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Réduction de minorai de fer finement divisé dans un réacteur à solides fluidisés
Le haut fourneau est toujours le moyen le plus .économique pour faire fondre du fer dans des endroit. où le charbon de cokéfaction et du minerai de fer de bonne qualité en morceaux sont disponibles sans frais excessifs de transport. Toua :
Les endroits ne présentne pas ces avantagea. De plus, on rencontre d'autres problèmes du fait du prix croissant du minerai de fer en noreau et du fait de la disponibilité croissante de substnces de minerait qui, bien qu'ayant une teneur élevée en fer (ayant ou après la réduction), sont néanmoins sous une forme finement divisée ne convenant pas pour l'utilisation dans un haut fourneau. De nombreux travaux ont été consacrât pour trans- former ces minerais ou ces dérivés de minerais en Basset cohérentes, qui ne sont pas entraînées en dehors du four avec l'air de soufflage.
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Il existe des endroits où il n'y à pas de source de
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charbon de cokútdction, mais où un combustible galeux* corne pnr exemple du gaz naturel ont abondant et bon marché tandis que l'on peut abtenir. daa Minerais, en particulier des ninornio finement divines* à un prix modère. Cea con-' sidérations ont conduit z d'importantes recherchée en vue do ruduire des minerais de fer dans des r4açteuro à solides fluidioto, au moyen de cas réducteurs.
On et m.ac au point différente procèdes , y compris ceux dans lesquels les Cas de traitement sont roolo16u et traités dans un système ferma de reoyolocet do m8mo que ceux où les gaz de traito- mont sont envoyas une seule fois à travers le facteur.
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Loo proalrd6a du premier type exigent généralement des investissements très élevés , en particulier étant donné
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qu'il faut traiter les gaz à la fois à l'intérieur et à l'extérieur du système de recyclage les procèdes, du daux3,é me type ont 6ga1eont nécessité d'importante investissements; de plue, ils présentent l'inconvénient supplémentaire de former d'importantes quantités de gaz résiduaires, qui doivent 8tre utilisée ou évacues ailleurs.
L'objet fondamental de la présente invention est de
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prévoir un procéda du deuxième type d'une efficacité '8UpÓ- rieur. et, par conséquent, moins coûteux que les autres procédés do ce genre et ce, pour différentes raisons, mais
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plus particulièrement du fait que toutes les valeurs combu8 tibleo des gaz utilisés sont exploitées dans le procédé lui-même
Un autre objet fondamental de la présente invention cet de prévoie un appareil permettant de réaliser le but
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décrit et impliquant, par unité de production 'de 'fur, moins d'investissements que ceux requis jusqu'à présent.
Ces différents objets,ainsi que d'autres,qui
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seront décrits ci-après ou que l'homme de métier ré attira
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@ à la lecture de la présente.spécification, sont réalisés par un procédé et un appareil, dont on donnera présent
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une forme de réalisation, à tîtro'd'exemplet Le dessin en annexe est une illustration schématique de l'assemblage de l'appareil.
Il est entendu que toute le description ci-. après doit être considérée comme un exemple de mise en oeuvre de la forme de réalisation préférée de 3. invention,
Le procède comprend 1* utilisation d'un combustible,
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cazeux noua pression. Le combustible sera normalement du Gaz naturel constitua escentïollement de méthane, bien que, s'ils sont disponibles, on puisse utiliser d'autres'' ' , Gaz h;ydrot3arboné,a, comme par exemple liùthant, le .butane, le propane et leurs .mélangea
Il est souhaitable de maintenir, dans le réacteur,
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une pression de 25 à 100 p.a.i.a.
(1,75 à 790 kg/OM2) Le gaz naturel peut être obtenu sous ces pressions, mais
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. on peut augmenter la pression de l'un ou l'autre cas d1.PO nible en utilisant une pompe. Pour certains gaz naturels, il est souhaitable do les faire.passer tout d'abord par
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' un appareil do dd'31,111'urrttion, indiqué danc le doen1n par la chiffre 1. Inanfreil de désulfuration peut 8tre l'un ' ou l'autre type connu dans la technique, comme par exemple (sans aucune limitation) un appareil de d.'BUI±Qration, où l'on emploie de l'oxyde de fier.
La t,,,z 130UO pression est ensuite envoyo dans un 6r.én(rateur à vapAur-mthnne 2, où l'on emploie un O t,. lyseur, de façon connue dans la technique. Le combustible, punutrant çii >t est ,'oral';' pour chauffer les eue dane le rfeÓn[nteur ot pour. former la chaleur endotheraique requise de la réaction. Des serpentins ou des tubes 4, pr6':' vus dnc la partie supérieure du ré6l'n!:ratour, forment une chaudière. Lorsque l'eou est introduite dane les Ber" pontinst il ce tome de la vapeur, dont une certaine partie
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est envoyée au régénérateur, avec le gaz naturel, par une conduite 5.
La vapeur en excès peut être soutire en 6 et elle peut être utilisée pour le chauffage bu pour la formation de puissance. ' ,
Dans le régénérateur de vapeur-méthane , le gaz naturel est transforma en gaz ayant un pouvoir'réducteur
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élevé, vis-à-vis de l'oxyde de fer, à la température appro.. priée, pour autant que la teneur en humidité soit suffisais** ment basas* Le système le plus efficace pour sécher les gaz, consiste à employer un dispositif de refroidissement des gaz 8où les gaz dont refroidie, avec de l'eau, à une
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température d'environ ,dt7 (',7"aj ave condensation d'humidité.
Une composition typique, mais non-limitutivo des gaz après le refroidissement est la. suivant. , 9 9 de 002t 15,1 de 00, 70,9 de X29 4 â ,'à' de ü0, b,2 % de C4 et Z de N26 Avant de l'envoyer dans le réacteur, 11 est nécon- saire de chauffer le gaz de traitement à une .température d'environ 1600 ï (8y!eO), A cet effet, on représente, dans le dessin, un four de préchauffage 8, où l'on utilise un. combustible pénétrant en 9 Les gaz sont entraînés vers un réacteur 10 par une conduite 11
Le minerai de fer finement divise, habituellement reçu à l'état humide, passe tout d'abord par un four de séchage 12, puis par un tamis 15.
foutes les matières qui no peuvent passer à travers le tamis sont envoyées dans un broyeur 14, où elles sont concassées, puis elles sont ame-
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nées à un deuxième tamis 15o Pour le ooncassage, on peut, , employer n'importe quel broyeur approprié, y compris les:
. , broyeurs à barres, les broyeurs à boulets, à marteaux et analogues Pour les matières ne passant pas par le deuxième
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tamis 15$ on prévoit une conduire de retour lb arrivant l'entrée du broyeur* Seules les matières pouvant passer
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a travers lea tamis oont amendes, par une conduite lyt à un dispositif de préchauffage de minerais 16 les diratn- aiona des mailles des tanin peuvent outre choisies par l'honno de métier en fonction des conditions de fluidii**1
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tien rozoantrt,es.
rabituallaant, on emploie des bute à W mailles tanin on peut (clément ol%oioir de plus grosses ou de plus votiten mailles$ Dtina le pr6chauffeur de Minerait! ou les subatancon de ninorod finement d.i v.a6aa sont xcuai- nos ô une agitation continue ou à une fluidiaationt les matidroo Dont olmutl4r è une température d'environ 1100 à 1300*jf (>93 à Par combustion directe d'un oombua tible avec de l'air* L'air pénètre en 19 et If combustible on 20< te minerai pr;chnutté est amené par une ou plusieurs conduites appropriées 21, dans la partie supérieure du ruacteur 10.
Lu moyen de distribution comprend une ou plan siouro trectiea d'arrdt 2Zt ayant pour but de mettre le mi- nacrai chauffu noua pression} de façon à le transporter
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dune le réacteur n'importe quel extracteur approprie de
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(Sa:! 22a peut être introduit entre le pr4chauffeur de mine- rut et les trémies d'arrêt, afin d'empaoher l'ttaoaphere du ruaoteur d'être contaminée , par l'atmosphère régnant dans le prcohauffeur du minerait L'atmosphère du réacteur est fortement rêductrioe$ tandis que l'atmosphère du pr6-
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chauffeur de minorai est habituellement oxydante, pour
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autant que l'on dusiro une combustion complète du combue-
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tibia.
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ib.e.
,ari qua, dane dessins d3,str.btt.oa , daa m.l.i
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Bien que, dans le dessin, la distribution des mine** rais s'effectue par des conduites, il est entendu que cette distribution put également s'effectuer par n'importe quel
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mécanisme appropria de transport et de levage que ce aoit
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un système mécanique, comme par exemple des élévateurs à
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godets ou des moyens de distribution A gaz tous pression* de mgme que des moyens de distribution par gravi
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Comme on l'a indiqua, les gaz traita pénètrent dans
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le ruaotour 10 A une température habituellement comprise entre 1400 et 1700*P (7GO et 927*0). Dans le dessin, oint a roprcoont;''. un seul réacteur à plusieurs lits.
On peut ucaloncnt employer plusieurs réacteurs de ce centre ou encore don r-f acteurs à simple lit, relias en parallèle ou en oerio.
Dansa cortaltin eauµ on peut utiliser don diopoeitifs de fluidination fonctionnant d'appas le principe des Bôptura- tours à cyclone. La caractéristique essentielle réside dans le fait que les gaz réductoural portos à une température api)ropriùol entrent en contact intime avec toutes les par- tioa des oubatanooa des minerais se trouvant dans les réacteurs ou dans le syctéme de réacteurs de façon qu'il puisse se produire Une réduction efficace,
Les Cas résiduaires du réacteur sont amendât par une conduite 23, à un dispositif de refroidisseMent 24, pouvant être à nouveau un dispositif de refroidissement, où l'on utilise de l'eau,
Les gaz refroidis seront utilises pour refroidir le minerai sortant du réacteur 10 Les minerais réduits sont amenés par une conduite 21 à un
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dispositif de refroidicocmont 26à Le dispositif do refroi- dissontent des Cas 24 aura pour but, non seulement de refroi- dir les gaz résiduaires à la température, à laquelle ils peuvent être utilises pour refroidir le Binerai une
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température inférieure à la température de reoxydation, Mais également pour éliminer, des gaz résiduaires, 1'humi
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dite abcorbue pendant la réduction.
Bien qu'ils ne soient pas fortement réducteurs, les gaz refroidis à une teBp6ratu- re d'environ 1000? seront du moins neutres, de façon à prot6Ger les matières réduites.contre la réoacydation.
Le dispositif de refroidissement des minerais 26 peut être un appareil de fluidisation de l'un ou l'autre
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dots typen décrits oi-dessus, ayant pour but de mettre les
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matières réduites chaudes en contact intime avec les gaz froids et lavés, essentiellement inertes. le minerai sera refroidi d'une manière adéquate, s'il est mélangé intimement avec un volume suffisant des gaz refroidie.
Ce mélange peut âtre, réalisé de diverses manières. Une de ces dernières consiste à mélanger le gaz et les minerais réduits dans la.conduite 25; à cet effet, dans le dessin,- on représente une conduite 25a en vue d'amener les gaz
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refroidis dans la conduite 2,., On peut prévoir une trémie d'arrêt 25b pour permettre la réduction de la pression ' du gaz sur le minerai, sans influencer la pression régnant dans le réacteur et, si le minerai est refroidi en le mélangeant avec les gaz dans un appareil du type à condui- te, comme par exemple en 25, l'appareil 26 peut être co sidère comme un séparateur à cyclone ou analogues, servant à séparer la matière réduite du courant do gaz,
La température minimum de r6oxydation variera avec 'le type de minorai traité dans le système! toutefois, du
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ter réduit à 1400*ï (y6O U) à partir d'une bonne qualité choisie parmi de nombreux.minerais finement divises, ne se r6oxydera pas s'il est en'*dessous d'environ 500'F (260*0), lorsqu'il est exposa à l'air. Le refroidissement complumentaire du minerai réduit peut 3tre effectua en utiliaunt, dans le système, un serpentin de retro1d1acemont à l'eau.
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LorDu1ila sont réduits , on a4pare 6gQlomont aieeaents
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certains minerais dos in!purot6s non-mam6tîques par des ' moyena Nacn'itiquea Un pt-parateur maCn6tique ont ropp4aentê on 28.
La acparaLtio magnttique peut 8tro effogtuée à liaipt pour autant quo Ion m4tiÙroo rÓdu1to8 soient enedennous de la tomp,rature de r6oxYdation. Sinon, le $6parateur macn6- tique sera plac<5 dan<9 une otmoapl1Qre prottotricé, Lea ruaidus do la-matière réduito sont évidomaent retirés du
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système, en 29, et la matière réduite finement divisée peut être amenée, par) un moyen 30 à une presse de bri- quetage 31 Pour la. plupart des utilisations, les briquette! seront fondues dans un four approprié , comme par exemple .
,un four à arc électrique (non représenté), A partir de ' minerais de bonne qualité, comme décrit ci-dessus, on peut aisément former un produit contenant 94% de fer avec une teneur en silice inférier à 3 . Pour les matières rédui tes ne réagissant pas convenablement à la séparation magné- tique, l'élément 28 de l'appareil peut $tre supprimé.
Les gaz refroidie quittent le dispositif de refroi- dissement ou le séparateur en un point indiqué par 32 d'où ils sont amenée, par des conduites (non représentées) à un deuxième système d'épuration de Gaz (non représenté) , puis aux différente endroits du système, où il faut du combustible.
Par exemple, le combustible introduit en 3 dans le régénérateur 2 à vapeur-méthane, le combustible utilisé en 9 dans le four de préchauffage 8, le combustible utilisé dans le four de séchage 12 et le combustible intro- duit en 20 dans le opréchauffeur de minerai 18 peuvent être tous fournis à partir des gaz résiduaires sortant du dis- positif 26, en 2. On a trouvé que les conditions requises du système au point de vue combustible permettaient d'uti- liser tous les gaz résiduaires disponibles en 32.
Etant donné que, dans chaque cas, on a une combustion complote du combustible dans le régénérateur à vapeur-méthane, le four de préchauffage des gais, le tour de xéchage et le préchauffeur de minerai, ce système exploite pleinement, dans dos opérations utiles, toutes les valeurs combusti- bles dos Gaz résiduaires et il ne se forme aucune quantité excessive do Gaz résiduaires devant être évacués ou utili- sés ailleurs.
Dès lors, l'efficacité thermodynamique du système @
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ont très Olevûo et supérieure à colle des systèmes connus jusqu'à présent. Toutes les opérations dooritee sont utiles pour former le produit réduit de la Manière spécifiée.
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Woutofoio, le oystàmo ne comporte aucune perte importante do chaleur, sauf aux deux dispositifs de refroidissement
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V et 24.
Le système est conçu pour traiter n'importe quel minerai de fer nous forme finement divisée. Toutefois, on
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ne sort ru1looont du cadre do l'inventioi psi l'on mélange certaines oubatances avec le minerai à traiter* Par exemple, avec, lus minerais de fer finement divisé , on peut utiliser un fondant, oomme par exemple Lu calcaires Aux tomp'6raturen envicagueo, il ce produit peu de perturbation. par suite de collage ou do frittage de matières réduites dans le réacteur ou ailleurs.
Les produits réduits de certaine minorais ont une plus forte tendance à coller et à fritter et, bien qu'un fondant ne soit habituellement pas d'une
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grande aide à cet 4Zard, du carbone ou du carbure de fer finement divise et mo3.angâ au minerai empochera le collage et le frïttacee Dans le systùme suivant la présente inven- tion, on peut former du carbone ou du carbure de fer fine- ment divisa dans le préchauffour de minerai ou dans le rë;
4nratau, en contr8lant là combustion du gaz résiduaire ou en introduisant et on craquant un hydrocarbure, pour autant qu'il n'y ait pas de conditions fortement oxydantes, risquant de décomposer le carbone Toutefois, étant donné que le carbone peut être libère en combinant deux molécules
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d'oxyde do carbone, pour former du'carbone plus une mol'ou- 10 d'anhydride carbonique et, ôtant donné également que cette réaction cet en partie contrôlée par la température on peut libérer du carbone à l'intérieur du réacteur d'une
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manière contrôlée, en variant la température et en intro- duioant deo quantités supplémentaires de gas cart'ones,
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Une trun faible quantitù de carbone suffit habituellement pour ompCoher le collage et le .tl'.1ttne;e 'ott en aucun can, on z trouve que la quantité de carbone nécessaire ne devait pas ttre oup'rieure à environ 6X du ter, Uïie qu<m"' tit6 de 6 ti z ou moins U'tant habituellement un NeiNum*
Si la quantité du gaz combustible disponible au point 32 n'eot pas suffisante pour le but décrit ci-dessus ; il va sans dire que l'on peut la comploter en ajoutant un
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autre combuatible# cane cependant perdre leu avantages du proccdu.
REVENDICATIONS.
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1.- Dans un appareil de réduction de minerai de fer finement divisé dans un réacteur d solides fluidifiés au moyen Jo gaz réducteurs passant une soûle fois à' travers le réacteur, la combinaison comprenant un préohauttlur de
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minerai alimenté en combustible, un réacteur de fluidioation,
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un moyen pour amener le minerai chauffé du pe6ohaut,tour'de minerai dans le réacteur en passant par un moyen empêchant le muance des atmosphères du réacteur et du préoh4u±teurg un dispositif de refroidissement des gaz, un moyen pour amener les caz rbsidu ires du réacteur au dispositif de refroidissement des gaz, un dispositif de refroidissement des minerais,un moye pour amener le minerai réduit du réacteur au dispositif de refroidissement des minerais ,
un
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moyen pour amener les j ga& résiduaires refroidis du dispo- sitif de refroidissement des gaz au dispositif de refroi-
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dissement du minerai, loes gaz refroidis étant ainsi m6lan- Gés avec le minerai réduit, de façon à le refroidir à une température inférieure à la température de réoxjdatione, de même qu'un moyen pour amener les gaz du diapoeitif de refroidissement du minerai au préchauffeur de Binerai, en
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vue d'une combustion avec de l'air, dans le pr4ohaülfeure
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2** Appareil suivant la revendication 1, ooaprenant un moyen pour amener, dans ce réacteur, de gaz réducteurs à uno température élevée,
ce moyen comprenant.dans l'ordre
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indique, un régénérateur à vapeur-méthane en vue de trana- former le combustible gazeux en un aolange gazeux contenant des quantités relativement importantes d'oxyde de carbone et d'hydrogène, un dispositif de.refroidiMemen't! des Cas en vue d'éliminer l'humidité de ce mélange gazeux, de morne qu'un four de préchauffage pour ce mélange gazeuse.
3 Appareil suivant la revendication 2, caractérise en ce qu'il comprend un moyen en vue d'amener des gaz de ce dispositif de refroidissement du minerai dans cr régé
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aérateur à vapeur-méthane et dans oe four de préchauffage des Gaz.
4 Procédé en vue de réduire, des minorais de fer finement divisés,le minorai do fer finement divisé étant flidisé à une température élevée dans une atmosphère fortement réductrice, caractérisé on ce qu'on refroidit
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les gaz rlaiclua,irea do 1' étape de fluidisation, on utilise cos Cas refroidis pour refroidir le minerai r6duit venant de cette Ótupo do fluidisation et on préchauffe 10 minerai. do fer finement divisé, avantl'étape de fluidisation, par combustion directe des gaz venant de 1'étnoe de refroidis-
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comont dos Dubl'3tl.\ncOIJ r6duiton, tout en empochant le m'ulan- ;o de l'atmosphère utilieue donc l'étape do réduction et do 1.'cat>:o;
phzc utilisée dans l'étape de pra.Qout1'ae du minerait '
5.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé. en ce qu'on amène des gaz d'une nature fortement réductrice dans 1'étape de réduction par traitement d'un gaz hydroccar
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'bon6, tout d'abord, dans un .téG6nÓretour A vapeur-méthane, ce az : ttint;
niera refroidi, afin de réduire sa teneur en 1 humidité et ce ras tl\nt ensuite l'Ócho.uft6.
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6ê- Prooúd suivant la revendication St cnractÓrio0 en ce que le gaz venant de 1'étape de refroidissement do la matière réduite est utilise comme gaz combustible dans
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le régénérateur à vapeur-méthane et dans ltétapl do pr6 ' ohaufface des gaz, 7# ProoC-dû suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le minerai est,oÓoh6 avant' l'étape de préchauffa" ce du minerai et on ce que le combuutîblo nbctDôa1re pour le Gâchage du minerai, le préchauffage du minerai, la régé
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nérotion des gaz et le réchauffage de des derniers Qat fourni entièrement par les gaz utilisés peur refroidir la matière réduite,
de façon que l'opération soit autonome et qu'elle n'entraîne pas la formation de quantités inuti lisées de gaz ayant des valeurs combustibles