CH376946A - Procédé de préparation de granules cohérents - Google Patents

Description

Procede de preparation de granules coherents La presente invention a pour objet un procede de preparation de granules coherents destinds, par exemple, ä 1'obtention de la fonte. L'invention a 6ga- lement pour objet un granule coherent prepare par ce procede.

Le procede objet de 1'invention de preparation de granules cohdrents contenant de 1'oxyde de fer et du carbone en une quantite superieure ä celle qui est necessaire pour reduire completement 1'oxyde de fer, dans lequel un melange d'oxyde de fer et de ma- tiere carbonde finement divisee en proportion en poids comprise entre 8 : 1 et 1 : 1 avec 10 ä 20 % d'eau est transforme Jans un tambour rotatif en granules qui sont chauffes entre 870 et 12500 C pour qu'une partie dudit Oxyde de fer soit reduite en fer, est caracterise en ce qu'on utilise comme matiere carbonee finement divisee dans les granules de la houille non cokefiante et en ce qu'on chauffe les gra- nules en enflammant un Lit de ces derniers et y fait passer un courant d'air contenant 16 ä 26 % d'oxy- gene, de maniere que la houille soit distillee par destruction et convertie en une matrice graphitique agissant comme un agent de Liaison pour les autres constituants des granules, tandis qu'une partie de 1'oxyde de fer cst reduite en fer jusqu'ä ce qu'on obtienne de 15 ä 40 % de fer metallique dans les granules, plus de 6 % de carbone Aant toujours contenu dans les granules.

Le granule coherent prepare par 1e procede ci- dessus, est caracterise en ce qu'il contient 40 ä 55 % en poids de fer dont 15 ä 40 % en poids du fer total sont ä 1'etat de fer elementaire, 1e comple- ment consistant en Oxyde de fer, 1e fer etant ä 1'etat de particules separees et 1e carbone, en quantitd constituant 6,5 ä 32,5 % en poids du granule, etant sous forme de matrice graphitique liant les autres elements du granule, qui est compact, non poreux ä 1'oeil nu et poreux au microscope. Le dessin annexe represente, schdmatiquement et ä titre d'exemple, une installation pour la mise en ceuvre du procede revendique.

La fig. 1 est un diagramme schematique des ope- rations successives du traitement ; la fig. 2 represente une variante de 1'installation de chauffage qui permet d'operer dans des condi- tions differentes.

Exemple <I>1</I> Suivant la fig. 1, an prepare une charge de minerai de fer (concentres de magnetite de Benson) Jans un broyeur 10 sous forme de poudre sensible- ment seche. La composition et laRTI ID="0001.0271" WI="13" HE="4" LX="1618" LY="1681"> grosseur des grains du minerai broye sont les suivantes

<I>Composition du minerai</I> <U>Pourcentage (poids sec)</U> Fer total 61,6 Mn (dvalue) 1,0 SiO,, 7,3 A1.Ö, 3,7 Ca0 0,16 Mg0 0,18 <B>T10:,</B> - <B>0,80</B> <I>Repartition de la grosseur des grains du minerai broye</I> Ouverture de mailles du tamis, Pourcentage de <U>mm grains retenus</U> <B>+0,25</B> 2,64 <B>-0,25</B> + 0,20 2,56 -0,20 -I- 0,149 9,24 -0,149 -f- 0,105 11,16 -0,105 +0,074 13,44 - 0,074 -1- 0,044 14,16 -0,044 46,8 De meme, an broie une houille de Book Cliff, dite non cokefiante dans les normes du commerce, dans un broyeur 11. La composition et la grosseur des grains de la houille broyee sont les suivantes

<I>Composition de la houille</I> Pourcentage (poids sec) Matieres volatiles 37,8 Carbone fixe 56,2 Cendre 6,2 Soufre 0,62 <I>Composition de la cendre de la houille</I> <U>Pourcentage (poids sec)</U> Ca0 0,48 Mg0 < 0,01 SiO. 1,7 A1203 2,7 <I>Repartition de la grosseur des grains de la</I> <I>houille broyee</I> Ouverture de mailles du tamis, Pourcentage de mm grains retenus <B>+0,297</B> 0,0 - 0,297 -i- 0,210 0,08 -0,210 -I- 0,149 0,9 - 0,149 r- 0,105 18,25 -0,105 + 0,074 53,75 -0,074 27,02 Ort fait passer les particules broyees de minerai et de houille des. broyeurs 10 et 11 dans un m61an- geur 12 dans lequel elles se mdlangent intimement. 0n regle 1e ddbit des broyeurs 10 et 11 de fa@on ä obtenir les proportions relatives desirees de minerai et de houille, par exemple 60 Parties de fines de mi- nerai et 40 Parties de fines de houilles en poids. 0n fait arriver dans 1e melangeur une Proportion de 10 ä 20 % d'eau en poids et de prdference d'environ 15 % par un tuyau d'arrosage 50 de fagon ä humi- difier 1e melange et 1e rendre coherent, mais non ä 1e mouiller. 0n a constate qu'avec des melanges con- tenant moins de 10 % d'eau an obtient des granules de resistance insuffisante dans 1'operation de traite- ment suivante. Si la Proportion d'eau des melanges est superieure ä environ 20 %, Ies granuIes obtenus sont trop mouilles et trop mous pour 1'operation sui- vante.

0n fait arriver 1e contenu du melangeur 12 avec un debit regle ä 1'extremite superieure d'un tambour ä granuler 13, par exemple d'un diametre de 1,22 m et dune longueur de 2,44 m, tournant autour d'un axe legerement incline vers 1e bas vers son extremite de sortie, par exemple suivant un angle de 70 par rapport ä 1'horizontale et tournant ä une vitesse peri- ph6rique d'environ 67 m par minute. Un tuyau d'ar- rosage 51 fait arriver de 1'eau pulverisee dans 1e tam- bour ä granuler au voisinage de son extremite supe- rieure ou de chargement, en Proportion d'environ 2 % en poids du melange de fines de minerai et de houille qui y arrive de fagon ä former des granules. Pendant que 1e tambour tourne, des petits granules agglomeres se forment au eommencement et roulent Ies uns sur les autres sur 1e reste du meIange venant du melangeur 12 et grossissent progressivement en formant des billes ou spheres compactes de grosseur croissante qui roulent vers 1'extremite inferieure de sortie du tambour 13.

Les granules roulant hors du tambour 13 passent sur un double tamis 14 dopt la surface perforee su- p6rieure 142 retient les granules d'un diametre su- perieur ä 15,9 mm et les fait passer dans une rigole de retenue 15. La surface perforee inferieure 14b du tamis RTI ID="0002.0264" WI="10" HE="4" LX="1242" LY="888"> retient les granules d'un diametre superieur ä 9,5 mm mais inferieur ä 15,9 mm et permet aux particules plus petites et aux fines du melange de passer pour tomber sur un transporteur 16. A titre d'exemple, Je tamis double 14 peut avoir une lon- gueur d'environ 1,2 m, une largeur d'environ 0,30 m, une inclinaison de 21o par rapport ä 1'horizontale et comporter des mailles earrees dune ouverture de 19,1 X 19,1 mm dans, 1e tamis superieur.

Les fines qui tombent sur Je transporteur 16 arrivent dans une rigole de retenue 17, d'oü un trans- porteur 18 Ies fait revenir ä 1'extremite de charge- ment du tambour ä granuler 13, dans lequel elles peuvent grossir en granules de la grosseur desiree. Les granules trop gros retenus par 1e tamis supe- rieur du tamis double 14 et arrivant dans la rigole de retenue 15 sont transportes par un transporteur 19 ä 1'extremite de chargement du melangeur 12, dans Iequel ils sont broyes et se repartissent Pendant que la charge du tambour ä granuler 13 se prepare. Les granules, de la grosseur desiree provenant du ta- mis double 14 tombent sur un transporteur 20 qui les fait arriver dans une tremie 21.

Lorsque Je tambour ä granuler 13 et Je tamis double 14 fonctionnent, des granules de la grosseur voulue de 9,5 ä 15,9 mm se forment lentement en 20 ä 30 minutes apres 1e commencement de 1'ope- ration de granulation. Pendant ce temps, une forte Proportion du melange de fines arrivant dans 1e tambour ä granuler 13 est remise en cireulation ä travers 1e tamis double 14 sous 1'action des trans- porteurs 16 et 18 et de la rigole de retenue 17. Au bout de 30 ä 45 minutes de fonctionnement, des gra- nules de la grosseur desiree se forment facilement dune maniere continue avec un debit de 1,5 tonne par heure.

Les granules qui arrivent dans la tremie 21 sont suffisamment coherents et auto-reducteurs et leur resistance leur permet de supporter les conditions de Pression et de chauffage qui existent au cours de la Premiere operation de chauffage. Les granules sortent dune maniere continue de la tremie 21 sur une grille en mouvement 22 en couche dune epaisseur de 76 ä 127 mm. Pendant que la grille en mouvement 22 fait avancer les granules, un dispositif d'allumage 23 les enflamme et ils avancent d'un mouvement contimi dans une zone de chauffage representde sch6matique- ment par 1'enveloppe dune caisse ä vent 24. Ils s'echauffent ä une temperature de 1090 ä 12500 C (c'est-ii-dire une temp6rature inferieure ä la tempe- rature de scorification du melange, auquel an re- marquera qu'on n'a pas ajoute de flux suivant cet exemple) sous 1'effet d'un courant de gaz contenant de Poxygene aspire dans 1'enveloppe 24 par un ven- tilateur aspirant 25 avec un debit d'environ 1200 cm !!em2 de la surface de grille. Il en rdsulte que les granules se deshydratent, puis que la bouillie subit une distillation destructive et en meme temps 1e car- bone contenu dans les divers granules provoque une reduction pr61iminaire, par exemple de 10 ä<B><I>50%,</I></B> de 1'oxyde de fer, de Sorte que la masse forme un granule 1i6 par carbonisation qui comporte une ma- trice graphitique de Liaison dune resistance inatten- due et une teneur particulierementforte en carbone. La duree du chauffage et du soufflage Sur la grille en mouvement entre 1e moment oü les, granules verts s'enflamment et celui oü les granules lies par carbo- nisation sortent est d'environ 8 ä 12 minutes.

Les granules lies par carbonisation quittant la grille en mouvement 22 tombent dune maniere con- tinue Sur un tamis 26 ä ouverture de mailles de 6,35 mm. Les Eines des granules lies par carbonisa- tion qui traversent 1e tamis 26 tombent Sur un trans- porteur 27, puis arrivent Sur un transporteur 28 qui les fait arriver ä 1'extr6mit6 de chargement du me- langeur 12, dans lequel elles s'incorporent ä la charge du tambour ä granuler 13. Les granules lies par car- bonisation et trop gros quittant 1e tamis 26 se re- froidissent en presence de Pair en quelques secondes ä la temperature du rouge sombre, et peuvent etre Stockes ou passer dans une tremie 29, qui les fait arriver regulierement dans un four de fusion 30.

La resistance et la quakte des granules lies par carbonisation qui arrivent dans la tremie 29 leur permettent de supporter les conditions de Pression et de charge existant dans un four de fusion, dans lequel la hauteur de la charge est par exemple de 2,44 m. Les granules arrivant ä haute temperature, au cours dune Operation continue, continuent ä se reduire. La qualit6 des, granules lies peut etre definie par 1. 1'indice de rendement, 2. 1e degre de reduc- tion et 3. leur etat de reductibilite.

L'expression indice de rendement est un nombre qui correspond au pourcentage de granules lies par carbonisation qui sont retenus Sur un tamis ä ouverture de mailles de 4,76 mm, c'est-ä-dire que 1'indice de rendement represente 1e nombre de gra- nules lies par carbonisation en provenance de la grille en mouvement qui peuvent etre charges et traites dans 1e four de fus.ion sans perte excessive de fines sous forme de poussieres volantes.

L'expression degre de reduction est un nom- bre qui correspond au pourcentage total de fer re- duit ä 1'etat metallique Pendant la Premiere Opera tion de chauffage et represente 1e rapport entre 1e fer metallique des granules lies par carbonisation et 1e fer total de ces granules, exprim6 en pourcentage en poids.

L'expression etat de reductibilit6 est un nom- bre qui correspond au pourcentage du fer initial dans les granules, qui par reduction finale donne du fer metallique sous 1'action du carbone subsistant dans les granules. L'6tat de reductibilite se calcule par la formule suivante

0n remarquera que la valeur de 1'6tat de reduc- tibilit6 peut etre sup6rieure ä 100, ce qui indique que Je melange initial contenait un exces. de houille, qui a 6t6 retenu Pendant la Premiere Operation de chauf- fage et qui est disponible pour la carburation et 1e chauffage. Un exemple de la composition des granu- les lies par earbonisation ainsi prepards est 1e sui- vant:

Fer total dans les granules lies par carbonisation <B>56%</B> Fer mdtallique dans ces granules . . . . 17 % Carbone dans ces granules . . . . . . <B><I>15%</I></B> Degre de rdduction . . . . . . . . <B>30%</B> Indice de rendement . . . . . . . <B>75%</B> Etat de reductibilit6 . . . . . . . . 124% Le fait qu'il est possible de chauffer dans un cou- rant d'air souffle contenant de 1'oxygene des granules bruts contenant jusqu'ä 40% de houille non coke- fiante pour former des granules resistants et coh6- rents ä forte teneur en carbone r6siduel est un ph6- nomene inattendu, car il est contraire ä tous les principes connus. Il a 6t6 etabli saus conteste et ad- mis dune maniere gdn6rale que lorsque la teneur en combustible d'un m61ange initial de minerai de fer et de combustible depasse environ 12 ä 15 % et qu'on fait subir ä ce mdlange un traitement d'agglo- m6ration ordinaire, 1e combustible continue ä brüler jusqu'ä ce qu'il soit ä peu pres completement consu- me, de Sorte que quelle que soit la teneur initiale en combustible du melange, la teneur r6siduelle en com- bustible apres chauffage est approximativement in- ferieure ä 1 %. En r6glant specialement 1'op6ration de chauffage, ainsi qu'on 1e verra en detail plus loin, an obtient des granules lies resistants et coherents, ä forte teneur en carbone r6siduel.

En examinant ä heil nu un granule lie par car- bonisation, an constate qu'il a 1'aspect dune masse dense, rdsistante, RTI ID="0003.0537" WI="16" HE="4" LX="1367" LY="2640"> coh6rente, de carbone amorphe. tr#s analogue ä celui du charbon de bois, sans indi- cation visible de la presence dune matiere fondue ä la surface ou sur un fragment cass6. 0n constate au microscope et en particulier avec un fort grossisse- ment que la structure du granule West pas homogene mais est forme par quatre 61ements principaux 1. Une matrice en carbone graphitique analogue une 6porige. La porosite de cette matrice de car- bone est microscopique et 1e diametre de ses pores les plus grands est de Fordre de 0,0635 mm.

2. Des particules, tres fines de fer m6tallique dune grosseur comprise entre 0,00025 et 0,00125 mm formant souvent une bordure autour de grains plus gros d'oxyde de fer, d'environ 0,075 mm de diamUre.

3. Des grains d'oxyde de fer disperses dans la matrice de carbone qui, avec un grossissement inf6- rieur ä 500 diametres et eclaires ä la lumiere ordi- naire apparaissent homogenes, tandis qu'ä la lumiere polarisee et avec un grossissement plus fort, les grains d'oxyde possedent une structure < duplex nettement dHinie, qui comporte des veines extreme- ment fines de fer metallique s'entrecroisant dans Foxyde.

4. Des chaines ou groupements de tres petites plages de forme irreguliere de gangue du minerai sur lesquelles n'apparait aucun signe de fusion.

Une caracteristique tres remarquable de la struc- rure des granules Us par carbonisation et qui appa- rait par examen microscopique ä la lumiere polarisee consiste dann 1e fait que la matrice de carbone est form6e par du carbone graphitique en cristaux tres fins au lieu de carbone amorphe. Le produit genera- lement obtenu de la carbonisation ä brise tempera- ture de la houille consiste en<B>100%</B> de carbone amorphe, tandis que 1e coke, qui est 1e produit de carbonisation de la houille ä haute temperature, con- tient au plus environ 10 ä 20 % de carbone graphi- tique, 1e complement consistant en carbone amorphe. 0n admet, d'apres 1'experience acquise dans la fabri- cation des electrodes en graphite, que la transfor- mation du carbone amorphe en carbone graphitique exige un cycle de chauffage de tres longue duree (4 ä 6 jours) ä une temperature tres 61evee, d'environ 1980 C. Il est donc absolument inattendu de cons- tater que, pour preparer des granules li6s par car- bonisation, il suffit d'un cycle de chauffage de quel- ques minutes ä une temp6rature d'environ 1150 ä 1205 C dans un courant d'air pour transformer completement 1e carbone amorphe en carbone gra- phitique ä cristaux tres fins et en remarquant que 1e graphite obtenu par un chauffage de tres RTI ID="0004.0275" WI="10" HE="4" LX="1025" LY="2334"> longue duree ä haute temp6rature possede une structure ä gros grains cristallins. Les raisons de ce ph6nomene ne sont pas connues. 0n pourrait admettre qu'il s'explique en consid6rant que les particules de houille sont extremement fines, qu'elles sont en contact in time avec les particules, tres fines d'oxyde de fer (qui peuvent exercer une aetion catalytique) et que la vitesse de chauffage est extremement rapide. Ce produit se distingue du charbon de bois et du coke par sa densite apparente, celle du coke me- tallurgique etant d'environ 0,432 du fait qu'il com- porte environ 81 % de vide au total, dont 45 % sont formes par Fespace qui separe les particules et<B>36%</B> par les vides ä 1'interieur des particules. Les granules lies par carbonisation comportent 74 % de vide au total, dopt 29 % environ se trouvent ä 1'interieur des particules et leur densite apparente est d'environ 1200 kg/m3. Les grandes cavites visi- bles dans les morceaux de coke n'existent pas dans les granules li6s par carbonisation.

Les diverses op & ations du procede decrit peu- vent s'effectuer en continu ou par charges inter- mittentes et independamment avec plusieurs instal- lations de granulation et plusieurs installations de chauffage qui font arriver les granules lies dans un four de fusion unique. Les granules lies peuvent eire refroidis et expedies dans une usine differente pour y etre reduits dans un four de fusion. Ils constituent done un objet manufacture solide et resistant qui, separe des fines, peut etre exp6die par Camion et en raison de sa cohesion peut etre Charge dans des fours avec addition de flux et de combustible, en quan- tite suffisante pour faire fondre la gangue. 0n remar- quera que les granules ainsi lies par carbonisation sont auto-reducteurs et suffisamment coherents du fait qu'ils contiennent une quantite de carbone suf- fisante pour reduire le fer ä 1'6tat m6tallique et pour carburer 1e m6tal ainsi forme ; ou bien, suivant la fig. 1, les granules lies par carbonisation peuvent conserver la chaleur qu'ils contiennent en quittant la grille en mouvement si an ]es Charge directement ä la sortie de la grille en mouvement dans Je four de fusion. Une autre solution consiste ä decharger les granules 1i6s et chauds de la grille en mouvement dans un four de sejour s6pare dans lequel les gaz brül6s provenant du four de fusion continuent ä les chauffier pendant un temps suffisant pour en aug- menter 1e RTIID="0004.0550" WI="8" HE="4" LX="1331" LY="1859"> degr6 de reluction.

Un avantage important du procede äcrit con- siste dans la possibilite d'effectuer les operations de chauffage dans les conditions de fonctionnement in diqu6es ci-dessus, ä des vitesses individuelles ]es plus avantageuses pour Finstallation et les mat & iaux choisis et de les mettre en train et de les arreter se- parement ä volonte. Par exemple, avec une duree de soufflage de 15 minutes ou moindre (g6nerale- ment inKrieure ä 10 minutes, comme Findiquent les exemples suivants) sur la grille en mouvement pour effectuer 1'operation de Liaison par carbonisation, et avec une duree de s6jour de 30 minutes dans 1e four de fusion, an peut arreter complUement Finstallation en moins dune heure ä partir du moment oü Fon a interrompu 1'operation de granulation dans 1e tam- bour rotatif, et an peut la remettre completement en marche au bout du meme temps. Ort peut effectuer des arrets semblables, aux instants correspondants ne- cessaires lorsque les op6rations de Liaison par Car- bonisation et de fusion s'effectuent en des points différents.

<I>Exemple 2</I> Pour préparer les granules liés, suffisamment cohérents, de l'exemple 1, on les fait arriver de la trémie 21 sur la grille en mouvement 22 avec un débit choisi de façon à former une couche uniforme de 75 à 125 mm d'épaisseur, puis on enflamme les granules ; ou, comme l'indique la fig. 2., on peut in tercaler un dispositif de séchage 54 entre la trémie 21 et le dispositif d'allumage 23 et y faire arriver du gaz chaud provenant d'une chambre (non repré sentée), au moyen d'un ventilateur aspirant 55. On peut utiliser les gaz chauds provenant de la chambre 24. Il n'est pas possible de déshydrater au préalable les granules avant qu'ils arrivent dans la trémie 21 parce qu'à l'état sec et non carbonisé leur résistance est insuffisante. La déshydratation préalable doit s'effectuer de façon à éviter de manipuler mécani quement les granules déshydratés non carbonisés, avant le premier chauffage ou l'opération de distil lation destructive et de liaison thermique. La déshy dratation préalable peut s'effectuer en faisant passer à travers la couche de granules bruts de la grille en mouvement de l'air chaud ou des produits de la combustion. La déshydration préalable a pour effet de diminuer le temps nécessaire au chauffage des granules, une fois enflammés. Le tableau ci-dessous indique à titre d'exemple l'effet exercé par une dés hydratation préalable sur la durée de chauffage après inflammation. Ces résultats ont été obtenus sur des grilles du type à charges intermittentes..

Composition des granules liés Grosseur Durée de Etat de N de Type des des granules, chauffage, Fer total Fer métallique Carbone Indice de réductibilité l'essai granules mm minutes /o en o/o /o rendement % 109 vert 19 à 22 30 53,2 17,5 17,5 66 148 110 sec 19 à 22 12 54,9 <B>1</B>5,7 15,1 78 12.5 112 sec 22. à 25 13 52,2 25,2 18,2 77 170 <I>Exemple 3</I> On détermine la qualité des granules liés par car bonisation par les trois indices de l'exemple 1 et on obtient cette qualité en réglant les facteurs variables de : 1. la composition du mélange initial, 2. la gros-' seur des granules, 3. le débit du vent pendant la pre mière opération de chauffage, 4. la durée de souf flage pendant la première opération de chauffage, 5. la température finale de la grille, 6. la température du vent pendant la première opération de chauffage, 7. la teneur en oxygène du vent pendant la première opération de chauffage et 8. l'épaisseur de la couche de granules sur la grille en mouvement pendant la première opération de chauffage.

La composition du mélange initial dépend en partie des proportions de minerai et de houille, qui peuvent être par exemple de 60 parties de minerai pour 40 parties de houille, 70 parties de minerai pour 30 parties de houille, etc., et dont quelques exemples sont donnés ci-dessous.

Composition des granules liés Composition du N mélange initial Fer total Fer métallique Carbone Indice de Etat de de l'essai en poids, % en o/o du fer total % rendement réductibilité % <U>minerai/houille</U> 10 60-40 51,0 30,4 26,3 - 240 16 50-50 46,8 23,5 32,5 - 292 La composition du mélange initial dépend aussi en partie de la nature du minerai de fer choisi. Par exemple, certains minerais d'expédition directe, con centrés de minerais et poussières volantes sont des matières premières qui donnent satisfaction dans le procédé décrit. On a fabriqué par exemple des gra nules liés donnant satisfaction avec un minerai d'hé matite de Mesabi. La composition de ce minerai et la répartition de la grosseur des grains du minerai broyé sont les suivantes

Composition du minerai <U>Pourcentage</U> Fe 50,2 Mn 0,6 Si0_, 14,1 A1,0j 2.,0 CaO 0,57 Mg0 0,30 Humidité 8 à 12

<I>Répartition de la grosseur des grains du minerai</I> <I>broyé</I> Ouverture de mailles du tamis, Pourcentage de mm grains retenus +0,210 1,1 -0,210 + 0,149 2,3 -0,149 <B><I>+0,105</I></B> 8,0 -0,105 + 0,074 11,3 -0,074 77,3 La matière carbonée du mélange initial peut aussi consister en lignite ou autre combustible de qualité inférieure.

Des granules de 9 à 15 mm ont été choisis dans l'essai de l'exemple 1, mais on a constaté que les granules plus gros sont très avantageux dans cer tains types de fours de fusion. Par exemple, avec des granules plus gros, on obtient une plus forte per méabilité aux gaz de la charge du four de fusion. Des exemples de granules plus gros qui ont donné des résultats satisfaisants dans cette opération sont donnés ci-après, mais on peut encore choisir des gra nules plus gros dans certains fours de fusion.

Composition des granules liés N Diamètre Fer total Fer métallique Carbone Indice de Etat de de l'<U>e</U>ssai des granules en mm % en o/<U>o</U> du fer total <U>0/a</U> r<U>endeme</U>n<U>t</U> réductibilité % 110 19 X 22,2. 54,9 15,7 15,1 78 125 112 22,2 X 25,4 52,2 2.5,2 18,2 77 170 286 22,2 X 25,4 54,7 17,4 11,6 88 106 Le taux de soufflage pendant la première opéra tion de chauffage désigne la quantité d'air (en dési gnant aussi l'air modifié par une addition d'oxygène ou par les produits de la combustion) refoulé à tra vers les granules une fois enflammés. En réglant d'une manière appropriée la valeur des autres va riables de chauffage désignés en détail plus loin, on peut faire varier le taux de soufflage de la manière suivante pour obtenir des granules liés par carboni sation de qualité acceptable.

Composition des granules liés Débit du vent <B><I>NI</I></B> cmd/min. par cm@ de Fer total Fer métallique Carbone Indice de Etat de de l'essai surface de grille /o en 11/o du fer total % rendement réductibilité o/o 128 1950 54,4 18,5 17,4 72 146 131 2400 54,9 19,4 14,5 80 128 148 3030 54,9 19,0 11,8 78 110 La durée de soufflage au cours de la première opération de chauffage est fonction de la vitesse du mouvement d'avancement de la grille continue, et en réglant d'une manière appropriée les autres variables du chauffage on peut faire varier cette durée pour satisfaire aux conditions de la production. La température finale de la grille est un élément de mesure extrêmement utile de la qualité des gra nules liés. Elle est comprise de préférence entre 870 et 1093 Cet elle exerce une influence sur la qua lité des granules liés par carbonisation, comme l'in dique le tableau ci-dessous.

Composition des granules liés NO Température finale Fer total Fer métallique Carbone Indice de Etat de de l'essai de la grille, C <U> /o</U> en % du fer total <U> /o</U> r<U>e</U>n<U>deme</U>nt réductibilité <B>01 0</B> 225 870 52,0 12,1 16,1 78 132 2.27 1093 52,9 15,5 15,8 81 134 La température du vent pendant la première opé ration de chauffage est celle à laquelle le courant d'air ou le courant d'air modifié pénètre dans la couche de granules une fois enflammés, et en éle vant la température du vent on peut généralement diminuer la durée de soufflage qui est nécessaire pour obtenir des granules liés par carbonisation de qualité acceptable, ainsi que l'indique le tableau ci- dessous.

Composition des granules liés Température Durée Fer métallique Etat de N de du vent, de soufflage Fer total en ,/o Carbone Indice de réductibilité l'essai <B>OC</B> minutes /o du fer total /o rendement % 244 538 7 49,4 13,6 19,3 80 164 147 799 6,5 54,9 15,7 15,5 72 127 On peut augmenter la teneur en oxygène du vent pendant la première opération de chauffage en ajoutant de l'oxygène au courant d'air ou la dimi- nuer en y ajoutant des produits de la combustion. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci- dessous.

Composition des granules liés NO Oxygène du vent, Fer total Fer métallique Carbone Indice de Etat de <U>de</U> l'<U>essai</U> 1% <U>en volume /o en</U> % du <U>fer tot</U>a<U>l % rende</U>ment r<U>éductib</U>ilité % 153 4,2 55,0 12,1 9,1 76 80 151 6,2 55,0 17,1 10,0 78 95 <B><I>1</I></B>50 11,8 55,0 16,2 10,0 80 93 234 26,0' 53,8 15,8 18,7 65 151 <B>*</B>On obtient dans ces conditions des granules liés par carbonisation de qualité acceptable. L'épaisseur de la couche de granules sur la grille en mouvement exerce une influence sur la qualité du produit et ne dépasse pas de préférence 150 mm pour des granules de 9 à 15 mm et peut être supé rieure pour des granules plus gros.

Au cours de la première opération de chauffage, il est préférable après avoir enflammé les granules par le haut, de faire passer un courant d'air (ou d'air modifié) à travers la couche de haut en bas, c'est- à-dire dans le sens dans lequel la combustion pro gresse. , <I>Exemple 4</I> Dans le procédé de préparation des granules dé crit à titre d'exemple dans l'exemple 1, on les forme à l'état vert à partir du mélange initial par le mou vement d'un tambour à granuler qui tourne lente ment autour d'un axe sensiblement horizontal et dans lequel on charge un mélange initial de fines de mi nerai et de matière carbonée. On peut aussi incor porer au mélange initial des liants carbonés ordinaires et courants, tels que de l'amidon, du brai, du gou dron, de la mélasse, des produits de lignine, etc., pour augmenter la résistance des granules verts ou faciliter leur formation, mais ces additifs ne sont pas nécessaires suivant l'invention.

<I>Exemple 5</I> De même, le procédé décrit dans l'exemple 1 consiste dans une opération continue, mais on a aussi obtenu des résultats satisfaisants en opérant par charges intermittentes et ce procédé fait aussi partie de l'invention. Par exemple, on a chauffé avec succès des agrégats de granules verts tant sur des grilles en mouvement que sur des grilles immobiles à charges intermittentes pour obtenir des granules liés par car bonisation de qualité acceptable. <I>Exemple 6</I> Au lieu de former le mélange initial par 40 par ties de houille non cokéfiante et 60 parties de mine rai, on peut former des grappes de granules analo gues à des grappes de raisin avec 16 parties de houille à coke, 24 parties de houille non cokéfiante et 60 parties de minerai, c'est-à-dire que 40% de la houille du mélange consistent en houille à coke.

On peut aussi former des grappes de granules liés en projetant sur la couche de granules verts ou déshydratés sur la grille en mouvement du minerai de fer en poudre.

On les a aussi obtenus en les préparant à l'état vert par le procédé de l'exemple 1, mais de grosseur un peu moindre, en faisant passer ces granules verts dans un second tambour à granuler dans lequel on fait arriver du minerai de fer en poudre et un sup plément d'eau, et en permettant au minerai de fer de s'accumuler sur les granules verts sous forme de pellicule représentant à peu près 20% du poids total du granule vert fini.

Les masses en grappe de granules liés par carbo nisation sont intéressantes dans le procédé décrit car lorsqu'on les charge dans le four de fusion, la per méabilité de la masse au passage des gaz de la che minée devient supérieure à celle des granules séparés ou autres agrégats.

La grosseur des granules arrivant dans le four de fusion peut être comprise entre 6,0 et 31,7 mm. On détermine les limites de grosseur des granules pen dant les opérations continues de formation, de pre mier chauffage et de fusion de façon qu'à la limite inférieure ils soient assez gros et par suite assez lourds par rapport à leur surface périphérique et à leur section pour que le vent au débit choisi ne les soulève pas et ne les entraîne pas dans la cheminée du four, et qu'à la limite supérieure ils soient assez petits pour que le chauffage au cours des opérations de déshydratation et de carbonisation ne provoque pas d'explosion sous l'effet d'un brusque dégage ment de vapeur ou de gaz sous pression dans les divers granules, et que la chaleur se transmette d'une manière appropriée pendant l'opération de fusion de façon à faire descendre la charge régulièrement. Les limites de grosseur de 9 à 15 mm, de 16 à 22. mm et de 22 à 25 mm choisies de préférence dans les exemples qui précèdent sont déterminés d'après la possibilité de régler le débit du vent et les conditions entre les limites précitées au cours des opérations de carbonisation et de fusion, sans qu'il en résulte une perte appréciable dans la cheminée ni de l'irré gularité dans la descente de la charge. Les propor tions en volume des granules entre les limites indi quées sont d'environ 1 : 5 pour les petits granules et de 1 : 1,5 pour les gros, lorsque les granules liés ne sont supportés que par peu ou pas du tout de coke, et on remarquera que les particules risquent moins de se tasser ou de descendre irrégulièrement lors qu'ils sont sensiblement de la même grosseur. En général, la couche de granules plus gros peut être plus épaisse au cours de la première opération de chauffage, le débit du vent peut être plus grand et la température finale de la grille plus élevée, et la quan tité de coke de support dans l'opération de fusion peut être moindre. Si les granules sont plus petits, la durée de déshydration nécessaire est plus courte avant qu'ils subissent la première opération de chauf fage.

Les granules liés qui proviennent du premier traitement de chauffage se caractérisent par une ré sistance surprenante et une faible diminution de poids par abrasion lorsque les granules sont frottés l'un sur l'autre. On constate en examinant au microscope des sections et portions des granules qu'ils contiennent le minerai de fer et le fer réduit sous forme de parti cules séparées, qui ne sont que légèrement liées ou pas liées du tout par les, éléments fondus de la cendre ; elles sont principalement et nettement liées entre elles par une matrice de carbone graphitique. Les granules liés sont donc nettement différents des masses liées par frittage ou par vitrification, qui com- portent des ponts de connexion formés par des élé ments de laitier fondus ; mais il y a lieu de remar quer que les granules peuvent être obtenus sans que la source de ce carbone consiste en houille à coke. Il y a lieu aussi de remarquer que ces granules liés contiennent une quantité de carbone suffisante pour réduire et carburer l'oxyde de fer existant (par exem ple un état de réductibilité compris entre 100 et 170 et un pourcentage en carbone compris entre 10 et 25 %) avec une proportion de fer réduit com prise entre 9,2 et 31,4 % (représentant une réduc tion de 15 à 40 % du fer total). Dans certains cas la résistance, indiquée par l'indice de rendement , augmente en fonction de la proportion de fer métal lique contenu dans les particules, quoique les parti cules soient indépendantes l'une de l'autre.

Claims (2)

1. REVENDICATIONS I. Procédé de préparation de granules cohérents contenant de l'oxyde de fer et du carbone en une quantité supérieure à celle qui est nécessaire pour réduire complètement l'oxyde de fer, dans lequel un mélange d'oxyde de fer et de matière carbonée fine ment divisée en proportion en poids comprise entre 8 : 1 et 1 : 1 avec 10 à 20 % d'eau est transformé dans un tambour rotatif en granules qui sont chauffés entre 870 et 1250e C pour qu'une partie dudit oxyde de fer soit réduite en fer, caractérisé en ce qu'on utilise comme matière carbonée finement divisée dans les granules de la houille non cokéfiante et en ce qu'on chauffe les granules en enflammant un lit de ces derniers et y fait passer un courant d'air con tenant 16 à 2.6 % d'oxygène, de manière que la houille soit distillée par destruction et convertie en une matrice graphitique agissant comme un agent de liaison pour les autres constituants des granules, tandis qu'une partie de l'oxyde de fer est réduite en fer jusqu'à ce qu'on obtienne de 15 à 40 % de fer métallique dans les granules, plus de 6 % de car bone étant toujours contenu dans les granules. Il. Granule cohérent préparé par le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 40 à 55 % en poids de fer dont 15 à 40 % en poids du fer total sont à l'état de fer élémentaire, le com plément consistant en oxyde de fer, le fer étant à l'état de particules séparées et le carbone, en quan tité constituant 6,5 % à 32,5 % en poids du granule, étant sous forme de matrice graphitique liant les autres éléments du granule, qui est compact, non poreux à l'oeil nu et poreux au microscope. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que les granules subissent un premier chauffage les déshydratant puis sont enflammés et soumis à l'action du courant d'air pendant une durée ne dépas sant pas, 15 minutes après l'inflammation de la cou che de granules.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mélange l'oxyde de fer et la houille non cokéfiante en proportion en poids comprise entre 85 : 15 et 50 : 50 en présence de 10 à 20 % d'eau, on secoue le mélange sur une surface rotative en présence d'une proportion d'eau d'arrosage d'environ 2 % de façon à former des granules verts et à les faire grossir, on enlève la masse secouée de cette surface et on en sépare les particules d'une grosseur inférieure à 6 mm qu'on fait revenir sur la surface rotative, on sépare de la masse les particules d'une grosseur supérieure à 31 mm, on les fragmente et on les fait revenir sur la surface rotative pour former, une couche en mouvement sur les autres granules verts immobiles dans la couche dont l'épaisseur est comprise entre 75 et 125 mm, on enflamme la cou che à la partie supérieure pendant qu'elle avance en supportant les granules, on y fait passer le courant d'air contenant 16 à 26 % d'oxygène avec un débit compris entre 750 et 3030 cms par minute et par cm<U>"</U> de surface de la couche, de façon à faire passer l'air de haut en bas à travers la couche pour la faire brûler et la chauffer à une allure suffisante pour en chasser l'eau à l'état de vapeur en 15 minutes au maximum et pour carboniser la houille sans faire éclater les granules, tout en réduisant le fer de l'oxyde des granules à l'état métallique à teneur d'en viron 15 à 40 % en poids du fer total et en faisant prendre à la couche une température finale de 870 à 1250 C de façon à former une matrice en carbone graphitique dans chaque granule, puis on cesse de faire passer l'air et on décharge les granules liés de la couche.