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Pelleta de *tuerai de fer amélioré , procédé et appareil pour les produire*
La présente invention se rapporte à des pellets améliorée autofondants de minorai de fer et à un procédé et à un appareil perfectionnât pour la préparation des pellets. Un pellet auto tondant est un pellet qui contient une partieetde préférence la totalité de fondant nécessaire pour réduire le minerai de fer du pellet.
Le procédé général pour produire du fer métallique à partir du minerai consiste à introduire le minerai dans un haut fourneau avec un fondant. Le minerai de fer, qui est un oxyde du métal, est réduit . l'état métallique en soufflant des gaz rédue- @eurs .baud, dans le haut fourneau, La matière utilisât comme fondant favorise la fuison de impurstés au minerai (alumine, silt,
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0*$ etc) et permet cette fusion a une température plue basse que celle qui est nécessaire pour faire fondre ces matières seules.
Le fondant est généralement le calcaire et/ou la dolomite.
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Au cours de ces dernières années, à mesure que les réstr* ves de minorai de fer de qualité supérieure se sont épuisées, on a fait appel de plus en plus souvent aux minerait de fer pauvret.
Ces minerait de fer pauvres sont d'abord broyés puis concentrés et
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transformé en pelleté liés par de 1,9*au (upellets vert*") D'ordinaire (et dans le cas de la présente invention) on utilise environ 1/2 pour-cent de bentonite pour obtenir des pelleté verte liés par l'eau qui soient plus solides. Les pellets verte sont tâchée et calcinés pour leur donner une résistance Mécanique suffi.
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sante pour les manipulations, le transport et le chargement dans un haut fourneau.
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Une pression considérable t'tactret sur les pelleté dans le haut fourneau et ou Il* à;* trouvent soumis à la charge d'une co: one élevée de matières Les pelleta doivent avoir une grande
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résli anee mécanique considérable dans le haut fourneau pour évi- ter qu. les couches inférieures de pelleta soient deranées par des couches tup4rieurest et qui rendrait la charge imperméable aux gaz rédu cure qui doivent être soufflée à travers la charge pour la réduis
Des minerais de fer naturels et relativement exempts de fondant ont été agglomérés et calciné avec succès en pellets très résistants et satisfaisants pour alimenter unhaut fourneau.
Il existe, cependant, des minerais dé fer naturels qui contiennent à l'état brut d'extraction des quantités faibles, mais significatives$ de fondant* On ne connaît aucun moyen économique d'éliminer ce
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fondant du minorai de fer of il se trouve naturellement, En outre, il est désirable que les pelleté contiennent une partie ou même la totalité du fondant nécessaire pendant la réduction du minerai
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or.qu'il, sont Introduit* da.n. le haut foume&u4 LA ffêtmt de tout le fondant nécessaire ami les pellets, offre le grand avantage
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économique d'une diminution du nombre de constituants à introduire dans le haut fourneau.
En outre, lorsque le fondant se trouve dans la pellet on obtient une répartition uniforme du fondant et du minerai .qui est impossible lorsqu'on introduit des couches alter- nées de minerai et de fondant dans le haut fourneau. Les pellets de minerai de fer et de fondant durcis à la chaleur offrent en outre l'avantage que le fondant est à l'état calcina lors de l'introduc- tion dans le haut-fourneau et que, par conséquent, le., quantités de chaleur et la consommation en cocke du haut fourneau son -éduites.
Vu que d'excellents pellets de minerai de fer exem. de fondant ont été produits, on a essayé d'abord dans les rechercha ayant abouti à l'invention, de traiter de façon :semblable les pellets contenant un fondant uniformément réparti dans leur masse, ces pellets étant par la suite calcinés au four jiour les durcir.. Les premières tentatives de durcir des pellets de minerai de fer et de fondant n'étaient pas entièrement satisfaisantes par suite d'une @@oumulation d'un dépôt @@@@re à la surface @@@@ @@ @@.
En usine pilote, cette accumulation est suffisamment importante pour que le dépôt doive être éliminé après 24 heures de fonctionne- ment. On a considéré au début qui cette accumulation d'un dépôt annulaire dans le four provenait de la modification physique des particules de poudre de minerai de fer agitées @ le tour et tombant dans la flamme, ces particules se liquéfiant et le liquide adhérant à l'intérieur du four et y constituant un anneau*
Des recherchas plus poussées, cependant, ont abouti à la conclusion que l'accumulation de matière n'était pas le résul. tat de ce seul phénomène.
En fait, l'accumulation en anneau pro- vient du chauffage du minerai de fer (avec ses impuretés) et du fon- dant qui forme un laitier à une température Inférieure à celle requise pour calciner les pellets et les durcir par la chaleur.
On a donc envisagé de (supprimer la formation d'anneaux en éliminant du minerai de ter les constituants générateurs de laitier. Ce moyen, cependant, ne s'est pas révélé pratique. Comme il est
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nécessaire d'admettre la présence de constituante générateurs du laitier dans le minerai, il est très désirable que le fondant se trouve dans le pellet pour réduire le nombre de constituants différents à introduire dans le haut fourneau.
On a considéré pendant un certain temps que l'accumula- tion en anneau était inévitable, et on s'est attaché à rechercher 'des moyens permettant d'éliminer l'anneau. D'autres études ont révé- lé, cependant, que les formations les plus importantes d'anneau se produisent à peu près à 80 pieds (24 m) de la sortie d'un four du type industriel. On a trouvé qu'on ne disposait pas de forets permettant de couper l'anneau et cui puissent être commandés à plus de 40 pieds (12 m) de la sortie d'un tour à moins qu'on n'arrê- te d'abord l'installation pendant une certaine durée.
Le stade suivant des recherches à consister à essayer de fixer dans les pellets les matières créant un état liquide. Des estais ont établi que l'accumulation en anneau à l'intérieur du four est en fait causée par le laitier provenant des @@@ on en a conclu que si le laitier liquide (qui se forme avant qu'on atteigne la température requise pour durcir les pellets) peut être emprisonné dans les pellets sans pouvoir s'exsuder le problème de l'accumula- tion en anneau dans le four peut être supprimé ou atténué de façon à ne pas constituer un inconvénient significatif pour le fonctionne- ment de l'installation. On s'est donc attaché à mettre au point de* pellets composites satisfaisant à ces conditions et éliminant le problème ci-dessus.
Les pellets composites ne sont pas nouveaux en métallurgie et dans d'autres domaines, mais les pellets suivant la présente inven. tion, ainsi que le procédé et l'appareil pour les produire sont originaux par divers aspects qui n'ont pas été envisagés jusqu'à présent et qui ne sont pas évidents pour les spécialistes.
Un but de l'invention est de procurer de meilleurs pellets de minerai de fer autofondents qui évitent les problèmes cités et qui suppriment pratiquement toute exsudation de laitier liquida'
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Vers l'extérieur des pellets au cours de la calcination de ceux- ci pour les durcir.
Un autre but de l'invention est de procurer un procédé et un appareil perfectionnés pour fabriquer ces pellet.,.ce procédé et cet appareil constituant des progrès dans le traitement des minerait pour obtenir des formes plus utiles.
L'invention a pour objet un procédé de fabrication de pellets solides autofondants à partir d'un minerai de fer et d'un fondant en calcinant des pelleta 'verts humides forces d'avande, caractérisé en ce que les pellets verte comprennent un noyau intérieur de minerai de ter et de tondant et un revêtement exté- rieur de minerai de fer pratiquement exempt de fondant entourant le noyau.
De préférence, le noyau intérieur a sensiblement 3/8 pouce de diamètre (9,5 mm) et le revêtement extérieur sensiblement 1/16 pouce (1,6 mm) d'épaisseur.
Une forme préférée du procédé suivent l'invention est caractérisée en ce qu'on agglomère un mélange de minerai de fer et de fondant finement divisés en présence d'eau pour obtenir des noyaux humide, et on forme des pellets verts composites en tassant un revêtement extérieur de minerai humide pratiquement exempt de fon- dant autour des noyaux humides.
Le fondant est de préférence dispersé dans tout le mine- rai de fer du noyau intérieur, et le mélange constituant le noyau peut comprendre le minerai de fer et le fondant dans les proportions ; en poids de,32% de fondant et 68% de minerai de fer, de façon à assurer un excès de fondant sur la quantité requise comme fondant du minerai de fer dans le noyau.
Dans cette forme préférée du procédé, on comprime le revêtement extérieur autour du noyau de façon compacte? le rêve- tement dans une mesure telle qu'il ait une porosité qui. le rende perméable à la vapeur et aux gaz, malt pratiquement imperméable aux liquides ayant la viscosité du laitier fondu à une température
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d'environ 2200-2400*F (1205-1315"C).
En outre dans cette forme on sèche également de prétéron- ce les pellets verte à une allure de chauffage suffisante pour vaporiser l'eau du noyau mais insuffisante pour chauffer la vapeur N'échappant à travers le revotèrent extérieur à une température telle ou* la pression engendrée rompe le revêtement et, après que toute la vapeur ait été éliminée, on poursuit le chauffage des pelleta saches à une température supérieure à celle du séchage afin d'obtenir leur durcissement.
Ce chauffage poursuivi des pellets séchée est de prêté- rence continué jusqu'à ce qu'il... soit formé dans le revêtement extérieur un réseau pratiquement continu de grains d'hématite pon- tés sensiblement exempts de liaisons de laitier.
Ces opérations supplémentaires sont de préférence exécutées : (a) en établissant au moins une première, une seconde et troisième zones de chauffage des palets; (b) en transformant un grand nombre des pellets composites en une masse Mobile perméable au gaz, les pellets étant Immobiles les uns par rapport aux autres dans la masse;
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(c) en faisant passer la masse de pellets dans la prendre zone pour chauffer les pelleta à environ 500-900 ? (26O¯48C*C) afin de vaporiser et de chasser la vapeur d'eau à une allure plus réduite nue celle qui porterait la vapeur qui réchappe & une pression suffisante pour rompre le revêtement extérieur;
(d) en faisant passer la masse de pellets dans la seconde
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zone pour les chauffer davantage à environ 1600-180067 (870-980 C) et amorcer le pontage des grains adja- cents d'h&mat1t'J pull, (#) avant qu'un risfau continu de trains d'haute pont" soit formé dans tout -le reveteaMtt extérieur de chaque
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pelleta en désagrégeant la masse des pellets et en faisant passer sous agitation les pellets dans la troisième zone tout en les chauffant à des tempéra- tures supérieures à celles des première et seconde zones mais inférieures à celle du début de la fusion du minerai jusqu'à ce que les grains d'hématite for- ment un réseau pratiquement continu.
L'invention a également pour objet un appareil pour obtenir des pellets solides, autofondants à partir d'un minerai de fer et d'un fondant par le procédé de l'invention décrit ci-dessus qui comprend un dispositif pour agglomérer un mélange d'eau, de minerai de fondant finement divisés afin d'obtenir un noyau humide, un dispositif d'enrobage, relié au dispositif d'agglomération, pou." former un revêtement extérieur du minerai humide pratiquement exempt de Fondant autour du noyau, un four tunnol fixe en liaison avec le dispositif de revêtement et une grille mobile perméable aux gaz recevant les pellets et les amenant dans la tunnel et les déposant dans un four rotatif qui définit une zone de calcination finale,
l'appareil étant caractérisé en ce que le tunnel comprend des cloisons établissant une sone de séchage préliminaire, une sono de séchage, final et une zone de calcination préliminaire, une conduite de gaz reliant une portion du tunnel sous la zone de calci- nation préliminaire à une portion du tunnel au-dessus de la zone de séchage final et un second conduit de gaz relié à une portion du tunnel sous la zone de séchage final pour amener des gaz de cet endroit à la zone de séchage préliminaire d'ou les gaz s'échappât à l'atmosphère.
De préférence, la seconde conduite de gaz est relira à une portion du tunnel sous la zone de séchage préliminaire.
Le procédé de l'invention fournit des pellets durcis par la chaleur caractérisés en ce Que les noyaux intérieurs comprennent du fer et un fondant choisi dans le groupe fermé par le calcium et le magnésium, la plus grande partie du fondant étant unie au fer sous la forme d'une ferrite.
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De préférence, le revêteaent des pellets qui enfouie le noyau comprend un réseau pratiquement continu de grains d'hématite pontes sensiblement exempt de liaisons laitier.
Pour illustrer d'un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on prépare des pelleta verts composites liés par l'eau ayant 1/2 pouce de diamètre (13 mm) et comprenant un noyau de
3/8 pouce (9,5 mm) entouré d'un revêtement de 1/16 pouce (1,6 mm) d'épaisseur. Le noyau de 3/8 pouce (9,3mm) constitue environ 50% en volume du pellet composite. Le noyau intérieur est constitué d'un mélange de minerai de fer et de fondant et le revêtement extérieur est composa de minerai de fer sans aucun fondant. La ma- tibre utilisée pour le noyau est dans cet exemple un mélange de
32% de fondant pour 68% da minerai de fer.
Cette matière est broyée à une granulome trie telle que 100% passent au tamis de 14 mesh (le minerai étant un minerai de fer concentré) et roulée pour obte- nir des noyaux de 3/8 pouce (9,5 mm) de diamètre, Les noyaux sont ensuite roulés dans du minerai exempt de fondant pour appliquer un revêtement de minerai de fer sans fondant de 1/16 pouce d'épais- tour (1,6 mm) tassé perméable à la vapeur et au CO2 mais pratique* ment imperméable aux liquides ayant la viscosité du laitier fondu.
Les dimensions et les proportions décrites donnant des pellets composites contenant en poids 16% de fondant et 84% de minerai de fer, ce qui, pour le minerai de fer particulier considéré, est le rapport voulu pour alimenter un haut-fourneau en fondant non seule- ment les constituants siliceux du minerai de fer mais également ceux du coke nécessaires à la réduction (les cendres).
Les pellets dé- crits sont ensuite séchés à une allure de chauffage suffisante pour vaporiser l'eau du noyau intérieur et lui permettre de s'échapper à travers le revêtement extérieur mais insuffisant pour que la vapeur qui s'échappe atteigne une pression qui pourrait rompre le revè- tement. Ensuite, après que la vapeur se soit échappée, les pellets sont encore chauffés à una température supérieure à celle du séchage mais inférieure à celle dit début de fusion du minerai, afin d'assurer le durcissement du revêtement extérieur des pellets.
Il est dési-
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râblé de maintenir la temporaire maximum des pelleta au cours de ce durcissement final à environ 2200-2400 F (1205-1315*0) la tempéra- ture de début de fusion de la plupart des minerais de fer étant en effet d'environ de 2500 F (1370*C).
L'invention sera décrite en détail et illustrée à titre d'exemple par les dessins schématiques annexés et les miorophoto- graphies, oh
Fige l'est une photographie représentant l'intérieur d'un pellet durci par la chaleur suivant la présente invention, le pellet étant prêt à être utilisé dans un haut fourneau, et la photographie ayant été prise avec un grossissement de six; Fige 2 est une photographie représentant l'intérieur d'un pellet durci par la chaleur suivant une forme préférée do l'inven- tion, le'pellet étant prêt à être utilisé dans un haut fourneau, et la photographie ayant été prise avec un grossissement de six ;
Fige 3 est une photographie du pellet de la fig. 2 grossie 100 fois;
Fige 4 est une photographie du pellet de la fig. 2 ne représentant que le noyau grossi 200 fois; 'Fige 5 est une photographie du pellet de la fige 2 ne représentant que le revêtement, grossie 200 fois;
Fig. 6 est une forme d'appareil suivant la présente inven- tion; et, ,
Fige 7 est une tome d'un autre appareil suivant la présente invention.
,Se référant aux figs. 1 et 6, le procédé décrit peut être exécuté dans l'appareil de la fig. 6 afin d'obtenir des pelleta du type représenté par la photographie de la fig. 1. Celle-ci porte des références désignant le noyau (N), le revêtement extérieur (R) et une cabre qui *et en relief la quantité de laitier (L) du pellet et le faible degré d'exsudation du laitier. Cette figure sera déerite en détail après avcip décrit l'apparsil représenté à la fil. 6.
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La fig. 6 représente une trémie 1 qui est un réservoir de stockage pour un mélange de minerai de fer et de fondant qui peut ètre, comme dans l'exemple cité antérieurement, dans la proportion de 32% de fondant pour 68% de minerai de fer, en poids* Le minerai et le fondant de la trémie 1 peuvent être dirigés à une allure raclée vers un transporteur 2 qui amène la matière vers un tambour de pelletisation 3. Le tambour 3.est monté sur une rampe pour tourner (entraîna par un dispositif non représenté) autour de son axe central. Un tuyau d'amende d'eau 4 est prévu pour pulvériser de l'eau sur le minerai et le fondant finement divine dans le tambour 3.
Des gouttelettes d'eau tombant dans les particules finement divisées de matière solide forment de petits noyaux qui descendent dans le tambour 3 à mesure que celui-ci tourne. Ces petits noyaux croissent par rotation dans le tambour. L'allure de l'alimentation, la pente du tambour, la vitesse de rotation du tambour et la quan- tité d'eau admise sous la forme de gouttelettes dans le tambour sont les paramètres qui doivent être combinés pour obtenir la forma. tion déstrée des noyaux dans le tambour 3. Les noyaux sortant du tambour 3 sont tamisés pour obtenir les dimensions désirées, par exemple un diamètre de 3/8 pouce (9,5 mm).
Cette classification peut être effectuée en déposant les noyaux sortant du tambour 3 sur un tamis 5 qui dirige les noyaux de dimension appropriée vers un transporteur 6 et les noyaux trops petits vers un transporteur 7.
Les pellets trop petits déposés sur le transporteur 7 peuvent être recyclas de façon à être utilisa également.
Un revêtement de minerai exempt de fondant est tassé au- tour des noyaux pour obtenir des pellets composites en amenant par le transporteur 6 les noyaux,ayant les dimensions voulues dans un second tambour 10. Une trémie11 débi te du minerai de fer tant fondant qui est amené en quantités' réglées dans le second tambour 10.
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lit entrai tnapt de téfutant ni fdpiptl ?4tulibrutat sur toute la longueur du second tambour 10 par un transporteur à vis 12 monté dans un tube 13.
Le tube 13 est percé d'ouvertures
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14 sur toute sa longueur de façon à déposer la matière sur toute la longueur du second tambour* Dans ce second tambour 10, le minerai exempt de fondant est tassé en un revêtement extérieur autour des noyaux formés au préalable dans le tambour de pelletisstion 3.
Comme on l'a déjà mentionna le minerai exempt de fondant est tassé autour des noyaux dans une mesure telle que le revêtement extérieur reste perméable à la vapeur d'eau qui doit être chassée (comme explique plus loin) et au gaz carbonique engen- dré au cours des stades ultérieurs à décrire. Toutefois, le rêve- tement extérieur doit être suffisamment tassé pour être pratique- ment imperméable aux liquides ayant la viscosité du laitier fondu (environ 2200-2400 F, soit 1205-1315 C) existant également au cours des stades ultérieurs du procédé. Un tuyau d'amenée d'eau 15 est prévu à l'intérieur du second tambour pour ajouter de l'eau au minerai exempt de fondant sortant de la trémie 11.
Si elle est introduite dans le second tambour, cette eau doit être également introduite sur toute la longueur de ce tambour et doit être pulvé- risée dans 'le tambour plus finement que l'eau introduite dans le tambour de pelietisation 3. La raison pour laquelle l'eau intre- duite dans le second tambour doit être nous la forma d'un brouil- lard très fin est qu'on désire augmenter la teneur au anu de la matière dans le second tambour 10, sans y forcer des noyaux supplémentaires.
On cherche en feit à appliquer des revêtements (intérieurs aux noyaux formés préalablement dans le tambour 3. Les paramètre pour obtenir un revêtement ayant, par exemple une épaisseur de
1/16 pouce (1,6 mm) et tombant dans les limites de perméabilité décrites ci-dessus peuvent comprendre' la vitesse d'alimentation du second tambour, la pente du tambour, la vitesse de rotation;, et la teneur en eau do la matière de revêtement dans le second tam- bour. Ces paramètres peuvent être combinés pour obtenir un revête- ment qui corresponde aux limites de perméabilité décrites.
Les pellets composites forcés en appliquant un revêtement extérieur dans le aecond tambour 10 sur les noyaux formas dans
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le tambour de pelletisation 3 peuvent être déchargea du tambour 10 sur un tamis 17 qui classé les pelleta composites aux dimensions désirées, de 1/2 pouce (13 mm) de diamètre suivant l'exemple cite. Les pelleti composites de dimension approprié* passent du tamis 17 sur un transporteur 18 qui les amène dans un four de traitement 20.
Le tour de traitement 20, représenté sur le fig, 6, comprend une grille mobile 21 et un tunnel 22 comprenant des cloisons intérieures qui définissent une chambre de séchage 24 (température d'environ 500 F, soit 260 C, une chambre de calcina- tion 25 (températures d'environ 2200-2400 F,(soit 1205-1315 C) et une chambre de refroidissement 26. En dessous des chambres de séchage et de calcination 24 et 25 se trouve une chambre d'aspira- tion 30 et en dessous de la chambre de refroidissement 26 une botte à vent 31 dans laquelle un ventilateur ou une soufflerie (non repré- senté) introduit de l'air de refroidissement par une ouverture appro- priée 32.
L'air de refroidissement pénétrant dans la botte à vent 31 par l'ouverture 32 remonte à travers la grille 21 et à travers les pelleta qu'elle supperte pour passer dans la chambre de refroidissement 26. L'air de refroidissement passant par les pellets déjà calcinés se préchauffe et est extrait de la chambre de refroidissement 26 par une conduite 35. La conduite 35 comporte des embranchements 36 et 37 aboutissant aux chambres de calcination et de séchage 25 et 24, respectivement. L'air préchauffé venant de la conduite 35 dans l'embranchement 36 entretient la combustion du combustible introduit dans la chambre de calcination 25 par un ajutage 40; De l'air préchauffé passe également par l'embranchement 37 dans la'chambre de séchage 24.
L'air, et de l'air plus les gaz de combustion, sont aspirés vers le bas à travers la grille dans les chambres 24 et 25 et dans la botte à vent 30. Une ouverture 41 est prévue dans la botte à vent 30 qui aboutit à une conduite 42 reliée à une soufflerie d'aspiration (non représentée).
On décrit maintenant le fonctionnement de l'appareil
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arec référence aux pelleta du type représenté sur la tige 1. On dirige vers le transporteur 2 un mélange de minerai de fer et de tondant fixement divisés se trouvant dans la trémie 1. Le trans- porteur 2 'fait passer cette matière dans le tambour de pelletisa- tion 3. De l'eau finement pulvérise et injectée dans le tambour 3 par le tuyau d'eau 4 répartit des gouttelettes d'eau sur toute la longueur du tambour. Chacune de ces gouttelettes d' eau tombant dans la matière finement divisée introduite dans le tambour 3 forme un petit noyau qui est roulé par la rotation du tambour 3.
A mesure que ce noyau roule dans la matière finement divisée, il recueille des quantités croissantes de matière et acquiert un diamètre de plus en plus grand. Les différents paramètres de production cités plus haut ont été choisis pour obtenir des noyaux ayant les dimensions désirées et servant pour les pellets composites formé par cet appareil et dans le procède. Ces noyaux passent du tambour de'pelletisation 3 sur le tamis 5, les noyaux déposés sur le transporteur 6 ayant une dimension pratiquement uniforme. Le transporteur 6 dépose les noyaux dans le second tambour 10. La trémie 11 introduit du minerai de fer sans fondant finement divisa dans le tambour 10 animé d'un mouvement de rotation.
Les différents paramètres de production cité. plus haut ont été choisis pour que le second tambour 10 tasse un revêtement extérieur de minerai de fer sans fondant autour de chaque noyau. Les pellets composites ainsi formée passent du second tambour 10 sur un tamis 17 qui, à son tour, dépose les pellets composites de la dimension voulue sur le transporteur 18.
Les pellets verts composites liés par de l'eau ainsi formés sont amenés sur la grille mobile 21 et passés sous la forme d'une masse de pellets, les pellets individuels étant immobiles les une par rapport aux autres dans la masse, dans les zones 24, 25 et 26, Tendît que les pellets passent dans ces différentes zones, il! lent sachet préchauffés, calcines pour obte- nir des pellets résistants et refroidît finalement à des tem^ératu- tes auxquelles ils peuvent être manipulés,
Il faut veiller & ce que
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les pellets humide' soient séchés et préchauffai à une allure tutti samment lent* pour que la Tapeur d'eau (qui se dégage au cours du
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séchage) et l'anh1dr1d. carbonique (qui se dégage au cours du préchauffage) puissent si4chappbr à travers le revitement extérieur des pellets sans le rompre.
Onpellet réalisable industriellement à l'aide de l'appa- roll et suivant le procédé décrit est représenté sur la tige 1. Le pellet représenté sur la fig. 1 est noyé dans un bloc de Luette (matière plastique) puis coup4 en deux et photographié avec un grossissaient de 6. La fige 1 montre le pellet composite final qui. été soumis à un traitement. thermique pour conférer à son revêtement extérieur une résistance mécanique suffisante aux manipulations, au transport et au chargement dans un haut fourneau,
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Le pellet repxsent5 la fig.
lest produit suivant l'exemple cité c'est-à-dire qu'il a un noyau de 3/8 pouce de diamètre (9,5 mm) entoura d'un revêtement extérieur de minerai de fer exempt de fon- dant de 1/16 pouce (1,5 mm), d'épaisseur.
Pour que le revêtement extérieur ait la résistance mécanique voulue, ce pellet est chauffe à une température d'au
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moins environ x200F (12ü5Cj;, sais ne dépassant pas environ 2450*F (1345*C). La température du traitement final du pellet est maintenue au-dessous d'environ 2500 F (1370*C). La plupart des minerais de fer ont une température de début de fusion d'environ 2500*F (1370 C).
Si on porte le pellet à cette température, même les Impuretés du revêtement extérieur exempt de fondant forment un laitier liquide, *près refroidissement, il se formerait ainsi une
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liaison due au laitier (c'eat-à-dire au silicate de calcium qui donnerait un pellet plus solide, mais offrant divers inconvénient$.
En premier lieu, une phase liquide près de l'extérieur de pellet, est précisément ce que l'invention cherche à éviter.Cet
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état liquide abouttps4nt à l'ls,lom6rfttton par le ;$mer résulte in um faible parasité (pou de viddt Internes), et qui rend plu difficilt 18 réduction au haut fourni au, En OU"" la Haitcn pa.
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le laitier à l'extérieur des pellets entraîne une agglomération considérable des pellets en grappes et peut également conduire à la formation d'un dépôt sur la surface intérieure des fours. Dans l'intervalle de température cité, le revêtement extérieur acquiert une grande solidité par pontage intergranulaire de grains d'héma- tite à l'état solide.
Cette réaction se produit à environ 2200- 2450 F (1205-1345*0). Ce pontage des grains dans le revêtement extérieur assure non seulement la résistance mécanique recherchée, mais également une résistance à l'abrasion supérieure à celle de pellets liés par du laitier qui sont plus durs mais plus cassants, et se forment à des températures plus élevées..
Toutefois, dans l'intervalle de température cité, la matière dans le noyau des pellets contenant du fondant passe en phase liquide, généralement entre 2200 et 2270 F (1205-1245 C).
Cette phase liquide n'existe donc que dans le noyau et le procédé et l'appareil décrits permettent de retenir en substance cette phase liquide à l'intérieur des pellets.
La mesure dans laquelle ce laitier liquide formê dans le noyau des pellets pénètre le revêtement extérieur est montrée sur la fige 1 par une ombre nettement visible. Il convient de noter que cette ombre indique que le laitier liquide est pratiquement retenu à l'intérieur des pelleta, une très faible exsudation appa- raissant à la surface des pellets composites. La photographie de la fige 1 représente le pellet dans la position ou 11 a été soigneuse.. ment maintenu au cours du traitement thermique. Ainsi, la partie inférieure du pellet accuse une pénétration de laitier un peu plus grande à la périphérie par suite des forces de gravité exer- cées sur le liquide.
La pénétration réelle à travers le revêtement extérieur est évidemment petite et peut, dans de nombres cas, ne pas constituer un inconvénient industriel.
L'exsudation relativement faible de laitier liquide à tra- vers le'revêtement extérieur ressort également d'un examen de la fig. 1 où on peut voir un petit mamelon 45 à la gauche du pellet.
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Ce mamelon 45 unissait le pellet représenté à un autre pellet (non représenté) issu du même traitement thermique, et oui se trouvait un peu plus haut à gauche, Le contact physique entre le revêtement extérieur du pellet représenté et un autre pellet trai- té en même temps existe donc et une légère exsudation de laitier provenant du pellet supérieur , bon représenté, a provoqué la forma- tion d'une liaison en 45 avec le pellet de la fige 1. Cette liaison est relativement faible et les deux pellets se séparent facilement après leur enlèvement du tour.
Une légère tendance des pellets à adhérer entre eux de cette manière ne constitue pas un inconvénient industriel sérieux parce que les pellets peuvent être facilement péparés. La plupart de ces adhérences disparaissent simplement au cours des manipulations normales deu pellets. lorsque les adhérences résistent aux manipulations normales, les concasseurs ordinaires suffisent amplement pour séparer les pellets.
La forme de l'invention qui vient d'être décrite consti- tue un progrès important dans ce domaine* Cependant la forme de l'invention qui sera décrite ci-après est un progrès encore plus important. Cette forme de l'invention est décrite avec référence aux figs. 2, 3, 4, 5 et 7. Une comparaison du pellet de la fig.l. avec le pellet de la fig. 2 montre la nouvelle amélioration résultant de la forme décrite ci-après. Les références faites ci-après se rapportent aux figs. 2 à 5 inclus. Toutefois, le pellet de la fige 2 accuse une rétention beaucoup plus complète du laitier à l'intérieur du pellet ce qui se traduit par une limité très nette et bien définie entre le noyau et le revêtement extérieur du pellet.
On y reviendra après discussion de la fige 7,
Sur cette fige 7, on peut voir un appareil comprenant une trémie 51? un transporteur 52,- un tambour de pelletisation 53, un tamis 55, des transporteur*! 56 et 57, un aecond tambour 60, une trémie 61, un tamis 67 et un transporteur 68. Tous ces éléments de machine sont semblables au point de vue construction et agence-
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ment aux éléments 1 à 18 de la fige 6. La matière première est manipulée de la même façon. Le minerai et le tondant sont pré- parés et mélangés de façon semblable et amènes par la trémie 51 sur le transporteur 52.
Le transporteur 52 fait passer le minerai et le fondant dans le tambour de pelletisation 53 où les noyaux de pellet composite se forment et sont déposés sur un tamis 55.
Les noyaux de dimension appropriée déposés sur le transporteur 56 passent dans un second tambour 60. Un revêtement extérieur est tassé-autour des noyaux dans une mesure suffisante pour permettre le dégagement de la vapeur d'eau et de l'anhydride carbonique en s'opposant au passage de liquides tels que le laitier liquide (à 2200-2400 F soit1205-1315 C). Ces pellets composites sont déposés sur le transporteur 68 pour passer dans un four de traitement 70.
C'est à ce point que la forme de l'invention décrite diffère sensiblement de la forme précédente. Le four 70 est d'un type très différent et fonctionne différemment du four 20 de la fig.
6. Le procédé de traitement thermique et le produit obtenu sont également différents, comme on l'indiquera en détail dans la description suivante.
Le four de traitement 70 comprend des éléments qui défi- nissent quatre zones de traitement séparées. Le tunnel 72 et les cloisons intérieures 73 définissent trois zones 74, 75 et 76, tandis qu'un four rotatif 77 définit la quatrième zone 78. La zone 74 est une zone de séchage préliminaire, la zone 75 une zone de séchage final (températures environ 500-900 F soit 260-480 C), la zone 76 une zone de précombustion (températures jusqu'à environ 1600-1800 F soit 870-980 C), et la zone finale 78, une zone de calcination finale (températures jusqu'à environ 2200-2400 F soit 1205-1315 C).
Le dispositif représenté définissant ces zones convient particuliè- rement pour traiter des pellets verts liés à l'eau introduits dans ce four à L'état très humide. Dans de nombreuses, sinon la plupart
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des installations, la zone de préséchage 74 peut ne pas être requis* Afin de décrire un appareil capable de fonctionner dans les condi- tions les plus difficile , on décrira ci-après un four 70 muni d'une zone de préséchage 74.
Les pelleta composites provenant du transporteur 68 sont entraînés dans les trois zones situées à l'intérieur du tunnel 72 par un transporteur 81 laissant passer les gaz* Les pellets sont déposés sur le transporteur 81 de la mené manière que sur le transporteur 21 de la tige 6. C'est-à-dire que ces pellets se déplacent sous la forme d'une masse par les zones 74, 75 et 76, les pellets individuel* étant immobiles les uns par rapport aux autres dans cette masse en mouvement. Du transporteur 81, les pellets passent le long d'une rampe 82 et dans le four rotatif 77. Les pellets passent du four 77 dans un dispositif de refroi- dissement représenté en 83.
Il existe de nombreux types de dispositifs de refroidissement qui peuvent être utilisés suivant les dimensions de l'installation. Le dispositifde refroidissement 83 est de construction relativement, simple et peut convenir pour des opérations à petite échelle. D'autres types connus d'appareils de refroidissement peuvent être utilisas pour des Installations plus grandes. L'appareil. représenté comprend une tour verticale rotative 84 contenant une colonne descendante de pellets sortant du four 77.
Une soufflerie 85 souffle de l'air de refroidissement ascendant à travers la colonne descendante de pellets afin de refroidir les pellets et de préchauffer l'air ascendant qui est admit dans la hotte 86 du four 77. Les pellets sortant à l'ex- trémité inférieure du refroidisseur 83 peuvent être décharges de l'installation de la manière désirée.
Da brûleur 90 traversant la hotte 86 entretient la flamme dans le four 77. Les gaz chauds passent dans le four 77 et la zone 78 qui y est définie, puis dans la zone 76 dans le tunnel 72. De la zone 76, les gaz chauds sont aspirés successivement à
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travers les' pellets et le transporteur 81 dans une ixaite d'aspi- ration 91 en dessous de la grille. De la botte d'aspiration 91, les gaz chauds passent par une conduite 92 dans la zone 75. Là, les gaz chauds descendent une seconde fois à travers les pellets du transporteur 81 et sont recueillis dans une seconde botte d'aspi- ration 93.
Les gaz chauds passent de la seconde botte d'aspiration 93 par une conduite 94 qui dirige ces gaz vers une botte à vent 95 en dessous de la zone 74. Les gaz chauds remontent alors à travers les pellets de grille mobile 81 dans la zone 74 et sont aspirés par une conduite 96* Le courant de gaz peut être favorisé par une soufflerie d'aspiration (non représentée) qui aspire les gaz dans la conduite 96.
Dans la forme représentée à la fig. 7, comme on l'a men- tienne préalablement, on a supposé que les pellets sont très humi- des et doivent être séchés en deux stades. Dans un appareil exécutant ce séchage en deux stades, les pellets verts déposés sur la grille mobile 81 passent dans la zone 74.
Tandis que les pellots passent par cette zone de séchage préliminaire, les gaz chauds remontent à travers les pellets sur la grille et sortent par la conduite 96. Lorsqu'un* sont de séchage préliminaire est prévue, comme dans le cas décrit, parce que les pellets sont exceptionnel],*- ment humides, il est préférable que les gaz passant à travers les pellets dans la première sono remontent eau lieu de descendre, comme on le décrire par la suite, pour le séchage final et le. précalcina- tion.
La raison de ce séchage ascendant préliminaire dans la première zone est qu'il est nécessaire d'entrainer un maximum d'ean des pellets dans les premières couches de pellets de la grille et d'exécuter cette opération aussi rapidement que possible.
Si l'on utilisait un courant descendant de gaz dans une première zone pour un séchage préliminaire de pellets très humides, il en résulterait une concentration encore plus important d'eau à la partie inférieure ;
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de la masse de pellets et, dans ce milieu très humide, les pellets verts relativement peu solides pouffaient être facilement écrasés.
Ceci détruirait non seulement la forme et la composition qu'on a tenté d'obtenir, mais la perméabilité de la masse de pellets sur la grille s'accumulerait et le courant de gaz ne pourrait traverser la masse de pellets. Pour cette raison on profère utiliser .un courant ascendant de gaz passant .dans une première zone de séchage lorsqu'on traite des pellets très humides.
Dans une zone de aménage final 75 (qui, dans de nombreuses installations, peut être la première zone sur le transporteur 81) les pellets sont entraînes dans la zone et les gaz de séchage sont diriges vers le bas travers les pellets se trouvant sur la grille mobile. Il y a lieu d'effectuer la majeure partie du séchage des pollets avant de les laisser quitter cette zone. Ainsi, enagissant de façon appropriée sur la vitesse du transporteur 81, les pellets doivent être séchée complètement mais suffisamment lentement pour que la vapeur d'eau puisse sortir des pellets sans rompre le revêtement extérieur. Le. 'pellets secs sont amenas alors dans la zone de précalcination 76.
Pans cette sono de préonlcination, la température des pellets est suffisamment élevée pour que la magnétite éventuelle du Minerai de fer soit thermiquement transforme en hématite. Cette transformation se produit à environ. 1600-1800*? (870-980 C). Bile peut être symbolisée par l'équation 4Fe3O4 + 92#6Fe2O3. Le pelleté pénétrant dans la zone de précalcination 76 sont secs, maie ont peu de résistance Mécanique. On doit leur conférer une résistance mécanique suffisante dans la zone de précalcination pour qu'ils puissent passer dans la zone de calcination finale où ils sont barattas.
Au moment où les pellets dans la zone 76 atteignent 1600 F, (870 C),la magnétite éventuellement présente est au moins superficiellement oxydée en hématite.
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Le chauffée des particule. d'hématite à cette température provoque l'agglomération des graina individuels d'hématite dans le revêtement extérieur par développement des graine et pontage in- tergranulaire à l'état solide sans aucune réaction avec la silice ou la fondant en présence (le fondant ne sa trouvant que dans le noyau), Après que les grains individuels aient commencé à former ces pont, dans le revêtement extérieur, mais avant qu'un réseau complet de grains pontés ait été obtenu,
la masse de pelleta dans la zone 76 est désagrégée et introduite dans la sono 78 du tour
77 où les pellets sont barattât au cours du traitement thermi- que finale On verra plus loin avec référence aux photographies comment ce pontage se présente.
L'appareil et le procédé doivent être réglés de façon à assurer l'amorçage de la formation de ces ponts, mais il est éga- lement important que la masse de pellets soit désagrégée avant qu'un réseau complet de grains pontés ait été obtenu. Un revête- ment extérieur dense autour du noyau permettant de retenir pres- que entièrement le laitier liquide dans le pellet n'est obtenu que si la formation finale de ce réseau se produit alors que les pellets roulent et sont agités dans le tour 77.
Les températures nécessaires pour transformer la magné. tite en hématite, amorcer le pontage des grains et donner auk pellets une résistance suffisante au roulement et au barattage ne sont pas tout à fait suffisantes pour provoquer la liquéfaction des constituants du laitier. Si le roulement et le barattage des pellets sont commencés avant que le pontage des grains soit èom- plot et avant que la phase liquide des constituants du laitier apparaisse, on obtient des pellets de très haute qualité du type représenté sur la Fig.2.
Du fait du roulement des pellets, lâ force de imité exercée sur le laitier liquide et attirant se- lui-si à travers le revêtement extérieur (comme dans le cas du pelle' de la Fig.1), nient pas appliquée à un endroit unique,mais neutralisée par la rotation des pellets, Cetta rotation a pour effet de neutraliser la gravité et, si on se réfère aux mi-
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crophotographies, on constate que le laitier liquide ne sort pra- tiquement pas du noyau intérieur.
En même temps que la force de gravité est ainsi neutralisée par le roulement des pelleta, le roulement et le barattage des pelleta ont également pour effet de rendre plus dense le revêtement extérieur des pelleté par mar- telage tandis que le réseau de grain% pontés est encore en voie de .formation. Dès que le réseau- a été entièrement forme, il est trop tard pour obtenir cette action. L'importance du choix du moment opportun du transfert des pellets de la grille au four est donc évidente. Les phénomènes qui ont été discutés Jusqu'à pré- sent en rapport avec l'appareil représenté par la Fig.7 seront discutés ci-après en se référant aux microphotographies des Fies* 2 à 5.
La Fig.2 est une photographie grossie six fois et le pellet photographié a sensiblement les mêmes dimensions que celui de la Fig.1, c'est-à-dire un noyau (N) de 3/8 pouce (9,5un) en- touré d'un revêtement extérieur (R) de 136 pouce (1,6 mm). Ce pel- let représenté par la Fig.2 montre clairement le degré élevé de rétention du laitier liquide à l'intérieur du noyau et également la densité du revêtement extérieur. Le revêtement extérieur du pellet représenté par la Fig.2 était au début tout aussi épais que celui du pellet représenté par la Fig.l. La Fig.2 montre cepen- dant que ce revêtement extérieur a, été rendu plus dense de sorte qu'il est sensiblement plus mince que celui de la Fig.1.
Des opé- rations en usine pilote ont établi-qu'il ne sortait pratiquement pas de fines du four, ce qui indique que cette réduction d'épais- seur du revêtement extérieur est due au fait qu'il est devenu plus se et non àuneabrasion du revêtement extérieur.
Pour montrer plue clairement encore la séparation nette entre le moyau intérieur et le revêtement extérieur et l'absence de pénétration du laitier du noyau intérieur dans le revêtement extérieur le pellet représenté par la Fig.2 a été photographié au grossissement 100 (Fig.3) su lieu de 6 comme sur la Fig.2, Cette photographia de la Fig.3 entre la réparation très nette entre
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le revêtement extérieur (R) de minerai de fer exempt de fondant et le noyau (N) de minerai de fer et de fondant.
La Fig.5 est une photographie d'une partie du revête- ment extérieure du pellet des Figs. 2 et 3, grossi 200 fois. A ce grossissement, le pontage intergranulaire des grains d'héma- tite dans le revêtement extérieur est nettement visible. Bien que la photographie ne permette pas la reproduction des volumes à l'aide de deux dimensions, la Fig.5 montre comment un réseau pratiquement complet de grains pontés se forme pour donner au pellet la résistance mécanique désirée.
La Fig.5 montre nette- ment l'aspect du pontage des grains et indique donc nu spécialis- te comment il peut reconnaître le moment où les pellets doivent être envoyés du transporteur 81 dans le four 71, le traitement thermique dans la zone 76 devant se poursuivre sans . barattage des pellets jusqu'à ce que le pontage des grains commence., mais non jusqu'à ce qu'il toit pratiquement achevé, comme représenté par la Fig.5. Après que cet état minimum ait été atteint nuis avant que le réseau complet soit obtenu, les pellets doivent pas- ser dans la zone de barattage où le réseau peu., continuer à se développer complètement avec les avantages inhérents à ce dévelop- pement.
La Fig.4 est une photographie du noyau du pellet repré- senté par les Figs. 2 et 3, mais grossie 200 fois. La Fig.4 de même que la Fig.3 montrent clairement la configuration circulaire qui indique la présence de ferrite de calcium plutôt que de sili- cate de fer. C'est là une caractéristique très importante de l'in- vention parce que les ferrites (ferrite de calcium et de magné- sium) sont facilement et rapidement réduites dans un haut fourneau, libérant ainsi le fondant qui peut se combiner avec les silicates du revêtement extérieur des pellets. D'autre part, les silicates de fer sont difficiles à réduire dans le haut fourneau.
Bien que le mécanisme exact de cette caractéristique importante et de ce progrès ne soit pas entièrement élucidé, on peut admettra on
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théorie que les ferrites se forment plutôt que les silicates de fer en raison de l'excès importait de fondant dans le noyau intérieur. Bien qu'on introduire dans le noyau intérieur une quantité suffisante de fondant pour la silice non seulement dans le noyau intérieur mais encore du revêtement extérieur (et les constituante siliceux du coke introduit dans un haut fourneau) la silice est répartie dans tout le pellet composite, ce qui si- gnifie qu'environ 30 à 35% seulement de la silice se trouvent dans le noyau intérieur où se trouvent 100% du fondant.
En outre, il est important que le fondant servant à former le laitier ( et son calcium) soit complètement retenu dans le noyau intérieur et ne puisse pénétrer dans le revêtement exté- rieur. Lorsque le fondant, le fer et la silice sont présents dans le laitier fondu, la silice (et l'aluminium également) s'unissent au fondantplutôt qu'au fer. Mais dans le cas présent, la si- lice dans le noyau 'unit au calcium (du fondant) et laisse un excès considérable de calcium. Ce calcium en excès sur la-' . la silice se combinera alors avec le fer pour former la ferrite de calcium désirée.
Il ressort donc de la description qui précède que le procédé constitue un nouveau moyen perfectionné pour produire de meilleurs pelleta autofondants de minerai de fer et atteint par conséquent les bute de l'invention.