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L. P. MOLNAR et R. WIEDMANN, résidant respectivement à CALCUTTA (Inde) et à
ANVERS.
PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A LA REDUCTION D'OXYDES METALLIQUES DE MINERAIS
ET CONCENTRES DE FER, MANGANESE ET MATIERES ANALOGUES.
(ayant fait l'objet de demandes de brevets déposées en Inde le 24 juin 1953, aux Etats-uvis d'Amérique le 16 juillet 1953 et en Suède le 22 septembre 1953 - déclaration des déposants -)
Cette invention est relative à la réduction de minerais et de composés oxydés tels que l'hématite (Fez03), la magnétite (Fe3O4), la li- monite (Fe2O3nH2O), le bioxyde de manganèse (Nno2), l'oxyde manganique (Mn2
O3) et la chromite (FeOCR2O3), qui répondant aux procédés de réduction ba- sés sur l'action du carbone sur leur teneur en oxygène et qui seront ap- pelés ci-après minerais oxydés du type décrit.
Bien que les minerais oxydés du type décrit répondent aux pro- cédés de réduction basés sur l'action du carbone sur leur teneur en oxygè- ne, l'affinité chimique du carbone pour l'oxygène combiné n'est pas suffi- samment forte pour s'affirmer simplement par chauffage desdits minerais en mélange avec du carbone. C'est pourquoi, jusqu'ici, la pratique a été de réduire lesdits minerais non par l'action directe du carbone mais par une action indirecte par laquelle le carbone était en premier lieu transfor- mé en oxyde de carbone, qui, ensuite, réduisait le minerai par réaction avec sa teneur en oxygène pour former de l'anhydride carbonique.
Pour effectuer la réduction des minerais oxydés de façon écono- mique par ledit procédé indirect, il est toutefois essentiel que lesdits minerais soient d'une teneur en métal suffisamment riche et soient par con- séquent dans des conditions convenables de porosité et de constitution mé- canique. Par conséquent, si le minerai, tel qu'il est extrait, n'est pas dans un état convenable pour la réduction par ledit procédé indirect, qui est habituellement mis en oeuvre dans un haut fourneau, le minerai ou bien doit être soumis à une amélioration par l'un quelconque des procédés
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de concentration bien connus, éventuellement suivi d'une concrétion, pour améliorer saporosité et sa constitution mécanique, ou bien devra être écarté sans avoir été utilisé.
Comme les minerais, tels qu'ils sont extraits dans la plupart des pays, ne présentent ni la teneur en métal riche, ni la porosité, ni la constitution mécanique nécessaire pour la réduction par ledit procédé indirect,le traitement économique de ces minerais, avec minimisation de 1* amélioration préliminaire et du traitement de concrétion, constitue un important problème dans le monde entier.
Le même problème se pose également en ce qui concerne l'uti- lisation de poussier de charbon et de coke en grains menus, qui peuvent actuellement s'accumuler dans les mines de charbon,puisqu'ils ne peuvent pas être vendus ou ne peuvent l'être qu'à des prix très bas, bien qu'ils aient une haute valeur calorifique et soient potentiellement d'une grande valeur technologique et économique.
Cette invention a pour objet principal un procédé perfection- né par lequel les minerais oxydés du type décrit, tels qu'ils sont tirés desmines, puissent être soumis à la réduction par l'action directe du carbone sur eux, le poussier de charbon et le coke en grains menus pou- vant être utilisés, pour la mise en oeuvre dudit procédé, comme agents de réduction carbonés.
Le procédé perfectionné faisant l'objet de cette invention est basé sur le fait que les minerais oxydés du type décrit peuvent, indépendam- ment de la richesse de leur teneur en métal, de leur porosité et de leur constitution mécanique, être soumisà la réduction par l'action directe du carbone sur eux, si un' mélange intime des minerais pulvérulents avec des quantités calculées de carbone et de fondant (calcul qui découle de l'analyse chimique desdits minerais), est soumis, pendant une période prolongée, à une succession de chauffages à haute fréquence et à fré- quence moyenne, du type capacitif et inductif, dans une chambre fermée.
Sur base de cette découverte, cette invention, dans son as- pect le plus large, porte sur un procédé pour la réduction directe de minerais oxydés du type décrit, selon lequel un mélange du minerai et de la quantité calculée de carbone et de fondant est soumis à une succession de chauffages, électriques du type capacitif et/ou inductif, dans une chambre fermée.
Le chauffage capacitif et à induction peut être appliqué à la charge traitée à diverses fréquences et à chaque stade, la charge du mélange préparé au préalable d'oxyde métallique et de carbone nécessitera, pour son traitement optimum, un type particulier de chauffage capacitif et/ou inductif à haute fréquence ou à fréquence moyenne, qui sera bien approprié à la caractéristique électromagnétique du moment de la matière, telle que la constante diélectrique, sa résistance spécifique, sa perméa- bilité magnétique et son pouvoir inducteur spécifique.
D'autres facteurs pouvant influencer le choix de la meilleure valeur de fréquence et de la tension et de l'intensité du courant électri- que appliqué sont la densité de la matière, sous forme d'un mélange d' oxyde métallique et de carbone,et l'épaisseur de la couche de matière à traiter .
Les caractéristiques électriques, magnétiques et physiques précitées des matières se modifieront pendant le procédé; notamment, com- me le chauffage capacitif ou à induction avancera, la conductivité de la matière traitée augmentera graduellement ; etcomme la conductivité de la matière augmentera, le type de chauffage capacitif devra graduellement être remplacé par le type de chauffage à induction. Pour cette raison, il est nécessaire que les éléments de chauffage capacitif et/ou à induc-
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tion soient répartis en éléments agissant indépendamment, dont chacun soit actionnépar un courant électrique de chauffage capacitif ou à induction d'une tension et d'une fréquence telles qu'elles conviennent le mieux à la matière pendant les différents stades de traitement.
Selonl'analyse chimique de la matière préalablement mélangée placée entre les dispositifs de chauffage électrique, il faudra appliquer une fréquence supérieure ou inférieure suivant les caractéristiques élec- triques, magnétiques et physiques des matières. Plus la teneur en métal du mélange d'oxyde et de carbone en poudre sera élevée, plus faible devra être la fréquence du courant électrique.
La gamme des fréquences utilisées peut varier des courants élec- triques alternatifs à très haute fréquence aux courants alternatifs à haute fréquence et à fréquence moyenne, de même qu'aux courants alterna- tifs à basse fréquence, c'est-à-dire que les variations entre une valeur positive et une valeur négative de la tension du courant peuvent aller de dix millions jusqu'à dix mille cycles/seconde pour la très haute fré- quence, se placer aux environs de dix mille cycles pour la haute fréquence aller de cinq cents à dix mille cycles pour la fréquence moyenne et se pla- cer aux environs de cinquante cycles pour la basse fréquence.
Le chauffage diélectrique ou capacitif est utilisé pour travailler à très haute fréquen- ce et à haute fréquence, tandis que le chauffage du type à induction est utilisé pour travailler à fréquence moyenne et que les courants alternatifs à basse fréquence sont utilisés pour les agitations de courants de Foucault.
On peut dire, pour l'explication de l'invention, que, généra- lement, des matières non conductrices de l'électricité répondent au chauf- fage capacitif ou diélectrique, tandis que les matières possédant une bon- ne conductivité électrique répondent bien au chauffage du type à induction- Dans le cas de réduction d'oxydes métalliques au moyen de carbone, il est nécessaire d'appliquer la chaleur de telle façon que les matières soient portées à une température convenable à laquelle la transformation chimique de l'oxyde métallique en métal pur et du carbone en oxyde de carbone puisse se faire facilement. Cette température se situe entre approximativement 200 C. et 1000 C.
Il est nécessaire d'établir, pour l'explication de l'inventionm que les molécules d'un composé sont en agitation ou en mouvement de façon permanente, comme il est prouvé par l'effet brownien bien connu, et que cette agitation moléculaire augmentera avec la quantité de chaleur conte- nue dans la matière, l'agitation étant maximum lorsque la matière se trouve à l'état gazeux, moindre lorsqu'elle se trouve à l'état liquide et moindre encore lorsqu'elle se trouve à l'état solide.
Pour la mise en oeuvre pratique du procédé nouveau conforme à cette invention,une charge pulvérisée (en dessous du n 35 du crible Tyler) et préalablement mélangée de minerai, de charbon et, si c'est né- cessaire, d'une certaine addition destinée à la scorification est amenée à traverser un four de réduction où elle est soumise à une succession de chauf- fages électriques capacitifs et/ou à induction, ce qui fait atteindre aux molécules et, par conséquent, aux particules de la charge, un état de vibra- tion supérieur à leur état naturel d'agitation moléculaire, qui dépendra normalement de la température de la matière.
Comme le chauffage capacitif ou à induction superpose sa fréquence à la fréquence propre de 1' agitation moléculaire de la matière due à sa température, les molécules de la matière ainsi traitée, dans leur état d'agitation totale fortement accrue, répon- dront plus rapidement aux affinités chimiques et permettront ainsi que se produisent plus rapidement les réactions chimiques envisagées.
Ainsi qu'il a été établi antérieurement, tout accroissement de la température déterminera un accroissement de l'agitation moléculaire de la matière. Par conséquent, l'accroissement de la chaleur ou de la force d'agitation d'une charge préalablement mélangée peut lui-même produi-
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re une réduction directe, mais relativement lente, entre l'oxyde métalli- que et les molécules de carbone.
Toutefois, dans le cas où l'on emploie le chauffage électri- que du type capacitif et/ou à induction précité, un accroissement beau- coup plus grand est déterminé dans la totalité ou somme de l'agitation moléculaire, d'où la liaison entre lesmolécules de métal et d'oxygène devient brusquement plus lâche et l'affinité naturelle entre le carbone et l'oxygène deviendra plus rapidement apte à déterminer leur union pour former de l'oxyde de carbone. En cela réside la possibilité d'une gran- de accélération de la réduction directe en métal du minerai, par le pro- cédé nouveau conforme à cette invention.
Par suite de la réduction directe, le minerai oxydé passe gra- duellement de son état oxydé pierreux à l'état d'une masse métallique, avec production d'oxyde de carbone par la combinaison du carbone avec la teneur en oxygène du minerai.
On peut accélérer le procédé de réduction en recueillant l'oxy- de de carbone produit et en le réintroduisant dans la charge sous pression.
Comme le procédé est constitué par une série de réactions élec- trothermiques et thermochimiques de self-induction sur la charge, comme elle traverse le four de réduction, le procédé peut être mis en oeuvre dans une installation travaillant comme un système de production en conti- nu.
La masse du métal réduit provenant du système de réduction peut ou bien être directement utilisée ou bien être directement amenée dans un four électrique de fusion à haute fréquence et y être fondue; si on le désire, le métal fondu peut, par addition d'agents de raffinage ou d'autres agents convenables, être converti en acier ou en alliages.
Comme appareil convenable pour la mise en oeuvre du procédé perfectionné, l'invention comprend également un four de réduction con- stitué par une enveloppe de four et par une partie centrale ou noyau de four dans ladite enveloppe, la surface interne de ladite enveloppe, seule ou conjointement avec la surface externe de la partie centrale du four, portant des dispositifs électriques pour effectuer un chauffage élec- trique du type capacitif et/ou à induction de la matière dans l'espace de réduction compris entre ladite enveloppe et ladite partie centrale.
Pour permettre le passage de la charge à travers l'espace de réduction, on peut rendre l'enveloppe du four et/ou la partie centrale du four rotatives en y attachant un mécanisme convenable et le four de ré- duction peut être placé soit dans une position verticale, soit dans une position inclinée, avec son extrémité de décharge inférieure à son extré- mité d'alimentation.
Les dispositifs électriques logés dans le revêtement réfractai- re de la surface interne de l'enveloppe du four et de la surface externe de la partie centrale du four peuvent -être constitués par des électrodes capacitives, par paires, destinées à produire le type capacitif de chauf- fage, et/ou par des bobines d'induction, destinées à produire le type à induction de chauffage, lorsque la charge traverse l'espace de réduction compris entre l'enveloppe du four et sa partie centrale.
Lesdits dispositifs électriques peuvent être répartis de façon à déterminer un chauffage purement capacitif dans la région voisine de 1' extrémité d'alimentation du four, un chauffage purement à induction dans la région voisine de l'extrémité de décharge du four et un chauffage capa- citif et à induction combiné dans la zone intermédiaire du four.
En variante, la charge voisine de l'extrémité d'alimentation du four peut être chauffée au moyen d'un chauffage à induction à haute fréquence, la charge contenue dans la région suivant immédiatement l'extré-
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mité d'alimentation peut être chauffée par un chauffage à induction à fré- quence légèrement inférieure et la charge contenue dans la région voisine de l'extrémité de décharge peut être chauffée par un chauffage à induction à fréquence inférieure encore.
Suivant d'autres variantes encore,il peut être prévu un cer- tain nombre d'éléments de chauffage comprenant uniquement des bobines d' induction ou uniquement des paires d'électrodes capacitives, s'étendant de l'extrémité d'alimentation du four à son extrémité de décharge mais les- dits éléments variant quant à leurs caractéristiques électriques et élec- tromagnétiques dans les différentes régions du four.
Des laminages magnétiques de correction de directivité pour les bobines d'induction peuvent etre prévus à l'intérieur ou à l'extérieur, selon les nécessités, afin de diriger le flux électromagnétique vers la charge à traiter.
Le revêtement réfractaire de l'enveloppe du four est pourvu d'ouvertures de passage de gaz, par lesquelles l'oxyde de carbone produit pendant la réduction du minerai passe dans des boîtes annulaires collec- trices de gaz, d'où il peut être réintroduit sous pression dans la charge par l'extrémité de décharge de la partie centrale du four.
La partie centrale du four peut être constituée par un tuyau d'acier creux, couvert d'un revêtement réfractaire, et des orifices de passage du gaz peuvent être prévus dans ledit tuyau, de même que dans ledit revêtement, de façon que l'oxyde de carbone puisse être chassé dans la charge par lesdits orifices, afin d'accélérer la réduction du minerai.
Ainsi qu'il a été dit précédemment, outre la construction cy- lindrique rotative décrite, diverses autres constructions sont possibles.
L'uns de celles-ci peut se présenter comme suit :
Un transporteur à courroie est garni d'électrodes, qui peuvent être soit des électrodes capacitives, soit des bobines d'induction à en- roulement plat, ou encore les unes et les autres. La courroie transpor- teuse est contenue dans une chambre étanche au gaz, dans laquelle elle peut se déplacer. Au sommet de la chambre précitée et à l'un de ses cô- tés est prévue une trémie d'alimentation, à double cloche, étanche au gaz, et sur la base de l'autre côté se trouve une trémie de décharge étanche au gaz. Des électrodes capacitives et inductives sont prévues au côté inférieur de la plaque supérieure de la chambre précitée et elles sont directement connectées à la source d'alimentation fournissant les divers courants électriques à fréquence élevée.
Des électrodes capacitives et des électrodes à bobine d'induc- tion sont, comme il a été dit plus haut, prévues sur la courroie trans- porteuse et elles sont pourvues de bras de prolongement portant des ga- lets, qui tirent du courant électrique d'une barre conductrice sur laquel- le sont montées des plaques de métal et des plaques isolantes, alternant les unes avec les autres ; chaque plaque de métal est connectée à un géné- rateur électrique ou électronique à fréquence élevée. Le courant est re- cueilli de ces plaques de métal par les bras de prolongement à galet des électrodes, qui se déplacent sur le côté supérieur de la courroie trans- porteuse, de l'extrémité d'alimentation à l'extrémité de décharge de la chambre, pour retourner, de là, à l'extrémité d'alimentation, et ainsi de suite.
Il existe un espace entre les électrodes de la surface supé- rieure du transporteur et celles du côté inférieur de la partie supérieu- re de la chambre. Cet espace constitue l'espace de réduction, dans le- quel l'effet électrique vibratoire et chauffant du chauffage électrique capacitif et à induction déterminera le développement de la réduction chi- mique directe de la teneur en oxygène de la charge préalablement mélangée de minerai, de carbone et des autres matières d'addition.
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La charge préalablement mélangée qui tombe sur le transpor- teur est transportée par celui-ci de l'extrémité d'alimentation vers 1' extrémité de décharge. Pendant le passage de la matière, la réduction chimique produite thermoélectriquement, décrite plus haut, du minerai par la teneur en carbone de la charge préalablement mélangée s'effectue et provoque une formation rapide d'oxyde de carbone. Ce gaz est aspiré de l'espace de réduction par un conduit, au moyen d'une pompe d'aspira- tion,et il est réintroduit par un distributeur de gaz dans la partie d' extrémité de décharge voisine de l'espace de réduction. Ainsi qu'il a déjà été expliqué, l'oxyde de carbone réintroduit s'unit aux molécules d'oxygène de l'oxyde métallique de la charge pour former de l'anhydride carbonique.
Par conséquent, le gaz obtenu en dernier lieu de la réaction sera un mélange d'oxyde de carbone et d'anhydride carbonique. Ce mélange peut être aspiré par un collecteur de gaz, au moyen d'un aspirateur, et être envoyé à un épurateur de 'gaz, d'où il peut être amené à l'appareil de préchauffage de la matière de charge ou à tout autre dispositif d'ab- sorption de la chaleur à utiliser en cet endroit pour une meilleure éco- nomie de l'installation. Le transporteur se déplace de façon continue grâce à un moteur, si bien que le procédé de réduction lui-même est con- tinu. La matière quittant l'ensemble de réduction à l'extrémité de dé- charge peut être utilisée après avoir subi le traitement exposé jusqu'ici ou peut être amenée dans un appareil de fusion appropriée.
A l'extrémité de décharge, le four de réduction peut être re- lié par un appareil de fusion, qui peut ou bien faire corps avec lui ou bien être construit séparément.
Si l'appareil de fusion fait corps avec le four de réduction l'espace de réduction de ce dernier peut être séparé de l'appareil de fusion par un élément réfractaire tournant étanche au gaz.
Si toutefois l'appareil de fusion est construit séparément, il peut être relié au four de réduction par un transporteur à vis étanche au gaz.
Ces caractéristiques de l'invention, ainsi que d'autres, se- ront maintenant décrites avec référence aux dessins ci-annexés, dans les- quels : la figure 1 montre un four de réduction conforme à cette in- vention ; les figures 2 et 3 en montrent des constructions constituant variante ; les figures 4 à 7 montrent une paire d'électrodes capacitives en élévation et en plan; la figure 8 montre une bobine d'induction; la figure 9 montre les orifices de passage du gaz prévus dans les revêtements réfractaires du four de réduction; les figures 10 à 13 montrent les répartitions des électrodes capacitives et des bobines d'induction dans le four de réduction; la figure 14 montre un four de réduction avec un appareil de fusion y incorporé;
la figure 15 montre une variante selon laquelle l'appareil de fusion est construit séparément, et la figure 16 montre la disposition des différents mécanismes nécessaires pour la mise en oeuvre du procédé conforme à cette invention.
Si l'on se réfère aux dessins, et, en particulier, aux figures 1 à 13, on voit que le four de réduction dans lequel le procédé perfec- tionné conforme à cette invention peut être mis en oeuvre est constitué
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par un dispositif à double cylindre, présentant une enveloppe de four ex- terne 1 et une partie centrale ou noyau de four interne 2, avec un espace de réduction annulaire 3 compris entre ladite enveloppe et ladite partie centrale.
La surface interne de l'enveloppe 1 du four et la surface ex- terne de la partie centrale 2 du four sont revêtues d'une matière réfrac- taire,dans laquelle sont logés les dispositifs électriques pour le chauf- fage du type capacitif et du type à induction du four,
Lesdits dispositifsélectriques pour le chauffage du type ca- pacitif sont constitués par des paires d'électrodes capacitives 4, 4', et les dispositifs pour le chauffage dutype à induction sont constitués par des éléments de bobines d'induction 5 ;
lesdits dispositifs peuvent être répartis comme il est montré schématiquement à la figure 10, c'est-à-dire qu'à l'extrémité d'alimentation 6 du four de réduction 1, les dispositifs de chauffage ne sont constitués que par des électrodes capacitives, 4,4', qu'à l'extrémité de décharge dudit four, ils ne sont constitués que par des bobines d'induction 5 et que dans la zone intermédiaire, ils sont con- stitués à la fois par des électrodes capacitives et des bobines d'induction.
La figure 11 représente un agencement dans lequel des bobines d'induction de haute fréquence ont remplacé les électrodes capacitives à l'extrémité d'alimentation du four, et la figure 12 montre une variante se- lon laquelle un certain nombre de bobines d'induction de résistance variable a été prévu dans le four au lieu de deux bobines seulement.
La figure 13 montre une autre variante, selon laquelle des électrodes capacitives ont remplacé les éléments de bobine d'induction de la figure 12.
Pour diriger le flux électromagnétique induit vers la matière devant être soumise a ce flux, les bobines d'induction peuvent être pour- vues d'un laminage magnétique de correction de directivité 8, soit inté- rieurement, soit extérieurement, selon la position des bobines par rapport à la charge à traiter.
Les revêtements réfractaires de l'enveloppe 1 du four et de la partie centrale 2 du four présentent également un certain nombre d'orifices de passage du gaz 9, par lesquels l'oxyde de carbone produit par l'action du carbone réducteur sur l'oxygène combiné du minerai peut être aspiré au moyen d'un aspirateur 11 dans des boîtes annulaires 10 pour être transpor- té, desdites boîtes annulaires, par un conduit 12, vers l'extrémité 13, du côté décharge, de la partie centrale 2 du four, sous pression.
L'anhydride carbonique résultant de l'action de l'oxyde de car- bone sur le minerai et, y mélangé, l'oxyde de carbone non utilisé sont en- levés du four de réduction par un conduit 14, pour être utilisés dans une machine de préchauffage à vis transporteuse 16, destinée au préchauffage de la charge amenée dans le four de réduction pour le traitement décrit plus haut.
Le four de réduction peut ou bien avoir une position inclinée comme il est montré aux figures 1 et 2, ou bien avoir une position horizon- tale, comme il est montré à la figure 3, ou encore avoir une position verticale, comme il est montré aux figures 14 et 15.
L'enveloppe 1 du four et/ou la partie centrale 2 du four peu- vent être équipées de moyens appropriés destinés à les faire tourner.
A la figure 1, lesdits moyens sont prévus en 15, pour faire tourner la partie centrale du four, et, à la figure 2, lesdits moyens sont prévus en 7, pour faire tourner l'enveloppe du four.
Dans la variante représentée à la figure 3, le four de réduc- tion est constitué par une chambre étanche au gaz 70, présentant une ou- verture d'alimentation 71, à l'une de ses extrémités, et une ouverture de
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décharge 72, à son autre extrémité. A l'intérieur de la chambre 70 se trouve une courroie transporteuse 73 et au côté inférieur de la plaque supérieure de ladite chambre sont prévues des électrodes capacitives et inductives 74, qui peuvent être directement connectées à une source quel- conque fournissant les différents courants électriques à fréquence élevée appropriés aux diverses électrodes.
Des électrodes capacitives et des électrodes à bobine d'in- duction 75 sont également montées sur la courroie transporteuse 73 et elles sont pourvues de bras de prolongement à galet 76, qui tirent du courant électrique d'une barre conductrice 77, sur laquelle sont montées des pla- ques de métal 78 et des plaques isolantes 79, alternant les unes avec les autres, chaque plaque de métal étant connectée à un générateur électrique ou électronique, à fréquence élevée (non représenté).
Le courant est recueilli desdites plaques de métal 78 par les bras de prolongement à galet des électrodes 75, lorsqu'ils se déplacent au côté supérieur de la courroie transporteuse 73, de l'extrémité d'ali- mentation vers l'extrémité de décharge de la chambre 70. Pendant leur tra- jet en sens inverse, lorsqu'elles se trouveront au côté inférieur du trans- porteur 73, les électrodes n'auront aucun contact électrique avec la barre conductrice.
L'espace 80 compris entre les électrodes 74 et 75, au côté supérieur de la courroie transporteuse, est l'espace de réduction dans lequel la charge est soumise au chauffage électrique capacitif et induc- tif pour la réduction du minerai par le procédé conforme à cette invention Pendant ladite réduction du minerai, de l'oxyde de carbone est formé par la combinaison de la teneur en carbone de la charge avec la teneur en oxy- gène du minerai et l'oxyde de carbone ainsi formé sera aspiré de l'espace de réduction 80, par un conduit 81 et au moyen d'une pompe d'aspiration 82, pour être réintroduit par un distributeur de gaz 83, dans la partie 84, située du côté de l'extrémité de décharge et voisine de l'espace de réduction 80.
Ainsi qu'il a déjà été expliqué, l'oxyde de carbone réintro- duit s'unit aux molécules d'oxygène de l'oxyde métallique de la charge, pour former de l'anhydride carbonique. Par conséquent, le gaz obtenu en dernier lieu, résultant de la réaction, sera un mélange d'oxyde de car- bone et d'anhydride carbonique. Ce mélange peut être aspiré par un col- lecteur de gaz 85, au moyen d'une seconde pompe d'aspiration 86, et être envoyé dans un épurateur de gaz 87,d'ou il peut être conduit vers l'appa- reil de préchauffage 16 de la matière de charge, ou vers tout autre dis- positif d'absorption de la chaleur à utiliser pour une meilleure économie de l'installation.
Un moteur 86 détermine le déplacement continu du transporteur 73, si bien que le procédé de réduction lui-même est continu.
A l'extrémité d'alimentation 6}le four est relié à un appareil de préchauffage 16, à vis transporteuse (voir figures 14, 15 et 16), par un dispositif à double trémie, étanche au gaz 17, constitué par une enve- loppe de trémie 18, une cloche d'entrée 19, une cloche de décharge 20 et des pignons respectifs 21 et 22 actionnant les axes des cloches. Les clo- ches d'entrée et de décharge 19 et 20 sont actionnées de telle façon que, lorsque la cloche d'entrée 19 se trouve en position d'ouverture, permet- tant la chute de la matière à travers l'espace compris entre elle et l'en- veloppe 18, la cloche de décharge 20 soit fermée, l'atmosphère extérieure n'étant pas admise au-delà de la cloche de décharge 20.
Lorsque la clo- che d'entrée 19 permet la chute de la charge sur la partie supérieure de la cloche de décharge 20, l'espace compris entre les deux cloches, dans l'enveloppe 18, est graduellement rempli et, dès que cet espace est com- plètement rempli, la cloche d'entrée 19 est fermée et la cloche de déchar- ge 20 est ouverte de façon à permettre à ladite charge de tomber au-delà
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de la cloche de décharge 20, dans l'extrémité d'alimentation 6 de l'espa- ce de réduction 3 du four de réduction.
L'appareil de préchauffage à vis transporteuse 16 comprend un corps à double cylindre, comportant une enveloppe interne 23 (voir figure
15) et une enveloppe externe 24) qui forment une chambre de préchauffage autour de ladite enveloppe interne 23. Dans l'enveloppe interne 23 se trouve l'axe 25 d'une vis transporteuse, axe qui est supporté par des pa- liers ou supports 26, prévus sur l'enveloppe externe 24. Ledit axe 25 porte une vis transporteuse 27 et peut tourner grâce à. une roue dentée
28,qui est reliée à un moteur électrique 29, par l'intermédiaire d'un pignon de commande approprié 30 (voir figure 14).
La vis transporteuse 27 est faite d'une bande d'acier enroulée hélicodalement, qui, en certains points de sa longueur, est maintenue par des supports 32, de façon à permettre le passage des gaz tandis que la ma- tière de charge est transportée.
L'enveloppe interne 23 présente une ouverture d'alimentation
33, à l'une de ses extrémités, et une ouverture de décharge 34, à son ex- trémité opposée. L'ouverture d'alimentation 33 est en communication avec une trémie à double cloche 35 (voir figure 16),par laquelle un mélange intime du minerai oxydé pulvérulent avec les quantités calculées de char- bon ou d'un autre agent réducteur carboné et avec des matières formatrices de scories peut être introduit dans le dispositif de préchauffage à vis transporteuse; l'ouverture de décharge 34 est en communication avec la trémie à double cloche 17, par laquelle la matière préalablement chauffée sera transportée du dispositif à. vis transporteuse 16 dans l'espace de ré- duction 3, du four de réduction.
L'enveloppe externe 24 du dispositifà vis transporteuse 16 entoure complètement l'enveloppe interne 23 et, au côté de son ouverture de décharge, elle est équipée de brûleurs à gaz 36.
Lesdits brûleurs àgaz 36 sont alimentés, par un conduit à gaz 37, au moyen des gaz recueillis du four de réduction, qui y sont amenés par le conduit 14, et de l'air est fourni audit brûleur par un conduit à air 38.
Les gaz de combustion produits par les brûleurs 36 sont amenés dans l'espace 39 situé entre les enveloppes interne et externe respectives 23 et 24 et, longeant le côté externe de l'enveloppe interne, de l'extré- mité de décharge de l'extrémité d'alimentation du dispositif, ils entrent dans l'enveloppe interne 23 par une plaque d'extrémité perforée 40, pré- vue à l'extrémité d'alimentation de ladite enveloppe interne 23, ils s' acheminent vers son extrémité de décharge et, après chauffage préalable de la charge, ils s'échappent par une cheminée 41, qui traverse les enve- loppes internes et externe respectives 23 et 24.
Pour assurer le dégagement des gaz par la cheminée 41, la vis transporteuse 27, entre ladite cheminée 41 et l'ouverture de décharge 34, est enroulée sur l'axe 25, sans utilisation de supports mais de façon à fournir un moyen sûr pour le passage du gaz au-delà de la région de la cheminée.
Le four de réduction décrit ci-dessus représente une partie essentiellement pour la mise en oeuvre du procédé perfectionné conforme à cette invention et le dispositif à vis transporteuse constitue un moyen auxiliaire important, qui permettra que la marche du four de réduction soit menée de façon économique.
Il est toutefois nécessaire qu'une installation pour le fonc- tionnement dudit four de réduction comporte d'autres mécanismes ou dis- positifs par lesquels le minerai pulvérulent, le charbon et le fondant puissent etre intimement mélangés et amenés de façon continue au dispo-
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sitif à vis transporteuse 16. Ces mécanismes ou dispositifs peuvent être de toute construction actuellement employée dans les buts mentionnés mais une construction et un agencement préféré de ces dispositifs sont repré- sentés à la figure 16 des dessins .
Suivant cette construction et cet agencement, trois éléva- teurs à godets séparés, respectivement désignés par 42, 43 et 44, transpcr- tent le minerai pulvérulent, le charbon et le fondant au-dessus d'un plan incliné à pente rapide 45 et les déchargent sur ledit plan incliné 45.
Dans une construction constituant variante, lesdits éléva- teurs à godets peuvent être remplacés par des transporteurs à courroie (non représentés)..
Les matières déchargées sur le plan incliné 45 glissent sui- vant sa pente pour atteindre un récipient collecteur 46, dans lequel, sous l'effet de pelletage constant des godets 47 de l'élévateur à godets 48, les- dites matières sont préalablement mélangées et déchargées dans un enton- noir de décharge 49.
De l'entonnoir de décharge 49,les matières sont amenées dans une machine mélangeuse à sec 50, tournant à contre-sens.
La machine mélangeuse 50 se compose d'une enveloppe d'extré- mité fixe 51, à son extrémité d'entrée, et d'une seconde enveloppe d'extré- mité fixe 52, à son extrémité de décharge, lesdites enveloppes d'extrémité 51 et 52 étant reliées par un corps d'enveloppe rotatif 53, présentant une bande en spirale (non représentée ) à sa surface interne.
Les enveloppes d'extrémité fixes 51 et 52 sont pourvues de paliers 55, qui supportent un arbre rotatif 57, garni d'aubes 56. L'en- veloppe de corps 53 et l'arbre 57 sont équipés d'une transmission 54, -grâ- ce à laquelle ils peuvent être mis en rotation en sens opposés. Pendant la rotation de l'enveloppe de corps 53 et de l'arbre 57, la matière sera complètement mélangée et progressivement transportée de l'extrémité d'ali- mentation à l'extrémité de décharge et, par l'extrémité de décharge, elle sera amenée dans la trémie à double cloché 35, pour être enfin transportée par le dispositif de préchauffage à vis transporteuse 16 et la trémie à double cloche 17, dans l'espace de réduction 3 du four de réduction.
La matière traitée et réduite dans le four de réduction aura la nature d'une masse agglomérée métallique. Cette matière traitée peut être déchargée comme elle est produite et utilisée comme fer spongieux ou comme matière de base pour des éléments métallurgiques en poudre concré- tionnée, ou être déchargée dans un four de fusion électrique 58 (voir figu- re 14). Si le four de réduction se trouve dans une position inclinée, com- me il est montré aux figures 1 et 2, ou horizontale, comme il est montré à la figure 3, le transport de la matière traitée vers le four de fusion 58 peut se faire par une trémie à double cloche 59 (voir figures 1 à3) mais, si le four de réduction est vertical, comme il est montré aux figu- res 14 et 15, l'emploi d'une trémie à double cloche peut être évité.
A la figure 14, le four de réduction 58 fait corps avec le four de réduction 60 et un dispositif d'alimentation rotatif 61, en matiè- re réfractaire,peut être utilisé pourrégler le passage de la matière traitée du four de réduction au four de fusion.
A la figure 15, le four de fusion 58 est construit sous for- me d'un élément séparé et la matière traitée peut passer du four de réduc- tion 62 au four de fusion 58 par une vis transporteuse 64, étanche au gaz et faite en matière réfractaire, à l'aide d'un clapet 65, actionné par gravité.
Les fours de fusion 58 peuvent être des fours électriques du type à induction et du type cylindrique usuel ou du type conique, comme il est représenté à la figure 14. Dans tous les cas, le four aura son cou-
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vercle chauffé par une bobine d'induction, si bien qu'un effet calorifique de réverbération pourra être produit pour accélérer la fusion de la charge.
Le four de fusion peut présenter des trous de coulée de la fonte, à la base, et des trous de coulée du laitier, de même que des tuyè- res, par lesquelles des gaz sont envoyés dans le métal fondu pour le raffi- ner.
Le four de fusion ne doit pas nécessairement être un four électrique à induction. Il peut être un four de fusion de type quelconque par exemple un four chauffé au gaz de coke ou à l'huile ou un four à arc électrique, suivant les convenances.
La marche des appareils illustrés aux dessins est évidente par elle-même. Le minerai finement pulvérisé, le charbon et le fondant sont amenés dans le mélangeur à sec 50, au moyen de l'élévateur à godets 48, et la matière, après avoir été complètement mélangée, passe tout d'abord par le dispositif à vis transporteuse 16, dans lequel elle est préalablement chauffée, et, ensuite, dans le four de réduction, où étant soumise au chauf- fage du type capacitif ou du type à induction dans l'espace de réduction 3, compris entre l'enveloppe 1 du four et sa partie centrale 2, elle subira une réduction directe, avec production d'oxyde de carbone et du métal.
L' oxyde de carbone ainsi produit sera recueilli dans les boîtes annulaires 10 et, de là, il sera réintroduit dans la charge, sous pression, éventuel- lement après épuration, par l'extrémité de décharge de la partie centrale 2 du four. Les gaz brûlés provenant du four de réduction, constitués par un mélange d'oxyde de carbone et d'anhydride carbonique, iront, par un épi- rateur de gaz, aux brûleurs 36 du dispositif de préchauffage à vis trans- porteuse 16, ils y seront brûlés en vue du chauffage préalable de la char- ge et, en même temps, la matière solide traitée dans le four de réduction passera dans le four de fusion 60 ou 62.
Comme l'amenée de la charge et son traitement peuvent être réalisés de façon continue, cette invention porte sur un procédé en conti- nu, selon lequel la matière brute peut être amenée de façon continue à 1' une des extrémités et selon lequel le métal peut être obtenu, par coulée, à l'autre extrémité, sans interruption de la marche du procédé,
Il est bien évident que les appareils représentés aux des- sins ont été décrits à titre d'exemple seulement et sans aucune intention de limitation, que l'on peut y apporter des modifications de détail et que les éléments constitutifs des appareils peuvent être remplacés par des moyens mécaniques équivalents, sans pour cela que l'on s'écarte de l'es- prit de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Procédé de réduction directe de minerais oxydés du type décrit, caractérisé en ce qu'un mélange du minerai et de la quantité cal- culée de carbone et de fondant est, pendant une période prolongée, soumis à une succession de chauffages électriques du type capacitif et à induc- tion, dans une chambre fermée.