BE549756A

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Publication number: BE549756A
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Description

La présente invention a irait à un appareil de fu- sion du fer par des combustibles mobiles. Dans la demande de même date N 432.007 du 6 juin 1956 au nom de William E. Marshall, se trouve décrit un procédé et un appareil de réduction et de fusion du fer. Selon son enseignement, on produit une flamme dans un four à l'aide d'un combustible mobile, la flamme ayant une température d'au moins 3.000 F et les produits de la combustion de la flamme étant réduc- teurs vis-à-vis de l'oxyde de fer.

La chaleur de la flamme garde le fer à l'état fondu dans le four et les produits de la combustion de la flamme, qui sont de nature réductrice, peuvent être utilisés à l'extérieur de la chambre de fusion proprement dite pour réduire le minorai de fer finament di- vise; le fer et la gangue sont alors fondun à l'intérieur du four par la chaleur de la flamme. Une flamme quia une

température suffisamment élevée et qui, néanmoins, fournit des produits de. combustion réducteurs pour le fer, peut être produite par l'emploi de l'oxygène ou de l'air enrichi en ox gène aux fins de la combustion et par le pré-chauffage du combustible mobile ou de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène ou des deux.

Le terme de "combustible mobilett figurant dans la présente demande et dans la demande susdite, désigne les gaz combustibles naturels et artificiels, tels que le gaz natu- rel, le méthane, l'éthane, le propane, le butane, l'éthylène, l'acétylène, l'hydrogène et analogues, qui contiennent, en tant que composants combustibles principaux, l'hydrogène ou des hydrocarbures (mais une proportion, qui ne s'élève pas au-dessus de faibles concentrations, de gaz contenant l'oxy- gène combiné, tels que l'oxyde.de carbone et la vapeur d'eau), et désigne aussi le pétrole ou d'autres combustibles hydro- carbonés liquides et combustibles carbonés solides pulvéru- lents, tels que le charbon, le.coke ou le noir de fumée pul- vérisés.

Le procédé ici révélé permet une exploitation fort économique, particulièrement dans le cas où l'on dispose en abondance de combustible mobile à bon marché. Du fait que le minerai de fer est employé à l'état finement divisé, un minerai meilleur marché peut être utilisé et il n'est pas né- cessaire d'employer le coke en morceaux, en tant que combus- tible ou en tant que squelette de support dans un four à cuve.

Selon la demande susmentionnée de même date, le fer peut être fondu par des combustibles mobiles par un procédé dans lequel le minerai de fer est réduit directement dans une chambre supérieure du four où le bain fondu de fer et de laitier est maintenu par la flamme. Ce procédé est désigné sous le nom de réduction flua-solide. Une utilisation plus économique de la chaleur dégagée au cours du processus peut être réalisée par ce procédé.

Dans cette demande de même date, l'addition du coke au bain fondu est pratiquée dans les cas où l'on désire abaisser le point de fusion du fer et où il est désirable de diminuer le pourcentage de l'oxyde de fer dans le laitier à une valeur très basse. C'est un des buts de la présente invention que de proposer un procédé et un appareil conve- nant à la mise en oeuvre de l'opération de fusion du proces- sus combiné de la réduction et de la fusion, par lesquels la teneur en carbone du fer peut être effectivement augmen- tée de manière économique en ce qui concerne le coke.

C'est un autre but de la présente invention que de proposer un appareil simple et de construction relativement peu coûteuse, à l'aide duquel une très petite quantité de co- ke est consommée dans la production du fer, par rapport aux besoins en coke d'un haut-fourneau ordinaire.

Ces buts et d'autres buts de l'invention, qui seront décrits plus en détail ci-dessous ou qui apparaîtront à une personne versée dans cette technique à la lecture de la présente description, sont atteints par une certaine cons- truction et un certain agencement des parties, dont certai-, nes réalisations exemplaires vont maintenant être révélées.

Il est fait référence aux dessins annexés.

La fige 1 est une section quelque peu schématique d'une forme d'appareil selon l'invention.

La fig. 2 est une vue fragmentaire, semblable à la fig. 1 et représentant une variante.

La fige 3 est un plan d'un appareil modifié.

La fig. 4 est une section suivant la ligne 4-4 de la fig. 3.

La fig. 5 est une section d'une autre variante.

Si l'on tente d'augmenter la teneur en carbone du bain de métal fondu produit par le procédé perfectionné se- Ion la demande de môme date, par l'addition de coke, de

charbon, de charbon de cornue, ou d'autres substances car- bonées, on se heurte à certaines complications. Les produits de la combustion de la flamme dans le four de fusion, bien qu'ils soient réducteurs vis-à-vis du fer, sont fortement oxydants pour le carbone sous toutes ses formes et produisent sa combustion partielle, ce qui entraîne une perte.

En outre, ces produits de combustion, qui contiennent de la vapeur d'eau, sont fortement décarburants vis-à-vis du fer et tendent à éliminer le carbone du bain fondu presque aussi vite qu'on l'y ajoute. Cela rend difficile d'obtenir les teneurs voulues du carbone dans le fer fondu sans un emploi excessif et non économique du coke ou d'autres subs- tances carburantes solides.

En bref, dans la mise en oeuvre de l'invention, on prévoit une chambre de combustion comportant un brûleur, disposé de préférence à son sommet, et le brûleur est ali- mante en combustible mobile, comme il est décrit ci-dessus, de qu'en oxygène ou en air enrichi en oxygène en pro- portions convenables et portant le minerai de fer réduit sous forme finement divisée et les constituants formateurs de laitier, tels que la gangue et la chaux (CaO), entraînés par ce combustible mobile.

Le fer et les constituants forma- teurs de laitier fondent dans la chambre de combustion et s'écoulent vers le bas sur la sole ou débordent, de préfé- rence à travers une par tie d'une tour remplie de coke, dans un four du type à bain ou un creuset collecteur surmonté d'u- ne colonne de coke enfermée.

Bien que nous ayons nommé spé- on cifiquement le coke, il doit Être tendu que les présents enseignementss'appliquent tout aussi bien à dos matières équivalentes, y compris les matières non cokéfiantes, l'an- thracite, lu carbone produit; depuis le charbon pendant la production du gaz de synthèse et d'autres matières carbonées solides. Une cheminée est prévu'.) pour évacuer les @ @

de la ce @eustion de la chambre de combustion sans qu'ils ne passent par la colonne de coke.

Un moyen peut être prévu pour amoner l'oxygène ou l'air enrichi en oxygène à la colonne de coke pour brûler une quantité mineure de coke afin de ré- gler la tempéra bure du creuset, si nécessaire, et pour con- tribuer à la mise en marcha de l'appareil.

Il est maintenant fait plus particulièrement référen- ce à la fig. 1 où une chambre de combustion est indiquée en 10, qui a une sole 11 en pente. Un brûleur est schématique- ment indiqué en 12 ; est alimenté en combustible mobile, en oxygène ou en air enrichi en oxygène, en minerai de fer réduit finement divisé entraîné, en gangue et en CaO. Le com- bustible brûle dans la chambre de combustion 10 et les pro- duits de la combustion sortent dans la direction des flèches' par la cheminée 13, bien que les constituants formateurs de laitier et le fer fondent et tombent sur la sole 11. Une ou- verture relativement peu haute 14 est prévue pour le passage des matières fondues et des produits de la combustion. Un four du type à bain ou un creuset collecteur est indiqué en 15 et comporte une chambre 16 contenant du coke.

La sole en pente 11 communique avec le creuset collecteur par une ou- verture peu haute 17 par laquelle les matières fondues s'écou- lent dans le creuset collecteur 15 à travers une partie du coke contenu dans la chambre à coke 16. Le bain de fer fondu est indiqué en 18, la couche de laitier en 19, et le coke en 20. Un trou do coulée du fer est prévu en 21 et, si on le désire, un trou de coulée peut être prévu en 22 pour le lai- tier. Ces trous sont fermés, de manière bien connue, par des bouchons d'argile 23 et 24.

Un conduit 25 est représenté par lequel l'oxygène ou l'air enrichi on oxygène est introduit dans la colonne do coke pour brûler une certaine quantité de coke pour régler la température du creuset et garder le bain à l'état fondu.

En ce qui concerne les matières introduites par le brûleur 12, il est entendu que le minerai de fer finement divisé a été préalablement réduit par un processus de ré- duction convenable. Le gaznaturel ou l'autre combustible mobile et l'oxygène ou l'air enrichi en oxygène sont intro- duits dans une proportion telle que l'atmosphère des produits de combustion dans la chambre 10 ne soit pas oxydante vis-à- vis du fer, c'est-à-dire, réductrice pour le FeO, et la tem- pérature produite par la combustion est telle que le fer, la gangue et le CaO fondent et tombent sur le fond en pente de la chambre.

Il faut observer que le mur supérieur 13a, séparant la chambre de combustion et la cheminée, donne lieu à une inversion quasi complète de la direction de l'écoulement des gaz. Cette inversion tend à éjecter les solides entraî- nées par les gaz de la chambre de combustion 10. Le fer et le laitier coulent, sous forme liquide, sur le fond incliné 11, par les ouvertures 14 et 17 et sont recueillis par le creuset collecteur 15 en couches séparées de fer fondu 18 et de laitier fondu 19. Le fond 11 peut être horizontal ou même creusé pour former une flaque qui déborde par l'ouvertu- re 17.

Il faut aussi observer que le coke 20 contenu dans la colonne 16 est pré-chauffé par la paroi 13b séparant la colonne de coke de la cheminée. En outre, puisque le fer et le laitier pénètrent dans la colonne de coke à une tem- pérature qui est bien supérieure à leurs points de fusion et puisque le point de fusion est en outre sensiblement di- minué par la dissolution du carbone, il est clair qu'on em- ploie trè peu ou point du tout d'oxygène à la tuyère 25 et qu'une trèspetits quantité de coko est consommée pour maintenir le laitier et le fer à l'état liquide dans le creuset. En fait, pour un grand four, où la perte de che-

leur par unité de poids du produit est très petite, on em- ploie rarement la tuyère, sauf pour la mise en marche.

La consommation de coke peut être encore réduite, comme le montre la fig. 2, en amenant l'oxygène ou l'air en- richi en oxygène, introduit par la tuyère 25, à passer par un prêchauffeur, indiqué, de manière générale, en 26.

Tandis qu'un haut-fourneau ordinaire consomme 1800 livres anglaises de coke par tonne de fer produit, un appa- reil selon la présente invention, produisant plusieurs cen- taines de tonnes de fer par jour, consomme très peu de coke.

En substance, il consomme juste assez de coke pour saturer le fer en carbone..Pour de très petits fours expérimentaux, fonctionnant avec de faibles débits de production, la con- sommation de coke s'élève à environ 400 livres anglaises par. tonne de fer, mais pour un très grand four, comme dit ci- dessus, la consommation de coke approche la faible valeur 'd'environ 100 livres anglaises par tonne.

Dans certaines régions du pays, où le gaz naturel est très bon marché et le coke est relativement coûteux, on peut effectuer de grandes économies dans la production de la fonte par l'emploi de l'appareil ici révélé. En fait, la fon- te peut être fabriquée demanière entièrement indépendante du coke métallurgique ou du gas naturel si l'on substitue le charbon bitumineux pulvérisé au gaz naturel dans le brû- leur 12 et si l'on emploie le charbon d'anthracite dur, le charbon à gaz, etc., au lieu du coke dan;-; la colonne 16.

Outre qu'elle laisse passer le flux de fer et de lai- tier fondu vers le creuset 15 du four, 3'ouverture 17 dimi- nue aussi la surface de contact entre le coke et les gaz dans la chambre de combustion et la cheminée. Ces gaz contiennent une quantité considérable de vapeur d'eau, de même qu'un peu de CO2 qui oxyderait une certaine quantité de coke et augmenterait grandement sa consommation si les gaz de le

chambra de combstion pouvaient entrer, sans limites, on contact avec le coke.Le sommet de la chambre à coke étant fer,:

ié par des cloches ouvrables, des sas à registres ou ana- logues, les quantités relativement petites de CO et N2, pro- venant de la combustion ayant lieu à la tuyère 25, sortent par la fente 17 et rejoignent le courant principal des gaz sortant par la cheminée 13, si bien que, si la fente 17 est étroite, la vitesse des gaz passant vers la gauche de l'ou- verture 17 empêche le contact de la vapeur d'eau et du CO2, provenant de la chambre de combustion et de 1') cheminée, avec le coke.

L'ouverture 17 constitue donc une particularité très importante de l'invention en ce qu'elle empêche les gaz décarbonisants de venir en contact avec le coke. Les produits de la combustion à la tuyère 25 ne sont pas décarbonisants et ne consomment que la quantité de coke nécessaire à procu- rer le supplément de chaleur nécessaire à maintenir le métal fondu à la température voulue ou pour amener le four à la température de régime lors de la mise en marche.

Fig. 2,se trouve représentée la manière dont la fen- te 17a peut être disposée d'une façon légèrement différente de cella de la fig. 1. La fente 17a exerce toutefois les- mêmes fonctions que la fente 17.

Fig. 3 et 4, se trouve représenté un agencement qui revient, en fait, à une batterie de dispos selon la fig.

1, ayant un creuset et une colonne de coke communs, alimen- tés par deux ou plusieurs chambrée de combustion et compor- tant deux ou plusieurs cheminées,
Fig. 4, se trouve représentées les chambres de com- bustion ion et 10b ayant los brûleurs 12a et, 12b et les che- minées 13cet 13d. La colonne: de coke est indiquée on 16a
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et le crftusiifc, en lia. Les tuyères 2511 et. le trou de coulée 21a p8U'llmt Ctre .'#/;encôn eotimi'3 fi. 1. r-'ïf;. 5, no trouva xepr,ccxtt. un a;;c.xxcctmza; quelque

peu différent, dans lequel les gaz sortent de 'la cheminee du côté de la chambre d combustion opposé à la colonne de coke.

Dans ce cas, la chambra de combustion est indiquée en 10c.

Le combustible, les solides entraînés et l'oxygène sont in- troduits par le tuyau 12c. Un tuyau supplémentaire 12d a été prévu par lequel des solides supplémentaires peuvent être introduits comme on la désire. Le métal fondu dans la cham- bre 10c s'écoule sur la sole en pente 11a, comme ci-dessus, par une ouverture ou fente 17b et dans le creuset 15b. La co- lonne de coke 16b contient pareillement une masse de coke 20 et on prévoit également une tuyère 25b. La couche de fer fondu est représentée en 18 et la couche de laitier en 19 et le métal fondu peut être coulé par le trou de coulée 21b.

Toutefois, dans le présent cas, la cheminée 13e se trouve du côté opposé de la chambre de combustion et les pro- duits de la combustion sortent par une fente 14a dans une di- rection opposée à celle où coule le métal fondu. Le deman- deur a seulement représenté la réalisation de la fig. 5 comme une variante réalisable, mais il préfère les réalisations des fige 1 à 4 y comprise, car la colonne de coke y est plus efficacement pré-chauffée du fait de sa proximité avec les produits de la combustion.

Dans les revendications qui suivent, le demandeur a employé le mot "oxygène" dans le sens où ce terme comprend l'oxygène impur (qui, dans le commerce, peut contenir jus- qu'à 5 % d'azote) et l'air enrichi en oxygène.

Revendications.

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Claims

-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0- EMI9.1 1/ Apprjreil de fusion du fer, caractGrJLsu en ce qu'il :or..r'r .r.ri un';' chnmbrc (le c(Jf1buDt:ton, un brûleur s'ouvrant 1:. ,t..F all)r:riT'G', l7Il rrl0(:11 destine il conduire Lt3 combus- 1,11, - n)b.iL.:, T ;: i;'1.:, It,- IlIir,';l'{Ü de fur r6Jult. ol1traîné, 1.,'; c'.';Ll..t'j 1',tvr,rt,:ur;l Qo lai LIer, uous for'au fJ.n,o- <Desc/Clms Page number 10> ment divisée, à travers ce brûleur, un four du type à bain surmonté d'une chambre à coke enfermée, et une cheminée dans laquelle cette chambre de combustion s'ouvre et servant à évacuer les produits de combustion, et une ouverture s'ou- vrant à la partie inférieure de cette chambre de combustion et par laquelle le fer et le laitier fondus peuvent s'écou- ler dans le four.

2/ Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un dispositif à tuyère est prévu pour introduire l'oxygène dans la chambre à coke en un point tué au-dessus du creuset du four du type à bain.

3/ Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un moyen est prévu pour pré-chauffer l'oxygène in- troduit dans la chambre à coke.

4/ Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ouverture entre la chambre de combustion et la . chambre à coke s'ouvre dans cette dernière à une certaine distance au-dessus du creuset du four du type à bain, grâce à quoi, le fer fondu passe à travers une partie du coke de la chambre à coke.

5/ Appareil servant au but décrit, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de combustion, un brûleur dis- posé au sommet de cette chambre, un moyen destiné à intro- duire un combustible mobile, l'oxygène, le minerai de fer ré- duit et les constituants formateurs de laitier, entraînés, à l'état finement divisé, vers ce brûleur, cette chambre ayant une sole en pente, s'étendant jusqu'à un four du type à bain surmonté d'une chambre à coke enfermée, une ouverture peu haute entre le point le plus bas de cette sole et une paroi de cette chambre- de combustion, ouverture par laquelle le mé- tal et le, laitier fondus peuvent s'écouler sur cotte sole en pente, dans ce four du type à bain, un moyen destiné à intro duire l'oxygène dans cette chambre à coke,

et une cheminée voisine de la chambre de combustion et destinée à évacuer las <Desc/Clms Page number 11> produits de la combustion.

6/ Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un moyen est prévu pour pré-chauffer l'oxygène in- troduit dans la chambre à coke.

7/ Appareil servant au but décrit, caractérisé en çe qu'il comprend une chambre de combustion, un brûleur dis- posé au sommet de cette chambre, un moyen destiné à intro- duire un combustible mobile, l'oxygène, et le minerai de fer réduit et les constituants formateurs de laitier, entraînés, sous forme finement divisée, vers ce brûleur, cette chambre ayant une sole en pente et une ouverture peu haute entre le point le plus bas de cette sole de chambre et une paroi de cette chambre, une cheminée pour évacuer les produits de combustion, et un four du type à bain surmonté d'une chambre .

à coke enfermée, cette sole en pente se poursuivant sous cet- te cheminée jusqu'à ce four, une ouverture peu haute entre cetbe cheminée et ce four avec lequel cette sole en pente communique à son point le plus bas, la chaleur des produits de combustion étant transmise au coke contenu dans cette chambre à coke pour préchauffer le coke, et un moye'1 des- tiné à introduire l'oxygène dans cette chambre à coke.

8/ Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un moyen est prévu pour pré-chauffer l'oxygène introduit dans la chambre à coke.

9/ Appareil servant au but décrit, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de combustion, une cheminée, un four du type à bain surmonté d'une chambre à coke enfer- mée, en juxtaposition dans l'ordre indique, une sole en pen- te de cette chambre de combustion s'étendant en pente vers le bas sous la cheminée jusqu'au four, une ouverture peu hau- te entre cotte sole et la paroi séparant cette chambre de combustion et cette cheminée, une seconde ouverture peu haute entre cette sole et la paroi séparant cette cheminée et ce <Desc/Clms Page number 12> four, par laquelle le métal et le laitier fondus peuvent s'é- couler de cette chambre de combustion, sous cette cheminée et dans ce four,

les produits de la combustion passant de cette chambre de combustion dans cette cheminée par l'ouverture nommée en premier lieu, un moyen destiné à alimenter ce co- ke en oxygène, un brûleur au sommet de cette chambre de com- bustion et un moyen destiné à introduire dans ce brûleur un combustible mobile, l'oxygène, et le minerai de fer ré- duit et les constituants formateurs de laitier, entraînés, finement divisés.

10/ Structure selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'un moyen est prévu pour pré-chauffer l'oxygéné in- troduit dans la chambre à coke.

11/ Structure selon la revendication 9, caractérisé' en ce que le four constitue l'élément central de l'appareil et que plusieurs chambres de combustion et cheminées sont radialement disposées par rapport à ce four, grâce à quoi ces chambres alimentent un four commun.

12/ Structure selon la revendication 11, caractéri- sée en ce qu'un moyen est prévu pour pré-chauffer l'oxygène introduit dans la chambre à coke.

13/ Appareil servant au but décrit, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de combustion, un brûleur dis- posé au sommet de cette chambre, un moyen destiné à intro- duire dans cette chambre un combustible mobile, l'oxygène, et le minerai de fer réduit et des constituants formateurs de laitier, entraînés, finement divisés, cette chambre ayant une sole en pente, un four du type à bain surmonté d'une chambre à coke enfermée, adjacente à cette chambre de combus- tion, un:

ouverture peu élevée entra cette sole et la paroi séparant cette chambre de combustion et ce four, grâce à quoi le fer et le laitier fondus peuvent s'écouler sur cette sole, depuis cette chambre do combustion, dans ce four, une <Desc/Clms Page number 13> cheminée voisine de cette chambre de combustion, une ouver- ture peu haute entre cette sole et la paroi séparant cette chambre de combustion et cette cheminée, ouverture par la- quelle les produits de combustion peuvent passer, et un moyen destiné à introduire l'oxygène dans cette chambre à coke.

14/ Structure selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'un moyen est prévu pour pré-chauffer l'oxygène in- troduit dans la chambre à coke.

15/ Procédé de fusion de fer entraînant un minimum de pertes de fer vers le laitier, caractérisé en ce qu'il com- prend les opérations consistant à entraîner le fer finement divisé dans un combustible mobile, à brûler ce combustible dans une chambre de combustion par un gaz contenant de l'oxy- gène, plus riche en oxygène que l'air, dans des conditions où se trouvent produites des températures d'environ 3000 F et des produits de combustion qui sont réducteurs vis-à-vis du fer, à amener le fer fondu à sortir de cette chambre de com- bustion pour pénétrer dans un creuset collecteur, en traver- sant une masse de matière carbonée sous forme solide, pour abaisser le point de fusion du fer et enrichir le fer en car- bone, et à évacuer les produits de combustion tout en empê- chant leur contact avec cette matière carbonée solide.

16/ Procédé selon la revendication 15, caractérisé ence que le fer finement divisé est formé en amenant les pro- duits de combustion du combustible mobile à produire une ré- duction fluo-solide du minerai oxydé de fer finement divisé.

17/ Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à maintenir la température du fer fondu dans le creuset collecteur par la combustion réglée d'une partie de la matière carbonée sous forme solide avec un gaz contenant de l'oxygène,plus riche en oxygène que l'air. @