement nécessaire de mélan- ger au minerai des matières pulvérisées telles que de la chaux, du carbonate de sodium calciné ou des matières similaires pour éviter que la matière partiellement réduite ne s'agglomère.
Si le fer métallique obtenu doit être employé dans la métallurgie en poudre, les matières pulvérisées susdites rendront le produit trop impur pour cet usage. Si le produit doit être employé comme fer spongieux de charge, la présence de matières inertes ne sera pas préjudiciable. Toutefois, le produit finement divisé de fer météllique réduit à faible température est pyrophorique et doit être immé- diatement comprimé pendant qu'il est encore chaud dans une atmosphère non oxydante de façon à éviter la réoxy- dation.
La réduction gazeuse des oxydes de fer à basse température présente encore d'autres inconvénients, parmi lesquels on peut noter la longueur du temps néces- saire à la réduction,particulièrement dans le cas de la magnétite, et la faible consommation d'hydrogène qui n'est que de l'ordre de7 à 10 % de l'hydrogène mis en circulation dans le four à réduction. Si par contre on réduit les oxydes à des températures notablement plus élevées, excédant 7500C, de façon que la poudre métalli- que ne soit pas pyrophorique, les effets d'aggloméra- tion susmentionnés sont encore plus accentués , de sorte qu'aucun procédé commercial pour la production directe de poudre métallique commerciale en partant d'oxydes du métal sans passer par la fusion, n'a été proposé jusqu'à présent.
En outre, on connaît peu de gisements de minerais de fer d'une pureté suffisante pour la production de fer spongieux ou de poudre de fer pour la métallurgie eh poudre à l'exception de certaines magnétites qui peuvent être concentrées magnéti- ni
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quement jusqu'à obtention du degré de pmreté nécessaire.
Tous les minerais tels que les hématites, limonites, carbonates, etc, doivent d'abord être convertis en magnétites et ensuite concentrés par séparation magné- tique en voie humide, en sorte que dans tous les cas, l'oxyde de fer à réduire consiste pratiquement en magné- tite.
Afin d'obtenir la concentration magnétique adéquate, il est nécessaire de broyer très finement le minerai mais ceci augmente l'agglomération pendant la réduction, à moins que des matières additives ne soient introduites comme il a été spécifié ci-dessus.
On a suggéré d'agglomérer la matière finement divisée et de la cuire de manière à former des nodules poreux,: se supportant.par ..eux .;-mêmes. Mais lorsque l'oxyde est très finement broyé par exemple, de telle manière que 35% environ passent au tamis à 200 mailles, on a reconnu que des liants tels que la silice, le ciment Portland, l'argile, etc... sont nécessaires pour donner au nodule cuit la solidité requise pour résister à la manipulation pendant le chargement d'un four à réduc- tion par exemple.
On a constaté à présent que même lorsque les oxydes de fer sont divisés en parties extrêmement fines en vue d'atteindre le degré de concentration le plus élevé possible pour obtenir un produit pur, les parti- cules adhèrent fortement l'une à l'autre dans un nodule après la cuisson sans que l'on doive avoir recours à un liant ou sans que l'on doive rendre la matière compaote, à condition que la proportion d'eau appropriée soit mélangée à la matière finement divisée avant l'opération consistant à l'agglomérer sans la rendre compacte et que l'eau y soit retenue jusqu'à ce qu'elle soit chassée par la chaleur.
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En outre, on peut produite un fer non pyropho- rique suivant la présente invention, en convertissant de la magnétite (Fe3O4), soit contenue dans la matière brute, soit contenue après conversion en magné- tite à des fins de concentration, en majeure partie ou totalement en oxyde ferrique (Fe2O3) par grillage ou calcination de la matière en atmosphère oxydante, ce qui peut se faire commodément pendant la cuisson des agglomérés en nodules susmentionnés . Ainsi, si les oxydes de fer comprennent de la magnétite ou de l'oxyde de fer magnétique équivalent tel que des battitures de laminoirs, celui-ci est totalement ou partiellement converti en oxyde ferrique, particulièrement à la surface des grains.
Si par contre la matière brute est constituée, par exemple, par de l'hématite ou de la limonite qui contiennent habituellement un peu de magnétite à l'état libre, la magnétite de la dite matière brute est totalement ou partiellement convertie en oxyde ferrique. Une source appropriée et relativement pure de matière susceptible de former des nodules est celle que l'on peut obtenir du résidu de sulfate ferreux (Fe2SO4) résultant du séchage par évaporation d'eau-mère de décapage, qui est ensuite aggloméré comme décrit ci-dessus.
Le but de cette conversion est de rendre l'oxyde plus facilement réductible et moins sujet à l'agglomération pendant l'opération de réduc- tion subséquente et de permettre que l'opération de réduc- tion ait lieu dans un intervalle de températures plus élevé et dès lors à plus grande vitesse, ainsi qu'il sera expliqué ci-dessous.
Les hommes du métier savent que cette conversion commence à se produire en atmosphère oxydante à environ 400 C et que la vitesse de la con- version augmente au fur et à mesure que la température
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croit, en sorte qu'elle est à peu près achevée en une heure à 1200 0. Au dessus de 1380 C, plus aucune réac- tion n'a lieu et à 1450 C, le produit de la réaction retourne à l'état de magnétite, ce qui fixe donc une limite supérieure à l'intervalle de températures dans lequel ce procédé peut être appliqué. L'hématite arti- ficielle ou oxyde ferrique ainsi préparé possède des propriétés ferromagnétiques particulières.
Cette conversion totale ou partielle de magnétite en gématite est, pour cette raison, accom- . plia en grillant à l'air l'oxyde finement divisé obtenu par concentration préalable ou par une autre opération et transformé en nodules sans compression, de façon que les dits nodules restent poreux..
Pendant cette opération de grillage à l'air, les nodu- les chauds d'oxyde ferrique sont cuits de façon à atteindre un état de dureté suffisant pour qu'ils - ne soient pas facilement friables, mais ils: ne sont pas fondas, de manière à rester poreux..;, Les nodules d'oxyde ferrique cuits., jusqu'à ce qu'ils soient devenus dures, sont immédiatement chargés,, de préférence, par simple gravité par un procédé continu, par fournées, ou par fournées continues dans une zone de réduction où ..
ils.' sont soumis à un /réducteur/ courant de gaz/préchauffé et constitué, de préférence d'hydrogène mélangé à un gaz inerte régulateur de chaleur, de préférence de l'azote, à des températures relativement élevées, jusqu'à ce que l'hématite fine- ment divisée toujours sous forme de nodules, soit réduite à l'état de fer métallique.
Plus particulièrement,l'oxyde métallique à réduire est très finement divisé, par exemple par broyage avec de¯l'eau dans un broyeur à boulets, de
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manière à atteindre un degré de finesse tel qu'il y ait un refus de moins de 5% environ au tamis à 270 mailles et que 75 à 80% passent à travers un tamis à 375 mailles. On peut même pousser le broyage plus loin si on le désire. On concentre de préférence la matière finement broyée, de manière à en extraire la gangue résiduelle, ce qui peut se faire commodément dans un concentrateur humide tel qu'un laveur à agitateur, un concentrateur magnétique ou un appareil similaire, suivant les nécessités.
En tous cas, que la concentra- tion Ultérieure ait été effectuée ou non, la masse finement broyée est saturée d'eau, par exemple, au moyen de celle qui y reste après le broyage humide ou la concentration humide. En général, la matière finement divisée est mélangée habituellement pendant le broyage, avec une quantité d'eau suffisante pour remplir les interstices entre les particules en con- tact, l'une avec l'autre, lorsque ces dernières sont agglomérées sous forme de nodules non compacts , la proportion volumétrique d'eau et de matière finement divisée dépendant du degré de finesse et des exigences inhérentes à la technique d'une bonne formation des nodules.
Avant tout séchage, on forme à l'aide de la masse saturée d'eau des nodules non compacts ayant de préférence un diamètre d'environ un demi pouce à un pouce, ces nodules retenant pratiquement la même quantité d'eau que la quantité initiale em- ployée pour former le nodule. Un procédé approprié pour former les nodules sans les rendre compactes et de manière qu'ils retiennent l'eau de saturation, consiste à les faire passer par simple gravité à tra- vers un tamis horizontal pourvu de mailles d'un demi pouce à un pouce, que l'on fait vibrer dans le sens
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horizontal. A cause de ce mouvement vibratoire, les saillies de matière qui ont passé au travers des mailles du tamis, se détachent lorsqu'elles sont environ deux fois plus longues que leurs diamètres.
Les nodules ainsi formés. comprennent une agglomération de particules arrondies de touchant en un point, les interstices ménagés entre les dites particules étant remplis par l'eau de saturation. Par suite de cette grande quan- tité d'eau, et bien qu'ils: conservent au repos leur forme générale et leurs dimensions, les nodules ont tendance à s'aplatir si on les laisse tomber d'une hauteur supérieure à un pouce ou deux, et afin d'éviter cette déformation, ils sont immédiatement recueillies à la face inférieure du tamis lorsqu' ils se détachent.
On peut effectuer un séchage à l'air prélimi- naire des nodules saturés. au repos, mais ces nodules séchés à l'air sont extrêmement friables et sont si peu solides qu'on ne peut les transférer à nouveau sans qu'ils,-. se brisent substantiellement. C'est pourquoi, bien qu'on ait besoin de plus de chaleur, on a constaté qu'il est plus approprié de les sécher immédiatement à la chaleur alors qu'ils sont humides et au repos, à des températures comprises environ entre 900 C et 1350 C.
La relation entre les particules et les interstices et la disposition de l'ensemble sont maintenues dans le nodule cuit., telles qu'elles étaient dans la masse saturée primitive, les particules en contact les unes avec les autres forment une structure semblable à une gangue dans laquelle on rencontre des myriades de pores reliés entre eux d'une grandeur presque infinitésimale. Les nodules sont par conséquent très poreux- , et lorsqu'un gaz réducteur traverse le nodule, il enveloppe, plus ou moins virtuellement, chaque petite particule, contribuant ainsi à la réduc-
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tion entière et rapide du nodule, comme il sera expliqué ci-après.
Malgré l'absence d'un liant, les nodules ainsi formés sont très solides et peuvent être mani- pulés sans se briser dans une mesure importante, soit qu'on les ramasse à la pelle, qu'on les déverse ou qu'on les décharge par simple gravité. La tempéra- ture de cuisson devra être dans tous les cas inférieure à la température de ramolissement, sans quoi les particules tendraient à se souder et à se réunir, ce qui diminue la forte porosité désirée pour le nodule.
Des traitements à des températures supérieures à 1.000 C dépendent dans une grande mesure de la nature des oxydes. Par exemple, la matière finement divisée est fréquemment de la magnétite ou contient des par- ticules magnétiques, de sorte qu'il est souhaitable de calciner ou de griller les nodules en effectuant les opérations de chauffage ou de cuisson en atmos- phère oxydante, par exemple à l'air, afin de conver- tir les oxydes magnétiques (Fe3O4) en oxyde ferrique (FE2O3) pour les raisons établies antérieurement.
Si la matière brute est du minerai, des températures de calcination plus élevées variant entre environ 1200 à environ 1550 C seront requises, alors que si la. matière brute est de l'oxyde de fer relativement pur,tel que des battitures de laminoirs des tempéra- tures de calcination plus basses, de l'ordre d'environ 1000 à environ 1100 C seront suffisantes pour effec- tuer la conversion. La durée de cuisson ou de calci- nation des nodules dépend de la nature de la matière et de la température, mais elle est habituellement achevée en une heure environ.
Lorsqu'il est fait usage comme source de matière première d'eau-mère de
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décapage, celle-ci est d'abord neutralisée à l'aide de mitraille de fer, et de préférence chauffée dans un autoclave à une température comprise entre envi- ron 160 et environ 200 C, de manière à obtenir une pression de vapeur comprise entre environ 76 et envi- ron 210 livres anglaises. Dans cet intervalle de tem- pératures, le sulfate ferreux est insoluble dans l'eau et se séparera sous forme de cristaux ne conte- nant qu'un faible pourcentage d'eau.
Les cristaux sont ensuite successivement calcinés en Fe2O3 à une température variant entre environ 700 C et environ 900 C, par exemple dans un four de grillage rotatif, lavés afin d'éliminer le sulfate résiduel soluble, ensuite finement broyés: avec de l'eau et enfin agglo- mérées à l'état saturé pour former les nodules susdi- ts qui ne doivent être soumises qu'à cuisson puisque la calcination en hématite a déjà été effectuée.
Afin de maintenir la pureté du métal, dans les particules obtenues par broyage extrêmement fin et concentration, ou par emploi de sulfate ferreux prati- quement chimiquement pur comme matière de départ, il est souhaitable de réduire les nodules hautement poreux au moyen d'hydrogène. Toutefois, puisqu'il est non seulement nécessaire de désoxyder les particules d'oxyde ferrique dans les nodules, mais également de les chauf- fer jusqu'aux températures de réduction, la chaleur nécessaire est habituellement fournie par un chauffage /que/ préalable de l'hydrogène. Etant donné/l'hydrogène doit donc remplir deux fonctions, le volume d'hydro- gène nécessaire pour porter la chaleur est très grand.
De même, puisque la température de réduction doit être maintenue en-dessous de 1000 degrés pour éviter toute agglomération, il est nécessaire de régler exactement
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la température, ce qui est difficile à réaliser avec d'aussi grands volumes d'hydrogène. Si l'on considère la réduction de l'ématite ou d'un autre oxyde ferrique avec de l'hydrogène conformément à la formule Fe2O3 + 3H2 = 2Fe2+ 3H2O - 23 cal., la chaleur de réaction est de 746.000 unités thermiques anglaises ou B.T.U. par tonne américaine de Fe. La chaleur sensible requise pour chauffer du Fe2O3 à la température de réaction est de 895.000 B.T.U par tonne de Fe ou un total de 1641.000 B.T.U.
Si l'on considère une perte par radiation de 8% ou 131.000 B.T.U, une quantité totale de 1772.000 B.T.U. est nécessaire pour pro- duire une tonne de fer métallique. Afin de fournir une température de réduction située entre 750 et 900 C, on doit chauffer préalablement l'hydrogène à environ 11400C, ce qui estune température trop élevée pour les usages pratiques, et afin de fournir suffisamment d'hydrogène pour obtenir 1772.000 B.T.U par tonne américaine de fer métallique, il faut fournir 250.000 pieds cubiques d'hydrogène pour maintenir la te -péra- ture du gaz d'entrée à un maximum de 1000 C. Ces chiffres sont basés sur les besoins calorifiques du gaz pour élever la température de 2900 livres anglaises de Fe203 de la température atmosphérique à 800 C.
Si ces 2900 livres anglaises de Fe2O3 sont introduites dans le four de réduction sous la forme de glomérules cuits, à une température de 600 C, la quantité de chaleur requise est de 1041.600 B.T.U. au lieu de 1772.000 B.T.U, ce qui signifie de nouveau que le volume en pieds bubi- ques de gaz requis est diminué de 250.000 à 148.000 pieds cubiques par tonne américaine de fer. S'il y a de l'azote dans le gaz en circulation et si celui-ci peut s'accumuler ou si de l'azote est ajouté au gaz en circulation de telle manière que celui-ci contienne
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environ 48% d'azote, la quantité d'hydrogène qui est consommée par la réduction, par tonne américaine de fer, est alors équivalente à une utilisation de l'hy- drogène d'environ 25%.
Puisque l'hydrogène commercial est rarement pur, mais contient un certain pourcentage d'impuretés, la consommation d'hydrogène dans la réaction aura pour effet une augmentation de la proportion d'impuretés dans l'hydrogène qui est remis en circulation. Afin de maintenir un pourcentage prédéterminé d'impuretés dans l'hydrogène qui est remis en circulation, il faut permettre à une partie de celui-ci de s'échapper, après chaque passage, particulièrement lorsque du CO se trouve parmi les impuretés du gaz d'alimentation, parce que ce CO s'oxyde dans la réaction en CO2 et que la réaction tend à se renverser, ce qui a pour effet de provoquer une réoxydation du fer. Le pourcentage des hydrocarbures, qui tendent à se cracker à ces tempéra- tures, doit être également maintenu bas.
Puisque ces impuretés sont sans utilité ou préjudiciables, elles /ou/ doivent être éliminées/partiellement écartées du gaz, d'alimentation, ou éliminées de celui-ci pendant le recyclage. Toutefois, les gaz ne participant pas à la réaction ou gaz inertes, tels que l'azote, sont utiles conformément à l'invention parce que, s'ils sont employés en proportions appropriées conjointement avec l'hydrogène, le volume de ce gaz qui est perdu par suite de l'échappement nécessaire peut rester insi- gnifiant, et les avantages gagnés par l'emploi du gaz inerte comme.véhicule de chaleur pour réduire le volume total du gaz et les problèmes du chauffage préalable sont importants.
Là où il y a par exemple de l'azote dans le gaz d'alimentation, on peut le laisser s'accumu-
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1er pendant le recyclage jusqu'à ce que la proportion appropriée soit atteinte conformément à l'invention, ce qui rend l'addition d'azote frais nécessaire.
Si l'on se réfère à la fig.l on observera qu'un gaz contenant moins de 70% de H2 et plus de 30% de gaz inerte, de préférence de 20 à 60% de H2et de 40 à 80% de gaz inerte, produit la plus grande écono- mie, et qu'on obtient l'utilisation optimum d'hydro- gène en% travaillant à une faible concentration en hydrogène de 60% ou moins dans le gaz en circulation.
Avec des concentrations d'hydrogène de cet ordre et une température de réduction d'environ 750 à 900 C, les nodules d'oxyde ferrique produits conformément au procédé décrit sont réduits en fer pratiquement pur sous forme de nodules poreux en environ une heure à une heure et dénie, avec un four à cuve à tra- vers lequel on fait circuler le gaz pré-chauffé de bas en haut. Comme il a été établi, le métal devient pyrophorique en dessous de 700 C environ, et les no- dules commencent à s'agglomérer au-dessus d'environ 1000 C en sorte que l'intervalle de températuresopéra- toires est compris entre 700 environ et 1000 C environ, les résultats les meilleurs étant obtenus entre 750 environ et 900 C.
La -Ligure 2 illustre un plan d'une installa- tion de réduction typique pour produire une tonne américaine de fer métallique en partant des nodules d'oxyde ferrique susmentionnés avec un gaz de circu- lation préchauffé, comprenant 519% de h2 ET 48,1% de gaz inerte (N2), la balance calorifique étant indiquée dans tout le système. Si l'on se réfère au dessin, on verra que 20.333 pieds cubiques de gaz d'alimentation ou de compensation, comprenant 19.723 pieds cubiques
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ou 97 % de H2 et 610 pieds cubiques ou 3% de N2sont continuellement fournis par le tuyau d'alimentation 10 à la conduite de gaz de recyclage 11, de manière à maintenir un volume total de 148.155 pieds cubiques de gaz dans le système fermé, le gaz étant mis en circula- tion à travers celui-ci au moyen d'un compresseur approprié 12.
Le gaz d'alimentation fourni en 10 est proportionné de manière à produire un rapport de 51,9% de H2 (76.920 pieds cubiques) dans le gaz fourni par le compresseur 12 au tuyau d'alimentation 13 conduisant au réchauffeur de gaz 14, qui peut être partiellement chauffé par le gaz d'échappement , provenant de la conduite 15 comme il sera décrit ci-après,
La teneur calorifique du gaz d'alimentation est de 2893 B.T.U. par degré F, et il est chauffé dans un préchauffeur 14 à une température telle qu'il est amené par le tuyau 16 au four de réduction 17 à une température de 1000 C comme indiqué. Le four 17 est de préférence un four à cuve continu ayant une capacité suffisante pour contenir 2900 livres anglaises de nodu- les d'oxyde ferrique qui sont introduits par le haut, préalablement chauffés à une température de 600 C.
Pour réduire les nodules dans le four 17 à 800 C, par exemple 1041.600 B.T.U. sont nécessaires, lesquelles sont fournies conjointement par la chaleur des nodules et par le gaz d'entrée fournis en 16. Par conséquent, le gaz doit fournir 2173.536 B.T.U. pour élever la tem- pérature des nodules de 600 à 800 C, ce chiffre étant calculé en multipliant la différence de température entre celle des nodules au début de l'opération (600 C) et celle du gaz d'entrée (1000 C) ou 400 C (752 F) par la teneur calorifique du gaz (2.893 B.T.U. par degré F).
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Afin de réduire les 2900 livres anglaises de nodules d'oxyde ferrique dans le four 17 pour produire une tonne américaine de fer métallique, on utilise environ 25% d'Il contenu d'hydrogène du gaz fourni en 16, ou approximativement 19.230 pieds cubiques, de sorte que le gaz sortant par le haut du four 17 en 18 contient approximativement 57.690 pieds cubiques de H2 et la quantité primitive de N2, soit 71.235 pieds cubiques, comme indiqué dans la fig.2.
La vapeur d'eau, sousproduit de la réduction est extraite par condensation dans un réfrigérateur de gaz 19 et èa. le mélange de H2 et de N2contenant une trop forte proportion de gaz inerte est traité de manière à en séparer en 15 une quantité de gaz suf- fisante pour en retirer 610 pieds cubiques de N2, pré- cisément le volume de gaz inerte contenu primitivement dans le gaz d'alimentation ou gaz frais en 10, en sorte que l'on n'ajoute pas une quantité de N2 propor- tionnellement plus élevée au gaz frais. Ceci necessite l'échappement d'un total de 1103 pieds cubiques de gaz, dont 493 pieds cubiques est du H2 comme indiqué, ce qui fait une perte d'hydrogène de 2,5 % seulement.
Ce contenu d'hydrogène dans le gaz d'échappement peut être utilisé pour chauffer partiellement le réchauffeur de gaz 14 ou pour préchauffer les nodules chargés dans le four 17. Il sera également entendu que le gaz pompé vers le réchauffeur 14 peut être préchauffé par un échange de chaleur avec les produits gazeux chauds pro- venant du four 17.
On observera que l'équilibre calorifique est réalisé dans le système fermé décrit et que, à cause du contenu important de gaz inerte (N2), 48,1 dans le cas servant d'exemple, le contenu d'hydrogène
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était réduit à un point où un chauffage préalable con- venable était rendu possible sans que l'on ait recours à des températures indûment élevées. Le plan représenté à la fig.2, montre à titre d'exemple les conditions opératoires indiquées par la courbe B de la fig.l, les nodules étant préchauffes à 600 C. On observera que pour les 51,9%de H2dans' le gaz recyclé, 25% seront utilisés.
D'après ces courbes, on peut facilement connaître la quantité d'hydrogène utilisée aux diffé- rentes concentrations, pour des températures de nodu- les d'entrée de 500 C, 600 C, et 700 C, une plus grande quantité de gaz étant nécessaire pour fournir la chaleur additionnelle, là où la terapérature des nodules à l'en- trée est plus basse, comme indiqué par le graphique de la fige 1. En ce qui concerne la perte d'hydrogène par échappement, plus la proportion de gaz inerte dans le gaz d'alimentation est basse, plus la perte d'hydrogène est faible et le chauffage préalable d'un grand volume de gaz inerte est alors rendu nécessaire sans que celui-ci n'affecte la réduction, si ce n'est que cette dernière est favorisée par la fonction "ca- lorifère" du gaz inerte.
En ce qui concerne l'utilisa- tion de l'hydrogène à une température des nodules à l'entrée, de 600 C avec 95% de H2 et 5% de N2 dans le gaz cyclé,on emploie 13,5 d'hydrogène ; avec 90% de H2 et 10% de N2, on emploie 14,3 % d'hydrogène, tandis qu'on emploie 25% d'hydrogène avec 51,9% de H2 et 48,1 % de N2 dans le cas considéré. Le coût de l'hydro- gène ou du combustible servant au chauffage préalable ou les deux à l'emplacement du four détermine en grande partie s'il faudra employer un pourcentage plus élevé d'hydrogène ou de N2.
Pour des usages commerciaux, l'hydrogène pro- duit à partir de gaz à l'eau en reformant du gaz natu-
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rel ou par un autre procédé, coc3.prend appxoi.?ativeo.ent 95 à 97% de H2et 5µ1 de gaz inertes, dont environ la moitié soit 1 1/2% à 2 1/2 % est de l'azote, le reste étant ordinairement du CO. On peut additionner de l'azote pour abaisser la concentration de l'hydrogène jusqu'en un point où.la teneur calorifique dans le Gaz en circulation permet un chauffage préalable convenable sans emploi de températures indûment élevées, alors que le pourcentage d'hydrogène utilisé durant chaclue passage estamené à une valeur telle que l'on obtient un équilibre calorifique convenable.
On peut récupérer l'azote additionnel du gaz d'échappement après un la- vage ou autre stade de purification et celui-ci peut être alors additionné en quantité appropriée au gaz à l'un ou à tout autre gaz d'alimentation brut. Toutefois, lorsque le gaz d'alimentation contient de l'azote, par exemple 3 et lorsqu'on en désire 41% dans le gaz de recyclage afin de fournir la teneur calorifique appro- priée, on peut laisser l'azote s'accumuler jusqu'il. ce qu'il atteigne ce pourcentage avant d'avoir recours à l'échappement, puisque chaque passage ou cycle accroît le pourcentage d'azote en raison de la diminution du pourcentage d'hydrogène due à la consommation dans la réaction.
Comme il a été établi, les gaz additionnés à l'hydrogène ne doivent pas être constitués par du
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monoxyle de carbone ou dc- hydxocarbn:ues en quantité importante, mais dans les cas où l'hydrogène conte- nant de faibles quantités d'un hydrocarbure tel que du méthane dans des proportions de3 à 5, estd'un coût modique tel que le recyclage, le lavage, et l'é- chappement ne sont pas économiques, celui-ci n'est pas matériellement nuisible. Dans le cas du monoxyde de carbone son oxydation en CO2 et son retour. à l'état de
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CO avec réoxydation du fer exigent qu'il soit éloigné le plus possible.
Habituellement, lorsque 95% d'hydro- gène commercial sont fournis en tant que gaz d'alimen- tation, le pourcentage de CO est seulement d'environ 2 1/2% avec du N2 à 2 1/2%, de sorte que les frais en- traînés par l'extraction du CO du gaz d'alimentation ne peuvent se justifier. Dans ce cas, le CO2 résultant peut être séparé par lavage du gaz de recyclage au moyen d'une solution d'éthanolamine en 21, après pas- sage dans le réfrigérateur de gaz 19. Dans le cas où on désire pratiquement enlever le CO du gaz d'alimentation on lorsque sa teneur en CO est trop élevée, on peut extraire ce dernier du gaz d'alimentation avant d'intro- duire celui-ci en 11, en le faisant passer à travers une solution ammoniacale d'un mélange de formiates, d'acétates ou de carbonates cuivrique et cuivreux.
,-Lorsque l'on extrait le CO de cette façon, les pour- centages de Et et de N2 croissent comme on le désire.
Bien que l'on préfère l'azote comme gaz inerte à cause de son prix modique et de la facilité qu'il y a à s'en procurer, on peut mélanger à celui-ci d'autres gaz inertes ou employer ceux-ci à la place du premier particulièrement lorsqu'ils sont des sousproduits de quelque autre opération, par exemple, les gaz atmos- phériques plus rares qui sont inertes dans l'opéra- tion de réduction tels que l'argon, le crypton etz.
On a constaté que pour certains oxydes la température de réduction ne doit pas excéder 900 0 mais que, dans le cas où la température du gaz d'ali- mentation est de 1.000 C, elle excédera 900 C en cer- tains points, de sorte qu'il sera souhaitable d'intro- duire le gaz en plus d'un point, le gaz le plus chaud, par exemple à une température de 1000 C, étant intro- duit à la partie supérieure de la cuve 17 où les no-
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dules restent non réduits et le gaz à une température plus basse,de 900 C ou ricins, étant introduit à la par- tie inférieure de la cuve.
Ceci exige la présence d'un second préchauffeur de gaz pour le gaz à température plus basse, ou un ..échangeur de chaleur 22 réduisant la température dans le tuyau 16, afin d'abaisser la température du gaz jusqu'à 900 C, le tuyau 16'à haute température conduisant du gaz à 1000 C directement du réchauffeur 14 au four 17, comme il est indiqué par la ligne en traits interrompus dans la fig.2.
,,prés la réduction complète, rendue possible par l'emploi d'oxyde ferrique comme matière de départ dans les conditions décrites ci-dessus, les nodules sont encore sépares et se meuvent librement de sorte que l'opération de réduction peut être faite dans un four à cuve.
puisque l'oxyde brut a été préalablement concentré à un degré élevé de pureté et complètement réduit Grâce au procédé faisant l'objet de l'invention, et que l'on désire de la poudre métallique commerciale, on procède à l'exécution de la troisième phase du pro- cessus, consistant à refroidir les nodules poreux réduits ou la matière finement divisée réduite dans une atmosphère réductrice et ensui te, dans le cas de nodules, à diviser deux-ci finement. cause de leur porosité les nodules peuvent facilement être écrasées au moyen d'un rouleau et ensuite broyés jusqu'à ce qu'on obtienne le degré de finesse commercial désiré.
Dans un autre cas, la troisième phase du processus continu peut consister à décharger les nodules chauds réduits directement du four de réduction sous une atmosphère réductrice dans une presse à briquettes, une presse d'extrusion ou de moulage maintenue dans une atmosphère réductrice, dans laquelle les nodules sont
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aisément comprimés en raison de leur porosité, en briquettes ou en produit métallique semi-fini ou fini, avec ou sans frittage subséquent à une tempéra- ture de soudure, pour souder ensemble les particules en contact.
Le degré de compacité détermine la densité du produit fini suivant que celui-ci devra servir de charge de fusion pour un foyer ouvert ou un four élec- trique, ou être laminé ou forgé en barres ou profilés d'une autre forme, ou encore traité de manière à en façonner directement, aveo ou sans préchauffage,des pièces de machines.
En dehors des deux stades d'opération susmen- tionnés pouvant tenir lieu de troisième pase, les nodules réduits chauds. peuvent être immédiatement dé- chargés du four de réduction de préférence par simple gravité et sous une atmosphère réductrice dans un élé- ment de fusion tel qu'un four à induction, dans lequel les nodules sont fondus et ensuite coulés. de façon à ce qu'ils prennent les formes désirées ou pulvéri- sées dans un milieu non oxydant tel qu'un gaz réducteur, afin de produire une poudre métallique fine pour l'in- dustrie du métal en poudre. Des matières d'alliage peu- vent être additionnées ou non à la masse en fusion pour produire du fer pur, de l'acier au carbone, ou des pro- duits d'acier spécial sous forme de lingots ou de poudre oomme on le désire.
Bien que le procédé faisant ltobjet de cette invention ait été décrit en corrélation avec les oxydes de fer, il peut être également employé facilement pour la réduction d'autres oxydes métalliques qui sont réduc- tibles au moyen d'un gaz réducteur tel que l'hydrogène, y compris les oxydes de cuivre, de nickel et de cobalt ou les mélanges de ceux-ci entre eux ou avec les oxydes de fer, la portée des revendications annexées s'éten-
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dant à toutes ces applications.
REVENDICATIONS
1. Fabrication d'un produit métallique ferreux en partant d'une matière contenant du fer, caractériséeen ce qu'on convertit pratiquement tout composé de fer autre que l'oxyde ferrique présent dans la dite matière en oxyde ferrique (Fe2O3), et en ce qu'on traite cet oxyde ferrique sous la forme de nodules à l'aide d'un agent réducteur à des températures de réduction mais en dessous du point de fusion, de manière à produire un produit de fer pratiquement pur.