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Il est connu de traiter les minerais et autres matières premières brutes analogues contenant.des oxydes de fer éventuellement à côté d'oxydes d'autre métaux semblables tels que Ni, Co, W, Mo, dans un four tubulaire rotatif avec
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addition de matières réductrices so lides, en vue d'obtenir du fer spongieux solide ou une loupe de fer, en même temps qu'une scorie semi-fluide.
La réduction des oxydes de fer et en particulier de Fe2O3 commence lorsque la température de la charge atteint 600 environ et s'accomplit pratiquement en totalité dans un domaine de température allant jusqu'à 1100 . Les oxydes de fer donnent ainsi du fer spongieux finement divisé, tan- dis que la gangue du minerai reste inaltérée. La réduction des oxydes se'fait dans ce domaine de température, princi- palement sous l'action de l'oxyde de carbone, l'anhydride carbonique qui se forme alors étant reconverti en oxyde de carbone par le combustible solide en présence.
A l'in- térieur de la charge poreuse se trouve en conséquence un gaz exempt d'azote, composé d'oxyde de carbone et d'an- hydride carbonique et contenant moins de 10 % de CO2 pour une température de la charge supérieure à 8000 et environ 10 à 50 % pour une température de la charge inférieure à 8000. Du point de vue industriel , il est avantageux que le plus possible de 002 soit formé à partir de l'oxygène du minerai afin que la quantité de matière carbonée néces- saire pour la réduction soit diminuée dans une mesure cor- respondante. Pour cela il est recommandable que la plus grande partie possible de la réduction soit effectuée dans un domaine de température inférieure à 800 .
La réduction au sein de la charge réchauffée au dessus de 600 est un phénomène exothermique, que l'oxygène du minerai soit fixé l'état de CO2 ou d'oxyde de carbone. La chaleur supplémen- taire dégagée par la réaction suffit en général largement à élever la tempéra'bure de la charge progressivement jusqu'à 11000 et couvrir les pertes de chaleur par les parois dans
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cette zone. La réaction de réduction est par suite dans une large mesure indépendante de la fourniture d'une quotité supplémentaire de chaleur par les gaz du four; en revanche, la vitesse de réduction dépend en grande par- tie de la réductibilité du minerai, de sa granulométrie et de sa perméabilité aux gaz.
En général, pour.la réalisation .d'un tel procédé de ré- duction, spécialement pour l'obtention de loupes, on utili- se des fours tabulaires rotatifs présentant une inclinaison de 2 % et plus et.munis., à leur orifice d'évacuation d'un anneau de retenue qui prolonge la durée de séjour de la ma- tière dans la zone de formation de la louppe jusqu'à en- viron 5 à 6 heures. La surélévation de la charge qui en résulte s'étende dans ces fours sur environ 20 % de leur longueur, c'est à dire seulement dans la zone de formation de la loupe tandis que dans la zone de réduction la matière ne forme qu'une couche d'épaisseur normale et traverse usuellement cette zone en 30 minutes environ.
Suivant la présente invention, dans la réduction des com- binaisons oxygénées du fer et de métaux analogues tels que / Ni, Co, W, Mo dans un four tubulaire rotatif, au moyen de substances réductrices solides telles que le charbon ou le coke, on fait en sorte que la matière en cours de réduction se trouve, dans le domaine des températures de 600 à 1100 déterminant pour la réduction, en couche suffisamment épais, se et traverse le four avec une vitesse de progression suf- fisamment lente, pour que le temps dont elle dispose pour la réduction atteigne de une à six heures. En particulier, la durée de réduction désirée et l'épaisseur de la couche
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de matière en réduction sont obtenues en donnant au four tubulaire rotatif une inclinaison Inférieure à 2 % et de préférence voisine de 1 %.
Avec un four ayant une inclinaison de 1 %, la durée de sé- jour dans la zone de réduction n'est pas seulement doublée, par rapport à ce qu'elle est avec une inclinaison de 2 %,mais environ triplée. En même temps, du fait de l'augmentation de l'épaisseur de la couche de charge, les gaz réducteurs restent nettement plus longtemps en contact avec le minerai de sorte que la vitesse de réduction, par rapport à la lon- gueur du.four, est accrue. De plus, dans le domaine des tem- pératures inférieures à 800 la proportion d'acide carboni- que est notablement plus élevée et par suite la quantité de matière réductrice est fortement diminuée, par exemple de
20 à 40 %.
Les phénomènes qui ont lieu dans les autres zones du four,' c'est à dire la zone de réchauffage et la zone de formation de la loupe sont eux aussi favorablement influen- cés par la moindre inclinaison du four et la plus longue 'durée de séjour de la matière. Dans la zone de formationde la loupe on n'obtient pas une surélévation de la matière la plus importante immédiatement derrière l'anneau. de retenue terminal et qui s'abaisse ensuite lentement, mais une couche de matière régulière et plus épaisse dans laquelle l'action de malaxage nécessaire à la formation de la louppe est amélio- rée.
Dans les fours ayant une inclinaison de 2 %, un rapport de
20 à 1 et plus, entre la longueur du four et le diamètre in- térieur est courant.Par la diminution de l'inclinaison du four, on obtient le même rendement dans des fours plus courts et on peut également descendre jusqu'à un rapport de 10 ou 15 à 1,Pour des fours si courts, il est recommandable de fi- xer l'inclinaison à une valeur entre 0 et 1 %, ou au
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contraire d'adopter une inclinaison en sens inverse de l % environ.
Etant donné que chaque fois que l'on diminue l'in- linaison du four on peut réduire la hauteur d'anneau de retenue placé à l'orifice d'évacuation et que dans un four qui s'élève en direction de l'orifice d'évacuation on peut éventuellement travailler sans aucun anneau de retenue, la diminution de l'inclinaison du four n'apporte aucune modi- fication de la durée de séjour dans la zone de formation de la louppe mais procure au contraire une augmentation de la durée de séjour dans la zone de réduction et dans la zone de réchauffage.
Afin d'augmenter encore d'avantage la durée de la réduction il peut être recommandable, notamment lorsqu'il s'agit de minerais riches en fer, de prévoir pour des fours peu inclinés mais aussi pour ceux qui présentent l'inclinaison usuelle de 2 %, une augmentation du diamètre de la zone de réduction; par exemple, pour un four de 4,2 m @ de diamètre, on adoptera un diamètre de 5,2 m sur 20 m de la longueur du four. Cette augmentation supplémentaire de la couche de matière dans la zone de réduction augmente notable- ment la durée de séjour dans cette zone .et confère au gaz réducteur une possibilité de réaction encore accrue.
En opé- rant de cette façon, la réaction de réduction peut être ef- fectuée essentiellement dans le domaine des températures in- férieures à 800 , c'est à dire avec formation d'acide car- bonique.
Etant donné que pour le dégagement de chaleur dans la zone de réduction il est à peu prés indifférent que l'oxygène du minerai soit fixé sous forme de CO ou de. CO2, l'opéra- tion peut être conduite de -façon que les gaz sortant du four
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rotatif présentent une teneur en oxyde de carbone supé- rieure à 30% en volume, c'est à dire qu'on obtient un gaz effluent possédant au moins le pouvoir calorifique des gaz de haut fourneau.
Comme la chaleur sensible du gaz qui se trouve alors en quantité particulièrement faible ne suffit en général pas pour effectuer la séchage et le réchauffage de la charge, il est recommandable de prévoir un séchage préalable et un préchauffage de la charge à en- viron 200 à 400 . Lorsque d'autre part le four reçoit suf- fisamment d'air comburant pour que la totalité des gaz chargés de 00 issus de la zone de réduction soi-c brûlée à l'intérieur du four, on peut aussi utiliser une charge humide: Le plus économique dans la plupart des cas est de choisir un moyen terme, c'est à dire de brûler une p..rtie des gaz de réduction dans le four et d'introduire la charge préalablement séchée.
Il y a alors suffisamment de cha- leur sensible dans les gaz issus de la zone de réduction pour réchauffer jusque vers 600 , la matière préalablement séchée.
Par ailleurs les gaz effluents contiennent, alors de 10 à
20 % d'oxyde de carbone, de sorte qu'après combustion sub- séquente ils peuvent être utilisés pour le réchauffage de l'air comburant et/ou pour la production de vapeur. Com- parativement à une opération dans laquelle une charge, sé- , chée préalablement, est traitée dans un long four tubulaire rotatif incliné à 2 %, on obtient alors une forte diminution par exemple à 70 ou 80 % de la quantité de combustible né- cessaire et simultanément une augmentation du rendenent du four qui peut atteindre 30 à 50 %.
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Lorsqu'on utilise des matières réductrices à forte teneur en composés volatils, il peut être recommandable de.ne pass amener les matières réductrices en mélange avec: le minerai) mais de les introduire au moyen d'un distributeur particu- lier)-par exemple une vis d'archimède, et ceci directement
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dans la zone de réduction, par exemple une zonE., de :dQuc- tion dans laquelle le diamètre du.--±Qw-r est au.;gnté....
G-râce a cette introduction retardée-à*s sub.stances rductrixes contenant des hydrocarbures., c:#mme: ar exemple... la houïlle, les hydrocarbures volatils participent immédiatement à la réduction et sont en outre crackés sous l'effet de la Jusque élévation de températurepartiellement avec . forma- tion de carbone l'état solide. Par cette introduction dif- férée d'une telle matière réductrice, la chaleur excédentai- re de la zone de réduction est utilisée pour la volatilisa- tion et le cracking des hydrocarbures et ceux-ci sont par- tiellement utilisés pour la réduction elle-même.
Il est alors évidemment recommandable de brûler à l'intérieur même du four, par l'introduction d'air, les hydrocarbures 'présents dans les gaz effluents et de les utiliser aussi @ pour récha.uffer et éventuellement pour sécher la charge ou @ encore de les brûler à l'extérieur du four et d'utiliser leur chaleur dans une chaudière ou dans un appareil de ré- chauffage de l'air.