<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS A UNE REDUCTION PARTIELLE DE MINERAI DE FER.
La présente invention est entièrement exposée dans la descrip- tion et les revendications suivantes, et grâce aux dessins annexés.
La présente invention est relative à un procédé d'améliora- tion des minerais de fer oxydiques pour les rendre plus adaptés à une fu- sion subséquente en vue de former du fer et/ou de l'acier, au moyen d'un procédé qui est plus économique.
Il est bien connu que l'approvisionnement, aux Etats-Unis, en oxydes de fer à haute teneur duminue rapidement, et que l'industrie de l'acier se trouve devant la nécessité de trouver des procédés en vue de l'utilisation de minerais plus pauvres. Il est bien connu que les mine- rais pauvres peuvent être concentrés par réduction partielle du Fe2O3 (qui est la forme sous laquelle la plupart des minerais de fer se retrou= vent dans la nature) en Fe304 qui a des propriétés magnétiqueso Le mine- rai en partie réduit est normalement broyé puis séparés en utilisant des procédés de séparation magnétique à voie humide.
Le minerai concentré est alors aggloméré par briquettage, formation de nodules, etc, à des dimen- sions convenables et ensuite il peut être envoyé aux hauts fourneaux habi- tuelse
On a proposé d'employer un système comportant un générateur de gaz pauvre du type à solides fluidifiés (ou du type à lit fixe) pour la formation d'un gaz pauvre de qualité relativement élevée, et un second ré- cipient dans lequel le gaz pauvre formé dans le premier récipient est uti- lisé pour la réduction du minerai de fer oxydique en vue de la formation de Fe3O4.
Ce système proposé comporte aussi, en liaison avec le générateur de gaz pauvre et le réducteur., une zone de combustion de gaz, des moyens
<Desc/Clms Page number 2>
pour le préchauffage du lit de minerais de fer, des moyens pour récupérer de la chaleur sensible hors des gaz d'échappement, et d9autres méthodes ha- bituelles pour réaliser des économies. Rais, ce procédé est caractérisé en ce qu'un gaz pauvre relativement riche contenant de 25 à 40 % de CO + H2 est utilisé comme gaz de réduction¯, tandis qu'une petite partie seulement de ce gaz, soit 4 à 12 %, est requise pour la réaction chimique de réduction partielle.
Le gaz d'échappement après la réductioncontenant le restant du gaz ci-dessus et une grande partie de l'admission en CO + H2 est alors brûlé avec du gaz contenant de 1?oxygène, la chaleur ainsi engendrée étant utilisée pour préchauffer le minerai bruto Le coût de fabrication d'un tel gaz pauvre de haute qualité est élevé et se trouve être le poste prin- cipal de dépense dans le système indiqué de réduction du minerai de fer.
L'utilisation d'un tel gaz en partant du système à lit fixe habituel, ou des générateurs de gaz pauvre fluide, ne donnera pas les économies voulues par le procédé. Les réactions, dans le dispositifproducteur habituel, peuvent être représentées comme suit :
EMI2.1
La réaction (1) susdite est fortement exothermique et sert à procurer la chaleur requise pour soutenir les réactions (2) et (3) qui sont endothermiques. La réaction (4) est la réaction de transformation de gaz à l'eau, réaction qui ne dégage pas ou n'utilise pas beaucoup de chaleur.
La vapeur sert à contrôler la température aussi bien, évidem- ment, qu'à ajouter des constituants utiles au gaz pauvreo La réaction (1) est très rapide, tandis que la réduction dans les réactions (2) et (3) est relativement lenteo En conséquence., il peut être considéré que, du fait de la lenteur des réactions (2) et (3) à produire un gaz qui est relativement riche en CO + H2, un grand volume de réaction est nécessaire Evidemment-, ce facteur de grand volume de réaction affecte défavorablement le point de vue économique.
Suivant la présente inventions on produit un gaz pauvre mai- gre, c'est-à-dire, un gaz qui contient une relativement grande quantité de 002 et une petite quantité de CO, de 1?ordre d'un sixièmepar exemple de celle produite dans le gaa pauvre ordinaire. Le gaz produit contient aussi peu de H2. Comme cela apparaîtra mieux ci-après, suivant le présent pro- céder le gaz pauvre est formé in situ dans la zone de réduction en présence du minerai préchauffé qui doit être réduit.
Le minerai est envoyé à la zone de réduction à une température relativement basse et la chaleur qui est développée durant la formation diacide carbonique est au moins partiel- lement emportée par le minerai qui est ainsi chauffé à des températures de réduction., En conséquence., une utilisation virtuellement complète de la chaleur disponibles dans le présent procédé, grâce à la combustion du car- bone,est réalisée par une combustion directe du charbon, tandis qu'évi- demment, dans la méthode conventionnelle, comme signalé précédemment, le minerai est chauffé à des températures de réduction par brûlage de la ma- jeure partie du gaz pauvre riche coûteux.
Une caractéristique principale de la présente invention com- prends comme indiquée la fabrication et l'utilisation d'un gaz pauvre con- tenant du CO (gaz maigre)par brûlageavec de l'air, de matières carbonées de qualité inférieure, telles que du charbon à basse teneur ou "off-grade", ou du coke, de même que de la lignite, des huiles de pétrole, des poix, des
<Desc/Clms Page number 3>
résidus de pétrole, etc, en présence du minerai dans une zone de réduction.
Cette manière de faire rend le procédé praticable d'une manière économique parce que la grande quantité de chaleur, libérée par la combustion de la matière carbonée pour former du CO2, est employée d'une manière utile pour chauffer le minerai, comme signalé précédemment. Il faut signaler de plus qu'il est simplement nécessaire, dans le présent procédé, de produire dans la zone de réduction, uniquement environ la quantité stoechiométrique de 00 requise pour réagir avec le Fe2O3 en vue de former du Fe3O4.
Cette condi- tion est atteinte en contrôlant la température, le rapport air/carbone, et le maintien du carbone à un niveau convenable, de manière que la quantité de CO formée durant la fabrication du gaz pauvre maigre soit celle requise pour effectuer la réaction de réduction chimique désirée.
Cette quantité de CO est beaucoup plus faible que celle formée dans le procédé convention- nel; tout cela apparaîtra plus en détails d'un exemple spécifique donné ci- après,
Une autre économie importante réalisée grâce à la présente mé- thode réside dans le fait que l'importance de l'installation requise pour former le gaz pauvre maigre est faible comparativement à une installation conventionnelle et peut consister en deux canalisations de descente et un tuyau de montée avec un récipient pour le préchauffage du minerai et du charbon. Cependant, si on trouve qu'un volume de réduction additionnel est nécessaire, celui-ci peut être fourni comme lit de base dans le ré- cipient de préchauffage et de séchage.
Cependant, il est plus pratique, du point de vue économique, de faire fonctionner la zone de réduction principale à des températures suffisamment élevées pour éviter ce dernier expédient.
Un autre avantage important de l'invention réside dans le fait qu'un fluide préchauffant un récipient qui fonctionne à des tempé- ratures relativement basses permet l'utilisation d'un récipient de plus petit diamètre. De même, ce récipient peut être réalisé en un matériau moins cher. Le système peut cependant exiger, dans une réalisation modi- fiée, l'utilisation d'un séparateur "cyclone" chaude fonctionnant sur l'entièreté du courant de solides.
La présente invention est relative, comme indiquée à une mé- thode de traitement de minerai de fer oxydique à faible teneur contenant du fer sous forme de Fe2O3 pour former l'oxyde magnétique Fe3O4 qui peut ensuite être libéré d'une grande partie de sa gangue en utilisant les mé- thodes de séparation magnétiques dites à voie humide.
L'objet de l'invention est de fournir un procédé perfection- né pour la conversion de minerais de fer oxydiques à faible teneur en mi- nerais plus concentrés qui peuvent être mis en oeuvre plus facilement et à meilleur compte pour former des produits de fer et d'acier.
Un autre objet de la présente invention est de convertir du minerai de fer oxydique à faible teneur en une forme magnétique de fer par utilisation d'un gaz de réduction formé in situ dans la zone de réduction.
Un autre objet de la présente invention est de produire un gaz de réduction capable de convertir un minerai de fer oxydique en une forme magnétique, à partir de charbon peut coûteux de poix de pétrole, de résidus, etc à la place de charbon cher ou de coke.
D'autres objets encore de la présente invention apparai- tront de la description suivante plus détaillée.
Aux dessins annexés, on a représenté. à la figure 1, d'une manière schématiqueun appareil dans lequel l'invention est mise en pra- tique, et on a représentée à la figure 2, une forme modifiée de l'appareil de la figure 1.
On se réfère plus en détails à la figure 1. Celle-ci repré-
<Desc/Clms Page number 4>
sente un récipient 3 dans lequel le charbon et le minerai peuvent être pré- chauffes, et un tuyau de montée 13 dans lequel le minerai est réduit en pré- sence du gaz pauvre maigre qui est formé in situ; on a aussi représenté, à la figure 1, des canalisations de descente reliant les lits de charbon et de minerai à l'extrémité inférieur du tuyau de montée 13.
En fonctionne- ment, du charbon subdivisé de basse qualité ayant une grandeur de particules de 10 à 1000 microns, est amené depuis une trémie d'alimentation 1, à tra- vers un feeder ou appareil chargeur convenable 2 (par exemples un feeder à vis hélicoïdale), à l'intérieur d'un récipient 3, à un lit A qui est une masse fluidifiée comme on le verra par après Le débit de charbon depuis la tremie 1 est contrôlé par une soupape convenable 4. Le charbon qui est envoyé au récipient 3 peut être, comme on l'a indiqué., un charbon de basse qualité ou semblable, qui est habituellement utilisable dans les aciéries ou dans leur voisinage immédiat.
L'utilisation de ce charbon de basse qua- lité conduit évidemment à des économies importantes Un minerai de fer à faible teneur., réduit à une dimension de particules de 10 à 1000 microns, est envoyé à une trémie d'alimentation 5 à travers une canalisation de descente 6 à l'intérieur du récipient 3, à un lit B qui est également une masse fluidifiée. Le débit de minerai de fer en provenance de la trémie 5 est contrôlé par une soupape 7, et la canalisation de descente 6 est aussi pourvue d'une série de robinets à gaz espacés, par lesquels un gaz d'aé= ration peut être envoyé dans la canalisation de descente en vue d'aérer le minerai et de le forcer à se déplacer librement. Un feeder à vis hélicoi- dal ou tout autre dispositif d'alimentation convenable peut être utilisé pour alimenter le récipient 3 en minerai.
De l'air pénètre dans le système de la figure 1, par la con- duite 8, passe à travers un compresseur 9 qui l'envoie dans un échangeur de chaleur 10 d'où de l'air préchauffé est envoyée via une conduite Il.9 à l'extrémité inférieure d'un tuyau de montée 13. Dans ce dernier, comme on le verra ci-aprèsla réduction principale s'effectue Ce tuyau 13 peut être réalisé en acier et est, de préférence, pourvu d'un revêtement inté- rieur réfractaire.
Le charbon, préchauffé et séché d'une manière qui sera expliquée ci-après, est retiré d'un lit A, dans le récipient E, via une canalisation de descente 12 pourvue des habituels robinets à gaz t, et en même temps le minerai, préchauffé comme expliqué ci-après, est retiré du lit B du récipient 3 par une canalisation de descente 14 pourvue des ha- bituels robinets à gaz pour l'amélioration de la fluidité du minerai qui se déplace, et le charbon et le minerai sont tous deux chargés dans la par- tie inférieure du tuyau de montée 13 dans lequel ils sont suspendus dans l'air. L'air brûle la matière carbonée pour former d'abord du CO2, avec libération d'une grande quantité de chaleur. Mais la présence du minerai relativement plus froid sert à tempérer cette chaleur et les conditions de réaction dans le tuyau de montée.
Une partie du CO2 réagit avec le charbon de toute autre matière'carbonée pour former une quantité relativement peti- te d'oxyde de carbone. Celui-ci réagit avec le minerai en réduisant ce dernier à la forme magnétique et, évidemment, du CO2 est formé par cette réaction. Comme cela apparaîtra par après, les quantités de charbon ou d'un autre combustible., d'air et de minerai sont proportionnées de manière telle,dans le tuyau de montées que des températures de 1500 à 2500 F, mais de préférence de 1800 à 2000 , y prévalent. Si le charbon est utili- sé comme combustible, il ne faudrait pas utiliser dans le tuyau de montée des températures supérieures au point de fusion de ce charbon.
Il est vi- sible que deux résultats utiles sont ainsi atteints D'abord, une utili- sation complète de la chaleur développée par brûlage de la matière carbo- née pour former du CO2 est réalisée et deuxièmement, il n'y a formation que d'une relativement petite quantité d'oxyde de carbone, et cette der- nière caractéristique présente l'avantage qu'il faut peu de matériel pour former du CO; en fait, simplement deux canalisations de descente et le tuyau de montée. La suspension de minerai et de matière carbonée, sous forme de matière gazeuse, dans le tuyau de montée se dirige vers le haut
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
à une vitesse d9écoulement de 10 à 100 pieds par seconde, et se décharge à la base du récipient 3, en formant une masse fluidifiée indiquée par C.
La
EMI5.2
température du lit C est maintenue aux environs de 1200 à 22000po de préférence 1500 à 1700 F, et tout minerai non réduit est ici converti en oxyde Fe0 4 Une partie de minerai dans la canalisation Z./, est chargées via une conduite 14a, dans le lit G pour contrôler la température de ce lite Les gaz dans la partie inférieure du récipient 3 passent vers le haut à travers le lit C, ensuite à travers le minerai en préchauffant la zone B, où ils sont en contact avec ledit minerai dans des conditions adéquates pour former un lit fluidifié de ce minerai, ce lit étant supporté par un gril G1.
Les gaz s'élèvent ensuite du lit B et prennent contact, avec le charbon dans le lit A supporté par un gril G2, sous des conditions adéquates pour former un lit fluidifié dudit charbon qui est séché et chauffé. Les gaz sortent finalement du récipient 3 par une conduite 24. Ces gaz d'échappe- ment peuvent être utilisés de toute manière convenableo On peut faire un bon usage de ces gaz pour protéger le minerai partiellement réduit récu= père du lit C, dans les étapes de concentration suivantes.
On comprendra, évidemment, que la vitesse superficielle des gaz passant à travers le récipient 3 est adéquate pour former les trois lits fluidifiés décrits. Par vitesse superficielle, on comprend une vi- tesse dans le récipient où il n'y aurait pas de solides-9 et un ordre de grandeur convenable de telles vitesses serait de 1/2à 4 ou 5 pieds par seconde.
Le minerai réduit est enlevé du récipient 3 via une canalisa-
EMI5.3
tion de sortie 159 contrôlée par une soupape 16 et pourvue, comme dehabi- tude9 de robinets t à gaz fluidifiants; le minerai est envoyé à l'échangeur de chaleur 10 dans lequel au moins une partie de sa chaleur sensible est enlevée pour former de la vapeur dans le serpentin 10a, 1-'eau alimentant- ce serpentin étant introduite par une conduite 17 et la vapeur formée étant enlevée par une conduite 18. Cette vapeur ainsi produite peut être utilisée pour entraîner le compresseur à air 9, pour servir comme gaz flui-
EMI5.4
difiant dans diverses canalisations de descente, et de toute autre manière dans l'installation.
Le minerai,après avoir été en contact avec le ser- pentin 10a dans l'échangeur de chaleur la descend prendre contact avec le serpentin lOb et abandonne de la chaleur à l'air passant dans ledit ser- pentin 10b, comme précédemment indiqué. Le minerai refroidi et réduit est alors enlevé de l'échangeur de chaleur 10 par une conduite 19 et envoyé à
EMI5.5
un séparateur magnétique habituel 20 d'où le Fe-0. concentré peut être ré- cupéré par une conduite 21 et rassemblé dans le récipient d'emmagasînage 22.
Ces séparateurs magnétiques peuvent être de l'un des types appelés à voie humide ou à voie sèche. L'appareillage à voie humide tel que la machine
EMI5.6
Jeffrey-Stevenson ou le séparateur Crockett-Linney ou d'autres sont utilisés de préférence. Ce produit concentré, après briquetages formation de nodules, refoulement, etc, peut être mis en oeuvre dans un haut fourneau (non représenté) de la manière habituelle.
A la figure 2, la forme de réalisation modifiée comporte la formation du gaz pauvre dans un tuyau de montée et la réduction complète du minerai dans ce tuyau. A cette figure, 100 désigne un récipient dans lequel du charbon broyé en provenance de la canalisation de descente 101
EMI5.7
(ou de toute autre moyen d9alimentation convenable), et du minerai broyé provenant de la canalisation de descente 102 sont chargés respectivement dans des lits fluidifiés A et B séparés,, comme représenté. Les canalisa- tions 101 et 102 sont pourvues des robinets à gaz usuels (non représenté) pour aérer et pour augmenter la fluidité des solides qui se déplacent dans ces canalisations, et ces dernières sont reliées aux sources d'alimenta-
EMI5.8
tion, comme représenté.
De même que préce"demment, les lits de minerai et de charbon sont supportés par des éléments foraminés G3 et G4. Dans ce ré- cipient 100,le charbon et le minerai subissent un chauffage préliminaire.
<Desc/Clms Page number 6>
Ensuite, le charbon est retiré du lit A via la canalisation de descente 103, tandis que simultanément le minerai préchauffé est évacué du lit B par une canalisation de descente 104 une réunion des deux courants de charbon et de minerai s'effectuant dans la canalisation de descente 105 qui se décharge dans un courant d'air passant dans le tuyau de montée 1060
Comme dans le cas de 1'appareil de la figure 1, de l'air pénè-
EMI6.1
tre dans ce système par une conduite 107, passe dans un compresseur 108, d'où il est évacué par une conduite 109,
et ensuite l'air comprimé est envoyé dans un serpentin d'échange de chaleur 110 où il est préchauffé, de là, l'air comprimé est délivré par une conduite 111 au tuyau de montée 106 où il se mélange avec le minerai et le charbon pour former une suspension.
Dans le tuyau 106, l'oxygène de l'air réagit avec le carbone pour former d'abord du CO2, mais, en présence de carbone en excès, une petite quantité
EMI6.2
de CO2 est réduite en 00. Le 00 réagit rapidement avec le Fe03 pour con- vertir ce dernier en Fe30 40 Le minerai de fer oxydique réduit est alors déchargé dans un séparateur 112 où le gaz est séparé des solideso Le sé= parateur peut être du type 'cye.onep'9 ou tout autre moyen de séparation convenable peut être utilisé pour réaliser ladite séparation. Le gaz en provenance du séparateur est enlevé au sommet par une conduite 113 et est envoyé à la base du préchauffeur 100 où il sert à fluidifier et à préchauf- fer respectivement le minerai et le charbon.
Le minerai réduit est éva- cué du séparateur 112 par une conduite 114, et est envoyé ensuite dans l'échangeur de chaleur 115 où au moins une partie de sa chaleur sensible est enlevée pour former de la vapeur dans le serpentin 116 et aussi pour préchauffer l'air dans le serpentin 110,comme signalé antérieuremento Le minerai réduite qui est donc refroidi, est alors délibré par une con- duite 117 pour être mis en oeuvre comme décrit précédemment (séparateur magnétique 118).
Une partie du minerai préchauffé du lit B dans le récipient 100 est évacuée par une canalisation de descente 119 et déchargée dans la section supérieure du tuyau de montée 106, dans le but de réduire la tem- pérature dans cette section supérieure. Cela permet le fonctionnement à des températures relativement élevés dans la section inférieure du tuyau de montées ce qui signifie que les conditions sont adéquates dans cette sec- tion pour former rapidement du CO. Le refroidissement subséquent dans la section supérieure réduit le volume de gaz et protège aussi l'appareilla- ge suivant d'un surchauffement par contact avec le minerai réduit.
Le niveau de température quelque peu inférieur dans la section supérieure
EMI6.3
du tuyau de montées qui peut être de l'ordre de 1200 à 2300 Fe de pré= férence de 1500 à 1700 Fg est compatible avec les conditions de réduction puisque la vitesse de réduction du Fe2O 3 par du CO est rapide même à ces températures,,
En vue d'illustrer encore la présente invention 1'exempts spécifique suivant est développé, mais il faut comprendre que les condi- tions spécifiques énoncées sont purement illustratives et ne doivent pas
EMI6.4
être interprétées comme constituant une limitation de 19inventiono Conditions dans le tarêchauffer 3 et le t au de montée 13
EMI6.5
Livres de charbon chargées par heure 4800 X Livres de minerai (% de FeQ3 en poids)
chargées par heure 1000000 M Température moyenne dans le lit A9 OF 380
EMI6.6
<tb> Température <SEP> moyenne <SEP> dant <SEP> le <SEP> lit <SEP> B, <SEP> F <SEP> 500
<tb>
EMI6.7
Température moyenne dans le lit 0, OF i
EMI6.8
<tb> Livres <SEP> de <SEP> charbon <SEP> évacuées <SEP> du <SEP> lit <SEP> A <SEP> et <SEP> chargées <SEP> dans <SEP> le <SEP> tuyau <SEP> 13, <SEP> par <SEP> heure <SEP> 4.300
<tb>
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb> Livres <SEP> de <SEP> minerai <SEP> évacuées <SEP> du <SEP> lit <SEP> B <SEP> et <SEP> chargées
<tb>
EMI7.2
dans le tuyau 13, par heure 7Lo000 Température moyenne dans le tuyau 13,
OF 10900
EMI7.3
<tb> Livres <SEP> de <SEP> minerai <SEP> dans <SEP> le <SEP> tuyau <SEP> 13 <SEP> (maintien <SEP> à
<tb>
EMI7.4
niveau convenable 34 400
EMI7.5
<tb> Livres <SEP> de <SEP> carbone <SEP> dans <SEP> le <SEP> tuyau <SEP> 13 <SEP> (maintien <SEP> à
<tb>
<tb> niveau <SEP> convenable) <SEP> 390
<tb>
<tb> Livres <SEP> de <SEP> cendres <SEP> dans <SEP> le <SEP> tuyau <SEP> 13 <SEP> (maintien <SEP> à
<tb>
<tb> niveau <SEP> convenable)
<SEP> 420
<tb>
<tb>
<tb> Livres <SEP> de <SEP> minerai <SEP> enlevées <SEP> du <SEP> lit <SEP> B <SEP> et <SEP> chargées
<tb>
EMI7.6
dans le lit C9 par heure 26o000 Rapport 02/CO au lit C 70/1
EMI7.7
<tb> Quantité <SEP> d9air <SEP> en <SEP> pieds <SEP> cubes <SEP> normaux
<tb>
<tb> chargée <SEP> dans <SEP> le <SEP> système <SEP> par <SEP> heure <SEP> 70000
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> 19air <SEP> dans <SEP> la <SEP> conduite
<tb>
<tb>
<tb> Ils <SEP> F <SEP> 500
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Contre-pression <SEP> au-dessus <SEP> du <SEP> lit <SEP> A, <SEP> en <SEP> livres
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> pouce <SEP> carré <SEP> 1
<tb>
EMI7.8
S pouvoir calorifique g 100700 BTV par heure.
Le charbon contient 10 % d'eau et 19 % de cendres (en poids)
EMI7.9
SS 35 % en poids - Fe2 03
Le minerai ainsi réduit peut être délivré à un séparateur magnétique habituel à voie humide dans lequel une partie de la gangue est enlevée grâce audit procédé magnétique en vue de la formation d'un produit
EMI7.10
concentré jusqu'à ce que ce dernier contienne, par exemple 50 % ou plus d'oxyde de fero Le produit concentré magnétique qui est sous une forme subdivisée est alors aggloméré par briquetage, formation de nodules ou refoulement., à des dimensions de particules convenables pour le charge- ment dans les hauts fourneaux habituelso
Il est évident qu'il existe de nombreuses variantes de l'in- vention, qui dépendent principalement du degré et de la méthode de récupé= ration de chaleur., hors du gaz et des courants de solides.
Les avantages principaux de la présente invention peuvent être résumées somme suit
1 . Un gaz de réduction maigre est produit par mise en con-
EMI7.11
tact de minérale de charbon et d 9 ai r dans un système de circulation et/ou à lit, en éliminant ainsi la nécessité d'un générateur extérieur 18 gaz pauvre,fabriquant un gaz pauvre de haute qualité. Le coût, du gaz pauvre maigre sera très minimeo
EMI7.12
20. Des rendements thermiques excellents peuvent être atteiît s en installant des facilités convenables d9échange de chaleur, fonctionnant à la fois sur les courants de gaz et de solideso
3 .
Les facilités peuvent être utilisées de manière que le matériel d9équipement sensible à la chaleur, tels que grils, cyclones et ti- roirs puisse fonctionner à des températures relativement basses et, par conséquent, être protégé contre tout préjudice, tout en permettant un coût d'installation plus faible et un entretien réduite
4 n Le système procude de 1?énergie sous forme de vapeur com- me sous-produit, qui peut être utilisée pour commander les compresseurs à gaz ou pour d'autres buts.
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
5 0 Les gaz d;échappement provenant de 1?opération de réduve- tion, peuvent être utilisés pour protéger le produit dune réoxydatiollo
De nombreuses modifications de 1?invention peuvent être faites par les techniciens sans se départir pour cela de 19esprit de l'invention.
EMI8.2
' ---REYENDIGATIONSo 1. Procédé de réduction d9nn¯minerai oxydique maigre contenant du Fe203 pour transformer celui-ci en Fe0,, comprenant le mélange de matiè- re carbonée sous la forme subdivisée avec ledit minerai oxydique de fer
EMI8.3
subdivisé, la formation d?une suspension dudit mélange dans un gaz conte- nant de 1?oxygène, le maintien de ladite suspension à une température suf- fisamment élevée pour provoquer la formation d'une quantité relativement grande d'acide carbonique et d9une quantité relativement petite de CO, le
EMI8.4
maintien deun temps de contact suffisant entre le 00 ainsi formé et le minerai pour convertir le FeO dudit minerai en Fe0 , et ensuite la sépara- tion de la matière gazeuse, du minerai réduite
2.
Procédé de réduction d'un minerai oxydique maigre contenant
EMI8.5
du Fe2 03pour transformer celui-ci en Fe0 , comprenant le mélange d'une matière carbonée sous la forme poudreuse avec ledit minerai oxydique de fer réduit en poudre, la formation dune suspension dudit mélange dans un gaz contenant de 1-'oxygène, le maintien de ladite suspension à une tempé- rature suffisamment élevée pour provoquer la formation d'une quantité re-
EMI8.6
lativement grande de 00 2 et d'une quantité relativement petite de G9 le maintien d'un temps de contact suffisant entre le CO ainsi formé et le mi- nerai pour convertir le Fe 2 0 3 du minerai en Fe0 , et ensuite la séparation de la matière gazeuse,
du minerai réduite
30 Procédé d9amélioration D'un minerai de fer oxydique maigre
EMI8.7
pour réaliser un produit concentré comprenant du Fe-0., comportant le mé- lange d'une matière carbonée sous une forme subdivisée avec un minerai de fer oxydique subdivisée la formation d'une suspension dudit mélange dans un gaz contenant de l'oxygène, le maintien de ladite suspension à une tem- pérature suffisamment élevée pour provoquer la formation d'une quantité re-
EMI8.8
lativement grande de GO2 et d'une quantité relativement petite de CO.9 le maintien d9un temps de contact suffisant entre le 00 ainsi formé et le mi=
EMI8.9
nerai pour convertir le FeQ3 du minerai en Fe0,, et ensuite la séparation de l'oxyde magnétique,
d'une partie substantielle de la gangue àes srassses et autres impuretés, par magnétisme.
G.a Procédé d9amélioration d'un minerai de fer oxydiques maigre
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
IMPROVEMENTS TO A PARTIAL REDUCTION OF IRON ORE.
The present invention is fully set forth in the following description and claims, and by means of the accompanying drawings.
The present invention relates to a process for improving oxidic iron ores to make them more suitable for subsequent smelting to form iron and / or steel, by means of a process which is more economical.
It is well known that the supply in the United States of iron oxides with a high aluminum content rapidly, and that the steel industry is faced with the need to find processes for the use of ores. poorer. It is well known that poor ores can be concentrated by partial reduction of Fe2O3 (which is the form in which most iron ores are found in nature) to Fe304 which has magnetic properties. Partially reduced is normally crushed and then separated using wet magnetic separation processes.
The concentrated ore is then agglomerated by briquetting, formation of nodules, etc., to suitable dimensions and then it can be sent to the blast furnaces as usual.
It has been proposed to employ a system comprising a lean gas generator of the fluidized solids type (or of the fixed bed type) for the formation of a lean gas of relatively high quality, and a second vessel in which the gas. lean formed in the first vessel is used for the reduction of the oxidic iron ore for the formation of Fe3O4.
This proposed system also comprises, in conjunction with the lean gas generator and the reducer., A gas combustion zone, means
<Desc / Clms Page number 2>
for preheating the iron ore bed, means for recovering sensible heat from the exhaust gases, and other customary methods of saving money. Rais, this process is characterized in that a relatively rich lean gas containing 25 to 40% of CO + H2 is used as the reduction gas, while only a small part of this gas, i.e. 4 to 12%, is required for the partial reduction chemical reaction.
The exhaust gas after reduction containing the remainder of the above gas and a large part of the CO + H2 intake is then burned with gas containing oxygen, the heat thus generated being used to preheat the raw ore. The cost of making such a high quality lean gas is high and happens to be the major item of expense in the indicated iron ore reduction system.
The use of such a gas starting from the usual fixed bed system, or from the lean fluid gas generators, will not give the economies desired by the process. The reactions, in the usual production device, can be represented as follows:
EMI2.1
The above reaction (1) is highly exothermic and serves to provide the heat required to support reactions (2) and (3) which are endothermic. Reaction (4) is the reaction of transforming gas into water, a reaction which does not give off or does not use much heat.
The steam serves to control the temperature as well, of course, as to add useful constituents to the lean gaso Reaction (1) is very fast, while the reduction in reactions (2) and (3) is relatively slow. Accordingly., It can be considered that, due to the slowness of reactions (2) and (3) to produce a gas which is relatively rich in CO + H2, a large reaction volume is obviously necessary, this factor of large reaction volume adversely affects the economic point of view.
According to the present inventions, a lean lean gas is produced, that is to say, a gas which contains a relatively large amount of 002 and a small amount of CO, on the order of one sixth, for example, that produced. in the ordinary poor gaa. The gas produced also contains little H2. As will become clearer hereinafter, by the present procedure the lean gas is formed in situ in the reduction zone in the presence of the preheated ore which is to be reduced.
The ore is sent to the reduction zone at a relatively low temperature and the heat which is developed during the carbon dioxide formation is at least partially carried away by the ore which is thus heated to reduction temperatures. virtually complete use of the heat available in the present process, through the combustion of carbon, is achieved by direct combustion of the coal, while of course, in the conventional method, as previously noted, the ore is heated to reduction temperatures by burning most of the expensive rich lean gas.
A main feature of the present invention includes, as stated, the manufacture and use of a lean gas containing CO (lean gas) by burning with air, inferior carbonaceous materials, such as coal. low-grade or "off-grade", or coke, as well as lignite, petroleum oils, pitch,
<Desc / Clms Page number 3>
petroleum residues, etc., in the presence of the ore in a reduction zone.
This way of doing things makes the process economically feasible because the large amount of heat liberated by the combustion of the carbonaceous material to form CO 2 is usefully employed for heating the ore, as previously noted. It should be further pointed out that it is simply necessary in the present process to produce in the reduction zone only about the stoichiometric amount of 00 required to react with Fe2O3 to form Fe3O4.
This condition is achieved by controlling the temperature, the air / carbon ratio, and maintaining the carbon at a suitable level, so that the amount of CO formed during the manufacture of the lean lean gas is that required to effect the reaction of. desired chemical reduction.
This quantity of CO is much smaller than that formed in the conventional process; all this will appear in more detail from a specific example given below,
Another important saving achieved by the present method resides in the fact that the size of the installation required to form the lean lean gas is small compared to a conventional installation and can consist of two down pipes and a downpipe. mounted with a container for preheating ore and coal. However, if it is found that an additional reduction volume is required, this can be provided as a base bed in the preheating and drying vessel.
However, it is more economically practical to operate the main reduction zone at temperatures high enough to avoid the latter expedient.
Another important advantage of the invention is that a fluid preheating a container which operates at relatively low temperatures allows the use of a container of smaller diameter. Likewise, this container can be made of a less expensive material. The system may however require, in a modified embodiment, the use of a hot "cyclone" separator operating on the entire solids stream.
The present invention relates, as shown, to a method of processing low-grade oxidic iron ore containing iron in the form of Fe2O3 to form the magnetic oxide Fe3O4 which can then be liberated from a large part of its gangue. using so-called wet magnetic separation methods.
The object of the invention is to provide an improved process for the conversion of low-grade oxidic iron ores to more concentrated minerals which can be more easily and cheaply used to form iron products. and steel.
Another object of the present invention is to convert low content oxidic iron ore to a magnetic form of iron by using a reduction gas formed in situ in the reduction zone.
Another object of the present invention is to produce a reduction gas capable of converting oxidic iron ore to a magnetic form, from expensive coal, petroleum pitch, tailings, etc. instead of expensive coal or carbon. coke.
Still other objects of the present invention will become apparent from the following more detailed description.
In the accompanying drawings, there is shown. in Figure 1, schematically an apparatus in which the invention is practiced, and there is shown in Figure 2 a modified form of the apparatus of Figure 1.
Reference is made in more detail to FIG. 1. This represents
<Desc / Clms Page number 4>
There is a vessel 3 in which the coal and ore can be preheated, and a riser 13 in which the ore is reduced in the presence of lean lean gas which is formed in situ; FIG. 1 also shows down pipes connecting the coal and ore beds to the lower end of the riser pipe 13.
In operation, low quality subdivided coal having a particle size of 10 to 1000 microns is fed from a feed hopper 1, through a suitable feeder or loader 2 (for example a screw feeder helical), inside a vessel 3, to a bed A which is a fluidized mass as will be seen later The flow of coal from hopper 1 is controlled by a suitable valve 4. The coal which is sent to Container 3 may be, as indicated, low grade coal or the like, which is usually usable in steelworks or in their immediate vicinity.
The use of this low quality coal obviously leads to significant savings. Low grade iron ore, reduced to a particle size of 10 to 1000 microns, is sent to a feed hopper 5 through a downpipe 6 inside the container 3, to a bed B which is also a fluidized mass. The flow of iron ore from hopper 5 is controlled by a valve 7, and the descent pipe 6 is also provided with a series of spaced gas valves, through which aeration gas can be sent. in the downspout to aerate the ore and force it to move freely. A helical screw feeder or any other suitable feed device can be used to feed the container 3 with ore.
Air enters the system of Figure 1, through line 8, passes through a compressor 9 which sends it to a heat exchanger 10 from which preheated air is sent through line II. .9 at the lower end of a riser pipe 13. In the latter, as will be seen below, the main reduction takes place. This pipe 13 can be made of steel and is preferably provided with a coating refractory interior.
The coal, preheated and dried in a manner which will be explained below, is withdrawn from a bed A, into the receptacle E, via a descent pipe 12 provided with the usual gas taps t, and at the same time the ore , preheated as explained below, is withdrawn from bed B of vessel 3 by a descent pipe 14 provided with the usual gas valves for improving the fluidity of the moving ore, and the coal and ore are both loaded in the lower part of the riser pipe 13 in which they are suspended in the air. The air burns the carbonaceous material to form CO2 first, releasing a large amount of heat. But the presence of the relatively cooler ore serves to temper this heat and the reaction conditions in the riser.
Some of the CO2 reacts with the charcoal of any other carbonaceous material to form a relatively small amount of carbon monoxide. This reacts with the ore reducing the latter to the magnetic form and, of course, CO2 is formed by this reaction. As will appear later, the quantities of coal or other fuel, air and ore are proportioned in such a way, in the riser pipe that temperatures of 1500 to 2500 F, but preferably 1800 to 2000, prevail there. If coal is used as a fuel, temperatures above the melting point of the coal should not be used in the riser pipe.
It can be seen that two useful results are thus achieved First, a complete use of the heat developed by burning the carbonaceous material to form CO2 is achieved and secondly, only d is formed. a relatively small amount of carbon monoxide, and this latter characteristic has the advantage that little material is required to form CO; in fact, just two downspouts and the riser pipe. The suspension of ore and carbonaceous material, in the form of gaseous material, in the riser pipe goes upwards
<Desc / Clms Page number 5>
EMI5.1
at a flow rate of 10 to 100 feet per second, and discharges at the base of vessel 3, forming a fluidized mass indicated by C.
The
EMI5.2
temperature of the bed C is maintained around 1200 to 22000po, preferably 1500 to 1700 F, and any unreduced ore is here converted to Fe0 4 oxide A part of the ore in the Z. / pipe is loaded via a pipe 14a, in the G bed to control the temperature of this lite The gases in the lower part of the vessel 3 pass upwards through the C bed, then through the ore by preheating the B zone, where they are in contact with the said ore in suitable conditions for forming a fluidized bed of this ore, this bed being supported by a G1 grid.
The gases then rise from bed B and contact the charcoal in bed A supported by a grill G2, under suitable conditions to form a fluidized bed of said charcoal which is dried and heated. The gases finally exit from vessel 3 through line 24. These exhaust gases can be used in any suitable manner. Good use can be made of these gases to protect the partially reduced ore recovered from bed C, in the fields. subsequent concentration steps.
It will be understood, of course, that the surface velocity of the gases passing through the container 3 is adequate to form the three fluidized beds described. By surface speed is meant a speed in the vessel where there would be no solids-9 and a suitable order of magnitude of such speeds would be 1/2 to 4 or 5 feet per second.
The reduced ore is removed from container 3 via a pipeline.
EMI5.3
outlet section 159 controlled by a valve 16 and provided, as usual9 with fluidizing gas taps; the ore is sent to the heat exchanger 10 where at least part of its sensible heat is removed to form steam in the coil 10a, the water supplying this coil being introduced through a pipe 17 and the steam formed being removed by a line 18. This vapor thus produced can be used to drive the air compressor 9, to serve as flue gas.
EMI5.4
difier in various downpipes, and in any other way in the installation.
The ore, after being in contact with the coil 10a in the heat exchanger descends to contact the coil 10b and gives up heat to the air passing through said coil 10b, as previously indicated. The cooled and reduced ore is then removed from the heat exchanger 10 through a line 19 and sent to
EMI5.5
a usual magnetic separator 20 hence the Fe-0. concentrate can be collected through line 21 and collected in storage container 22.
These magnetic separators can be one of the types called wet or dry. Wet process equipment such as machine
EMI5.6
Jeffrey-Stevenson or the Crockett-Linney separator or others are preferably used. This concentrated product, after briquetting, nodule formation, upsetting, etc., can be used in a blast furnace (not shown) in the usual way.
In Fig. 2, the modified embodiment involves the formation of the lean gas in a riser pipe and the complete reduction of the ore in this pipe. In this figure, 100 denotes a receptacle in which crushed coal from the downcomer 101
EMI5.7
(or any other suitable feed means), and crushed ore from downspout 102 are loaded into separate fluidized beds A and B, respectively, as shown. The lines 101 and 102 are provided with the usual gas valves (not shown) to aerate and to increase the fluidity of the solids which move in these lines, and the latter are connected to the power sources.
EMI5.8
tion, as shown.
As before, the ore and coal beds are supported by foraminous elements G3 and G4. In this vessel 100, the coal and the ore undergo preliminary heating.
<Desc / Clms Page number 6>
Then, the coal is withdrawn from bed A via the downcomer line 103, while simultaneously the preheated ore is discharged from the B bed via a descent pipe 104 a meeting of the two streams of coal and ore taking place in the 105 downspout which is discharged in a current of air passing through the 1060 riser pipe
As in the case of the apparatus of FIG. 1, air enters
EMI6.1
being in this system via a pipe 107, passes into a compressor 108, from where it is discharged via a pipe 109,
and then the compressed air is sent to a heat exchange coil 110 where it is preheated, from there the compressed air is delivered through a line 111 to the riser pipe 106 where it mixes with the ore and the coal to form a suspension.
In pipe 106, the oxygen in the air reacts with the carbon to form CO2 first, but in the presence of excess carbon a small amount
EMI6.2
of CO2 is reduced to 00. The 00 reacts quickly with the Fe03 to convert the latter to Fe30 40 The reduced oxidic iron ore is then discharged into a separator 112 where the gas is separated from the solids o The separator can be type 'cye.onep'9 or any other suitable separation means can be used to achieve said separation. The gas from the separator is removed at the top through a line 113 and is sent to the base of the preheater 100 where it serves to fluidify and preheat the ore and the coal respectively.
The reduced ore is removed from separator 112 through line 114, and is then sent to heat exchanger 115 where at least part of its sensible heat is removed to form vapor in coil 116 and also to preheat. the air in the coil 110, as previously reported. The reduced ore which is therefore cooled, is then deliberated by a duct 117 to be used as described previously (magnetic separator 118).
A portion of the preheated ore from bed B in vessel 100 is discharged through a downspout 119 and discharged into the upper section of riser 106, in order to reduce the temperature in this upper section. This allows operation at relatively high temperatures in the lower section of the riser pipe which means that conditions are adequate in this section to rapidly form CO. The subsequent cooling in the upper section reduces the volume of gas and also protects the next set of equipment from overheating by contact with the reduced ore.
The somewhat lower temperature level in the upper section
EMI6.3
the riser pipe which can be of the order of 1200 to 2300 Fe preferably = 1500 to 1700 Fg is compatible with the reduction conditions since the rate of reduction of Fe2O 3 by CO is rapid even at these temperatures, ,
In order to further illustrate the present invention the following specific exemption is developed, but it should be understood that the specific conditions set forth are purely illustrative and should not
EMI6.4
be interpreted as constituting a limitation of the invention o Conditions in the temperature 3 and the rise temperature 13
EMI6.5
Pounds of coal loaded per hour 4800 X Pounds of ore (% FeQ3 by weight)
charged per hour 1,000,000 M Average temperature in bed A9 OF 380
EMI6.6
<tb> Average <SEP> temperature <SEP> before <SEP> the <SEP> reads <SEP> B, <SEP> F <SEP> 500
<tb>
EMI6.7
Average temperature in the bed 0, OF i
EMI6.8
<tb> Books <SEP> of <SEP> coal <SEP> evacuated <SEP> of <SEP> reads <SEP> A <SEP> and <SEP> loaded <SEP> in <SEP> the <SEP> pipe <SEP > 13, <SEP> by <SEP> hour <SEP> 4.300
<tb>
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb> Books <SEP> of <SEP> ore <SEP> evacuated <SEP> of <SEP> reads <SEP> B <SEP> and <SEP> loaded
<tb>
EMI7.2
in pipe 13, per hour 7Lo000 Average temperature in pipe 13,
OF 10900
EMI7.3
<tb> Books <SEP> of <SEP> ore <SEP> in <SEP> the <SEP> pipe <SEP> 13 <SEP> (hold <SEP> to
<tb>
EMI7.4
suitable level 34 400
EMI7.5
<tb> Books <SEP> of <SEP> carbon <SEP> in <SEP> the <SEP> pipe <SEP> 13 <SEP> (hold <SEP> to
<tb>
<tb> suitable <SEP> level) <SEP> 390
<tb>
<tb> Books <SEP> of <SEP> ashes <SEP> in <SEP> the <SEP> pipe <SEP> 13 <SEP> (hold <SEP> to
<tb>
<tb> suitable <SEP> level)
<SEP> 420
<tb>
<tb>
<tb> Books <SEP> of <SEP> ore <SEP> removed <SEP> from <SEP> reads <SEP> B <SEP> and <SEP> loaded
<tb>
EMI7.6
in bed C9 per hour 26o000 02 / CO ratio in bed C 70/1
EMI7.7
<tb> Quantity <SEP> of air <SEP> in <SEP> normal <SEP> cubic <SEP> feet
<tb>
<tb> loaded <SEP> in <SEP> on <SEP> system <SEP> by <SEP> hour <SEP> 70000
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temperature <SEP> of <SEP> 19air <SEP> in <SEP> the <SEP> pipe
<tb>
<tb>
<tb> They <SEP> F <SEP> 500
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Back pressure <SEP> above <SEP> of <SEP> reads <SEP> A, <SEP> in <SEP> pounds
<tb>
<tb>
<tb> by <SEP> inch <SEP> square <SEP> 1
<tb>
EMI7.8
S calorific value g 100 700 BTV per hour.
Coal contains 10% water and 19% ash (by weight)
EMI7.9
SS 35% by weight - Fe2 03
The ore thus reduced can be delivered to a usual wet-process magnetic separator in which part of the gangue is removed by said magnetic process for the formation of a product.
EMI7.10
concentrate until the latter contains, for example 50% or more of fero oxide The magnetic concentrate which is in a subdivided form is then agglomerated by briquetting, nodule formation or upsetting., to suitable particle sizes for charging in conventional blast furnaces o
It is obvious that there are many variations of the invention, which depend mainly on the degree and method of heat recovery, out of gas and solid streams.
The main advantages of the present invention can be summarized as follows:
1. A lean reduction gas is produced by placing
EMI7.11
tact of coal mineral and air in a circulation and / or bed system, thus eliminating the need for an external lean gas generator, producing high quality lean gas. The cost of lean lean gas will be very minimal.
EMI7.12
20. Excellent thermal efficiency can be achieved by providing suitable heat exchange facilities, operating on both gas and solid streams.
3.
The facilities can be used so that heat sensitive equipment such as grills, cyclones and drawers can operate at relatively low temperatures and, therefore, be protected from harm, while affording a cost of maintenance. lower installation and reduced maintenance
4 The system provides energy in the form of steam as a by-product, which can be used to control gas compressors or for other purposes.
<Desc / Clms Page number 8>
EMI8.1
The exhaust gases from the reduction operation can be used to protect the product from reoxidation.
Many modifications of the invention can be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the invention.
EMI8.2
'--- REYENDIGATIONSo 1. A process for reducing lean oxidic ore containing Fe203 to convert it to Fe0 ,, comprising the mixture of carbonaceous material in the subdivided form with said oxidic iron ore
EMI8.3
subdivided, forming a suspension of said mixture in an oxygen-containing gas, maintaining said suspension at a temperature sufficiently high to cause the formation of a relatively large amount of carbonic acid and an amount of carbonic acid. relatively small of CO, the
EMI8.4
maintaining a sufficient contact time between the 00 thus formed and the ore to convert the FeO of said ore into Fe0, and then the separation of the gaseous material from the reduced ore
2.
Process for reducing a lean oxidic ore containing
EMI8.5
Fe2 03 to convert this to Fe0, comprising mixing a carbonaceous material in powder form with said powdered oxidic iron ore, forming a suspension of said mixture in a gas containing 1-oxygen, maintaining of said suspension at a temperature sufficiently high to cause the formation of a re-
EMI8.6
relatively large of 00 2 and a relatively small amount of G9 maintaining sufficient contact time between the CO thus formed and the ore to convert the Fe 2 0 3 in the ore to Fe0, and then the separation of gaseous matter,
reduced ore
30 Process for improving a lean oxidic iron ore
EMI8.7
to produce a concentrated product comprising Fe-O., comprising the mixture of a carbonaceous material in a subdivided form with an oxidic iron ore subdivided the formation of a suspension of said mixture in a gas containing oxygen, maintaining said suspension at a temperature high enough to cause the formation of a re-
EMI8.8
relatively large amount of GO2 and a relatively small amount of CO.9 the maintenance of a sufficient contact time between the 00 thus formed and the mi =
EMI8.9
ore to convert the FeQ3 of the ore into Fe0 ,, and then the separation of the magnetic oxide,
of a substantial part of the gangue with srassses and other impurities, by magnetism.
G.a Process for improving a lean oxidic iron ore
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.