CH200727A - Procédé de fabrication du fer à partir de minerai de fer et installation pour sa mise en oeuvre. - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication du fer à partir de minerai de fer et     installation     pour sa mise en     #nvre.       La présente invention concerne un pro  cédé de fabrication du fer à partir de     minerai     de fer, et une installation pour sa     mise    en  ouvre.  



  Les procédés     existants    de     fabrication    de  fer fondu de grande pureté sont basés sur le       principe    de     purification    du produit     brut    du  haut fourneau par traitement dans le conver  tisseur Bessemer ou dans des fours à sole. La  présente     invention    a pour objet un procédé  permettant d'obtenir du fer pur     (99,84%)     directement à partir du minerai, évitant ainsi  l'introduction d'impuretés qui nécessitent une  élimination ultérieure par des procédés de  raffinage.  



  On avait déjà tenté de produire du fer  spongieux, c'est-à-dire du fer     obtenu    à     des     températures inférieures au point de fusion,  afin de créer un métal de base de grande pu  reté qui était     destiné    à être fondu dans un  type quelconque convenable de four.  



  On a rencontré une grande difficulté  dans la     fabrication    pratique du fer spongieux    et le demandeur a trouvé que même si l'on  pouvait réaliser une fabrication     économique     du fer     spongieux,    le produit, du fait de son  état friable et de sa faible     conductibilité    calo  rifique due à sa, trop grande porosité, consti  tuerait une matière     extrêmement    impropre  et difficile à fondre efficacement dans un       type    quelconque de four.  



  Un des avantages obtenus dans la     fa,15ri-          cation    du fer spongieux     comme    produit inter  médiaire pour le fer fondu et l'acier est son  aptitude à permettre de     concentrer    sa teneur  en fer par séparation magnétique.

   Le deman  deur a trouvé par une longue     expérience    que  la teneur en fer de la     majorité    des minerais  est cependant combinée physiquement d'une  manière si intime avec sa gangue que cette  dernière se trouve entraînée dans la partie qui  est     magnétique    et qu'on     n'atteint    pas une éli  mination suffisante de la gangue initiale du  minerai pour que le procédé rende des ser  vices ou soit pratique.  



  On a fait des essais pour réduire et fondre      ou fondre partiellement le minerai de fer dans  des fours rotatifs, mais par une longue expé  rience on a trouvé que certains principes  fondamentaux sont     nécessaires    pour que     cela     puisse être réalisé pratiquement et écono  miquement.  



  Lorsque du minerai de fer en grains ou en  poudre est. mélangé avec la     quantité    de char  bon en grains ou en poudre nécessaire pour la  réduction, s'il     est    tout d'abord réduit par la  chaleur ou s'il est fourni     directement    dans un  four rotatif, lors de la fusion partielle, il  adhère aux parois     latérales    du four tournant,  offrant le maximum d'exposition à l'action  des gaz     oxydants    du four qui brûlent le char  bon qui a été ajouté dans le but de jouer un  rôle     réducteur,    et un     résultat    médiocre     est     inévitable.  



  Même s'il est amené sur un     bain    de lai  tier en fusion à une     vitesse    telle que son ab  sorption de chaleur ne     soit    pas assez rapide  pour obliger le laitier à devenir visqueux,  avec     l'adhérence    aux parois qui en     résulte.    il  flotte sur la surface de ce laitier et. dans cette  position, il expose le carbone qu'il renferme  à l'oxydation par les gaz du four, ce carbone  ne remplissant pas     ainsi    son rôle, qui est de  réduire les oxydes de fer.  



  On a trouvé par     expérience    que ces dé  fauts qui     agissent    à     l'encontre    de la réalisa  tion pratique de la     fabrication    d'un fer con  gloméré ou d'une matte directement à     partir     du minerai peuvent être éliminés par le pro  cédé qui fait l'objet de la     présente    inven  tion.  



  Pour produire du métal tel que du fer, on  a déjà proposé un     procédé    suivant lequel les  matières     premières    et l'agent réducteur sont  soumis à un     processus    de broyage fin et mé  langés     ensuite        ensemble    et formés en bri  quettes,     ces        briquettes    étant composées de       telle    façon et/ou comprimées de telle façon  que     lorsqu'on    les additionne à un bain de       scories    pour la réduction du minerai,

   l'on ob  tienne     qu'elles    ne peuvent     tomber    avant la  réduction     au-dessous    de la     surface    du bain  de     scories    et ainsi se     désagréger.       Dans le présent procédé pour produire du  fer à partir du minerai de fer, le minerai  de fer est granulé,     mélangé    avec une ma  tière carbonée, et moulé en blocs (en plaques,  en briquettes ou en corps de     toute    autre  forme).

   Suivant l'invention, on produit un  bain de laitier fondu dans un four chauffé  par     combustion        interne    et on charge le four  des     blocs        moulés,    de telle façon qu'ils tombent  dans le laitier fondu et sont     submergés    dans       celui-ci,    qui forme ainsi un     revêtement    protec  teur pour     ces        blocs    afin de     les    protéger     contre     l'atmosphère oxydante des     gaz        oxydants    dans  le four,

   la     réduction    s'effectuant dans le re  vêtement de laitier par     suite    de chaleur absor  bée du laitier, lequel est maintenu fluide,  après quoi le minerai se trouve réduit et     les     particules de fer     tombent    au fond et s'unis  sent et sont enlevées du four sous la forme  de     masses    relativement     grandes    de fer à moi  tié fondu avec     quelques        inclusions    de laitier.  



  On peut éliminer le laitier de la     masse    de  fer déchargée de la chambre de     réduction    par  un     traitement        subséquent        dans    un four, par  exemple un four     électrique;    le     laitier        pourrait     également être éliminé par un procédé d'ex  pulsion     mécanique.     



  L'installation pour la     mise    en     oeuvre    du       procédé    suivant l'invention     comporte    un four  oscillant muni d'une     ouverture    de chargement  et de défournement, un trou de     coulée    pour  l'évacuation du laitier, au moins     une    ouver  ture pour l'admission dans le four du com  bustible et des gaz     comburants    et une     entrée     d'air additionnel au voisinage du     carneau    de  sortie     des    gaz de chauffage.

       cette    dernière       entrée    d'air étant     agencée    de     manière    que l'air  admis ait une direction qui soit approxima  tivement     opposée    à celle de la sortie des gaz.  



       Le    four     sera    de     préférence    d'une forme       ramassée,    c'est-à-dire que la longueur ne     dé-          passera    pas trois     fois    le diamètre; ainsi, de       cette    manière, on pourra maintenir une     tem-          pérature    sensiblement uniforme et suffisam  ment     élevée    pour que le laitier     reste        fluide     dans tout     1o    four.  



       Le        dessin        annexé,        donné    à titre d'exem-           ple,    représente une forme     d'exécution    de  l'installation selon l'invention.  



  La     fig.    1 en montre une coupe verticale.  La     fig.    2 en est une vue en plan.  



  La     fig.    3 est une coupe transversale faite  dans la     partie    médiane.  



  Le four oscillant a possède une longueur  égale à environ deux fois son diamètre et est  monté de manière à pouvoir     tourner    sur les  galets b, b. Le combustible constitué par du  charbon pulvérisé additionné d'air est admis  tangentiellement par une     ouverture    c et l'air  supplémentaire est admis tangentiellement  par un orifice     d    disposé dans la chambre cy  lindrique     d'extrémité    e. L'autre extrémité du  four est     pourvue    d'un passage de charge  ment principal f et d'un passage de charge  ment     auxiliaire    g disposé dans la paroi du  passage f.

   Celui-ci     constitue    également un       carneau,    de     sortie    pour les gaz de combus  tion et il est complété par un     carneau    mo  bile 7e monté sur des galets, de sorte qu'il peut  être écarté du passage f     lorsqu'il        est    néces  saire de charger par ce passage.

   Une     arrivée     d'air 1 auxiliaire est ménagée dans la paroi  du passage f et est     dirigée    vers l'intérieur  du four, c'est-à-dire en sens opposé à celui  de la circulation des gaz qui     sortent.    Une       porte    de     défournement        m    est prévue dans la  paroi du four     à,    l'opposé d'un     trou    de     coulée          n.    disposé tangentiellement et servant à l'é  coulement du laitier.  



  Pour mettre en     ceuvre    le procédé qui fait  l'objet de l'invention, on transforme en grains  le minerai de fer et on le mélange avec la  quantité suffisante de charbon granulé pour  effectuer la réduction des oxydes de fer, puis  on le     comprime    ou on le moule en     blocs    ou en       briquettes    avec un liant approprié. Si on le  désire, on peut supprimer le liant, car il n'est  pas absolument nécessaire pour     l'opération    de       moulage.     



  On introduit d'abord le     laitier    dans le  four et on le chauffe en     admettant    le char  bon et les gaz     comburants-par    les     ouvertures     d'admission<I>c et d</I> jusqu'à ce que le     laitier     soit fondu.

      Une composition de laitier appropriée est  la suivante:         Si02    35,4       Ca0    37,0  A103 14,3       FeO    11,4       P20,,        MnO,    etc. 1,9    Ce laitier fondu     forme    une couche li  quide sur la sole du four, liquide dans le  quel on     introduit    les     blocs        moulés    en les char  geant soit par le passage f, si le     carneau    mo  bile k est enlevé, soit par le passage g, si le       carneau    k se trouve     dans    la position repré  sentée sur la     fig.    1.

   La     quantité        d    e mouve  ment que possèdent ces     briquettes    ou     blocs    au  moment de leur chargement dans le four fait  qu'ils se trouvent instantanément, complète  ment submergés par le laitier en fusion, le  quel adhère sur les faces plus froides de ces  blocs et forme une enveloppe qui les     protège     de l'oxydation.  



  La faible conductibilité du bloc ou de la       briquette    et sa grandeur par rapport     aux        pe-          tites    parties granulées du minerai et du char  bon, empêche une     absorption    de chaleur trop  soudaine et trop rapide, qui rendrait le bain  de laitier suffisamment     visqueux    pour adhé  rer aux parois du four.  



       Il    est essentiel que le laitier     reste    fluide  et     ceci    est facilité par l'absorption lente de  chaleur qui, tandis qu'elle pénètre dans les  blocs ou     briquettes,    effectue la     réduction    de  l'oxyde contenu à une basse température qui  est réglée par les     limites    de sa faible     conduc-          tibilité.    La réduction complète est     effectuée     par cette     pénétration    progressive de chaleur  sans que soit détruit l'équilibre entre la cha  leur fournie et celle     nécessaire    pour mainte  nir le laitier fluide.

    



  En     donnant    au four une forme relative  ment ramassée,     c'est-à-dire    en s'arrangeant  pour que le four ne soit pas trop long par     rap-          part    à son diamètre, on maintient la tempé  rature de fusion du     laitier    sur toute la lon  gueur du four.

   Si     cette    longueur était trop  grande par rapport à la largeur, il est évident  que la     température    à     l'extrémité    de     sortie    de      ce four tomberait bien     au-dessous    de     celle    qui  est     nécessaire        pour        rendre    et maintenir     fluide     le     laitier    et qu'ainsi     ce    dernier adhérerait à  la paroi du four     provoquant    une     obstruction.     



  Une     autre    raison pour maintenir le lai  tier fluide en tous temps pendant la durée de  l'opération est qu'il faut permettre à la ré  duction des oxydes de fer par le     carbone    de       s'accomplir    et de s'achever aux     basses        tem-          pératures        réglées    par la     conductibilité    de la  masse     constituant    le bloc ou la briquette.  



  Il faut maintenir dans le four une     tempé-          rature        suffisamment    élevée pour que le lai  tier y     reste        fluide,    par exemple 1250 à  <B>1350',</B> la chaleur de réduction     étant.    fournie  par les gaz de     combustion.     



  Comme on le sait, aux     températures        com-          prises    entre     115(1    et 1400",     qui    sont     néces-          saires,    s'effectue en     présence    de     silice    la fu  sion des oxydes de fer, qui se combinent à       celle-ci    en produisant des     silicates    de fer.

    Dans de     telles    conditions, seulement une fai  ble réduction ou aucune réduction pratique  n'aurait lieu puisque la     silice,    à de telles     tem-          pératures,    a une plus grande     affinité    pour les  oxydes de fer que pour le carbone.

   Par consé  quent, à moins due les oxydes de fer soient       réduits    à des     températures        inférieures    à leur  point de fusion,     comme        celles    qui sont     obte-          nues    par la faible     pénétration    de chaleur dans  le bloc ou la briquette, une     prépondérance    de  la réaction apparaîtrait dans la formation de       silicates    de fer.

   Ainsi, si l'on amenait le mine  rai et le     carbone    à l'état     libre        (pas    sous forme  de briquette) sur le laitier fluide, les parti  cules respectives d'oxyde de fer et de carbone  ne donneraient     pas    lieu à leur     réaction    voulue,  l'oxyde de fer se combinant à la silice     pré-          sente    dans le     laitier    et le     carbone        étant    perdu  par l'oxydation par les gaz du four.  



  Aux     températures        supérieures    à 1400',  les     silicates    de fer se dissocient s'ils se trouve  suffisamment de     carbone    et de chaux et le  fer métallique se précipite, mais la formation  des     silicates    de fer est nuisible et à     éviter     d'abord à cause de leur action érosive     sur        tout          revêtement    du     four    et ensuite,

       car    le fil mé  tallique ainsi     précipité    n'a pas     cette        pureté       qui     est        obtenue    par sa     réduction        directe    aux       températures        inférieures    â son point de fu  sion.

   Pour pouvoir     maintenir    le     laitier    à     l'état     fluide, on     tire    donc profit de la faible     vitesse     de     transmission    de chaleur dans le bloc     ou     la     briquette    et on     règle    la     vitesse        d'amenée     de la     charge    pour quelle     coïncide    avec la  fourniture de chaleur.  



  Au fur et à mesure de la     réduction,    les       blocs    se     désagrègent    et les     particules    de fer       tombent    au fond du four et     s'assemblent    pour       former    une ou     plusieurs        masses.        Lorsque    la  réduction est     terminée,

      le laitier est d'abord       évacué    par le trou de     coulée        n    et les     masses     de particules de fer     conglomérées    sont ensuite       déchargées    par gravité en     tournant    le four.  Une     quantité        suffisante    de     laitier    est alors       réintroduite    dans le four et on     répète    l'opéra  tion     avec    une nouvelle     charge.     



       Les        gaz        combustibles    qui émanent des       blocs    au     cours    de la     réduction    sont     brûlés     avant de     quitter    le four au moyen de l'air  secondaire admis par la     tuyère    1,     ce    qui con  tribue à maintenir la     température        requise    à       l'extrémité    de     sortie    du four.  



       On    peut réchauffer     tout    l'air     admis    par  les diverses     entrées    d'air, par exemple en  l'amenant en     contact    dans un     récupérateur    ou  un     générateur,    avec les     produits    de combus  tion chaude qui     sortent    du four oscillant, soit  avant,

   soit après que     ces    produits de     eombus-          tion    ont     été    partiellement     utilisés    pour calci  ner ou     sécher    le minerai avant de le     trans-          former    en briquettes.  



       Le    four     représenté    sur le dessin     tourne          approximativement    de 270' dans un sens et       ensuite    d'un angle     correspondant    en sens in  verse, afin que le laitier liquide n'arrive pas  sur la     porte    de     défournement        rra.    D'autres       formes    de four peuvent être     utilisées,

      par  exemple un four     horizontal    de     section    circu  laire ayant un dispositif     mécanique    pour       produire    un mouvement     oscillant,    ou un four       rotatif    pouvant être     déchargé    à chaque extré  mité en le     culbutant.     



       On    a     trouvé    par     l'expérience    que,     tandis     que le fer spongieux     présente    la plus     grande     difficulté à être fondu au four électrique      du fait de sa faible aptitude à conduire  la. chaleur par suite de son excessive poro  sité, la masse conglomérée obtenue par le  procédé qui fait l'objet de la présente inven  tion, conduit facilement la chaleur du four  électrique et fond rapidement en assurant une  :séparation efficace du métal fondu et le mi  nimum d'inclusions métalliques dans le lai  tier.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I Procédé de fabrication du fer à partir du minerai de fer, dans lequel le minerai de fer est granulé, mélangé avec une ma tière carbonée -et moulé en blocs, caracté risé en ce qu'on produit un bain de laitier fondu dans un four chauffé par combus- tion interne et on charge le four des blocs moulés, de telle façon qu'ils tombent dans le laitier fondu et sont submergés dans celui-ci, qui forme ainsi un revêtement protecteur pour ces blocs afin de les proté ger contre l'atmosphère oxydante des gaz oxydants dans le four,

   la réduction s'ef fectuant dans le revêtement de laitier par suite de chaleur absorbée du laitier, le quel est maintenu fluide, après quoi le minerai se trouve réduit et les particules de fer tombent au fond et s'unissent et sont enlevées du four sous la forme de masses relativement grandes de fer è, moi tié fondu avec quelques inclusions de lai tier.

   II Installation pour la mise en oeuvre du pro cédé suivant la revendication I, caracté- risée en ce qu'elle comporte un four os cillant muni d'une ouverture de charge ment et de défournement, un trou de cou- lée pour l'évacuation du laitier, au moins une ouverture pour l'admission dans le four du combustible et des gaz combu rants et une entrée d'air additionnel au voisinage du carneau de sortie des gaz de chauffage,

   cette dernière entrée d'air étant agencée de manière que l'air admis ait une direction qui soit approximative- ment opposée à celle de la sortie des gaz.

   SOUS-REVENDICATIONS: 1 Procédé suivant la revendication I, carac térisé en ce qu'on introduit dans le four de l'air additionnel pour brûler les pro duits de réaction gazeux provenant de la réaction entre le minerai de fer et le car bone des blocs. Procédé suivant la revendication I, carac- térisé en ce qu'on élimine le fer réduit lorsque le laitier fondu a été enlevé et on traite le fer pour éliminer le laitier qu'il contient. Installation suivant la revendication II,

   caractérisée en ce que la longueur du four ne dépasse pas trois fois son diamètre en vue qu'on puisse y maintenir une tempéra ture sensiblement uniforme et suffisam ment élevée pour que le laitier reste fluide dans tout le four.