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" Appareillage pour la réduction d'oxydes métalliques "
La présente invention est relative à la réduction d'oxydes métalliques et concerne, en particulier, l'appa- reillage nécessaire pour la réduction directe d'oxydes du groupe du fer, sans fusion.
Dans sa forme préférée, l'appareillage suivant la présente invention comprend un four de cuisson oxy- dant pour durcir les nodules d'oxyde de fer et effectuer ti la conversion hémat/que des oxydes magnétiques y conte- nus, de même qu'au moins un four de réduction vertical, auquel les nodules cuits sont fournis en quantités déterminées et à des intervalles de temps déterminés, après avoir été refroidis jusqu'à des températures telles qu'ils puissent être transférés par gravité,sans subir de dommage, à un système de valves, constitué
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par exemple, par des valves à commande mécanique syn- chronisées de manière à fournir des quantités prédéter- minées de nodules, à des intervalles de temps appropriés, au four, de réduction.
Le refroidissement des nodules se fait au moyen d'air chassé dans l'extrémité inférieure de la colonne du four de cuisson et dirigé vers le haut en relation d'échange thermique avec les nodules chauds, de manière à refroidir ceux-ci, tout en préchauf- fant l'air, qui est alors transféré, d'un point de la colonne situé sous la zone de cuisson jusqu'aux chambres de combustion séparées, comme air secondaire dans la pro- duction des gaz de cuisson des nodules fournis à la zone de cuisson. De cette façon, la chaleur est efficacement conservée.
Le mécanisme de décharge du four de cuisson comprend un rateau à mouvement alternatif déchargeant les nodules chauds alternativement d'un côté puis de l'autre, de manière à le répartir entre deux goulottes menant à des mécanismes de mesurage correspondants des deux fours réduc- teurs verticaux. Chaque mécanisme de mesurage est consti- tué par une trémie, dont l'entrée est contrôlée par une valve, qui est normalement ouverte, lorsque le rateau décharge des nodules cuits dans la goulotte correspondan- te, tandis qu'une valve prévue à l'extrémité inférieure de la trémie est normalement fermée.
Les valves corres- pondantes de l'autre trémie menant au second four réduc- teur fonctionnent dans l'ordre inverse, en ce sens qu'elle: sont ouvertes et fermées en synchronisme, mais le sont respectivement lorsque celles de la première trémie sont fermées et ouvertes,en sorte qu'une trémie décharge une quantité mesurée de nodules dans le four réducteur correspondant, tandis que l'autre se remplit.
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Pour empêcher l'entrée d'air dans le four réduc- teur en même temps que les nodules, un courant de vapeur est maintenu dans les trémies de mesurage, ce courant entrant dans les trémies par leur extrémité inférieure, au-dessus de la valve inférieure,et sortant de ces tré- mies en un point, situé sous la valve supérieure. On laisse, de préférence, s'établir dans une trémie pleine une pression de vapeur excédant quelque peu la pression régnant dans le four réducteur correspondant, de façon à empêcher toute fuite de gaz combustibles dans la tré- mie. Lorsque les valves sont en service, le fonctionne- ment du mécanisme de décharge à rateau est interrompu de façon à empêcher l'écrasement des nodules entre la valve supérieure et la trémie sur laquelle cette valve est montée.
Un mécanisme de commande chronométrique effectue l'ouverture alternante des valves inférieures alimentant les deux fours de réduction en nodules, de manière à dans maintenir un niveau uniforme de la charge ces fours, le fonctionnement des valves mentionnées ci-avant étant synchronisé avec le fonctionnement du mécanisme de dé- charge des fours de réduction.en sorte que ce dernier mécanisme décharge un volume approprié de nodules réduits correspondant au volume introduit dans le four, ce qui permet de maintenir dans ce four un volume sensi- blement constant de nodules.
Les fours de réduction constituent une colonne cy- lindrique de diamètre décroissant vers le haut,comportant un dispositif d'alimentation en gaz réducteur au voisinage de son extrémité inférieure, le gaz réducteur étant pré- chauffé suffisamment pour élever la température des nodule- à la température de réduction, mais à une température inférieure à la température de fusion.
Le gaz réducteur
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est réparti de façon qu'une moitié en est introduite à la périphérie du four par des tubulures montées sur une bague tubulaire, tandis que l'autre moitié du gaz réducteur est introduite dans le four sensiblement au même niveau/en étant déchargée par l'extrémité inférieure d'un tube vertical s'étendant vers le bas à partir de l'ex- trémité supérieure du four de réduction, où ce tube reçoit du gaz réducteur d'une bague tubulaire entourant le four. Le tube central de distribution du gaz réduc- teur va, de préférence, en s'amincissant vers le bas, de façon à empêcher le collage de la charge.
Bien qu'on puisse faire usage d'une seule alimentation de gaz réduc- teur il est préférable de répartir également la totalité du gaz entre les tubulures périphériques et le tube distributeur central, de façon à obtenir une répartition uniforme de la distribution, du gaz dans la charge, ce qui permet l'emploi de fours réducteurs à grande capacité et à débit correspondant.
Le temps pendant lequel les nodules restent dans le four réducteur est déterminé d'avance par le mécanisme chronométreur actionnant la valve d'alimentation et par le mécanisme de déchargement du four réducteur, qui est, de préférence, constitué par un rateau à mouvement alter- natif et à commande hydraulique similaire à celui servant à régler le déchargement des nodules du four de cuisson, La vitesse du mouvement de va-et-vient du rateau du mécanis me de chargement du four de réduction est réglée de façon à permettre aux nodules de séjourner dans ce dernier four pendant un temps suffisant pour que les nodules attei- gnent le degré de réduction voulu, avant d'atteindre la zone de refroidissement prévue à l'extrémité inférieure du four.
La température à laquelle les nodules sont re- froidis dans la zone de refroidissement dépend du stade
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de traitement suivant. Ainsi, si les nodules doivent être agglomérés en produits finis ou semi-finis, la tempé= rature est maintenue plus élevée que lorsque les nodules doivent être déchargés à l'air, auquel cas ils doivent être refroidis soàs la température pyrophorique .
Pour une meilleure compréhension de l'invention.. on se référera, à présent, aux dessins annexés, dans les- quels : la figure 1 est une coupe axiale du four combiné de cuisson et de réduction de la présente invention; la figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la figure 1, montrant la position centrale du tube distributeur de gaz du four de réduction, et la figure 3 est, à plus grande échelle, une coupe du mécanisme à rateau pour la distribution des nodules.
A la figure 1, la notation de référence 10 désigne le four de cuisson, auquel les nodules humides, formés .d'oxyde de fer finement divisé et humidifié au moyen d'eau, sont fournis et dans lequel ces nodules descendent par gravité, pour subir un séchage et une cuisson dans la zone de chauffage constituant la partie supérieure de la colonne verticale 11. Les produits de combustion, qui chauffent les nodules, pénètrent dans la colonne par des passages 12 mettant la colonne 11 en communication avec les chambres de combustion 13, qui sont, de préfé- rence, disposées de part et d'autre de la colonne 11 du four de cuisson, ainsi que le représente la figure 1.
Les nodules sont cuits dans la colonne 11 à une tempéra- ture comprise entre 1050 et 1350 0 et de préférence à 1150 C environ, jusqu'à être durcis sans fusion, de façon à devenir sensiblement non friables et cohérents.
Les gaz de combustion pénètrant dans la colonne 11 par les passages 12 contiennent, de préférence, un excès ti d'air, de manière à oxyder en oxyde hématique tout
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oxyde magnétique pouvant être contenu dans les nodules.
Cette conversion hématitique minimise le problème du col- lage et facilite aussi le réduction de l'oxyde par un mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène, qui se prdduit à une vitesse trois à quatre fois égale à celle que l'on obtiendrait avec de la magnétite dans des conditions simi- laires et avec un volume réduit dans la mesure correspon- dante d'oxyde de carbone et d'hydrogène.
Après cuisson dans la zone de cuisson de l'extrémité supérieure de la colonne 11, les nodules descendent par gravité vers la zone de refroidissement 11' prévue à l'extrémité inférieure du four de cuisson 10, où ces no- dules sont refroidis à une température d'approximativement 900 C au moyen d'air introduit dans la zone de refroidis- sement du four de cuisson par des passages 14, à l'aide d'une soufflerie ou autre pompe 15.
Après avoir traversé la charge de nodules chauds , en se dirigeant vers le haut et en circulant à contre-courant de ces nodules,l'air de refroidissement s'échappe par des passages 16 prévus à l'extrémité supérieure de la zone de refroidissement 11', un ventilateur d'aspiration 17 amenant cet air préchauffé par des passages 17' dans les chambres de combustion 13, comme air secondaire pour le mélange combustible d'air et de carburant fourni aux brûleurs.
L'extrémité inférieure du four de cuisson 10 est sensiblement obturée par une plaque carrée , horizontale et creuse 18, qui est refroidie par de la vapeur amenée à des tuyaux 19 à partir d'une source appropriée dési- gnée sur toute la figure 1, par la notation de référence 5. Cette vapeur de refroidissement empêche tout gauchisse- ment ou autre dommage pouvant être causé à la plaque 18 et également au mécanisme de déchargement, qui coopère avec cette plaque .
Comme montré spécialement, à plus grande échelle, à la figure 3, ce mécanisme de décharge-
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ment consiste en un rateau 20 comprenant une boîte creuse transversale munie de broches 20' à sa partie supérieure et animée d'un mouvement alternatif en direction horizon- tale sur la surface supérieure du plateau 18 par un cylin- dre hydraulique 21, dont le piston est connecté au rateau 20 par un arbre creux 22, auquel de la vapeur est fournie par une tubulure 23, cette vapeur circulant dans le rateau 20 et en étant déchargée par le tuyau 24.
Pendant le mou- vement de va-et-vient relativement lent du rateau 20, ses broches 20' agissent latéralement sur les nodules , le corps du rateau poussant uniformément les nodules cuits par dessus les bords opposés de la plaque 18,de sorte que ces nodules dévalent les parois inclinées opposées de la trémie 25, qui est munie, à son extrémité inférieu- re, d'une plaque déflectrice 26, dirigeant les nodules soit dans la goulotte 27, soit dans la goulotte 27 suivant le sens de déplacement du rateau 20, comme on le comprend aisément. De cette manière, des quantités sensiblement égales de nodules cuits sont alternativement e déchargés dans les goulottes 27 et 27' et atteignent les valves correspondantes 28 et 28', dont l'une est ouverte, suivant la position du rateau 20, tandis que l'autre est fermée .
Comme montré, la valve 28 est ouverte, lorsque le rateau 20 se déplace vers la gauche, tandis que la val- ve 28' est fermée, et vice-versa.
Les sièges 29 et 29' des valves supérieures 28 et 28' respectivement sont refroidis par de la vapeur, comme indiqué par la lettre S, de même que sont refroidis les valves de déchargement inférieurs correspondantes 30 et 30' , qui normalement obturent l'extrémité infé- rieure des trémies respectives 31 et 31' .Ainsi, lorsque la trémie 31 se remplit de nodules, sa valve infé- rieure 30 est fermée et la valve supérieure 28 est ouverte comme montré, tandis qu'en même temps, la trémie 31' se
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décharge par la valve inférieure 30' ouverte, tandis que sa valve supérieure 28' est fermée.
Les valves 28, 30, 28' et 30' sont animées d'un mouve- ment de va-et-vient à l'aide de cylindres 32 à commande hydraulique réglée de la manière décrite par un mécanisme chronométreur électrique automatique 33,qui commande le déplacement des nodules vers et à partir des mécanismes correspondants par un dispositif électrique conventionnel, tel qu'un moteur 33 commandé par un commutateur à seg- ments . Chaque segment excite pon balai, de manière à commander par les valves à solénoïde 32' le courant de fluide hydraulique vers et à partir des cylindres corres- pondants 32, de telle manière que les valves 28 et 30' s'ouvrent et se ferment, tandis que les valves 30 et 28' se ferment et s'ouvrent en synchronisme , les valves de la trémie 31 fonctionnant, toutefois, en alternance avec les valves de la trémie 31', de la manière décrite.
Pour empêcher que les nodules descendants soient écra- sés antre la valve supérieure 28, qui se ferme, et son siège,'un des mécanismes de chronométrage 33 est également agencé de manière à contrôler, par une valve à solénoide
38, le flux de fluide hydraulique vers le cylindre 21 du rateau 20, un commutateur correspondant étant pré- vu à cet effet et ayant pour but de régler le fonctionne- ment du rateau 20 en fonction de celui des valves 28 et
28'. Une période de repos est prévue pour le rateau 20, cette période commençant quelquessecondes avant que les valves 28 et 28' se ferment et se terminant lorsque ces valves sont fermées, en sorte qu'aucun nodule ne tombe dans les goulottes 27 et 27', lorsque les valves 28 et 28' se ferment.
Fendant que la valve supérieure 28 est ouverte pour permettre le déchargement de nodules dans la trémie 31,le mécanisme 33 excite la valve à solénoide
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34, de sorte qu'une petite quantité de vapeur est amenée par le tuyau 35 à l'extrémité inférieure de la trémie 31, cette vapeur étant évacuée à l'extrémité supérieure de la trémie 31 par un tuyau 36, dont la valve à solénoi- de 37 est similairement excitée par le mécanisme de com- mande électrique 33. De cette manière, lorsque la valve 28 est ouverte, la vapeur circulant vers le haut dans la trémie 31 empêche l'entrée d'air dans la trémie 31, avec les nodules y tombant.
Ceci constitue une particula- rité importante de l'invention en raison du fait que tout risque d'explosion due au mélange,à des températures d'ignition/d'air avec du gaz réducteur pouvant s'échapper vers le haut par la valve 30 jusque dans la trémie 31, est écarté.
Le mécanisme 33 ferme la valve d'échappement de vapeur 37, lorsque la valve supérieure correspondante
28 se ferme, mais la valve 34 reste ouverte, en sorte que de la vapeur continue à circuler dans la trémie 31, après la fermeture de la valve 28, jusqu'à ce qu'une pression de vapeur quelque peu supérieure à la pression superatmosphérique opératoire dans le four de réduction soit atteinte Ainsi, si le four de réduction fonctionne à une pression interne préférée de 5,25 kg par cm2 au dessus de la pression atmosphérique, on laisse la pres- sion de vapeur s'établir dans la trémie 31 entre 5,3 et 5,5 kg par cm2 au-dessus de la pression atmosphéri- que , avant que le mécanisme de commande 33 ferme la valve électrique 34, de manière à interrompre la fourni- ture de vapeur à la trémie 31.
Le fonctionnement des valves inférieures 30 et 30' est aidé par la pression de vapeur de 0,07-0,2 kg par cm2 régnant dans la trémie 31 ou 31' ,la vapeur s'échappant sans dommage à la partie supérieure des fours réducteurs 40 et 40', par des tuyaux d'évacuation 41 et 41', en même temps que les sous- produits gazeux de la réaction de réduction, qui sera dé-
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crite ci-dessous.
Les fours de réduction 40 et 40' sont identiques et comprennent une colonne verticale en acier, de préférence de section transversale circulaire, comme le montre la figure 2, pour pouvoir résister à la pression interne sans que doive être prévu de renforcement extérieur. Chaque colonne va en s'élargissant vers le bas et est supportée à son extrémité inférieure par un système consistant en une bague 42 en acier à forte teneur en carbone, soudée à la colonne et portant quatre supports soudés, qui repo- sent sur des ressorts en acier fort 43 interposés entre eux et des poutres en acier 44, portées par des poutres transversales 45 prenant appui sur une fondation appro-
42 priée .La bague de supporta est creuse, de manière à former une chemise, dans laquelle circule continuellement de l'eau véhiculée par la conduite 47,
en sorte que la bague de support 42 et l'extrémité inférieure 48 de chaque four 40 et 40' sont froids. Les colonnes 40 et 40' sont ainsi supportées en leurs points les plus froids, tandis que les ressorts 43 permettent aux colonnes de se dilater sous l'effet de la chaleur, sans subir de dommage . La chemise de refroidissement 46 remplit un rôle supplémentaire,qui sera décrit ci-dessous.
A un niveau légèrement au-dessus de la zone de refroidissement 48, les colonnes 40 et 40'sont munies d'une série d'orifices périphériques espacés 50 pour l'entrée de gaz, lesquels orifices sont connectés par un tuyau d'alimen- tation de gaz réducteur 53 et par une bague tubulaire 52 à une source appropriée (non représentée) de gaz réducteur fournissant de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène ou des mélanges de ceux-ci aux fours 40 et 40'. Le tuyau 53 com- porte une boucle de dilatation pour permettre sa dilatation thermique, sans dommage... Le gaz est alimenté sous une pres-
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sion déterminée par la pression opératoire interne des fours, qui est sensiblement supérieure à la pression atmos- phérique , soit de 5,25 kg par cm2 au-dessus de la pression atmosphérique .
Le gaz réducteur est également préchauffé de manière à établir dans les fours 40 et 40' une atmosphère de gaz réducteur/porté à une température comprise entre 750 et 900 C et, de préférence, à 850 C. environ, les nodules étant à une température de 900 C environ, lorsqu'ils sont déchargés des trémies 31 et 31' dans les fours, 40 et 40'.
Une moitié du volume total de gaz réducteur fournie à chaque four 40 et 40' est introduite par les orifices d'entrée périphérique décrits ci-dessus. Quant à l'autre moitié du volume total de gaz réducteur, elle est fournie, aux fours 40 et 40' , dans les mêmes conditions de tempé- rature et de pression, par un tuyau de distribution verti- cal 55 suspendu dans l'axe des fours 40 et 40' à trois tuyaux 56 de distribution de gaz réducteur, disposés hori- zontalement et raccordés à la bague tubulaire supérieure 57, comme le montre spécialement la figure 2'.' La bague annulaire 57 est alimentée en gaz réducteur préchauffé sous pression au moyen d'un tuyau d'alimentation 58 connec té à une source appropriée, un compresseur séparé étant prévu pour assurer une alimentation positive du gaz réduc- teur ,
indépendante de l'alimentation par les orifices périphériques 50, en sorte qu'on peut se passer de dis- positifs mesureurs, de valves et de dispositifs analogues.
Le tube central 55 va en s'amincissant vers le bas, de sorte que la largeur de l'espace annulaire entre ce tu- be et la paroi latérale de la colonne des fours 40 et 40' croit progressivement, ce qui empêche le collage ou coinçage de la charge entre la paroi des fours et le tu- be 55. Le tube 55 est fermé à son extrémité supérieure et s'étend vers le bas, jusqu'à ce que son extrémité inférieure atteigne au moins le niveau des orifices péri-
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phériques 50 d'entrée de gaz réducteur.
La paroi latérale du tube 55 est perforée à son extrémité inférieure, de façon à y présenter des ouvertures 60, qui sont situées sensiblement en face et au niveau des orifices périphéri- ques 50, les ouvertures 60 étant, de préférence, groupées un peu au-dessus du niveau des orifices 60, de façon que le gaz réducteur soit réparti uniformément dans la charge , sensiblement au même niveau, à partir des deux sources,même dans des fours de grand diamètre . Ainsi, si le diamètre du four 40, à l'endroit des orifices 50, est de 165 cm et si le diamètre du tuyau 55 est de 15 cm à son extrémité inférieure, l'espace annulaire n'a qu'une largeur de 75 cm, en sorte que chaque courant de gaz sous pression n'a à parcourir qu'une distance de 37,5 cm pour atteindre le courant opposé.
Les ouvertures 60 ménagées dans le tube central 55 sont très voisines et sont, de préférence, circulaires, tout en étant de diamètre légèrement inférieur à celui des nodules , en sorte que ces nodules ne peuvent y pénétrer, ni s'y coincer. Ainsi, si les nodules ont un diamètre de 1,9 cm , les ouvertures 60 sont de diamètre compris entre 1,25 et 1,6 cm.
L'extrémité inférieure du tube 55 est obturée par une plaque 61 soudée en place et, de préférence, pourvue d'un certain nombre de trous de diamètre supérieur à celui des nodules, de sorte que si un nodule brisé,dont la dimension la plus grande est égale au diamètre maximum des nodules pénètre dans un des trous 60. et si de petits fragments de nodules,pénètrent dans un des trous 60 , ces nodules brisés et autres frag- ments s'échappenont par les trous ménagés dans la plaque 61, en sorte qu'il ne pourra pas s'accumuler dans le tube 55 une quantité suffisante de matière solide pour gêner le libre passage du courant gazeux dans ce tube.
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Puisque la répartition des nodules est uniforme autour du tube 55, leur pression sur le tube est égale en tous les points de sa périphérie, en sorte qu'on peut employer pour ledit tube 55 un métal de calibre relativement léger.
De même, en raison de cette pression périphérique uniforme, il ne s'exerce sur le tube aucune pression locale tendant à le déformer ou à en provoquer la déviation dans l'une ou l'autre direction. Enfin, à cause de la forme tronco- nique du tube, il ne s'exerce pas d'effort dirigé vers le bas sur ce tube, en sorte que la suspension supérieure réalisée par les trois tubes de distribution 56 est suffi- sante et qu'il n'est pas besoin de prévoir , à l'extré- mité inférieure du tube, des colliers latéraux empê- chant la descente libre et uniforme des nodules dans les fours 40 et 40'.
Les oxydes des nodules sont réduits dans la mesure voulue par le gaz réducteur ascendant dans la partie de la colonne se trouvant au-dessus du niveau des orifices d'entrée de gaz 50 et de l'extrémité inférieure du tube central 55. Lorsque les nodules sont arrivés quelque peu en-dessous de ce niveau, i3s entrent dans la zone de refroidissement 48, constituée par l'extrémité inférieure de la colonne, entourée de la chemise de refroidissement à l'eau 46 décrite ci-dessus. Les nodules réduits chauds sont refroidis dans la zone 48 jusqu'à la température maximum, soit 500 C, à laquelle une presse de briquettage peut traiter la matière.
Le mécanisme de déchargement 63 est le même que celui décrit précédemment en référence à la figure 3 et utilisé pour décharger les nodules du four de cuisson 10. Ce mécanisme 63 comprend également une plaque horizontale 64 refroidie à la vapeur et disposée légère- ment en-dessous de l'extrémité inférieure ouverte de cha-
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can des fours 40 et 40'. La plaque 64 est supportée par des poutres 65, supportées, à leur tour, par des ressorts 66, de façon à permettre les dilatations thermiques et d'autres charges, sans dommage:. Un rateau 68 refroidi par de la vapeur est animé d'un mouvement/alternatif lent sur la surface supérieure de la plaque 64 au moyen d'un cylindre hydraulique 67, l'arbre 69 d'actionnement du rateau 68 étant aussi refroidi par de la vapeur,comme montré.
La surface supérieure du rateau 68 est pourvues de broches 70, qui agissent latéralement sur les nodules portés par la plaque 64, le corps du rateau poussant et tirant alternativement les nodules le long et au delà des bords opposés de la plaque circulaire 64, d'où lesdits nodules sont déchargés dans la trémie 71. Le temps pendant lequel les nodules restent dans les fours 40 et 40' est réglé en contrôlant par le mécanisme 33 laitesse du déchargement réalisé par les mécanismes 63 par rapport au mécanisme de chargement. Les vitesses de chargement et de déchargement sont sensiblement les mêmes, une différence étant prévue pour compenser toute dilatation ou contraction des nodules, de telle sorte qu'un niveau constant de charge est maintenu en permanence dans les fours 40 et 40'.
A cet effet, une commande commune à partir du mécanisme 33 est requise, comme montré .sur le dessin, pour le chargement et le déchargement des nodules.
La trémie 71 contient une atmosphère neutre ou ré- ductrice et décharge les nodules dans une presse de bri- quettage 72 ou un dispositif similaire, contenant égale- ment une atmosphère neutre ou réductrice, afin d'empêcher une réoxydation des nodules réduits. Si on désire obtenir de la poudre de fer, les nodules contenus dans la trémie 71 sont transférés à un autre four semblable aux fours 40 et 40', mais, beaucoup plus petit où les nodules sont
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soumis à l'action d'hydrogène pur, comme dans le cas d'une cellule électrolytique.
La raison de ce traitement est que, lorsque des mélanges d'oxyde de carbone et d'hydro- gène sont employés pour une réduction, il reste tou- jours dans les nodules un peu d'oxyde, qui ne peut être éliminé que par chauffage dans de l'hydrogène pur à des températures comprises entre 750 et 900 C.
Le fonctionnement de l'appareillage suivant l'inven- tion a été expliqué au cours de la description précé- dente dudit appareillage . ¯:On résumera toutefois ci- après les opérations auxquelles sont soumis les nodules dé depuis leur 'chargement jusqu'à leur chargement. Les nodules humides, formés de préférence sans application d'une compression substantielle,sont chargés en continu dans la colonne 11 du four de cuisson 10, où ils sont chauffés à une température de 1150 C environ par des gaz de combustion circulant à contre-courant et introduits dans la colonne 11 par des passages 12 en communication avec les hhambres de combustion 13.
Pendant que les nodules descendent par simple gravité, lentement dans la colonne 11, la chaleur chasse l'eau des interstices entre les particules formant les nodules, en sorte qu'on obtient un corps dur et poreux, dont les particules sont soudées l'une à l'autre sans fusion. Dans la partie inférieure 11' de la colonne 11, les nodules sont refroidis à 900 C environ par de l'air circulant à contre-courant et introduit par une soufflerie 15 dans les passages 14, cet air fortement chauf- fé étant évacué de la colonne 11 par des passages 16 au moyen d'un ventilateur d'aspiration 17, et étant introduit dans les chambres de combustion 13 comme air secondaire,de telle sorte que l'énergie calorifique est effectivement con- servée, tandis que les nodules sont refroidis jusqu'à une température,
à laquelle ils peuvent être traités par ou système un mécanisme/de valve, sans causer de dommage à ce dernier.
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La quantité d'air secondaire fournie excède celle requise pour la combustion, en sorte que les gaz de combustion peuvent oxyder, dans la colonne 11 du four de cuisson, l'oxyde magnétique présent dans les nodules en oxyde hématitique.
Les nodules descendants viennent se placer sur la pla que 18 refroidie par de la vapeur et s'étendant en tra- vers de l'extrémité inférieure ouverte de la colàene 11 du four de cuisson 10. Un rateau 20 est animé, par le cylindre hydraulique 21 , dun mouvement alternatif lent sur la surface supérieure de la plaque 18, de façon à tirer et à pousser alternativement les nodules cuits au delà des bords opposés de la plaque 1$,de manière à répartir les dits nodules entre les goulottes corres- pondantes 27 et 27', comme montré à la figure 1.
La vitesse à laquelle les nodules descendent dans le four de cuisson 10 est prédéterminée par le mécanisme de déchargement, qui est, à son tour, réglé par ajustement de la vitesse de rotation du moteur 33' entraînant le commutateur du mécanisme de chronométrage automatique 33. Cette vitesse commande, dès lors, le moment de fonc- tionnement des divers mécanismes sunchronisés 32,34, 37 et 67 excités par le mécanisme 33, bien que le moment de fonctionnement de ces mécanismes par rapport au cylindre-hydraulique 21 soit fixé pendant une séquen- ce particulière d'opérations. Toutefois, les temps de fonctionnement relatifs des divers mécanismes énumérés ci-dessus peuvent également être ajustés en 33, simple- ment en ajustant les divers segments du commutateur ou des balais l'un par rapport à l'autre et en les calant ensuite en place de manière connue.
Les goulottes 27 et 27' décharge des quantités
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sensiblement égales de nodules dans les trémies de mesurage correspondantes 31 et 31' , dont l'une est ouverte pour recevoir les nodules, tandis que l'autre est fermée par sa valve 28 ou 28' .
Lorsqu'une valve supérieu- re, telle que la valve 28, est ouverte, la valve infé- rieure 30 est fermée, de sorte que les nodules s'accumu- lent dans la trémie 31 jusqu'au volume voulu, après quoi la valve supérieure 28 se ferme par son cylindre hydraulique 32, par suite de l'excitation de sa valve à solénoïde 32' par le mécanisme 33, le mouvement alternatif du rateau 20 étant temporairement interrompu à ce moment par le mécanisme 33, de façon à éviter le déchargement de nodules pendant la fermeture de la val- ve supérieure 28, de sorte que la fermeture de cette der- nière valve n'est pas contrariée par des nodules.
De plus, pendant le remplissage de la trémie 31, de la vapeur, destinée à purger cette trémie de l'air qu'el le contient, est introduite dans la trémie en question par le tuyau d'entrée inférieur 35 et en est évacuée par le tuyau d'évacuation supérieur 36, grâce àu fonc- tionnement des valves à solénoïde respectives 34 et 37 commandées par le mécanisme 33. Après la fermeture de la valve supérieure 28, la valve 37 est également fermée, mais la circulation de vapeur dans la trémie continue par la valve 34, qui reste ouverte jusquà ce que soit établie dans la trémie 31 une pression légèrement supérieure à la pression '; opératoire du four de réduction correspondant 40, après quoi la valve 34 est fermée par le mécanisme 33.
Cette pression empêche l'entrée de gaz réducteur dans la trémie 31 et favorise l'ouverture de la valve inférieure 30. Pendant ce temps, la trémie 31', dont les éléments sont commandés par le mécanisme 33, se décharge dans le four de réduction correspondant 40', sa valve inférieure 30' étant ouverte, ainsi que le mon-
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tre la figure 1.
Les quantités mesurées de nodules sont déchargées des trémies 31 et 31' dans les fours de réduction corres- pondants 40 et 40' à des intervalles tels que la charge de ces fours soit maintenue, en permanence,à un niveau sensiblement constant, le déchargement des fours par le rateau 63 étant commandé par le mécanisme 33 en fonc- tion du temps requis pour la réduction des nodules par le gaz de réduction, à des températures de réduction comprises entre 750 et 900 C environ et, de préférence, de l'ordre de 850 C.
Le'gaz réducteur est introduit dans chacun des fours 40 et 40' à une pression supérieure à la pression atmos- phérique , de façon à y maintenir une pression stati- que interne d'environ 5,25 kg/cm , et à une température prédéterminée de façon à maintenir la température de ré- duction donnée . Le gaz est introduit en deux points indépendants , soit pour une moitié par le tuyau 53 et, pour l'autre moitié par le tuyau 58.
Le tuyau d'ali- mentatiom 53 alimente les orifices périphériques 50, tandis que le tuyau 58 alimente le tube central 55, qui décharge le gaz, par les ouvertures 60 prévues à/son extrémité inférieure, au centre de la charge, ce gaz filtrant vers le vaut à travers et autour des nodu- les poreux de façon à réduire ceux-ci dans la mesure voulue , qui dépend de la température de réduction, de la nature du gaz, de la pression interne régnant dans le four et du temps pendant lequel les nodules doivent rester dans ce four. Comme on l'a signalé ci- dessus, la température préférée pour la réduction est d'environ 850 C, c'est-à-dire qu'elle est infé- rieure à la température de fusion de la charge.
Le temps de séjour est le même dans les deux fours,en sorte que la pression interne et la composition du gaz sont les
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seules variables indépendantes susceptibles d'un ajus- tement, si des conditions de réduction différentes sont souhaitées dans les fours 40 et 40'. Ainsi, en employant de l'hydrogène et/ou une pression plus élevée dans un four, on réalise une réduction plus complète pendant le même temps que dans l'autre four, les produits obte- nus présentant, par ailleurs, des caractéristiques diffé- rentes et étant subséquemment traités en 72 et 72' après refroidissement dans la zone 48, ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus.
REVENDICATIONS.
1. Appareillage pour la réduction d'oxyde métalli- que, comprenant un four, un dispositif pour charger de l'oxyde métallique à l'extrémité supérieure de la colonne du four précité, au moins un tube vertical disposé à l'intérieur de la colonne du four et présentant, au voisinage de son extrémité inférieure, une ouverture de déchargement, le tube mentionné ci-avant étant, en outre, agencé pour être connecté à une source de gaz réducteur préchauffé en un point voisin de l'extrémité supérieure de la colonne du four, en sorte que le gaz réducteur est conduit vers le bas dans le tube susdit, de façon à être déchargé dans la colonne du four,au voi- sinage de l'extrémité inférieure dudit tube.
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"Apparatus for the reduction of metal oxides"
The present invention relates to the reduction of metal oxides and relates, in particular, to the equipment necessary for the direct reduction of oxides of the iron group, without melting.
In its preferred form, the apparatus according to the present invention comprises an oxidizing baking oven for hardening the iron oxide nodules and effecting the haematological conversion of the magnetic oxides contained therein, as well as at the same time. minus a vertical reduction furnace, to which the fired nodules are supplied in specified quantities and at specified time intervals, after having been cooled to temperatures such that they can be transferred by gravity, without being damaged, to a valve system, constituted
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for example, by mechanically controlled valves synchronized so as to deliver predetermined amounts of nodules, at appropriate time intervals, to the furnace, reduction.
The cooling of the nodules is effected by means of air expelled from the lower end of the column of the baking oven and directed upwards in heat exchange relation with the hot nodules, so as to cool the latter, while preheat the air, which is then transferred, from a point on the column below the cooking zone to the separate combustion chambers, as secondary air in the production of the cooking gases from the nodules supplied to the cooking zone. In this way, the heat is efficiently retained.
The discharge mechanism of the baking oven comprises a reciprocating rake discharging the hot nodules alternately from one side then the other, so as to distribute it between two chutes leading to corresponding measuring mechanisms of the two reducing ovens. vertical. Each measuring mechanism is constituted by a hopper, the entry of which is controlled by a valve, which is normally open, when the rake discharges cooked nodules into the corresponding chute, while a valve provided at the lower end of the hopper is normally closed.
The corresponding valves of the other hopper leading to the second reduction furnace operate in the reverse order, in that they: are open and closed in synchronism, but are respectively so when those of the first hopper are closed and opened, so that one hopper discharges a measured quantity of nodules into the corresponding reducing furnace, while the other fills.
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To prevent the entry of air into the reduction furnace at the same time as the nodules, a flow of steam is maintained in the measuring hoppers, this current entering the hoppers at their lower end, above the valve. lower, and emerging from these hoppers at a point, located under the upper valve. A vapor pressure somewhat exceeding the pressure prevailing in the corresponding reducing furnace is preferably allowed to settle in a full hopper, so as to prevent any leakage of combustible gases into the hopper. When the valves are in use, the operation of the rake discharge mechanism is interrupted so as to prevent crushing of the nodules between the upper valve and the hopper on which this valve is mounted.
A timing control mechanism performs the alternating opening of the lower valves supplying the two nodule reduction furnaces, so as to maintain a uniform level of the load in these furnaces, the operation of the aforementioned valves being synchronized with the operation of the reduction furnace unloading mechanism. such that the latter mechanism discharges an appropriate volume of reduced nodules corresponding to the volume introduced into the furnace, which makes it possible to maintain in this furnace a substantially constant volume of nodules.
The reduction furnaces constitute a cylindrical column of decreasing diameter upwards, comprising a device for supplying reducing gas in the vicinity of its lower end, the reducing gas being preheated sufficiently to raise the temperature of the nodules to the reduction temperature, but at a temperature below the melting temperature.
Reducing gas
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is distributed so that one half of it is introduced at the periphery of the furnace by pipes mounted on a tubular ring, while the other half of the reducing gas is introduced into the furnace at substantially the same level / being discharged by the lower end of a vertical tube extending downwardly from the upper end of the reduction furnace, where this tube receives reducing gas from a tubular ring surrounding the furnace. The central reducing gas distribution tube is preferably tapering downward to prevent sticking of the load.
Although a single supply of reducing gas can be used, it is preferable to distribute all the gas equally between the peripheral pipes and the central distributor tube, so as to obtain a uniform distribution of the gas distribution. in the load, which allows the use of reduction furnaces with large capacity and corresponding output.
The time during which the nodules remain in the reducing furnace is determined in advance by the timing mechanism actuating the supply valve and by the unloading mechanism of the reducing furnace, which is preferably constituted by an alternating motion rake. native and hydraulically controlled similar to that used to adjust the unloading of the nodules from the baking oven, The speed of the reciprocating movement of the rake of the loading mechanism of the reduction oven is adjusted so as to allow the nodules to remain in the latter oven for a time sufficient for the nodules to attain the desired degree of reduction, before reaching the cooling zone provided at the lower end of the oven.
The temperature at which the nodules are cooled in the cooling zone depends on the stage
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next treatment. Thus, if the nodules are to be agglomerated into finished or semi-finished products, the temperature is kept higher than when the nodules are to be air discharged, in which case they must be cooled to the pyrophoric temperature.
For a better understanding of the invention, reference will now be made to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is an axial section of the combined cooking and reducing oven of the present invention; Figure 2 is a cross section taken on line 2-2 of Figure 1, showing the central position of the gas distributor tube of the reduction furnace, and Figure 3 is, on a larger scale, a section of the rake mechanism for the distribution of nodules.
In Fig. 1, reference numeral 10 denotes the baking oven, to which the moist nodules, formed of finely divided iron oxide and moistened by means of water, are supplied and in which these nodules descend by gravity, to undergo drying and baking in the heating zone constituting the upper part of the vertical column 11. The combustion products, which heat the nodules, enter the column through passages 12 putting the column 11 in communication with the combustion chambers 13, which are preferably arranged on either side of column 11 of the baking oven, as shown in FIG. 1.
The nodules are baked in column 11 at a temperature between 1050 and 1350 0 and preferably at approximately 1150 ° C., until they are hardened without melting, so as to become substantially non-friable and coherent.
The combustion gases entering the column 11 through the passages 12 preferably contain an excess of air, so as to oxidize to the hematic oxide all
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magnetic oxide which may be contained in the nodules.
This hematite conversion minimizes the problem of sticking and also facilitates the reduction of the oxide by a mixture of carbon monoxide and hydrogen, which occurs at a rate three to four times the rate that would be obtained. with magnetite under similar conditions and with a correspondingly reduced volume of carbon monoxide and hydrogen.
After firing in the cooking zone at the upper end of column 11, the nodules descend by gravity towards the cooling zone 11 'provided at the lower end of the cooking oven 10, where these nodules are cooled to a temperature. temperature of approximately 900 C by means of air introduced into the cooling zone of the baking oven through passages 14, by means of a blower or other pump 15.
After passing through the load of hot nodules, moving upwards and flowing against these nodules, the cooling air escapes through passages 16 provided at the upper end of the cooling zone 11 ', a suction fan 17 bringing this preheated air through passages 17' into the combustion chambers 13, as secondary air for the combustible mixture of air and fuel supplied to the burners.
The lower end of the baking oven 10 is substantially closed off by a square, horizontal, hollow plate 18, which is cooled by steam supplied to pipes 19 from a suitable source designated throughout Figure 1, by reference notation 5. This cooling vapor prevents warping or other damage which may be caused to the plate 18 and also to the unloading mechanism, which cooperates with this plate.
As shown especially, on a larger scale, in figure 3, this discharge mechanism
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ment consists of a rake 20 comprising a transverse hollow box provided with pins 20 'at its upper part and provided with a reciprocating movement in a horizontal direction on the upper surface of the plate 18 by a hydraulic cylinder 21, the piston of which is connected to the rake 20 by a hollow shaft 22, to which steam is supplied by a pipe 23, this steam circulating in the rake 20 and being discharged through the pipe 24.
During the relatively slow back and forth movement of the rake 20, its pins 20 'act laterally on the nodules, the body of the rake evenly pushing the baked nodules over the opposite edges of the plate 18, so that these nodules run down the opposite inclined walls of the hopper 25, which is provided, at its lower end, with a deflector plate 26, directing the nodules either into the chute 27 or into the chute 27 depending on the direction of movement of the rake 20, as can easily be understood. In this way, substantially equal amounts of cooked nodules are alternately discharged into the chutes 27 and 27 'and reach the corresponding valves 28 and 28', one of which is open, depending on the position of the rake 20, while the other is closed.
As shown, valve 28 is open when rake 20 moves to the left, while valve 28 'is closed, and vice versa.
The seats 29 and 29 'of the upper valves 28 and 28' respectively are cooled by steam, as indicated by the letter S, as are cooled the corresponding lower unloading valves 30 and 30 ', which normally shut off the end. lower of the respective hoppers 31 and 31 '. Thus, when the hopper 31 fills with nodules, its lower valve 30 is closed and the upper valve 28 is opened as shown, while at the same time the hopper 31 'se
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discharge through the lower valve 30 'open, while its upper valve 28' is closed.
The valves 28, 30, 28 'and 30' are reciprocated by means of hydraulically controlled cylinders 32 set in the manner described by an automatic electric timing mechanism 33, which controls moving the nodules to and from the corresponding mechanisms by a conventional electrical device, such as a motor 33 controlled by a segment switch. Each segment energizes a brush, so as to control by the solenoid valves 32 'the flow of hydraulic fluid to and from the corresponding cylinders 32, so that the valves 28 and 30' open and close, while the valves 30 and 28 'close and open in synchronism, the valves of the hopper 31, however, operating alternately with the valves of the hopper 31', as described.
To prevent the descending nodules from being crushed between the upper valve 28, which closes, and its seat, one of the timing mechanisms 33 is also arranged to be controlled by a solenoid valve.
38, the flow of hydraulic fluid towards the cylinder 21 of the rake 20, a corresponding switch being provided for this purpose and having the purpose of regulating the operation of the rake 20 according to that of the valves 28 and
28 '. A rest period is provided for the rake 20, this period starting a few seconds before the valves 28 and 28 'close and ending when these valves are closed, so that no nodule falls into the chutes 27 and 27', when the valves 28 and 28 'close.
Slitting the upper valve 28 open to allow the unloading of nodules into the hopper 31, the mechanism 33 energizes the solenoid valve
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34, so that a small quantity of steam is supplied through pipe 35 to the lower end of hopper 31, this steam being discharged at the upper end of hopper 31 through pipe 36, the solenoid valve of which is - of 37 is similarly excited by the electric control mechanism 33. In this way, when the valve 28 is open, the steam circulating upwards in the hopper 31 prevents the entry of air into the hopper 31, with the nodules falling there.
This is an important feature of the invention in view of the fact that any risk of explosion due to mixing, at ignition / air temperatures with reducing gas which may escape upward through valve 30. up to the hopper 31, is removed.
The mechanism 33 closes the steam exhaust valve 37, when the corresponding upper valve
28 closes, but valve 34 remains open, so that steam continues to flow through hopper 31, after valve 28 is closed, until a vapor pressure somewhat greater than superatmospheric pressure operation in the reduction furnace is achieved Thus, if the reduction furnace is operated at a preferred internal pressure of 5.25 kg per cm2 above atmospheric pressure, the vapor pressure is allowed to build up in hopper 31 between 5.3 and 5.5 kg per cm2 above atmospheric pressure, before the operating mechanism 33 closes the electric valve 34, so as to interrupt the supply of steam to the hopper 31.
The operation of the lower valves 30 and 30 'is aided by the steam pressure of 0.07-0.2 kg per cm2 prevailing in the hopper 31 or 31', the steam escaping without damage to the upper part of the reducing furnaces. 40 and 40 ', through discharge pipes 41 and 41', at the same time as the gaseous by-products of the reduction reaction, which will be de-
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written below.
The reduction furnaces 40 and 40 'are identical and comprise a vertical steel column, preferably of circular cross section, as shown in FIG. 2, in order to be able to withstand the internal pressure without the need for external reinforcement. Each column widens downwards and is supported at its lower end by a system consisting of a ring 42 made of high carbon steel, welded to the column and carrying four welded supports, which rest on springs. strong steel 43 interposed between them and steel beams 44, carried by transverse beams 45 resting on an appropriate foundation
42 required. The support ring is hollow, so as to form a jacket, in which continuously circulates the water conveyed by the pipe 47,
so that the support ring 42 and the lower end 48 of each oven 40 and 40 'are cold. The columns 40 and 40 'are thus supported at their coldest points, while the springs 43 allow the columns to expand under the effect of heat, without suffering damage. The cooling jacket 46 fulfills an additional role, which will be described below.
At a level slightly above cooling zone 48, columns 40 and 40 are provided with a series of spaced peripheral ports 50 for gas inlet, which ports are connected by a supply pipe. reducing gas 53 and through a tubular ring 52 to a suitable source (not shown) of reducing gas supplying carbon monoxide, hydrogen or mixtures thereof to furnaces 40 and 40 '. The pipe 53 has an expansion loop to allow thermal expansion without damage ... The gas is supplied under a pressure.
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pressure determined by the internal operating pressure of the furnaces, which is appreciably higher than atmospheric pressure, ie 5.25 kg per cm 2 above atmospheric pressure.
The reducing gas is also preheated so as to establish in the furnaces 40 and 40 'an atmosphere of reducing gas / brought to a temperature between 750 and 900 C and, preferably, at approximately 850 C., the nodules being at a temperature of about 900 C, when they are unloaded from the hoppers 31 and 31 'in the ovens, 40 and 40'.
Half of the total volume of reducing gas supplied to each furnace 40 and 40 'is introduced through the peripheral inlet ports described above. As for the other half of the total volume of reducing gas, it is supplied, to furnaces 40 and 40 ', under the same conditions of temperature and pressure, by a vertical distribution pipe 55 suspended in the axis. furnaces 40 and 40 'with three reducing gas distribution pipes 56, arranged horizontally and connected to the upper tubular ring 57, as especially shown in Figure 2'. The annular ring 57 is supplied with preheated reducing gas under pressure by means of a supply pipe 58 connected to a suitable source, a separate compressor being provided to ensure a positive supply of the reducing gas.
independent of the supply via the peripheral orifices 50, so that measuring devices, valves and similar devices can be dispensed with.
The central tube 55 tapers downwards, so that the width of the annular space between this tube and the side wall of the column of the furnaces 40 and 40 'increases progressively, which prevents sticking or wedging of the load between the wall of the furnaces and the tube 55. The tube 55 is closed at its upper end and extends downwards, until its lower end reaches at least the level of the peri-holes.
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reducing gas inlet pherics 50.
The side wall of the tube 55 is perforated at its lower end, so as to present therein openings 60, which are situated substantially in front of and at the level of the peripheral orifices 50, the openings 60 preferably being grouped somewhat at the same time. above the level of the orifices 60, so that the reducing gas is distributed uniformly in the load, substantially at the same level, from the two sources, even in large diameter furnaces. Thus, if the diameter of the furnace 40, at the location of the orifices 50, is 165 cm and if the diameter of the pipe 55 is 15 cm at its lower end, the annular space has only a width of 75 cm, so that each stream of pressurized gas only has to travel a distance of 37.5 cm to reach the opposite stream.
The openings 60 formed in the central tube 55 are very close and are preferably circular, while being of slightly smaller diameter than that of the nodules, so that these nodules cannot penetrate therein or get stuck there. Thus, if the nodules have a diameter of 1.9 cm, the openings 60 are of diameter between 1.25 and 1.6 cm.
The lower end of the tube 55 is closed by a plate 61 welded in place and, preferably, provided with a number of holes of a diameter greater than that of the nodules, so that if a broken nodule, the largest dimension of which large is equal to the maximum diameter of the nodules penetrates into one of the holes 60. and if small fragments of nodules enter one of the holes 60, these broken nodules and other fragments will escape through the holes made in the plate 61, so that it will not be able to accumulate in the tube 55 a sufficient quantity of solid material to impede the free passage of the gas stream in this tube.
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Since the distribution of the nodules is uniform around the tube 55, their pressure on the tube is equal at all points of its periphery, so that a relatively light gauge metal can be used for said tube 55.
Likewise, because of this uniform peripheral pressure, no local pressure is exerted on the tube tending to deform it or to cause it to deflect in one or the other direction. Finally, because of the frustoconical shape of the tube, there is no force directed downwards on this tube, so that the upper suspension produced by the three distribution tubes 56 is sufficient and that It is not necessary to provide, at the lower end of the tube, side collars preventing the free and uniform descent of the nodules into the ovens 40 and 40 '.
The oxides of the nodules are reduced to the desired extent by the rising reducing gas in the part of the column above the level of the gas inlet ports 50 and the lower end of the central tube 55. When the nodules arrived somewhat below this level, i3s enter the cooling zone 48, formed by the lower end of the column, surrounded by the water cooling jacket 46 described above. The hot reduced nodules are cooled in zone 48 to the maximum temperature, 500 ° C, at which a briquetting press can process the material.
The unloading mechanism 63 is the same as that previously described with reference to FIG. 3 and used to unload the nodules from the baking oven 10. This mechanism 63 also comprises a horizontal plate 64 which is steam-cooled and disposed slightly between. below the open lower end of each
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can for 40 and 40 'ovens. The plate 64 is supported by beams 65, supported, in turn, by springs 66, so as to allow thermal expansions and other loads, without damage. A steam-cooled rake 68 is slowly reciprocated on the upper surface of the plate 64 by means of a hydraulic cylinder 67, the drive shaft 69 of the rake 68 also being cooled by water. steam, as shown.
The upper surface of the rake 68 is provided with pins 70, which act laterally on the nodules carried by the plate 64, the body of the rake alternately pushing and pulling the nodules along and beyond the opposite edges of the circular plate 64, of where said nodules are discharged into the hopper 71. The time during which the nodules remain in the ovens 40 and 40 'is regulated by controlling by the mechanism 33 the speed of the discharging carried out by the mechanisms 63 with respect to the loading mechanism. The loading and unloading speeds are substantially the same, with a difference being provided to compensate for any expansion or contraction of the nodules, so that a constant level of charge is maintained at all times in the ovens 40 and 40 '.
For this purpose, a common control from mechanism 33 is required, as shown in the drawing, for the loading and unloading of the nodules.
The hopper 71 contains a neutral or reducing atmosphere and discharges the nodules into a briquetting press 72 or the like, also containing a neutral or reducing atmosphere, in order to prevent reoxidation of the reduced nodules. If it is desired to obtain iron powder, the nodules contained in hopper 71 are transferred to another oven similar to ovens 40 and 40 ', but, much smaller where the nodules are
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subjected to the action of pure hydrogen, as in the case of an electrolytic cell.
The reason for this treatment is that when mixtures of carbon monoxide and hydrogen are used for reduction, there is always some oxide left in the nodules, which can only be removed by heating. in pure hydrogen at temperatures between 750 and 900 C.
The operation of the apparatus according to the invention has been explained during the preceding description of said apparatus. ¯: However, the operations to which die nodules are subjected from their loading to their loading will be summarized below. The wet nodules, preferably formed without the application of substantial compression, are continuously fed into column 11 of the baking oven 10, where they are heated to a temperature of about 1150 C by flue gases flowing in countercurrent. and introduced into the column 11 through passages 12 in communication with the combustion chambers 13.
While the nodules descend by simple gravity, slowly in column 11, the heat drives the water out of the interstices between the particles forming the nodules, so that a hard and porous body is obtained, the particles of which are welded together. to the other without fusion. In the lower part 11 'of the column 11, the nodules are cooled to about 900 ° C. by air circulating in countercurrent and introduced by a blower 15 into the passages 14, this strongly heated air being discharged from the chamber. column 11 through passages 16 by means of a suction fan 17, and being introduced into the combustion chambers 13 as secondary air, so that the heat energy is effectively retained, while the nodules are cooled up to a temperature,
to which they can be processed by or system a mechanism / valve, without causing damage to the latter.
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The amount of secondary air supplied exceeds that required for the combustion, so that the combustion gases can oxidize, in the column 11 of the baking oven, the magnetic oxide present in the nodules to hematite oxide.
The descending nodules are placed on the plate 18 cooled by steam and extending through the lower open end of the column 11 of the baking oven 10. A rake 20 is driven by the hydraulic cylinder. 21, in a slow reciprocating motion on the upper surface of the plate 18, so as to alternately pull and push the cooked nodules beyond the opposite edges of the plate 1 $, so as to distribute the said nodules between the corresponding chutes 27 and 27 ', as shown in Figure 1.
The rate at which the nodules descend into the baking oven 10 is predetermined by the unloading mechanism, which is, in turn, regulated by adjusting the rotational speed of the motor 33 'driving the switch of the automatic timing mechanism 33. This speed therefore controls the operating moment of the various sunchronized mechanisms 32, 34, 37 and 67 excited by the mechanism 33, although the operating moment of these mechanisms with respect to the hydraulic cylinder 21 is fixed for a period of time. particular sequence of operations. However, the relative operating times of the various mechanisms listed above can also be adjusted at 33, simply by adjusting the various segments of the switch or brushes relative to each other and then snapping them into place. in a known manner.
Chutes 27 and 27 'unload quantities
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substantially equal number of nodules in the corresponding measuring hoppers 31 and 31 ', one of which is open to receive the nodules, while the other is closed by its valve 28 or 28'.
When an upper valve, such as valve 28, is opened, lower valve 30 is closed, so that nodules accumulate in hopper 31 to the desired volume, after which valve upper 28 closes by its hydraulic cylinder 32, as a result of the energization of its solenoid valve 32 'by the mechanism 33, the reciprocating movement of the rake 20 being temporarily interrupted at this moment by the mechanism 33, so as to avoid the discharge of nodules during the closing of the upper valve 28, so that the closure of this latter valve is not hampered by nodules.
In addition, during the filling of the hopper 31, steam, intended to purge this hopper of the air which it contains, is introduced into the hopper in question through the lower inlet pipe 35 and is discharged therefrom by the upper discharge pipe 36, by the operation of the respective solenoid valves 34 and 37 controlled by the mechanism 33. After the closure of the upper valve 28, the valve 37 is also closed, but the circulation of steam in the hopper continues through valve 34, which remains open until a pressure slightly greater than pressure is established in hopper 31; operation of the corresponding reduction furnace 40, after which the valve 34 is closed by the mechanism 33.
This pressure prevents the entry of reducing gas into the hopper 31 and promotes the opening of the lower valve 30. During this time, the hopper 31 ', the elements of which are controlled by the mechanism 33, discharges into the reduction furnace. corresponding 40 ', its lower valve 30' being open, as well as the
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be figure 1.
The measured quantities of nodules are discharged from the hoppers 31 and 31 'into the corresponding reduction furnaces 40 and 40' at intervals such that the charge of these furnaces is permanently maintained at a substantially constant level, the unloading of the furnaces. furnaces by the rake 63 being controlled by the mechanism 33 as a function of the time required for the reduction of the nodules by the reduction gas, at reduction temperatures of between 750 and 900 C approximately and, preferably, of the order from 850 C.
The reducing gas is introduced into each of the furnaces 40 and 40 'at a pressure greater than atmospheric pressure, so as to maintain therein an internal static pressure of about 5.25 kg / cm3, and at a temperature. predetermined so as to maintain the given reduction temperature. The gas is introduced at two independent points, either half through pipe 53 and the other half through pipe 58.
The supply pipe 53 feeds the peripheral orifices 50, while the pipe 58 feeds the central tube 55, which discharges the gas, through the openings 60 provided at its lower end, in the center of the load, this filtering gas. towards the value through and around the porous nodules so as to reduce the latter to the desired extent, which depends on the reduction temperature, the nature of the gas, the internal pressure prevailing in the furnace and the time during which nodules should remain in this oven. As noted above, the preferred temperature for reduction is about 850 ° C, that is, below the melting temperature of the feed.
The residence time is the same in both furnaces, so that the internal pressure and gas composition are the
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only independent variables susceptible of adjustment, if different reduction conditions are desired in furnaces 40 and 40 '. Thus, by employing hydrogen and / or a higher pressure in one furnace, a more complete reduction is achieved during the same time as in the other furnace, the products obtained having, moreover, different characteristics. annuities and subsequently being processed at 72 and 72 'after cooling in zone 48, as described above.
CLAIMS.
1. Apparatus for the reduction of metal oxide, comprising a furnace, a device for charging metal oxide at the upper end of the column of the aforementioned furnace, at least one vertical tube arranged inside the furnace. column of the furnace and having, in the vicinity of its lower end, an unloading opening, the tube mentioned above being, moreover, arranged to be connected to a source of reducing gas preheated at a point close to the upper end of the column of the furnace, so that the reducing gas is led downwards in the aforesaid tube, so as to be discharged in the column of the furnace, near the lower end of said tube.