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Dispositif pour la fabrication d'une éponge de fer à basse teneur en soufre.
La présente invention concerne un dispositif pour la fabrication d'une éponge de fer à basse teneur en soufre.
Au sens de la présente invention, une éponge de fer est une matière ferreuse obtenue par une opération de réduction, dite directe, à partir d'oxydes de fer. Traditionnellement, les oxydes de fer proviennent des minerais, où ils sont accompagnés par diverses substances indésirables formant la gangue. Actuellement, une source intéressante d'oxydes de fer est également constituée par les oxydes superficiels recueillis à divers stades des processus de fabrication sidérurgiques, tels que les pailles de laminoirs et les boues de décapage. Cette catégorie d'oxydes ne comporte pas de gangue, mais elle est fréquemment chargée d'impuretés telles que des résidus d'huiles ou de graisses.
On peut également envisager d'utiliser d'autres sources de fer, telles que les poussières ou les boues recueillies dans les aciéries, les hauts-fourneaux ou les installations d'agglomération des minerais.
La description qui suit fera référence au terme général d'oxydes de fer ; ce terme englobe ici aussi bien les minerais de fer habituels que les oxydes provenant des processus sidérurgiques, soit séparément soit sous forme de mélanges en proportions quelconques.
L'éponge de fer suscite actuellement un intérêt croissant, en particulier en vue de son utilisation dans les convertisseurs et surtout dans les fours électriques d'aciérie. Jusqu'à présent, la charge métallique de ces engins est principalement constituée de ferrailles, qui complètent la charge de fonte liquide habituelle. On constate cependant que la qualité de ces ferrailles a tendance à se dégrader, notamment en raison de leur teneur en éléments d'alliages qui peuvent être indésirables pour les aciers envisagés.
Par ailleurs, le prix des ferrailles varie dans des proportions parfois considérables, en fonction non seulement de leur qualité mais aussi de leur disponibilité, ce qui peut compromettre l'approvisionnement des aciéries électriques en particulier.
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Le présent demandeur a récemment proposé des procédés de fabrication d'une éponge de fer à basse teneur en soufre, dans lesquels une charge comprenant d'une part des oxydes de fer finement divisés, éventuellement sous forme de pellets, et d'autre part un mélange d'un agent réducteur carboné solide, de quelque nature ou origine que ce soit, et d'un agent désulfurant, est soumise à une opération de réduction sur une sole mobile.
On peut rappeler ici le principe de ces procédés, qui sont basés sur la gazéification, au sein même de la charge, de l'agent réducteur carboné solide.
De façon connue en soi, la gazéification de l'agent réducteur carboné solide requiert un chauffage à une température élevée, de l'ordre d'au moins 800 C. Ce chauffage est conduit de telle façon que les composés gazeux du carbone contiennent essentiellement du monoxyde de carbone (CO), qui est un gaz très réducteur.
Le chauffage nécessaire à cette gazéification est avantageusement assuré par des brûleurs qui produisent notamment le CO2 nécessaire au démarrage de la réaction de Boudouard :
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Dans les propositions considérées, le CO résultant de ladite gazéification se répand par diffusion à l'intérieur de la charge où il assure la réduction desdits oxydes de fer par les réactions :
EMI2.2
Le C02 ainsi produit diffuse à son tour dans la charge et revient au contact de l'agent carboné, où chaque mole de CO2 donne à nouveau naissance à deux moles de CO par la réaction de Boudouard rappelée plus haut.
Une de ces deux moles de CO revient par diffusion dans la charge pour y réduire un oxyde de fer, tandis que l'autre mole de CO s'échappe de la charge et brûle en C0, contribuant ainsi au chauffage nécessaire à la gazéification de l'agent réducteur carboné solide. Simultanément, l'agent désulfurant réagit directement avec le soufre libéré par l'agent
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réducteur carboné solide pour former des composés stables du soufre qui ne s'intègrent pas à l'éponge de fer.
La présente invention a pour obj de proposer in dispositif spécifique pour la mise en oeuvre de procédés de réduction de cette nature.
On connaît déjà, notamment par le brevet US-A-4.701. 214, un four à sole tournante destiné à effectuer une préréduction de pellets composés d'un mélange d'oxydes de fer et d'un combustible carboné finement divisés. Ce four comporte essentiellement un tunnel annulaire dans lequel se déplace une sole tournante chargée d'une couche de pellets ; il est divisé en trois zones successives dites de séchage/dévolatilisation, de chauffage et de réduction, qui sont parcourues dans cet ordre par les pellets. Des gaz réducteurs provenant d'une cuve de fusion réductrice qui suit le four sont introduits dans le tunnel et le parcourent en sens inverse des pellets. Ces gaz sont brûlés au début de la zone de réduction et dans la zone de chauffage, par adduction d'air préchauffé dans ces zones.
Un tel four n'est cependant pas en mesure de produire une éponge de fer à basse teneur en soufre car les pellets sont en contact direct avec les gaz réducteurs contenant du soufre, qui résultent de la gazéification du combustible carboné contenu dans les pellets. De plus, il doit être associé à une cuve de fusion réductrice dans laquelle on fond les pellets pré-réduits et on opère la désulfuration du fer à l'état fondu.
Conformément à la présente invention, un dispositif pour la fabrication d'une éponge de fer à basse teneur en soufre, qui comprend un four tunnel annulaire divisé en au moins deux zones successives et une sole tournante qui traverse successivement lesdites zones, ladite sole tournante présentant une plage destinée à recevoir une charge de matières, est caractérisé en ce que la dernière desdites zones, dite zone de réduction, est divisée, sur au moins une partie de sa longueur circonférentielle, en au moins deux compartiments longitudinaux au moyen d'une paroi longitudinale au moins sensiblement verticale, en ce que ladite plage de la sole tournante destinée à recevoir une charge de matières est située dans un desdits compartiments longitudinaux, en ce que, dans la partie de sa longueur divisée en au moins deux compartiments,
ladite dernière zone est pourvue
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de tubes de chauffage disposés au-dessus de ladite sole tournante et qui, venant de l'extérieur du four, traversent successivement le compartiment contenant ladite plage de la sole tournante destinée à recevoir une charge de matières et débouchent dans l'autre compartiment, et en ce que lesdits tubes de chauffage sont pourvus de brûleurs à leur extrémité située à l'extérieur du four.
Suivant une forme de réalisation particulière, la dernière desdites zones est divisée, sur au moins une partie de sa longueur circonférentielle, en trois compartiments longitudinaux au moyen de deux parois longitudinales au moins sensiblement verticales, lesdits compartiments longitudinaux comprennent un compartiment central compris entre lesdites deux parois sensiblement verticales et deux compartiments latéraux situés de part et d'autre dudit compartiment central et délimités respectivement par une desdites deux parois sensiblement verticales et par une paroi latérale du four tunnel, ladite plage de la sole tournante destinée à recevoir une charge de matières est située dans ledit compartiment central, ladite dernière zone est, dans la partie de sa longueur divisée en trois compartiments,
pourvue de tubes de chauffage disposés au-dessus de ladite sole tournante et qui, venant de l'extérieur du four, traversent successivement un compartiment latéral et le compartiment central et débouchent dans le compartiment latéral opposé, et lesdits tubes de chauffage sont pourvus de brûleurs à leur extrémité située à l'extérieur du four.
Selon une caractéristique supplémentaire, lesdits tubes de chauffage sont disposés de façon à déboucher alternativement dans l'un et dans l'autre desdits compartiments latéraux de ladite dernière zone du four.
De façon connue en soi, ledit four tunnel est équipé de moyens pour déposer une charge de matières, éventuellement en couches superposées, sur ladite plage de la sole tournante, dans la région d'entrée de la première desdites zones du four. De même, le four comporte des moyens en soi connus pour décharger lesdites matières, de préférence sous une atmosphère protectrice, dans la région de sortie de ladite dernière zone du four.
Entre la zone d'introduction des matières et la zone de réduction, il est prévu une paroi de séparation, essentiellement radiale, qui s'étend
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verticalement depuis la voûte du four jusqu'à proximité de la surface supérieure de la sole du four, pour empêcher un transfert de gaz de l'une à l'autre des ces zones. Une paroi peut aussi être prévue entre l'avantdernière et la dernière zone du four ; une telle paroi doit alors être percée d'au moins un orifice de passage, pour permettre une circulation des gaz à contre-courant par rapport à la sole tournante.
Dans le dispositif de l'invention, la sole tournante est essentiellement constituée par un plateau annulaire qui occupe sensiblement toute la largeur du four tunnel dans lequel elle tourne. Le support et le guidage de ce plateau sont assurés par des galets roulant sur une voie ferrée circulaire, dont les rails sont fixés au sol à l'intérieur du four. Il est prévu que le plateau de la sole tournante se trouve à une hauteur relativement importante au-dessus du niveau de la voie ferrée, afin que celle-ci ne subisse pas un échauffement excessif en service.
De plus, les faces intérieures des parois extérieures du four sont pourvues de rigoles circonférentielles remplies d'un liquide dans lequel plongent des parois verticales suspendues aux bords extérieurs du plateau de la sole tournante. On forme ainsi des joints liquides qui assurent une étanchéité totale entre le volume intérieur du four tunnel proprement dit et les espaces situés sous la sole.
Le dispositif de l'invention sera maintenant exposé plus en détail à l'aide d'une forme de réalisation particulière, donnée à titre de simple exemple, dans laquelle le four est divisé en trois zones successives ; cette forme de réalisation est illustrée dans les dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 montre une vue en plan du four annulaire, avec indication des trois zones de fonctionnement successives ; la Fig. 2 est une coupe transversale à travers la troisième zone du four
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de la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une coupe longitudinale développée à travers un fragment du four de la Fig. 1, montrant le passage de la deuxième à la troisième zone du four ;
et la Fig. 4 est une vue en plan, en coupe horizontale, du fragment de four représenté dans la Fig. 3.
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Les différentes figures constituent des représentations schématiques du dispositif de l'invention, dans lesquelles on n'a reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension correcte de l'invention. Des éléments identiques sont désignés par les mêmes repères numériques dans toutes les figures.
La Fig. 1 est une vue en plan d'un four tunnel annulaire 1, divisé en trois zones I, II et III. Le four contient une sole tournante, non visible dans la Fig. 1, dont le sens de rotation est indiqué par la flèche 2. Les matières à traiter, à savoir les oxydes de fer, l'agent réducteur carboné solide et l'agent désulfurant, sont déposés sur la sole tournante au début de la zone I, par des moyens de chargement 3 bien connus dans la technique. Du fait de la rotation de la sole, les matières traversent successivement la zone I, qui est une zone de séchage, de préchauffage et de dévolatilisation sous une atmosphère oxydante, la zone II où elles subissent un chauffage et une préréduction sous une atmosphère partiellement réductrice et la zone III qui constitue la zone de réduction proprement dite, où règne une atmosphère réductrice.
A la fin du traitement de réduction, les matières sont déchargées par des moyens appropriés symbolisés par la flèche 4.
Les gaz dégagés dans les différentes zones circulent en sens contraire de la sole tournante, et ils sont finalement extraits du four par un dispositif approprié tel qu'un extracteur 5.
Dans la Fig. 1, on a également indiqué de manière schématique les brûleurs 21,22 équipant les différentes zones du four, ainsi que les compartiments 17,18, 19 formés dans la zone III. Ces éléments seront décrits en détail plus loin.
La Fig. 2 représente une coupe transversale, c. à. d. radiale, à travers la zone de réduction III du four 1, suivant la ligne A-A de la Fig. 1. Elle montre la section transversale du four tunnel annulaire 1, qui se compose essentiellement d'un corps 6 et d'une voûte 7. La sole tournante est constituée par un plateau 8, qui occupe pratiquement toute la largeur du corps 6 du four, et qui repose par des supports 9 et des galets 10 sur des rails 11, eux-mêmes fixés au socle du four. Les supports 9 peuvent être
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constitués par des voiles continus ou par des piliers placés à des intervalles déterminés ; leur hauteur est de préférence choisie de façon à éviter tout échauffement excessif des galets 10 et des rails 11 et les déformations de la voie qui pourraient en résulter.
La face intérieure des parois extérieures du corps du four sont munies de rigoles 12 continues, remplies d'un liquide, dans lesquelles plongent des parois verticales 13 suspendues aux bords extérieurs du plateau 8. Cette disposition assure une étanchéité parfaite entre les zones du four d'une part et l'espace situé sous la sole tournante d'autre part. Enfin, la surface supérieure du plateau 8 présente une plage centrale, délimitée latéralement par des murets 14, destinée à recevoir les matières à traiter dont la couche est indiquée en traits pointillés.
La structure décrite jusqu'ici est identique dans les trois zones du four.
Les zones 1 et II comportent des brûleurs installés dans la voûte 7 du four, de préférence suivant la ligne de faîte de celle-ci. Une telle disposition de brûleurs est connue en soi et ne nécessite dès lors pas de description détaillée. Ces brûleurs 21 sont schématisés dans la Fig. 1 et partiellement dans les Fig. 3 et 4.
La zone III présente par contre une structure particulière, qui permet d'opérer la réduction des oxydes de fer jusqu'à un taux de métallisation fort élevé.
La zone III du four est pourvue, sur la plus grande partie de sa longueur circonférentielle, de deux parois intérieures sensiblement verticales 15, 16 qui la divisent en trois compartiments longitudinaux 17,18, 19. Ces compartiments comprennent deux compartiments latéraux 17,19 délimités respectivement par une desdites parois verticales 15,16 et par une des parois latérales du corps, respectivement de la voûte, du four, ainsi qu'un compartiment central 18, situé entre les deux compartiments latéraux 17,19 et contenant la plage du plateau 8 destinée à recevoir la charge de matières.
Les parois verticales 15,16 s'étendent jusqu'à une faible distance de la surface supérieure du plateau 8, et elles sont de préférence placées à l'extérieur des murets 14.
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Cette zone III est équipée de tubes radiants 20 qui, venant de l'extérieur du four, traversent un compartiment latéral 17, respectivement 19, et le compartiment central 18, sans communiquer avec eux, et débouchent dans l'autre compartiment latéral 19, respectivement 17. Chacun de ces tubes radiants 20 est, à son extrémité située à l'extérieur du four, équipé d'un brûleur approprié 22.
Pour des raisons de symétrie, les tubes radiants 20 sont généralement disposés suivant des directions radiales du four. Ils sont en outre de préférence arrangés de façon à déboucher alternativement dans les deux compartiments latéraux 17,19 de la zone III du four.
Les tubes radiants 20 sont placés horizontalement à une hauteur relativement faible au-dessus du plateau 8 de la sole tournante, afin de favoriser le déroulement des réactions de réduction dans la charge.
La Fig. 3 montre une vue en coupe longitudinale, suivant la ligne B-B de la Fig. 2, illustrant la disposition des brûleurs de voûte 21 de la zone II, la paroi transversale 23 séparant la zone II et la zone III et la disposition des tubes radiants 20 dans la zone III, par rapport au plateau 8 de la sole tournante avec sa charge de matières.
Ces divers éléments se retrouvent dans la vue en plan, voûte enlevée, de la Fig. 4, où l'on peut voir la disposition alternée des tubes radiants 20 dans la zone III. On notera que la paroi transversale 23, de préférence perforée, est limitée à la largeur du compartiment central 18, de façon à ne pas empêcher l'écoulement des gaz dégagés dans les compartiments latéraux 17,19.
Ce dispositif fonctionne de la manière suivante.
La charge de matières est déposée sur la sole tournante au début de la zone I, à l'aide du dispositif de chargement 3. La charge est par exemple constituée de deux couches superposées, telles qu'une couche d'oxydes de fer et une couche d'un mélange de charbon fin et de castine. Du fait de la rotation de la sole dans le sens de la flèche 2, cette charge traverse successivement les zones 1, II et III, dans lesquelles elle est notamment chauffée progressivement par des gaz circulant en sens contraire.
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Sur le plan thermique, le four 1 constitue de ce fait un échangeur à contre-courant, et on a choisi de décrire les opérations en suivant la circulation des gaz de la zone III à la zone I, c. à. d. dans le sens opposé à la flèche 2.
Dans la zone III, illustrée en coupe dans la Fig. 2, le chauffage de la charge par les tubes radiants 20 dans le compartiment central 18 déclenche la gazéification du charbon et la réduction des oxydes de fer par les mécanismes qui ont été exposés plus haut. Ces réactions produisent un excédent de monoxyde de carbone (CO). Simultanément, les gaz de combustion chauds provenant des brûleurs extérieurs sont rejetés dans les compartiments latéraux, par exemple suivant les flèches 26 dans le compartiment latéral 17. Ces gaz de combustion chauds, ainsi que le (CO) excédentaire à travers les orifices de la paroi transversale 23, s'échappent vers la zone II ; cet écoulement des gaz est schématisé dans la Fig. 4 par les flèches 25 et 24 respectivement.
La combustion dans les brûleurs extérieurs 22 associés aux tubes radiants 20 est réglée de façon à se dérouler dans des conditions stoechiométriques. Le mélange de ces gaz de combustion et du CO excédentaire, généré tant dans le compartiment 18 de la zone III que dans la zone II elle-même, forme dans cette zone II une atmosphère réductrice.
La zone II est équipée de brûleurs de voûte 21, de préférence du type à flamme confinée, qui sont alimentés dans des proportions déterminées pour assurer la combustion quasi-stoechiométrique du CO présent dans l'atmosphère de cette zone. Dans cette zone II, le chauffage de la charge est donc effectué sous une atmosphère légèrement réductrice, qui peut déjà opérer un début de préréduction de certains oxydes de la charge.
Sous l'effet de l'aspiration exercée par l'extracteur 5, les gaz brûlés de la zone II s'écoulent vers la zone I. La zone 1 est également équipée de brûleurs de voûte, qui sont ici alimentés avec un excès d'air de façon à assurer la combustion totale du CO qui pourrait subsister dans les gaz venant de la zone II.
La combustion dans la zone 1 se déroule dès lors dans des conditions oxydantes, qui sont sans effet sur les oxydes de la
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charge, et elle assure le séchage, le préchauffage rapide et la dévolatilisation de cette charge.
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A la fin du processus de réduction, les matières réduites, à savoir d'une part l'éponge de fer et d'autre part les résidus du charbon fin et de la castine, en particulier les particules de sulfure de calcium, sortent du four 1 par le dispositif 4 et sont séparées par exemple par criblage, après un refroidissement éventuel.
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Device for manufacturing an iron sponge with a low sulfur content.
The present invention relates to a device for manufacturing an iron sponge with a low sulfur content.
Within the meaning of the present invention, an iron sponge is a ferrous material obtained by a reduction operation, called direct, from iron oxides. Traditionally, iron oxides come from ores, where they are accompanied by various undesirable substances that form gangue. At present, an interesting source of iron oxides is also constituted by surface oxides collected at various stages of the steelmaking manufacturing processes, such as mill straws and pickling sludge. This category of oxides does not have any gangue, but it is frequently loaded with impurities such as residues of oils or greases.
It is also possible to envisage using other sources of iron, such as dust or sludge collected from steel mills, blast furnaces or ore agglomeration installations.
The following description will refer to the general term of iron oxides; this term here encompasses both the usual iron ores and the oxides originating from the steel processes, either separately or in the form of mixtures in any proportions.
The iron sponge is currently attracting increasing interest, in particular with a view to its use in converters and especially in electric steel furnaces. Until now, the metallic load of these machines consists mainly of scrap metal, which supplements the usual load of liquid iron. However, it can be seen that the quality of these scrap tends to deteriorate, in particular because of their content of alloying elements which may be undesirable for the steels envisaged.
In addition, the price of scrap varies sometimes considerably, depending not only on their quality but also on their availability, which can compromise the supply of steelworks in particular.
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The present applicant has recently proposed methods of manufacturing a low sulfur iron sponge, in which a filler comprising on the one hand finely divided iron oxides, optionally in the form of pellets, and on the other hand mixture of a solid carbonaceous reducing agent, of whatever nature or origin, and of a desulfurizing agent, is subjected to a reduction operation on a mobile hearth.
We can recall here the principle of these processes, which are based on the gasification, within the charge, of the solid carbonaceous reducing agent.
In a manner known per se, the gasification of the solid carbonaceous reducing agent requires heating to a high temperature, of the order of at least 800 C. This heating is carried out in such a way that the gaseous carbon compounds essentially contain carbon monoxide (CO), which is a very reducing gas.
The heating necessary for this gasification is advantageously provided by burners which in particular produce the CO2 necessary for the start of the Boudouard reaction:
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In the proposals considered, the CO resulting from said gasification spreads by diffusion inside the charge where it ensures the reduction of said iron oxides by the reactions:
EMI2.2
The CO 2 thus produced diffuses in its turn in the charge and returns to contact with the carbon-containing agent, where each mole of CO2 again gives rise to two moles of CO by the Boudouard reaction mentioned above.
One of these two moles of CO returns by diffusion into the charge to reduce an iron oxide there, while the other mole of CO escapes from the charge and burns in C0, thus contributing to the heating necessary for the gasification of l solid carbonaceous reducing agent. Simultaneously, the desulfurizing agent reacts directly with the sulfur released by the agent
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solid carbon reducer to form stable sulfur compounds that do not integrate with the iron sponge.
The object of the present invention is to provide a specific device for implementing reduction methods of this nature.
We already know, in particular by patent US-A-4,701. 214, a rotary hearth furnace intended to perform a pre-reduction of pellets composed of a mixture of iron oxides and a finely divided carbonaceous fuel. This oven essentially comprises an annular tunnel in which a rotating hearth loaded with a layer of pellets moves; it is divided into three successive so-called drying / devolatilization, heating and reduction zones, which are traversed in this order by the pellets. Reducing gases from a reducing melting tank which follows the furnace are introduced into the tunnel and pass through it in the opposite direction to the pellets. These gases are burned at the start of the reduction zone and in the heating zone, by supplying preheated air to these zones.
However, such an oven is not able to produce an iron sponge with a low sulfur content because the pellets are in direct contact with the reducing gases containing sulfur, which result from the gasification of the carbonaceous fuel contained in the pellets. In addition, it must be associated with a reducing melting tank in which the pre-reduced pellets are melted and the desulfurization of the iron is carried out in the molten state.
According to the present invention, a device for manufacturing a low sulfur iron sponge, which comprises an annular tunnel furnace divided into at least two successive zones and a rotary hearth which successively crosses said zones, said rotary hearth having a range intended to receive a load of materials, is characterized in that the last of said zones, called reduction zone, is divided, over at least part of its circumferential length, into at least two longitudinal compartments by means of a wall longitudinal at least substantially vertical, in that said range of the rotary hearth intended to receive a load of materials is located in one of said longitudinal compartments, in that, in the part of its length divided into at least two compartments,
said last zone is provided
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heating tubes disposed above said rotary hearth and which, coming from outside the oven, successively pass through the compartment containing said range of the rotary hearth intended to receive a load of materials and open into the other compartment, and in that said heating tubes are provided with burners at their end situated outside the oven.
According to a particular embodiment, the last of said zones is divided, over at least part of its circumferential length, into three longitudinal compartments by means of two longitudinal walls at least substantially vertical, said longitudinal compartments comprise a central compartment included between said two substantially vertical walls and two lateral compartments located on either side of said central compartment and delimited respectively by one of said two substantially vertical walls and by a side wall of the tunnel oven, said range of the rotary hearth intended to receive a load of materials is located in said central compartment, said last zone is, in the part of its length divided into three compartments,
provided with heating tubes arranged above said rotary hearth and which, coming from outside the oven, successively pass through a lateral compartment and the central compartment and open into the opposite lateral compartment, and said heating tubes are provided with burners at their end located outside the oven.
According to an additional characteristic, said heating tubes are arranged so as to open out alternately in one and in the other of said lateral compartments of said last zone of the oven.
In a manner known per se, said tunnel oven is equipped with means for depositing a load of materials, possibly in superimposed layers, on said range of the rotary hearth, in the inlet region of the first of said areas of the oven. Likewise, the oven comprises means per se known for discharging said materials, preferably under a protective atmosphere, in the region of exit from said last zone of the oven.
Between the material introduction zone and the reduction zone, there is provided a partition wall, essentially radial, which extends
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vertically from the top of the oven to near the top surface of the bottom of the oven, to prevent gas transfer from one of these areas to the other. A wall may also be provided between the penultimate and the last zone of the oven; such a wall must then be pierced with at least one passage orifice, to allow a circulation of gases against the current with respect to the rotary hearth.
In the device of the invention, the rotary hearth is essentially constituted by an annular plate which occupies substantially the entire width of the tunnel oven in which it rotates. The support and the guiding of this plate are provided by rollers rolling on a circular railway track, the rails of which are fixed to the ground inside the oven. It is expected that the turntable plate is at a relatively large height above the level of the railway, so that it does not undergo excessive heating in service.
In addition, the internal faces of the external walls of the furnace are provided with circumferential channels filled with a liquid in which vertical walls hang suspended from the external edges of the plate of the rotary hearth. Liquid seals are thus formed which ensure a total seal between the interior volume of the tunnel oven proper and the spaces located under the hearth.
The device of the invention will now be explained in more detail using a particular embodiment, given by way of simple example, in which the oven is divided into three successive zones; this embodiment is illustrated in the accompanying drawings, in which FIG. 1 shows a plan view of the annular furnace, with indication of the three successive operating zones; Fig. 2 is a cross section through the third zone of the furnace
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of Fig. 1; Fig. 3 is a longitudinal section developed through a fragment of the furnace of FIG. 1, showing the passage from the second to the third zone of the oven;
and Fig. 4 is a plan view, in horizontal section, of the furnace fragment shown in FIG. 3.
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The various figures constitute schematic representations of the device of the invention, in which only the elements necessary for the correct understanding of the invention have been reproduced. Identical elements are designated by the same reference numerals in all the figures.
Fig. 1 is a plan view of an annular tunnel furnace 1, divided into three zones I, II and III. The oven contains a rotating hearth, not visible in Fig. 1, the direction of rotation of which is indicated by arrow 2. The materials to be treated, namely iron oxides, the solid carbonaceous reducing agent and the desulphurizing agent, are deposited on the rotary hearth at the start of zone I , by loading means 3 well known in the art. Due to the rotation of the sole, the materials successively pass through zone I, which is a zone of drying, preheating and devolatilization under an oxidizing atmosphere, zone II where they undergo heating and prereduction under a partially reducing atmosphere. and zone III which constitutes the reduction zone proper, where a reducing atmosphere prevails.
At the end of the reduction treatment, the materials are discharged by appropriate means symbolized by the arrow 4.
The gases released in the different zones circulate in the opposite direction to the rotary hearth, and they are finally extracted from the furnace by an appropriate device such as an extractor 5.
In Fig. 1, the burners 21, 22 equipping the various zones of the furnace, as well as the compartments 17, 18, 19 formed in zone III, have also been shown diagrammatically. These elements will be described in detail later.
Fig. 2 shows a cross section, c. at. d. radial, through the reduction zone III of the furnace 1, along the line A-A of FIG. 1. It shows the cross section of the annular tunnel kiln 1, which essentially consists of a body 6 and a vault 7. The rotary hearth is constituted by a plate 8, which occupies practically the entire width of the body 6 of the kiln , and which rests by supports 9 and rollers 10 on rails 11, themselves fixed to the base of the oven. The supports 9 can be
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formed by continuous sails or by pillars placed at specified intervals; their height is preferably chosen so as to avoid excessive heating of the rollers 10 and the rails 11 and the deformations of the track which could result therefrom.
The internal face of the external walls of the furnace body are provided with continuous channels 12, filled with a liquid, into which vertical walls 13 hang suspended from the external edges of the plate 8. This arrangement ensures a perfect seal between the zones of the furnace d on the one hand and the space under the rotating floor on the other. Finally, the upper surface of the plate 8 has a central area, delimited laterally by walls 14, intended to receive the materials to be treated, the layer of which is indicated in dotted lines.
The structure described so far is identical in the three zones of the oven.
Zones 1 and II include burners installed in the roof 7 of the oven, preferably along the ridge line thereof. Such an arrangement of burners is known per se and therefore does not require a detailed description. These burners 21 are shown diagrammatically in FIG. 1 and partially in Figs. 3 and 4.
Zone III, on the other hand, has a particular structure, which makes it possible to effect the reduction of iron oxides up to a very high metallization rate.
Zone III of the oven is provided, over the greater part of its circumferential length, with two substantially vertical internal walls 15, 16 which divide it into three longitudinal compartments 17, 18, 19. These compartments include two delimited lateral compartments 17, 19 respectively by one of said vertical walls 15,16 and by one of the side walls of the body, respectively of the vault, of the oven, as well as a central compartment 18, located between the two lateral compartments 17,19 and containing the shelf area 8 intended to receive the load of materials.
The vertical walls 15, 16 extend to a small distance from the upper surface of the plate 8, and they are preferably placed outside the walls 14.
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This zone III is equipped with radiant tubes 20 which, coming from outside the oven, pass through a lateral compartment 17, respectively 19, and the central compartment 18, without communicating with them, and lead into the other lateral compartment 19, respectively 17. Each of these radiant tubes 20 is, at its end situated outside the furnace, equipped with a suitable burner 22.
For reasons of symmetry, the radiant tubes 20 are generally arranged in radial directions of the furnace. They are also preferably arranged so as to open out alternately in the two lateral compartments 17, 19 of zone III of the oven.
The radiant tubes 20 are placed horizontally at a relatively low height above the plate 8 of the rotary hearth, in order to favor the progress of the reduction reactions in the load.
Fig. 3 shows a view in longitudinal section, along line B-B of FIG. 2, illustrating the arrangement of the vault burners 21 in zone II, the transverse wall 23 separating zone II and zone III and the arrangement of the radiant tubes 20 in zone III, relative to the plate 8 of the rotary hearth with its load of materials.
These various elements are found in the plan view, arch removed, of FIG. 4, where we can see the alternate arrangement of the radiant tubes 20 in zone III. Note that the transverse wall 23, preferably perforated, is limited to the width of the central compartment 18, so as not to prevent the flow of the gases released into the lateral compartments 17,19.
This device operates in the following manner.
The load of materials is deposited on the rotary hearth at the start of zone I, using the loading device 3. The load is for example made up of two superposed layers, such as a layer of iron oxides and a layer of a mixture of fine coal and limestone. Due to the rotation of the hearth in the direction of arrow 2, this charge successively passes through zones 1, II and III, in which it is in particular gradually heated by gases flowing in the opposite direction.
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On the thermal level, the furnace 1 therefore constitutes a counter-current exchanger, and we have chosen to describe the operations by following the circulation of gases from zone III to zone I, c. at. d. in the opposite direction to arrow 2.
In zone III, illustrated in section in FIG. 2, the heating of the charge by the radiant tubes 20 in the central compartment 18 triggers the gasification of the coal and the reduction of the iron oxides by the mechanisms which have been explained above. These reactions produce an excess of carbon monoxide (CO). Simultaneously, the hot combustion gases from the external burners are discharged into the side compartments, for example according to the arrows 26 in the side compartment 17. These hot combustion gases, as well as the excess (CO) through the orifices in the wall transverse 23, escape towards zone II; this gas flow is shown diagrammatically in FIG. 4 by arrows 25 and 24 respectively.
The combustion in the external burners 22 associated with the radiant tubes 20 is regulated so as to take place under stoichiometric conditions. The mixture of these combustion gases and the excess CO, generated both in compartment 18 of zone III and in zone II itself, forms in this zone II a reducing atmosphere.
Zone II is equipped with vault burners 21, preferably of the confined flame type, which are supplied in predetermined proportions to ensure the quasi-stoichiometric combustion of the CO present in the atmosphere of this zone. In this zone II, the heating of the charge is therefore carried out under a slightly reducing atmosphere, which can already effect a start of pre-reduction of certain oxides of the charge.
Under the effect of the suction exerted by the extractor 5, the burnt gases from zone II flow towards zone I. Zone 1 is also equipped with vault burners, which are here supplied with an excess of air so as to ensure the total combustion of the CO which could remain in the gases coming from zone II.
Combustion in zone 1 therefore takes place under oxidizing conditions, which have no effect on the oxides of the
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load, and it ensures drying, rapid preheating and devolatilization of this load.
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At the end of the reduction process, the reduced materials, namely on the one hand the iron sponge and on the other hand the residues of fine charcoal and of castine, in particular the particles of calcium sulfide, leave the oven. 1 by the device 4 and are separated for example by screening, after possible cooling.