Procédé de préparation du fer. La présente invention se rapporte à la production du fer à partir de minerais de fer oxydés, sans provoquer la formation d'une masse fondue de fer.
Au cours des années passées, de nom breux efforts ont été tentés pour résoudre le problème qui consiste à obtenir directement du fer, ,à partir de son minerai sans être obligé de provoquer la fusion du fer ou des scories contenus dans ledit minerai, mais au cune des tentatives qui ont été faites n'a donné de' résultat satisfaisant lorsqu'on a essayé de l'appliquer industriellement.
On n'a pas non plus découvert de pro cédé vraiment pratique pour obtenir directe ment des produits satisfaisants soit en par tant de minerai pauvre, soit même en par tant de minerai riche.
Les procédés adoptés ont spécialement été fondés sur l'emploi soit de cylindres ro tatifs,, soit de cylindres verticaux ou autres appareils analogues dans lesquels. on s'ef forçait, au cours de l'opération, d'éliminer l'air nuisible, c'est-à-dire l'air pouvant pro voquer une réoxydation du fer déjà réduit. Aucun des procédés décrits dans les bre vets actuellement déposés n'a permis d'agir avec succès pour éliminer l'air en question et, dans bien des cas, on a conclu, d'une fa çon définitive, qu'il n'était pas possible d'é liminer complètement cet air. Or, l'élimina tion complète de l'air en question est un fac teur essentiel pour la réussite de l'opération que l'on désire réaliser.
Théoriquement, on a admis jusqu'à ce jour que la réduction des minerais de fer en vue de la production de fer métallique était due aux réactions suivantes qui se pro duisent ou du moins que l'on suppose se pro duire dans les hauts-fourneaux: a) Production d'oxyde de carbone par l'action de l'air ou de l'oxygène contenu dans l'air sur du carbone (du colle) chauffé à haute température; b) Production du métal à partir de son oxyde par l'action sur les minerais ebauf- fés à haute température de l'oxyde de car bone précédemment formé, cette dernière ré action tendant à provoquer la formation d'acide carbonique et la libération du mé tal; c) Production du métal par l'action di recte du carbone sur l'oxyde de fer.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention est fondé sur une combinaison différente et plus complexe de réactions chimiques. D'a près ce procédé, on emploie comme combus tible réducteur une matière carbonée apte à dégager des hydrocarbures par chauf fage, d'autre part, on chauffe fortement le minerai, à l'état finement divisé, avant de le mettre en contact avec ce combustible, et on évite tout air pouvant provoquer une oxyda tion du fer réduit, jusqu'au moment où celui- ci est refroidi.
Parmi les différentes matières carbo nées qui peuvent être choisies pour la, mise en couvre du procédé en question, matières car bonées qui peuvent être soit du charbon de terre, soit de la tourbe, soit du lignite, soit toute autre matière analogue, il est préfé rable de choisir une matière carbonée pou vant dégager une proportion importante de carbures d'hydrogène.
On peut admettre que les réactions chi miques suivantes se produisent au cours de l'opération de réduction envisagée.
La première réaction est le dégagement' à une température relativement basse des hydrocarbures de la matière carbonée utili sée. On sait que le charbon dé terre, la tourbe et les substances analogues abandonnent, à une température inférieure à 500', les hydro carbures qu'ils contiennent et qu'après le dé part desdits hydrocarbures, il reste pratique ment du carbone pur.
On peut opérer de façon que les hydro carbures qui se dégagent du charbon soient immédiatement portés à une haute tempéra ture, et subissent en majeure partie l'opéra tion de cracking en donnant du carbone nais sant et de l'hydrogène naissant, lesquels sont connus comme étant des agents réducteurs particulièrement puissants. De toute façon la décomposition des matières carbonées et des hydrocarbures, sous l'action de la cha leur et aussi par l'action de l'oxygène en pré sence, donnera naissance à du carbone nais sant lequel possède un fort pouvoir réduc- teur.
On peut admettre que la réaction ini tiale se produit par l'action de ce carbone naissant sur les oxydes.
De cette réaction résulte la formation d'une certaine quantité d'oxyde clé carbone et probablement d'une certaine quantité d'a cide carbonique. L'acide carbonique ne peut pas subsister à haute température en pré sence de carbone libre, mais dans le procédé qui fait l'objet de l'invention, il peut en rester une faible quantité; toutefois, cette quantité ne sera pas suffisante pour être nuisible.
L'acide carbonique formé par suite de l'ac tion du carbone naissant sur les oxydes est facilement retransformé, soit complètement, soit partiellement en oxyde de carbone et ce dernier, par suite de ses qualités réduc trices, contribue à la réaction générale de réduction.
De même, il est probable que l'hydrogène qui se dégage à l'état naissant et en pré sence des oxydes donne momentanément une certaine quanta(; de vapeur d'eau qui, comme on le sait, ne pouvant pas subsister en pré sence clé carbone libre à haute température provoque la formation d'une quantité supplé mentaire d'oxyde de carbone et un nouveau dégagement d'hj-drogène libre.
Les constatations expérimentales faites par l'inventeur l'ont conduit à, croire que le fer pur, produit en premier lieu au cours de la mise en pratique du procédé, intervient dans le rf,sic# des opérations comme catalyseur pour accélérer la réduction de l'oxyde de fer présent; ce fer pur, en effet, a tendance à. ab sorber une Certaine quantité d'oxygène Ci., par conséquent, tend à faciliter le dégagement de celui-ci.
Le procE'dé peut être mis à exécution par exemple de la manière suivante: 0n prend du minerai contenant l'oxyde de fer et on le broie de façon qu'il passe ii, tra vers les mailles d'un tamis de six millimètres.
Sous ceitç. forme, on l'introduit dans un cy lindre rotatif sensiblement horizontal, mais qui peut, Cependant., être légèrement incliné dans le sens clé sou orifice de sortie, l'ineli- naison étant d'environ 20 millimètres par mètre.
Dans ce premier cylinder, que l'on peut appeler cylindre de premier échauffement, le minerai est porté à une température sen siblement égale à celle qui est nécessaire dans le cylindre de réduction. Cette éléva tion de température est obtenue par la com bustion du gaz provenant du cylindre de ré duction.
Ainsi chauffé, le minerai passe par sim ple gravité du cylindre de premier échauffe ment dans le cylindre de réduction qui est, lui aussi, un cylindre rotatif ayant la même inclinaison que le premier.
Dans ce second cylindre, on introduit soit en tête du cylindre, soit en un autre point adjacent qu'on juge préférable et qui peut varier suivant la composition chimique de l'agent réducteur employé, la matière car bonée que l'on veut utiliser. De cette façon, l'agent réducteur est instantanément chauffé et en même temps mélangé avec le minerai.
Il en résulte que les carbures d'hydrogène se dégagent et deviennent extrêmement actifs de la façon qui a été indiquée. ..
Le cylindre réducteur est chauffé jusqu'à la température voulue au moyen d'un jet de flamme auquel donne naissance l'introduc tion de combustible finement divisé, mé langé à une quantité d'air suffisante pour brûler environ les deux tiers du carbone du- dit combustible avec formation de C0.
Après son passage à travers le cylindre de réduction, le produit obtenu (produit qui est formé par un mélange de fer, d'une cer taine quantité de carbone sous forme de coke et de gangue ou scorie) tombe toujours par gravité dans un troisième cylindre rotatif également incliné et dont la paroi extérieure est refroidie par un jet d'eau.
Grâce à ce refroidissement, le produit qui sort du troi sième cylindre en question est à peu près ramené à la température atmosphérique et, dans cet état, il peut être -mis au contact de l'air sans qu'on ait à craindre sa réoxyda- tiôn. Le produit en question passe ensuite à travers un transporteur convenable aménagé de façon à se refermer de soi-même et à empêcher toute entrée d'air par son point de réunion avec l'appareil.
Après que le produit obtenu a été criblé en vue d'éliminer les fines particules de car bone qu'il contient, on le fait passer sur un ou plusieurs séparateurs magnétiques de fa çon à séparer le fer des impuretés auxquel les il est mélangé.
Le fer granulé obtenu peut ensuite être traité en vue de l'agglomérer en éléments de plus grande dimension.
Ce fer abandonne, en effet, le troisième cylindre sous forme de particules dont la di mension est inférieure ou au plus égale à six millimètres.
Le traitement final a pour objet d'aug menter les 'dimensions desdites particules et, à cet effet, on peut soit les comprimer dans une presse convenable; soit les faire passer à travers un nouveau cylindre à l'intérieur duquel on les échauffe jusqu'à une tempé rature telle que ces particules se soudent en semble, le produit obtenu étant ensuite con duit à travers une chambre de refroidisse ment convenable.
Le produit ainsi obtenu est constitué par des particules de fer pur, formant des mas ses denses, bien distinctes de masses connues sous le nom de fer spongieux.
Les cylindres rotatifs utilisés sont fer més à chacune de leurs extrémités au moyen d'un dipositif d'obturation comportant un diaphragme flexible qui se plie automatique ment à toutes les modifications qui peuvent se produire dans la position relative des cy lindres rotatifs et des organes ou chambres fixes, que ces modifications soient dues soit à des dilatations, soit à des contractions, soit à l'excentricité dit mouvement de rotation. Ce diaphragme est en forme d'anneau fixé au cylindre et établi pour être maintenu en contact de frottement,. -par des ressorts ou organes similaires, avec une partie -station naire. Un tel dispositif d'obturation suffit pratiquement à éliminer toute possibilité d'introduction d'air à l'intérieur des cylin dres.
Au surplus, toutefois, on peut s'arrau- ger pour envoyer à l'intérieur du dernier cylindre, au moyen d'une soufflerie conve nable, une certaine quantité du gaz produit dans l'opération de réduction de sorte que l'atmosphère interne de ce cylindre soit ré ductrice. Enfin, si cela est nécessaire, on peut prendre des dispositions pour que l'at- mnosplère interne de l'appareil se trouve à une pression légèrement supérieure à la pres sion extérieure, ce qui a pour effet d'éviter, d'un façon absolue, toute introduction d'air.
On s'arrange en tout cas à obtenir que, pratiquement, il ne pénètre, à l'intérieur de l'appareil, aucune quantité d'air autre que celui spécialement introduit dans le premier et le second cylindre en vue de la combus- tion des gaz dans le premier cylindre et en vue de la combustion partielle du combustible dans le second cylindre, les deux combus tions étant réglées de façon à porter lesdits cylindres aux températures voulues.
Le premier et le second cylindre étant clauffés intérieurement, ils seront avanta geusement revêtus de briques convenables ou de tout autre revêtement destiné à éviter les pertes de chaleur.
On utilise, de préférence, un cylindre sensiblement horizontal ou ayant environ l'inclinaison indiquée ci-dessus, car on a cons taté que, si on donnait à ces cylindres une inclinaison plus grande, les particules de mi- lerai ayant les plus grandes dimensions au raient tendance à passer à travers les cylin dres plus rapidement que les particules de dimensions moindres et, par suite, le seraient pas soumises à l'action de l'atmosphère ré ductrice aussi longtemps que ces dernières, ce qui les empêcherait de subir un traitement suffisant.
En vte d'obtenir du fer sensiblement. pur, on maintient, de préférence, la température aussi bien dans le cylindre de premier échauffement que dans le cylindre de réduc tion aux environs de 850 à 900 C. Bien entendu, il n'est pas contraire à l'application du procédé, ni à la bonne qualité du pro duit obtenu que la, température soit légère plus élevée ou légèrement mois élevée que les deus chiffres indiqués; il n'est pas lon plus nécessaire que la température dans le cylindre de premier échauffement soit exactement aussi élevée due celle que l'on maintient dans le cylindre de réduction, mais dans l'ensemble il est préférable que les deux cylindres soient maintenus à la même température et que cette température soit égale à celle indiqtuée ci-dessus.
On consi dère comme préférable de maintenir à l'in- téreur (le l'appareil une pression égale à la pression atmosphérique, rais on le diminue rait en rien la valeur du procédé si la pres sion à l'intérieur de l'appareil était supé rieure à la pression atmosphérique ou, au contraire, s'il se produisait à l'intérieur du- dit appareil un léger vide, par exemple dans le cas où l'on utiliserait un dispositif pour aspirer les gaz qui se dégagent. En un mot, on le se limite pas, pour l'application du procédé, à la pression atmosphérique, cette application étant pleinement satisfaisante aussi bien avec une pression supérieure que dans le cas d'un vide relatif.
En ce qui concerne le revêtement des deux premiers cylindre, il est préférable que ce revêtement, constitué soit sous forme de briques, soit de toute autre façon, le soit pas de nature à être attaqué par les gaz ré ducteurs.
En vre d'éviter, d'une façon radicale. toute possibilité d'action réductrice sur le revêtement, on pett utiliser un cylindre à double paroi de fer, le revêtement étant placé entre les deus enveloppes; de cette fa çon, les gaz ne @ nnt jamais en contact qu'avec la paroi interne qui est en fer.
D'antre part, il est avantageux de sou mettre le produit obtenu à. un traitement suppléinentahe de polissage, traitement de holissa@e qui peut avoir lieu soit avant, soit après, soit avant et après le traitement d'a\;;@'lcmércition. Ce traitement (le polissage a pour but de détacher des particules les impuretés qui peuvent avoir adhéré à leur surface.
La quantité d'impuretés ayant ainsi adhéré à 1,a, surface des particules est ex- trémement faible et, lorsqu'on provoque la fusion du fer en vue de son utilisation ul térieure, elle ne présente pas d'inconvénients importants, mais on juge toutefois intéres sant de provoquer l'opération de polissage en question, en vue de fournir un produit d'une qualité aussi parfaite que possible.
Le polissage en question peut être réalisé en faisant tourner le produit dont il s'agit avec des matières convenables, telles que de la sciure de bois, des déchets de cuir ou autre matière susceptible d'avoir une action de polissage.
Pour l'introduction du minerai dans le cylindre de premier échauffement et pour l'introduetion dans le cylindre clé réduction des matières carbonées utilisées comme agents de réduction, il est avantageux de mettre en couvre des dispositifs permettant d'éviter complètement l'introduction simul tanée d'air. A cet effet, on peut utiliser des transporteurs convenables munis d'embou chures dont l'extrémité est aménagée de façon à être étanche à l'air et de manière que la matière qui se trouve rassemblée clans l'embouchure constitue elle-même une sorte de bouchon empêchant l'entrée de l'air.