Procédé pour l'extraction de fer coulable des minerais de fer. Si l'on fait abstraction de quelques essais, certainement encourageants, il faut bien re connaître que jusqu'à présent le haut-fourneau a été le seul appareil pratique pour traiter les minerais de fer.
Dans le haut-fourneau, le minerai est mis en présence de coke et de fondants en couches successives.
Le colle apporte les calories et les réduc teurs des oxydes du minerai; une réduction partielle des oxydes est produite par l'oxyde de carbone, en marche ascendante continue au travers de couches descendantes de coke, de minerais et de fondants. Mais la véritable opération se passe dans la zone de fusion, dont la température varie entre 1650 et 1900 , selon la composition du lit de fusion.
Lorsque les minerais et fondants sont en présence à l'entrée de la zone de fusion, ils s'y trouvent plus ou moins bien répartis; par suite de la descente toujours irrégulière des charges; il s'ensuit qu'il n'y a souvent pas de contact entre le minerai et le fondant dans la proportion voulue pour assurer la séparation des gangues.
De plus, et c'est là un point capital, les fondants ont à peu de chose près le même point de fusion que les minerais ; d'où il ré sulte que les calories se ràpartissent de fagons très différentes dans la zone de fusion et sont le plus souvent accaparées par les for mations de laitiers; il arrive dès lors que la température nécessitée par la fusion et la réduction des oxydes du minerai n'est pas atteinte et que le fer et ses oxydes forment, avec les laitiers, des scories qui, pour être refondues, nécessitent des surchauffes très coûteuses.
On sait, en effet, que les laitiers des hauts-fourneaux sont constitués par des sili cates d'alumine et de chaux, entrant en fusion à des températures variant de 1650 à 1900 , alors que l'oxyde ferreux (Fe 0) fond à 1420 et l'oxyde ferrique (Fe\-' 0) à<B>15500.</B> le fer ne peut s'en séparer que fortement carburé ou bien sous l'influence de températures très élevées, pouvant atteindre<B>19001.</B> La présente invention a pour objet un procédé pour l'extraction de fer coulable des minerais de fer, suivant lequel on effectue une première fusion des minerais de fer avec des fondants siliceux-alumirieuxmanganésiques pouvant entrer en fusion à des températures inférieures à 1000 0 centigrades,
afin de provoquer la fusion des gangues, enrichies en silice et alumine, à des températures no tablement inférieures à celle du point de fusion du fer et de ses oxydes, alors qu'une réduction de c s derniers est réalisée au moyen de la quantité de carbone strictement nécessaire à cet effet,
puis on parfait la fusion de la masse métallique pâteuse recouverte du laitier for tement alumineux et contenant au maximum I % de carbone et ail minimum 5 0% de sili- cium, à l'effet de provoquer une dissociation du silicate d'alumine du laitier et la forma tion d'un alliage de fer, silicium, aluminium et manganèse,
et enfin on sépare de cet alliage pratiquement exempt de carbone le fer pur à l'état liquide, en provoquant l'oxy dation du silicium en même temps que celle du manganèse et la volatilisation de l'alumi nium, par addition de chaux et de battitures avec fondants à basse température.
Certaines précautions devront être prises pour assurer une bonne marche du procédé tel qu'il vient d'être défini.
Il convient que les divers fondants et réducteurs soient, après broyage préalable, mélangés intimement avec les minerais à traiter, eux-mêmes broyés à la finesse voulue, et que lesdites matières soient malaxées en suite avec les agglomérants et mises sous forme de briquettes très dures et creuses pour assurer l'évolution des gaz.
Pour assurer la séparation ultérieure du métal d'avec les laitiers ou scories, on peut employer, outre les réducteurs et fondants précités, des fondants plus énergiques, tels par exemple le spathfluor, la soude, le borax, le bichromate de potasse, la cryolithe, etc.
La fusion des briquettes et le traitement du métal obtenu peuvent se faire dans une succession de trois fours ou un groupement de chambres successives précédé d'riri four de fusion porté à la température voulue pour assurer la liquéfaction du métal et des laitiers, 1e_ groupement proprement dit comprenant d'abord un four à réverbère à sole inclinée, sur laquelle s'écoulera le métal pâteux mé langé aux laitiers venant du four de fusion pour parfaire la fusion et d'oir il sera déversé dans un second four dans lequel la,
masse de fer silicié et marigariésé sera transformée en un alliage de fer, de silicium, d'aluminium et de manganèse, pratiquement sans carbone, qui, à son tour, passera dans un troisième four semblable, dans lequel s'opèrera la sé paration du fer pur à l'état liquide.
Les revêtements des fours ne seront ni silicieux ni carburés, mais constitués de ma tières réfractaires basiques ou neutres.<B>11</B> est en effet bort d'éviter, pour l'obtention du fer, que des matières étrangères au lit de fusion passent dans les laitiers et, par suite de réactions faussées, passent dans le métal.
La composition du lit de fusion pourra varier avec les teneurs des minerais, mais l'addition de charbon de bois, de coke, d'anthracite ou de carbone en général sera, en tout cas, limitée à la quantité strictement nécessaire pour réduire les oxydes de fer et maintenir une certaine fluidité au métal fondu, sans provoquer la formation de carbone gra- phitique en abondance.
Cette fluidité pourra être maintenue et favorisée par une forte addition d'alumine au lit de fusion. Pour ce faire, on pourra avoir recours à la bauxite ferrugineuse qui, sous l'action des fondants énergiques, produira un apport supplémentaire en fer et favorisera la formation de ferrosilicium dans le sein de la masse ferreuse.
L'alumiire séparée, dissoute dans la scorie très fluide, formera dans le second four une cou che peu épaisse, niais suffisante pour empêcher la volatilisation prématurée de l'aluminium provenant de la réduction de l'alumine; elle protègera cri même temps de l'oxydation le fer déjà réduit. Le fer ne passera donc pas dans les laitiers; il se formera du ferrosilico- alumino-manganèse, les fondants ayant avan tageusement une teneur en manganèse suffisante pour que le lit de fusion comporte au moins 5 % de manganèse.
Dans ces conditions, la silice du minerai ayant formé le ferrosilicium ne retardera pas le départ du carbone restant dans le bain, et on obtiendra finalement dans le second four un alliage ferreux, contenant le moins de carbone possible, un pour cent au maximum, mais chargé en silicium, manganèse et alumi nium.
L'absence de carbone est indiquée pour obtenir par la suite le fer assez fluide pour être coulable à l'air. (quant à. la teneur en silicium, il convient de veiller à ce qu'elle ne descende pas en dessous de 50%.
Le mélan-e obtenu sera traité dans le troisième four avec des additions de chaux, fondants énergiques et battitures; ce traite ment se fera sans réactions violentes, ce qui assurera la fluidité du bain, son homogénéité et l'absence d'oxydes et gaz occlus, pour arriver au fer pur, tandis que si l'on traitait dans les mêmes conditions le mélange obtenu primitivement dans le premier four la fluidité du bain diminuerait, en même temps que l'on favoriserait la formation des oxydes et gaz occlus, ce qui rendrait le fer liquide plus pâteux et nécessiterait une surchauffe du bain pour le rendre coulable à l'air.
D'autre part, si l'on dépassait la teneur de 1 0% de carbone, tout en maintenant, aug mentant ou diminuant les autres teneurs, les réactions seraient excessivement violentes; le bain contiendrait des oxydes et gaz occlus, qui en compromettraient la fluidité et empê- cheraient le fer d'être coulable à l'air, même en le surchauffant énergiquement.
Ceci explique pourquoi il n'est pas possible de rendre le fer coulable à l'air en opérant la réduction de ses oxydes simplement et uniquement par le carbone ou l'oxyde de carbone.
Process for extracting castable iron from iron ores. Leaving aside a few certainly encouraging tests, it must be recognized that until now the blast furnace has been the only practical device for treating iron ores.
In the blast furnace, the ore is placed in the presence of coke and fluxes in successive layers.
The glue provides the calories and reducers of the ore oxides; a partial reduction of the oxides is produced by the carbon monoxide, continuously ascending through descending layers of coke, ores and fluxes. But the real operation takes place in the melting zone, the temperature of which varies between 1650 and 1900, depending on the composition of the melting bed.
When the ores and fluxes are present at the entrance to the melting zone, they are more or less well distributed; as a result of the always irregular descent of loads; it follows that there is often no contact between the ore and the flux in the proportion required to ensure separation of the gangues.
Moreover, and this is a crucial point, fluxes have about the same melting point as ores; from which it results that the calories are distributed in very different ways in the melting zone and are most often monopolized by the forms of slag; it happens therefore that the temperature required for the melting and reduction of the oxides of the ore is not reached and that the iron and its oxides form, with the slags, slags which, in order to be remelted, require very costly overheating.
We know, in fact, that the slag from blast furnaces consist of silicates of alumina and lime, entering into fusion at temperatures varying from 1650 to 1900, while ferrous oxide (Fe 0) melts at 1420 and ferric oxide (Fe \ - '0) at <B> 15500. </B> iron can only be separated from it when strongly carburized or under the influence of very high temperatures, which can reach <B> 19001. </B> The present invention relates to a process for the extraction of castable iron from iron ores, according to which a first smelting of the iron ores is carried out with siliceous-alumirieuxmanganesic fluxes which can melt at temperatures less than 1000 0 centigrade,
in order to cause the fusion of gangues, enriched in silica and alumina, at temperatures considerably lower than that of the melting point of iron and its oxides, while a reduction of these latter is carried out by means of the quantity of carbon strictly necessary for this purpose,
then the fusion of the pasty metal mass covered with the highly aluminous slag and containing at most I% carbon and garlic at least 50% silicon is completed, in order to cause dissociation of the alumina silicate from the slag and the formation of an alloy of iron, silicon, aluminum and manganese,
and finally the pure iron in the liquid state is separated from this practically carbon-free alloy, causing the oxidation of the silicon at the same time as that of the manganese and the volatilization of the aluminum, by adding lime and scale with fondants at low temperature.
Certain precautions will have to be taken to ensure proper operation of the process as just defined.
The various fluxes and reducing agents should, after preliminary grinding, be intimately mixed with the ores to be treated, themselves crushed to the desired fineness, and the said materials should then be kneaded with the agglomerants and formed into very hard briquettes. and hollow to ensure the evolution of gases.
To ensure the subsequent separation of the metal from the slags or slags, it is possible to use, in addition to the aforementioned reducing agents and fluxes, more energetic fluxes, such as for example spathfluoride, soda, borax, dichromate of potassium, cryolite. , etc.
The melting of the briquettes and the treatment of the metal obtained can be carried out in a succession of three furnaces or a group of successive chambers preceded by a melting furnace brought to the desired temperature to ensure the liquefaction of the metal and the slags, the group properly said first comprising a reverberation furnace with inclined hearth, on which will flow the pasty metal mixed with the slags coming from the melting furnace to perfect the fusion and having it will be poured into a second furnace in which the,
mass of silicon-containing and marigariised iron will be transformed into an alloy of iron, silicon, aluminum and manganese, practically without carbon, which, in turn, will pass into a third similar furnace, in which the separation of the pure iron in liquid state.
The linings of the furnaces will be neither siliceous nor carburized, but made up of basic or neutral refractory materials. <B> 11 </B> is in fact bort to avoid, in order to obtain iron, only materials foreign to the bed. of fusion pass into the slags and, as a result of false reactions, pass into the metal.
The composition of the fusion bed may vary with the content of the ores, but the addition of charcoal, coke, anthracite or carbon in general will, in any case, be limited to the amount strictly necessary to reduce the oxides. iron and maintain a certain fluidity to the molten metal, without causing the formation of graphitic carbon in abundance.
This fluidity can be maintained and promoted by a strong addition of alumina to the melt bed. To do this, we can have recourse to ferruginous bauxite which, under the action of energetic fluxes, will produce an additional supply of iron and promote the formation of ferrosilicon in the bosom of the iron mass.
The separated aluminum oxide, dissolved in the very fluid slag, will form in the second furnace a thin layer, but sufficient to prevent the premature volatilization of the aluminum resulting from the reduction of the alumina; at the same time it will protect the already reduced iron from oxidation. The iron will therefore not pass into the slags; ferrosilico-alumino-manganese will be formed, the fluxes advantageously having a sufficient manganese content for the melt bed to contain at least 5% manganese.
Under these conditions, the silica of the ore having formed the ferrosilicon will not delay the departure of the carbon remaining in the bath, and we will finally obtain in the second furnace a ferrous alloy, containing as little carbon as possible, one percent at most, but loaded with silicon, manganese and aluminum.
The absence of carbon is indicated to subsequently obtain the iron fluid enough to be air-flowable. (as to. the silicon content, care should be taken that it does not drop below 50%.
The mixture obtained will be treated in the third oven with additions of lime, energetic fondants and scale; this treatment will be carried out without violent reactions, which will ensure the fluidity of the bath, its homogeneity and the absence of oxides and occluded gases, to arrive at pure iron, while if the mixture obtained is treated under the same conditions Initially, in the first furnace, the fluidity of the bath would decrease, at the same time as the formation of oxides and occluded gases would be favored, which would make the liquid iron more pasty and would require the bath to be overheated to make it flowable in air.
On the other hand, if one exceeded the content of 10% carbon, while maintaining, increasing or decreasing the other contents, the reactions would be excessively violent; the bath would contain oxides and occluded gases, which would compromise its fluidity and prevent the iron from being air-flowable, even by overheating it vigorously.
This explains why it is not possible to make iron flowable in air by reducing its oxides simply and solely by carbon or carbon monoxide.