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Procédé pour la fusion des minerais et spécialement des minerais de fer.
L'invention se rapporte à un procédé pour la fusion des minerais et spécialement des minerais de fer. Dans l'état actuel de la sidérurgie on emploie des hauts-fourneaux dont la charge présente une hauteur de 20 à 30 m. On vise à obtenir de cette manière une réduction indirecte aussi profonde que possible des oxydes de fer et à utiliser aussi complètement que possible la chaleur des gaz du four qui proviennent de la zone de réduction et de la zone de fusion. Il résulte toutefois de la gronde hauteur de la charge, qu'une très grande pression est exercée sur les parties inférieures de la charge, de telle sorte que celle-ci doit être trèsrésistante; en outre il faut que la
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charge soit composée de morceau. suffisamment gros pour per- mettre le passage du vent dans des conditions convenables et régulières.
Lorsqu'on utilise du minerai à l'état fin, on peut réaliser cette condition en l'agglutinant; en ce qui concerne les combustibles, on est oblige d'employer du coke métallurgique, c'est-à-dire un coke de fort calibre et,'très résistant. Or, on sait que la houille propre à la fabrication de ce coke ne se trouve que dans certains gisements et qu'il existe de nombreuses régions du globe où un charbon de cette nature fait entièrement défaut.
L'invention apporte une solution à ce problème en opé- rant la fusion au moyen de combustibles qui ne conviennent pas à la production d'un coke de gros calibre et de très grande résistance. Cette solution consiste à établir la charge sous une hauteur d'environ 1,50 à 3 m. au-dessus du plan des tuyères, à employer un four de section transversale rectangulaire dont un des deux côtés au moins est égal ou inférieur à 2 m., à disposer les tuyères à vent sur les longs côtes du rectangle, à comprimer le combustible conjointement avec le minerai ou une partie du minerai de manière à former des briquettes, de préférence des briquettes ovoïdes, qui présentent un volume maximum de 100 cm3 environ, et à opérer la fusion après introduction dans le four- neau en employant de l'air chaud.
Comme combustible on peut employer dans ce procédé prin- cipalement de la houille impropre à la fabrication de coke mé- tallurgique, c'est-à-dire par conséquent des charbons peu coke- fiables (charbons dont la cuisson se fait mal). Au nombre de ceux-ci on peut citer par exemple les charbons de la Sarre, de 'même que beaucoup de charbons français, spécialement les charbons lor- rains. L'invention est basée sur la constatation qu'il est pos- sible d'effectuer aussi bien la carbonisation que la fusion dans
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un fourneau lorsque la charge présente une hauteur extraordinaire- ment faible. La température des gaz d'échappement se maintient alors toujours dans des limites admissibles. La faible hauteur de la colonne de charge permet d'employer des fourneaux relative- ment bas de construction par conséquent peu coûteux..
En outre, les matières qu'il s'agit de soumettre à la fusion ne doivent plus être élevées à une aussi grande hauteur que d'habitude. Enfin, la pression du vent peut aussi être notablement plus faible que jusqu'à present, de telle sorte qu'on peut par ce procède réduire sensiblement le coût de l'opération telle qu'elle était exécutée dans les hauts-fourneaux connus.
Un avantage spécial de la présente invention est de ne plus devoir employer comme pour la fabrication du coke métallurgi- que de la houille ayant subi une préparation mécanique très pous- sée et ne présentant qu'une teneur en cendres de 6 à 8% au maximum.
Dans beaucoup de cas on peut même utiliser du charbon sans prépara- tion mécanique. Il n'est pas non plus nécessaire de pousser très loin le broyage dans les épurations préalables au briquetage. On obtiendra plutôt une composition et une cohésion convenables des briquettes en employant un combustible, de la houille par exemple, au calibre de 0 à 5 mm. En ce qui concerne le minerai on peut même admettre une grosseur quelque peu supérieure, à savoir 0 à environ 10 mm. Les briquettes sont de préférence fabriquées sous forme ovoïde dans des presses à cylindres; même si l'on utilise d'autres formes, il est avantageux d'arrondir les arêtes et les an- gles, et éventuellement aussi les surfaces extérieures des bri- quettes.
Un point important est en outre que l'invention permet aussi d'employer du brai comme agglomérant des briquettes. On s'est toujours abstenu jusqu'à présent d'employer dans les hauts-four- neaux cette matière, qui cependant convient particulièrement bien @
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à la fabrication des briquettes, parce que le brai se ramollit à la chaleur du four et provoque rapidement une adhérence des bri- quettes. Cet inconvénient ne se présente toutefois pas dans le procédé suivant l'invention. Cornue on emploie suivant l'invention de la houille à l'état non carbonisé ni cokéfié, les gaz du gueulard contiennent notamment des vapeurs et des gaz de carbonisa- tion. On peut séparer des gaz du gueulard spécialement les va- peurs de carbonisation et on obtient ainsi des sous-produits très recherchés.
Dans beaucoup de cas il est recommandable d'employer eu lieu de brai ou en mélange avec du brai ou une matière sembla- ble contenant un hydrocarbure, des lessives sulfitiques, du brai cellulosioue ou un autre agglomérant organique semblable, soluble dans l'eau. La lessive sulfitique presente l'avantage de bien agglomérer et de former rapidement par chauffage une ossature de coke qui même lors d'une nouvelle augmentation de la température reste stable et assure une forme constante à la briquette.
La faible hauteur de la charge du fourneau a pour effet d'assurer un chauffage très rapide des briquettes introduites.
Ceci offre une grande importance surtout lorsqu'on emploie des charbons peu cokéfiants, qui sont donc impropres à la fabrication du coke métallurgique. Lorsque le chauffage est rapide le pouvoir cokefiant, faible en soi, est notamment maintenu jusqu'à ce que la houille soit cokéfiée et qu'il se soit ainsi formé;une structure résistante. Ceci est vrai également dans le cas où l'on n'utilise pas pour de pareilles briquettes du brai ou une matière équivalente, mais seulement des lessives sulfitiques, du brai cellulosique ou un agglomérant analogue. On peut aussi employer avantageusement du verre soluble ou de la chaux éteinte comme agglomérant.
L'action favorable du nouveau procédé repose notam- ment sur la régularité de la forme des morceaux de la charge. La @
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réduction se produit d'autant plus avantageusement que les mor- ceaux sont plus petits et leur forme plus régulière. D'autre part, pour des raisons pratiques d'ordre général on ne doit pas admettre une grosseur inférieure à une limite déterminée; il se produirait facilement une obstruction du four dans ce cas. La grandeur la plus favorable des briquettes est d'environ 40 cm3. S'il n'est pas incorporé dans les briquettes, le minerai est employé en morceaux, par exemple de forme à peu près cubique, d'environ 35 mm. de côte, jusqu'à 10 mm. de côté.
On peut aussi opérer très utilement la fusion dans un four à chemise d'eau. Ce dernier se caractérise par une construction très simple et par une grande sécurité de fonctionnement. Une cro- sion de la chemise de circulation d'eau en ferne peut pas se pro- duire, car la scorie qui se forme lors de la réduction et de la fusion s'agglomère sur les parois latérales refroidies en formant ainsi une couche protectrice. La chemise de circulation d'eau peut être disposée soit sur toute la hauteur de la cuve du fourneau, soit seulement sur l'étendue de la zone de réduction et de la zone de fusion. Dans ce dernier cas, la partie supérieure de la cuve du fourneau est exécutée en maçonnerie.
Dans le procédé suivant l'invention, la réduction et la fusion se font très facilement et efficacement, car le coke fraî- chement produit est très susceptible de réaction. Ceci a également pour résultat que dans beaucoup de cas on n'est plus obligé comme dans le haut-fourneau de réchauffer préalablement le vent. Bien plus, on peut employer de l'air froid dans le procédé suivant l'inven- tion.
Il est également utile d'ajouter de l'oxygène au vent du fourneau, et notamment pour augmenter l'économie de l'opé- ration de l'oxygène dit industriel qui possède une teneur en O2de 95% environ. L'avantage qu'offre l'emploi d'air à haute teneur en oxygène pour le vent réside comme on le sait dans le fait n
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que les gaz du gueulard ont une teneur en azote notablement plus faible que jusqu'à présent, possèdent par conséquent un pouvoir chauffant plus élevé et conviennent donc notamment comme matière première pour la synthèse de combustibles moteurs d'après le procédé Fisher-Tropsch.
On peut aussi utiliser de l'oxygène séparé- ment, mais on l'emploie alors de préférence à l'état impur, à une teneur en O2 de 80 à 95%.Il est vrai que l'emploi d'oxygène a pour effet de faire monter considérablement les températures du four, ce qui donne lieu, dans un gazogène, par exemple, à de for- tes pertes de chaleur. Toutefois, dans le procédé suivant l'inven- tion les hautes temperatures sont avantageusement utilisées pour remplir le second but de ce procédé, à savoir la réduction et la fusion du fer. On peut par conséquent fabriquer le gaz de synthèse d'une manière notablement plus économique qu'au gazogène.
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Process for the smelting of ores and especially iron ores.
The invention relates to a process for smelting ores and especially iron ores. In the current state of the steel industry, blast furnaces are used, the load of which has a height of 20 to 30 m. The aim is to obtain in this way an indirect reduction as deep as possible of the iron oxides and to use as completely as possible the heat of the furnace gases which come from the reduction zone and from the melting zone. It results however from the rumble height of the load, that a very great pressure is exerted on the lower parts of the load, so that this one must be very resistant; in addition it is necessary that the
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load is made up of pieces. large enough to allow the passage of the wind under suitable and regular conditions.
When using fine ore, this condition can be achieved by agglutination; as regards the fuels, it is necessary to use metallurgical coke, that is to say a coke of large size and very resistant. Now, we know that the coal suitable for the manufacture of this coke is only found in certain deposits and that there are many regions of the world where coal of this nature is entirely lacking.
The invention provides a solution to this problem by carrying out the smelting using fuels which are not suitable for the production of large size and very high strength coke. This solution consists in establishing the load at a height of approximately 1.50 to 3 m. above the plane of the nozzles, to use a furnace of rectangular cross-section of which at least one of the two sides is equal to or less than 2 m., to arrange the wind nozzles on the long sides of the rectangle, to compress the fuel together with the ore or part of the ore so as to form briquettes, preferably ovoid briquettes, which have a maximum volume of approximately 100 cm3, and to operate the smelting after introduction into the furnace using hot air .
As fuel, it is possible to use in this process mainly coal unsuitable for the manufacture of metallurgical coke, that is to say coals which are not very coke-reliable (coals whose cooking is poor). Among these may be mentioned, for example, the coals of the Saar, as well as many French coals, especially the Lorraine coals. The invention is based on the finding that it is possible to carry out both carbonization and melting in
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a furnace when the load has an extraordinarily low height. The temperature of the exhaust gases is then always kept within permissible limits. The low height of the load column makes it possible to use relatively low stoves and therefore inexpensive construction.
In addition, the materials to be subjected to fusion no longer have to be raised to as great a height as usual. Finally, the wind pressure can also be significantly lower than heretofore, so that this process can significantly reduce the cost of the operation as performed in known blast furnaces.
A special advantage of the present invention is that, as for the manufacture of metallurgical coke, it is no longer necessary to use hard coal which has undergone a very thorough mechanical preparation and which only has an ash content of 6 to 8% at most. .
In many cases it is even possible to use charcoal without mechanical preparation. It is also not necessary to push very far the grinding in the purifications prior to briquetting. Rather, a suitable composition and cohesion of the briquettes will be obtained by using a fuel, for example coal, with a size of 0 to 5 mm. As regards the ore one can even admit a somewhat greater size, namely 0 to about 10 mm. The briquettes are preferably made in ovoid form in roller presses; even if other shapes are used, it is advantageous to round the edges and angles, and possibly also the outer surfaces of the briquettes.
An important point is furthermore that the invention also makes it possible to use pitch as a binder of briquettes. Until now, we have always refrained from using this material in blast furnaces, which, however, is particularly suitable.
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in the manufacture of briquettes, because the pitch softens in the heat of the oven and quickly causes the briquettes to stick. This drawback is not however present in the process according to the invention. However, according to the invention, coal in the non-carbonized or non-coked state is used, the top gases contain in particular vapors and carbonization gases. Especially the carbonization vapors can be separated from the top gases, thereby obtaining highly desirable by-products.
In many cases it is advisable to use instead of pitch or in admixture with pitch or similar material containing a hydrocarbon, sulphite alkalis, cellulose pitch or other similar organic water soluble binder. Sulphite lye has the advantage of agglomerating well and of rapidly forming, by heating, a coke backbone which, even when the temperature rises again, remains stable and ensures a constant shape for the briquette.
The low height of the furnace charge has the effect of ensuring very rapid heating of the briquettes introduced.
This is of great importance especially when low coking coals are used, which are therefore unsuitable for the manufacture of metallurgical coke. When the heating is rapid, the coking power, which is low in itself, is maintained in particular until the coal is coked and a resistant structure has thus been formed. This is also true in the case where pitch or an equivalent material is not used for such briquettes, but only sulphite lyes, cellulosic pitch or the like. Water glass or slaked lime can also advantageously be used as a binder.
The favorable action of the new process is based in particular on the regularity of the shape of the pieces of the load. The @
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The reduction occurs all the more advantageously as the pieces are smaller and their shape more regular. On the other hand, for practical reasons of a general nature, a size lower than a determined limit should not be allowed; obstruction of the oven would easily occur in this case. The most favorable size for briquettes is about 40 cm3. If it is not incorporated into the briquettes, the ore is used in pieces, for example of approximately cubic shape, of about 35 mm. of rib, up to 10 mm. next to.
Melting can also be carried out very usefully in a water-jacketed furnace. The latter is characterized by a very simple construction and high operational reliability. A growth of the fern water circulation jacket cannot occur, as the slag which forms during reduction and melting agglomerates on the cooled side walls thus forming a protective layer. The water circulation jacket can be arranged either over the entire height of the furnace vessel, or only over the extent of the reduction zone and the melting zone. In the latter case, the upper part of the furnace tank is made of masonry.
In the process according to the invention, the reduction and the melting take place very easily and efficiently, since the freshly produced coke is very susceptible to reaction. This also has the result that in many cases one is no longer obliged, as in the blast furnace, to preheat the wind. Moreover, cold air can be employed in the process according to the invention.
It is also useful to add oxygen to the blast from the furnace, and in particular to increase the economy of the so-called industrial oxygen operation which has an O2 content of about 95%. The advantage of using air with a high oxygen content for the wind is, as we know, in the fact n
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that the top gases have a significantly lower nitrogen content than hitherto, consequently have a higher heating capacity and are therefore particularly suitable as raw material for the synthesis of motor fuels according to the Fisher-Tropsch process.
Oxygen can also be used separately, but it is then preferably used in the impure state, at an O2 content of 80 to 95%. It is true that the use of oxygen has the effect to increase the temperatures of the furnace considerably, which gives rise, in a gasifier, for example, to high heat losses. However, in the process according to the invention high temperatures are advantageously used to fulfill the second object of this process, namely the reduction and melting of iron. The synthesis gas can therefore be produced in a significantly more economical manner than with a gasifier.