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La présente invention concerne le traitement du minerai de fer, et en particulier de minerais de magnétite, pour la fabrication de fer métallique à partir de ces derniers. En particulier, l'invention concerne la fabrication de fer métallique à partir de minerais de magnétite sous forme particulaire finement divisée dans laquelle les particules de minerai sont projetées dans une flamme pendant le traitement et injectées dans un bain du four en venant frapper les produits de combustion sur la surface de ce bain.
On a fait un certain nombre de propositions pour la fusion de minerais particulaires. Dans certains de ces procédés de fusion antérieurs, au cas où l'on a recours à du minerai finement divisé, les particules de minerai sont soumises à une action de réduction, les particules étant en suspension dans un milieu ga- zeux réducteur à contre-courant. Un tel processus à contre-courant limite sévère- ment la vitesse de fusion du minerai en ayant recours à un four de dimension raisonnable, et nécessite également des structures de four importantes et coûteuses pour résister aux températures élevées qui règnent au cours de la mise en oeuvre d'un tel procédé. Ces limitations diminuent les possibilités d'une application pratique de ces propositions de fusion antérieures.
Dans un certain nombre de ces procédés de fusion de la technique antérieure, la réaction se produisant au cours de la réduction du minerai de fer en fer métallique est relativement lente en raison de l'application de charbon pulvé- rulent en tant que milieu combustible et en-tant que constituant réducteur.
Naturellement, il existe un grand nombre d'autres propositions de fusion, comprenant la technique des hauts-fourneaux biens connus et principalement appliquée. @ Il n'est pas nécessaire de décrire le fonctionnement du haut-fourneau bien connu.
Toutefois, on peut souligner que le coke utilisé dans les hauts-fourneaux, entre autres fonctions, sert à former dans le four une carcasse de support présentant une porosité suffisante pour permettre aux gaz de monter à travers le four.
Avec des minerais relativement fins mélàngés à la quantité nécessaire de castine en tant que flux, la charge se tasserait de façon trop prononcée dans le four pour permettre le passage nécessaire des gaz.
A la lumière des problèmes de fusion de minerai ci-dessus, la présente invention se propose de fournir principalement : @ un traitement rapide du minerai du fer sous forme particulaire finement divisée grâce à un procédé simple et avec un encombrement minimum de la structure -du four ; - un procédé amélioré du traitement des minerais de magnétite sous forme particulaire finement divisée pour fournir du fer métallique à partir de ces derniers ; - un appareil dans lequel le minerai de fer peut être traité rapidement tout en étant en suspension, et propulsé dans le produits de combustion pour en fournir du fer métallique, et assurer une séparation du fer métallique et de la scorie des constituants gazeux appliqués au traitement du minerai;
- un traitement du minerai de magnétite en soumettant initialement ce minerai à une action oxydante à une température d'au moins 1538 Co, et de préféren- ce comprise entre 1926 et 1980 C., puis à une action réductrice pour en obtenir du fer métallique; - un appareil de traitement du minerai de fer comportant un four du type à bain présentant un ensemble de brûleur dirigé vers le bas, le minerai à traiter étant introduit pour venir en contact intime avec les flammes ou les produits de combustion provenant de cet ensemble pour le traitement et pour être propulsé et être frappé sur la surface du bain par cette flamme ou produits de combustion ;
- un procédé et appareil de traitement du minerai de fer dans un four du type à bain suivant le paragraphe précédent, dans lequel le minerai est initia- lement introduit dans une première zone de traitement qui est de nature oxydante, une seconde zone de traitement étant prévue entre la première zone et le bain, un
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agent réducteur étant introduit dans la seconde zone ; - un procédé et un tel appareil à four du type à bain, dans lequel l'agent réducteur est préalablement chauffé avant d'être introduit dans la seconde zone, l'appareil fournissant une chambre de préchauffage entourant le brû- leur;
- dans le procédé et l'appareil de traitement des paragraphes précédents une séparation efficace des constituants gazeux du fer métallique et de la scorie à la surface du bain, en évacuant les gaz à sensiblement 82 C. dans le sens dans lequel les gaz viennent heurter la surfact du bain.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé, dans lequel la figure unique est une coupe schématique d'une structure de four selon la présente invention et dans laquelle le procédé de la présente invention peut être mis en oeuv
Avant de décrire en détail la structure particulière représentée sur le dessin, on peut se référer de façon générale aux particularités de fonctionnement d'ensemble de la présente invention. Suivant cette dernière, on introduit un mélan- ge comprenant principalement du minerai de magnétite et un flux approprié sous for- me particulaire finement divisée au centre d'une première zone de traitement d'une flamme de combustion dirigée vers le bas.
Le flux est de préférence de la chaux vive bien qu'on puisse avoir recours à de la castine broyée ou autre flux connu pour la fusion du minerai. La flamme est engendrée par la combustion de préférence d'un gaz naturel et de l'oxygène pour fournir les températures élevées et le chauf- fage rapide nécessaires pour le traitement du minerai. On a recours à une quantité d'oxygène en excès pour la combustion de façon que la flamme soit de nature oxydan- te.
Le minerai de magnétite (Fe3O4) réagit dans la flamme oxydante pour se combiner avec l'oxygène en excès afin de former de l'hématite ou oxyde ferrique (Fe2O3). Cette réaction est exothermique de sorte que la chaleur est libérée qui, avec la chaleur de combustion du combustible, fournit un chauffage rapide des particules de minerai. Lors d'un tel chauffage rapide, une calcination et un cra- quage des particules de minerai se produisent afin d'exposer une plus grande sur- face de contact à l'action de chauffage et en vue de l'action réductrice ultérieure,
Le mélange, comprenant les particules de minerai brisées, le fer étant sousforme d'oxyde ferrique, est propulsé avec les produits de combustion dans une seconde zone de traitement.
Dans cette dernière, un agent réducteur, de préférence du gaz naturel, est ajouté pour envelopper les produits de combustion et les mélan- ges entrainés par ces derniers, et descend en même temps que ces derniers en direc- tion de la surface d'un fer fondu et d'un bain de scorie, contre lesquels les produits de combustion viennent se heurter. Les particules de minerai fortement chauffées favorisent le craquage du gaz naturel en oxyde de carbone et hydrogène.
Ces constituants réduisent rapidement l'oxyde ferrique en fer métallique. Le flux introduit avec le minerai se combine avec les parties de gangue du minerai pour former la scorie, ainsi qu'on le sait en pratique.
La flamme ou produits de combustion dans lesquels le fer métallique et les constituants de scorie sont en suspension viennent frapper la surface du fer fondu et le bain de scorie, de sorte que le fer et les constituants de copie fondu sont injectés dans ce bain. Les constituants gazeux provenant des produits de combu; tion et de l'agent réducteur sont séparés immédiatement au voisinage de la surface du bain du fait qu'ils sont évacués vers l'extérieur et vers le haut à l'écart de la surface du bain. Le fer et la scorie:fondus peuvent être évacués séparément du bain.
Le dessin annexé représente un four de traitement de minerai suivant la présente invention. Il est évident que la structure particulière représentée n'est pas destinée à représenter un exemple d'un four à une échelle précise, atten- du que plusieurs des constituants sont représentés de façon quelque peu schématique
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La structure du four comprend un ensemble de four 10 représentant des parois comportant intérieurement une chambre de réduction 11 allongée verticalement.
La partie inférieure,de l'ensemble 10 comprend un socle 12 supportant un récipient 13 qui comporte dans sa surface supérieure une cavité 14 pour recevoir et retenir le fer et la scorie fondus à mesure qu'ils sont produitso Le socle 12 et le réci- pient 13 sont munis d'un trou de coulée 15 de scorie, et d'un trou de coulée 16 de fer fonduo Le fer et la scorie peuvent être évacués de façon intermittente ou continue par l'intermédiaire de ces trous de coulée, à volonté au cours du fonctionnement du four.
Il est évident qu'au cours du fonctionnement du four, le récipient 13 contenant le bain de fer et de scorie fondus est soumis continuellement à des températures élevées de sorte qu'une détérioration progressive de ce récipient se produit. Aussi, le socle fermant l'extrémité inférieure de l'ensemble du four est avantageusement séparable du reste du four pour permettre son enlèvement à des fins de réparation et de remplacement, ainsi que cela peut être nécessaire après une utilisation prolongée de l'appareil.
L'ensemble 10 comprend en outre une paroi de rideau 20 fournissant une surface interne 21 généralement cylindrique qui s'étend vers le bas en se terminant immédiatement au-dessus de la cavité 14 du bain de fer et de scorie fondus..
Cette surface interne 21 définit une partie principale de chambre 11.
La paroi de rideau 20 est supportée par des piliers 24 qui définissent les côtés des passages 25 de gaz d'évacuation s'étendant vers l'extérieur et vers le haut à partir de l'extrémité inférique de la paroi de rideau 20 pour conduire les constituants gazeux d'évacuation à partir de la chambre de réduction 11.
Ces passages 'étendent vers le haut sur le côté externe de la paroi de rideau 20 et débouchent en 26 dans un collecteur 27 dans lequel les particules de poussière entraînées par le gaz d'évacuation peuvent être séparées de ces derniers.
,Les gaz d'évacuation sont évacués du collecteur 27 par l'intermédiaire de conduites 28.
L'extrémité supérieure du four 10 présente un orifice cylindrique 30 communiquant avec la chambre 11 par une surface de paroi évasée ou conique vers le bas 31 qui raccorde l'extrémité inférieure de l'orifice 30 à l'extrémité supérieure de la surface de paroi 21
Un ensemble de brûleur 40 est monté sur le four 10 concentriquement à l'orifice 30. Comme représenté sur le dessin, l'ensemble debrûleur est supporté sur l'extrémité supérieure du four 10 par un boitier 41 qui forme un conduit annulaire 42 entourant l'enveloppe 43. de l'ensemble de brûleur Le bottier 41 est muni d'une conduite d'admission 44 pour introduire un agent réducteur tel que du gaz naturel, ainsi qu'on le décrit de façon plus détaillée ci-après.
Ainsi, l'agent réducteur eh passant par le conduit 42 est préalablement chauffé en venant en contact avec la paroi chaude de l'enveloppe 43, en fournissant en même temps un refroidisse- ment externe de l'enveloppe de la chambre de combustion à température élevée.
L'enveloppe 43 de l'ensemble de brûleur est divisé par une cloison 45 en un compartiment de mélange supérieur 46 et en une chambre réactionnelle 470 La cloison 45 présente un orifice central de Brûleur 48. On doit noter en outre que l'extrémité inférieure de l'enveloppe 43 définissant la chambre réactionnelle 47 est incurvée vers l'intérieur pour fournir une sortie étranglée 49 à l'extrémité la plus basse de l'ensemble de brûleur conduisant dans la chambre de réduction 11.
En se référant à la construction de l'ensemble de brûleur, et en parti- culier en considérant la construction de l'orifice 48 de brûleur de la chambre réactionnelle 47 et de l'orifice d'évacuation étranglée 49' la vitesse d'écoulement du fluide pour un fonctionnement correct du procédé de traitement de minerai doit ^être supérieure à la vitesse de propagation de la flamme connue,pour le mélange de combustible et d'oxygène en cours de combustion. Afin que la flamme ne soit pas " soufflée" à la vitesse nécessaire des produits de combustion pour réaliser le
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traitement du minerai, en doit prévoir un "allumage de volume" plutôt qu'un front de flamme dans la chambre réactionnelle 47.
On peut l'obtenir par une construction correcte de l'ensemble de brûleur, et l'introduction d'une turbulence réglée est susceptible d'être obtenue en ayant -,recours à des obstacles et épaulements dans le courant de fluideo Avec une chambre réactionnelle à brûleur de turbulence correctement proportionnée, la combustion peut être complète à. 90 % au moment où les produits de combustion quittent la chambi réactionnelle.
Comme représenté, le combustible tel que du gaz naturel est introduit dans le compartiment de mélange 46 par l'intermédiaire d'une conduite 50,et un milieu comburant tel que de l'oxygène est introduit dans le compartiment de mélange par l'intermédiaire d'une conduite 51.
L'ensemble de brûleur 40 présente un conduit central 55 à. l'extrémité supérieure de l'enveloppe 43 pour l'introduction du minerai de fer particulaire finement divisé à traiter. On doit noter que le conduit 55 décharge les particules de minerai immédiatement au-dessus de l'orifice 48 de brûleur de sorte que ces part: cules descendent à travers l'orifice et dans la flamme existant au-dessous de cet orifice. Ainsi, les particules de minerai, à mesure qu'elles sont introduites, sont disposées au centre et sont entièrement enveloppées par la flamme.
Le conduit 55 provient d'une trémie d'alimentation de minerai.
Un sas approprié étanche au gaz 57 est représenté comme étant disposé entre la tré- mie 56 et l'enveloppe 43 de brûleur pour permettre le déchargement du minerai particulaire dans le brûleur sans que la pression régnant dans le compartiment de mélange 46 s'échappe vers le haut par le conduit .22 et la trémie 56.
On peut prévoir un passage 60 pour recycler le fer métallique fondu dan: le bain de fer ainsi qu'on l'explique ci-aprèso
Ayant décrit les détails d'un four selon les sparticularités de la pré- sente invention, on peut se référer maintenant au procédé de traitement du fer tel qu'il est conduit dans un tel four pour fournir du fer métalliqueindu a partir de c minerai. En ayant recours au four décrit .ci-dessus, on introduit une charge de minerai particulaire finement divisé principalement de magnétite dans la trémie 56.
Le minerai est mélangé avec un flux approprié, de préférence de la chaux vive, pour se combiner au cours de la séparation de la gangue à partir du minerai en cours de traitemento La proportion de flux et sa composition peuvent être déterminé suivant les principes connus de fusion de minerai de fer, afin d'écumer correctemen' la silice etc...., contenue dans le minerai de fer en cours de traitemento
Ainsi qu'on le sait, on peut concentrer le minerai de magnétite par des procédés de séparation magnétiqueso Au cours du procédé de traitement du minera : de la présente invention, on doit avoir recours de préférence à un minerai de magnétite concentré contenant au moins 60 % de fer, et avantageusement moins de 10 de silice à l'état essentiellement sec.
Au cours du chauffage extrêmement rapide auquel le minerai est soumis dans la chambre réactionnelle, l'application d'une magnétite cristalline dure est particulièrement bien appropriée pour être traitée par le procédé. Avec un tel minerai, le chauffage rapide brise efficacement les cristaux de minerai en de très petites particules, en exposant une nouvelle surface à l'action des gaz.
En outre, en ce qui concerne le mélange de minerai et de flux introduit en vue du traitement suivant la présente invention, le mélange doit présenter une dimension ou être broyé à une dimension inférieure à 0,25 mm, 15 % au plus étant inférieurs à 0,044 mm.
Le minerai et le flux particulaires sont chargés vers le bas par le sas étanche au gaz ..57 et la conduite 55 dans le compartiment de mélange 46. De l'oxygè- ne,de préférence pur à 90 %, est introduit par la conduite 51 pour se mélanger. avec du gaz naturel introduit par la conduite 50 en tant que combustible mobile.
Le rapport de l'oxygène ou gaz naturel est d'environ de 2 à 1 pour une combustion stoechiométrique, un excès d'oxygène par rapport à cette proportion étant introduit
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pour assurer un excès d'oxygène dans les produits de combustion de façon à fournir une flamme oxydante.
L'application d'oxygène ou d'air enrichi d'oxygène pour brûler avec le combustible mobile à base de gaz naturel dans la chambre 47 présente des avantages déterminés et particuliers dans la mise en oeuvre du procédé de la présente inventio En ayant recours à un tel milieu comburant, on obtient des températures plus élevées sur une très courte distance de déplacement de la flamme que cela n'est possible avec de l'air ordinaire. Pour une part, en considérant la teneur élevée en azote de l'air, le volume total des gaz de combustion est relativement grand au cas où l'air fournit l'oxygène comburante Ce facteur seul empêche d'obtenir les température élevées et le chauffage rapide du minerai, qui sont critiques pour l'application du traitement de la présente invention.
En outre, de tels volumes plus importants de produits de combustion posent un problème au cours de la séparation des particu- les de fer et de scorie à partir desgaz d'évacuation, de sorte qu'une plus grande quantité de poussière etc..., est entraînée hors du four par l'intermédiaire des conduites de gaz d'évacuation.,
En réalité, en considérant les températures élevées nécessaires pour le procédé de la présente invention, ainsi qu'on le décrit plus en détail ci-après, il est presque essentiel d'avoir recours à de l'oxygène ou au moins à de l'air enrichi d'oxygène pourra combustion du combustible. On peut obtenir une économie d' ensemble dans la mise en-oeuvre du procédé de traitement du minerai au cas où du gaz naturel relativement peu coûteux est disponible et qu'on a recours à de l'oxygène ou de l'air enrichi d'oxygène.
Ceci provient du fait qu'une quantité plus petite de combustible est nécessaire pour obtenir le chauffage rapide à tempé- ratures élevées du minerai qu'au cas où l'on a recours à un grand volume de produits de combustion à partir du combustible brûlé à l'aide d'air. L'économie d'ensemble est en outre favorisee au cas où la capacité calorifique élevée des gaz d'évacu- ation est utilisée par exemple pour produire l'oxygène destiné à être appliqué au stade de combustion.
Le mélange comprenant les particules de minerai et le flux, en passant du conduit à travers le compartiment 46, se mélange avec les gaz combustibles formés à partir du gaz naturel et de l'oxygène et passe avec ces derniers à travers l'orifice 48 du brûleur.
Les gaz combustibles sont allumés dans la chambre réactionnelle 47.
La température réelle de la flamme dans cette chambre est comprise entre 2315 et 2480 Co, et élève rapidement la température des particules de minerai, une augmentation de la température étant favorisée par la réaction du minerai de magné- tite avec l'oxygène en excès contenu dans les produits de combustion, qui oxyde l'oxyde ferrosoferrique en hématite ou oxyde ferrique. Cette réaction est exother- mique, la chaleur dégagée par cette réaction contribuant encore à l'élévation rapide de la température des particules de minerai jusqu'à 1926 à 1980 C.
Tandis que la température de la flamme dans le compartiment 47 est comprise de préférence entre 2315 et 2480 C, on doit préciser que la température des particules de minerai doit être d'au moins 1538 Co environ pour que la réaction entre le minerai de magnétite et l'oxygène en excès se produise. En réalité, à moins que la tempéra- ture des particules soit considérablement supérieure à 1538 C., on n'obtient pas la réaction rapide qui constitue un avantage principal de la mise en oeuvre de l'in- ventiono Ainsi, une température des particules comprise entre 1926 et 1980 C est préférée.
On se rendra compte de l'importance de cette réaction exothermique dans le traitement du minerai de magnétite lorsqu'on comprendra que la chaleur pro- venant de cette réaction peut contribuer pour 20 % environ de la chaleur nécessaire pour réduire en métal fondu le fer, par exemple un concentré magnétique à 66 % de Feo
Un avantage particulier découlant du chauffage extrêmement rapide des particules de minerai provient de la calcination et du craquage de ces particules qui se produisent pendant ce chauffage rapide.
Cet éclatement expose des surfaces de contact sensiblement plus grandes des particules à la température élevée, et à
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l'excès d'oxygène de la flamme, de sorte que la totalité des particules est portée à la température nécessaire en un minimum de temps à mesure que la flamme et les particules descendent à partir de la chambre réactionnelle 47 par l'intermé- diaire de l'orifice 49. Les produits de combustion gazeux quittent le brûleur à 2205 C. environ.
Les produits de combustion gazeux et le mélange en suspension dans ces derniers sont ainsi propulsés vers le bas dans la chambre de réduction 11.
Une charge de gaz naturel en tant qu'agent réducteur est introduite par l'intermé= diaire de la conduite 44 dans la chambre annulaire 42. Cette chambre entoure l'extrémité inférieure de l'enveloppe 43 de brûleur, et par conséquent l'agent réducteur est préalablement chauffé en venant en contact avec la paroi chaude de l'enveloppe de brûleur à l'extérieur de la chambre réactionnelle 47.
L'agent réducteur sous forme de gaz naturel descend par l'intermédiaire de l'or$- fice 30 dans la chambre de réduction 11. Au cours de cet écoulement vers le bas,, il enveloppe les produits de combustion et le mélange passant par l'orifice 49 de sorte que les deux courants s'écoulent simultanément vers le bas à travers la chambre de réduction 11. Le gaz naturel ajouté fournit une atmosphère réductrice pour réagir avec l'oxyde ferrique contenu dans le mélange en suspension pour le réduire en fer métallique.
L'application de gaz naturel à titre de matière réductrice est particul èrement avantageuse dans le fonctionnement de la présente invention, attendu que l'oxyde ferrique présent dans la flamme oxydante provenant de l'orifice 49 agit en tant que catalyseur pour craquer le gaz naturel (CH4) en hydrogène et en oxyde de carbone. Ces constituants à leur tour, réagissent avec l'oxyde ferrique pour le réduire en fer métallique, de la vapeur d'eau et de l'anhydride carbonique étant également obtenus. L'eau et l'anhydride carbonique réagissent endothermiquement avec le gaz restant pour former davantage d'hydrogène et d'anhydride carbonique, en assurant une diminution de la température à ce stade du procédé.
Cette diminution de température contribue à permettre d'avoir recours à une constru tion de four plus simple et plus économique qu'au cas où l'on rencontre des tempé- ratures extrêmement élevées. Les constituants gazeux, la scorie et le fer métalli- que sont propulsés vers le bas par le fonctionnement du brûleur 40 dirigé vers le bas, en direction de la surface du bain fondu dans la cavité 14. Les constituants gazeux reçoivent par le fonctionnement du brûleur une quantité de mouvement suffi- sante pour que le fer métallique et la scorie soit injectés dans le bain, en résis- tant à la tendance des gaz d'entraîner ces matières latéralement et vers le haut pa les passages 25 lorsque des gaz sont évacués du four.
On doit noter en particulier que, par la relation du brûleur aux passages %, le sens de mouvement des constituants gazeux est tourné de sensiblemer 180 ou inversé immédiatement au voisinage de la surface du bain de fer et scorie fondus. Ceci sert à favoriser davantage la séparation des gaz du fer métallique et de la scorie. La vitesse des gaz d'évacuation par les passages 25 doit être de préférence inférieure à 60 cm par seconde pour réduire au minimum l'entrainement de particules solides à partir de la chambre 11 du four.
La vitesse vers le bas des particules entraînées par la flamme ou pro- duits de combustion doit être d'au moins 4,8 m par seconde afin d'assurer une sé- paration adéquate du fer et de la scorie en suspension dans les gaz. A des vitesses inférieures, les pertes de poussières entraînées par les constituants gazeux sont excessives. Afin d'accélérer ces particules à la vitesse nécessaire pour venir heurter la surface du bain, la vitesse vers le bas des gaz dans lesquels les parti- cules sont entraînées doit être de 12 mètres par seconde ou supérieure.
Naturellement;, il est évident que la vitesse des produits de combustion quittant l'ensemble de brûleur peut être de l'ordre de 180 mètres par seconde. Ces produits de combustion se détendent rapidement immédiatement après leur sortie de l'ensem- ble de brûleur, en ralentissant, de sorte que la vitesse moyenne peut être aussi faible que 12 mètres par seconde pour communiquer la vitesse nécessaire aux partict les entraînées.
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Il n'y a pas de vitesse maximum d'allumage, excepté que, suivant la construction du four, les vitesses d'allumage plus rapides nécessitent un four plus long pour accorder suffisamment de temps pour que le minerai soit correctement traité en passant à travers le four.
En considérant la relation de l'agent réducteur à base de gaz naturel à la vitesse d'allumage, on a constaté que l'agent réducteur qui enveloppe la flamme ou produits de combustion doit présenter de préférence une vitesse inférieure à la vitesse d'allumage, et en particulier de l'ordre de 15% à 80 % de la vitesse d'allumage. Dans de telles conditions de fonctionnement, la flamme présente une forme cylindrique avantageuse, l'enveloppe externe de l'agent réducteur plus froid se déplaçant plus lentement que la flamme interne ou produits de combustion.
Ainsi, la vitesse plus élevée de la flamme ou produits de combustion tend à aspirer l'agent réducteur pour favoriser l'action réductrice de l'oxyde de fero
On a également constaté en tant qu'aspect important de la présente inven- tion que pour obtenir des conditions de fonctionnement optimum en ayant recours à un gaz naturel à titre de combustible mobile et à titre d'agent réducteur, il est important que le rapport d'agent réducteur à base de gaz naturel au combustible mobile à base de gaz naturel soit maintenu entre 1,5:1 et 2:1. Pour un équilibre thermique théorique correct dans le fonctionnement du four, le rapport de l'agent réducteur au combustible mobile doit être maintenu à 1,62:1.
Si le fonctionnement du four s'effectue sensiblement au-dessus de ce rapport, une quantité inappropriée de gaz inducteur est fournie pour effectuer le traitement du minérale D'autre part, si on conduit le fonctionnement avec un écart trop grand au-dessus de ce rapport critique, une quantité excessive de chaleur est extraite au cours des réactions du four etc... de sorte que le traitement d'ensemble n'est pas conduit' correctement jusqu'à achèvement. On peut calculer qu'en appliquant ce rapport de 1,62:1, une tonne de fer métalliqueobtenu à partir du minerai de magnétite (66 % de fer) nécessite environ 1259 m d'oxygène et un total de 1562 m de gaz naturel.
On peut obtenir un bilan thermique théorique et des matières de la façon suivante
Bilan thermique approximatif par tonne de métal.
EMI7.1
<tb>
Entrée <SEP> MMKcal. <SEP> Sortie <SEP> MMKcal. <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Gaz <SEP> - <SEP> 1562 <SEP> m <SEP> 3 <SEP> 13,86 <SEP> 98,5 <SEP> Métal <SEP> 0,4738 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Oxydation <SEP> de <SEP> la <SEP> magnétite <SEP> 0,1512 <SEP> 1 <SEP> Scorie <SEP> 0,0781 <SEP> 0,5
<tb>
<tb> Réduction <SEP> par <SEP> CO <SEP> 0,0151 <SEP> 0,1 <SEP> Réduction <SEP> 0,0605 <SEP> 0,4
<tb>
<tb> par <SEP> H2
<tb>
<tb>
<tb> Formation <SEP> de <SEP> Fe3C <SEP> 0,0806 <SEP> 0,4 <SEP> Gaz <SEP> perdu <SEP> 11,1510 <SEP> 79
<tb>
<tb> 14,1069 <SEP> 100 <SEP> 11,7634
<tb>
<tb> Pertes <SEP> 2,3436 <SEP> 16,6
<tb>
<tb> 100
<tb>
Bilan de matières par tonne de métal.
EMI7.2
<tb>
Entrée <SEP> Sortie
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gaz <SEP> primaire <SEP> 596 <SEP> m33 <SEP> Métal <SEP> à <SEP> 4 <SEP> % <SEP> de <SEP> C <SEP> 908 <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gaz <SEP> secondaire <SEP> 966 <SEP> m3 <SEP> Scorie <SEP> 183 <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxygène <SEP> 1259 <SEP> m <SEP> Gaz <SEP> d'évacuation <SEP> 4718 <SEP> m3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Minerai <SEP> à <SEP> 66 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> Fe <SEP> 1339 <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chaux <SEP> vive <SEP> 27 <SEP> kg
<tb>
Pour amorcer initialement le procédéon dispose un bain de métal fondu dans la cavité 14 sur lequel les gaz propulsés vers le bas viennent se heurter.
A mesure que le procédé se poursuit, la scorie et le fer fondu s'accumulent dans le bain, ces constituants étant évacués continuellement ou périodiquement par les trous de coulée 15 et 16, respectivement, à mesure qu'ils sont formés dans le bain.
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Le bain est maintenu de préférence à une température comprise entre 1538 et 1645 C. On peut régler cette température dans les limites en réglant la distance comprise entre la surface du bain et le point le plus chaud de la flamme.
Naturellement, on se rend compte que la longueur du four est dictée pour une vi- tesse de charge particulière du minerai, par la quantité de déplacement nécessaire pour chauffer le minerai, et après avoir ajouté l'agent réducteur, par la distance nécessaire pour obtenir la réduction correcte de l'oxyde de fer.
L'élimination des derniers 10 % de l'oxygène à partir de l'oxyde de fer peut poser des problèmes particuliers dans le procédé de la présente invention.
Cette réduction finale peut être effectuée dans le bain fondu par l'un de plusieurs procédés. Une partie du fer métallique fondu, de préférence de 15 % à 50 % du fer obtenu, peut être extraite du bain, sa teneur en carbone réglée, et le métal, encor à l'état fondu, réintroduit dans le bain par le passage 60. Ce recyclage d'une par- tie du fer métallique fondu avec une teneur en carbone réglée de façon appropriée, provoque la réduction finale des derniers 10 % de l'oxygène du bain à un taux tel qu'un,jpur de dimensions données peut fonctionner à une capacité de production sens blement plus élevée. Les derniers 10 % de l'oxygène peuvent être également éliminée du bain en ajoutant du coke à ce bain.
Autrement, on peut éliminer cet oxygène en ajoutant au brûleur du carbone broyé à une dimension comparable à celle des parti- cules de minerai et de flux.
Le réglage de la quantité de fer fondu recyclé ou de carbone et de coke ajouté peut être effectué de façon à fournir une teneur en carbone du fer métalliqt fondu dans le bain comprise entre 1 % et 4%. Ainsi, il est possible de fournir soit un produit à forte teneur en carbone, soit un produit à faibl teneur en carbone. Evidemment, plus la teneur en carbone est élevée, plus il'est. facile d'élj miner les derniers 10 % d'oxygène de l'oxyde de fer. Le compromis préféré entre le teneur en carbone du produit et l'élimination des derniers pour cent d'oxygène du bain est compris entre 3 % et 3,5 %.
Afin que les particules devinerai puissent être réduites en fer métallique le plus complètement possible, les gaz d'évacuation évacués du four conservant une nature réductrice et contiennent une certaine quantité d'oxyde de carbone et d'hydrogène. Les gaz d'évacuation peuvent être aini brûlés pour chauffer préalablement le minerai avant qu'il soit introduit dans le tour, ou ils peuvent être brûlés et appliqués pour fournir de la vapeur d'eau qui peut être utilisée pour la fabrication d'oxygène dans une installation classique de compres- seur d'oxygène. Une partie des gaz d'évacuation, contenant de l'anhydride carboniqu et de la vapeur d'eau, peut être également recyclée dans la flamme, en aidant au craquage du gaz naturel.
Attendu que la température du bain est comprise entre 15380 et 1645 C., les gaz d'évacuation présentent une température comparable.
Cette chaleur des gaz d'évacuation peut être utilisée en tant que source d'énergie pour la fabrication d' oxygène à appliquer au procédé.
Sien que la description ait été faite en considérant l'application de gaz naturel en tant que combustible mobile et agent réducteur, on peut lui substituer évidemment du gaz fabriqué ou autre gaz hydrocarbure. On peut conduire l'invention à titre de variante, en ce qui concerne le gaz, à l'aide de kérosène, d'huile combustible, ou même à l'aide de charbon en poudre. Attendu que ces derri- nièes matières, en tant que combustibles, présentent une plus longue durée de com- bustion que le gaz, un four plus grand serait nécessaire pour fournir la même production. Ainsi, pour mettre en oeuvre la présente invention, l'application de ces derniers combustibles n'est pas préférée et présente des inconvénients déter- minés, ainsi qu'on s'en rend compte.
En outre, on peut substituer de l'air préalablement chauffé à une tem- pérature de 816 C. à l'oxygène introduit par la conduite 51. Ainsi qu'on l'a souli' gné, l'application d'air pour fournir l'oxygène d'entretien de la combustion assu- rerait une température maximum inférieure, une durée de combustion plus longue et un plus grand volume de gaz, principalement en raison du pourcentage élevé d'azote
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contenu dans l'air. Un four utilisant l'air pourrait être construit bien,qu'un fonc tionnement de ce type ne soit pas préféré, attendu qu'il présente des inconvénients très évidentso En réalité,
en considérant les températures et les vitesses de fonctionnement supérieures possibles en brûlant de l'oxygène ou de l'air enrichi d'oxygène, les frais de fonctionnement sont indiqués comme étant plus élevés au cas où l'on a recours à de l'air pour entretenir la combustion.
Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadre et.l'esprit de l'invention.On se rend compte aussi que le procédé de la présente invention est susceptible d'être conduit dans une variété d'appareils différents.