<Desc/Clms Page number 1>
FABRICATION D'ACIER..
EMI1.1
Aczueiiemenz on 2-acra.que Lac1er a partir cte ia lonte proOEu1oe dans des hauts-fourneaux appareils énormes:,; nécessitant de grandes instal- lations annexes et de ce fait coûteux d'installation et onéreux d'exploi- tationo La fonte produite est en outresouvent irrégulière du fait des variations des matières premières et contient des proportions importantes de soufre et autres impuretés amenées tant par le minerai que par le coke.
La bonne marche du haut-fourneau dépend enfin de la qualité du coke métal- lurgique qui doit être convenablement réactif,dur et en gros morceaux.
La fonte obtenue est ensuite traitée dans des fours de fabrication d'acier pour uniformiser sa qualité, enlever 1-'excès de carbone qu'elle contient et la débarrasser des impuretés nuisibles.
Cette fabrication bien que fort connue et étudiée est complexe et coûteuse et il est donc normal que l'on ait songé depuis longtemps à éviter de passer par le stade fonte dans la fabrication de l'acier,d'autant plus que la fabrication du coke métallurgique de bonne qualité devient de plus en plus difficile et onéreuse par suite de la pénurie mondiale de charbons auto-cokéfiants qui va en s'accentuant.
De nombreux procédés ont vu le jour; la plupart ont disparu rapidement Les procédés encore employés sont très coûteux mais sont intéressants parce qu'ils permettent, à partir de minerais convenables,,d'obtenir du fer réduit sous forme d'"épon- ge de fer",:; d'une pureté remarquable et que l'on peut transformer facilement en acier de très bonne qualité
Si tous ces procédés sont peu économiques et n'ont pu se déve- lopper en dehors de la fabrication des aciers spéciaux,9 c'est qu'il est très difficile d'obtenir un bon contact entre le mineral et le moyen de réduction,
d'où gaspillage d'une partie de celui-cio Tous ces procédés pré- sentent en plus de grandes difficultés au point de vue de l'équilibre ther- mique en général peu satisfaisante et entraînent de fortes pertes de cha- leur et par conséquente une consommation exagérée de combustible. Enfin
<Desc/Clms Page number 2>
l'utilisation du gaz réducteur est mauvaise car on trouve dans la même encein- te du fer à divers degrés de réduction.
Pour remédier à ces défauts,la présente invention propose d'u- tiliser pour la fabrication directe de l'acier la technique dite de "fluidi- sation en'phase dense", qui permet de mettre en contact intime un solide à l'état de poudre et un gazo Le premier emploi industriel de la fluidisa- tion, inventée depuis longtemps, a été le cracking catalytique des pétroles et résidus de pétrole. Par la suite cette technique a été appliquée, au moins dans des installations d'essais, à de nombreuses autres réactions chi- miques: grillage de minerais, fabrication de chaux., synthèses industriel- les variées, séchages, etc. On a également songé à l'employer pour la ré- duction du fer.
La fluidisation en phase dense consiste à mettre une poudre en suspension dans un courant de gaz ascendant ayant une vitesse telle que la poudre soit maintenue dans un état de violente agitation, comme un lit de liquide bouillant, mais qu'elle ne soit pas entraînée,en proportions impor- tantes par le courant gazeux. Le lit de poudre agitée a des propriétés voisines de celles d'un liquide, d'où les termes "lit fluide"et "fluidisa- tion"o Ce type de fluidisation en phase dense est bien différent de la flui- disation en courant, où la poudre est entraînée par le courant de gaz.
La présente invention ne concerne que l'emploi de la fluidisation en phase dense, la seule qui permette, comme il est nécessaire dans le cas présent, d'avoir une sorte de contre-courant gaz-poudre et, d'autre part,d'avoir un temps de séjour du gaz beaucoup plus faible que celui de la poudre à traiter.
Telle quelle la fluidisation, en permettant un excellent contact gaz-poudre.. ne remédie qu'au premier des défauts signalés ci-dessus et il est nécessaire pour remédier aux autres de l'appliquer en faisant la réduc- tion en plusieurs stades comme le prévoit la présente invention, ce qui per- met une utilisation aussi complète que possible de la chaleur et du pouvoir réducteur des gaz utilisés.
Le procédé faisant l'objet de la présente invention consiste donc à réduire le minerai de fer en poudre à l'état fluidisé, sans fusion, en plu- sieurs stades de manière à utiliser au mieux les gaz réducteurs et à obtenir une économie thermique rendant le procédé supérieur au haut=fourneau, non seulement par la qualité du produit obtenu, mais aussi par une réduction sen- sible de la consommation calorifique et la possibilité d'employer un combus- tible de moins bonne qualité que le coke métallurgique et, par conséquent, plus économique. Ce procédé, destiné principalement à la fabrication directe de l'acier, peut s'appliquer également à la fabrication de fer pur et de tous alliages comportant du fer.
On peut aussi l'envisager, avec les modifica- tions nécessaires pour la production par réduction d'autres métaux dont les oxydes peuvent être réduits sans fusion (cuivre, nickel, etc.), et de leurs alliages.
Les divers stades prévus par l'invention sont, en principe et pour un minerai courant du type minette, ceux qui sont décrits ci-dessous., mais ils peuvent naturellement être quelque peu mudifiés en fonction du minerai utilisé, sans pour cela sortir du cadre de la présente invention.
En particulier, si on part de minerai de fer contenant de l'oxyde et non de l'hydrate., les 2ème et 3ème stades ci-dessous devront être modifiés sinon supprimés.
Le premier stade est la préparation, à l'état aussi pur que pos- sible pratiquement et économiquement, d'un oxyde de fer ou d'un autre compo- sé du fer, hydrate ou carbonate par exemple, se décomposant en oxyde sous l'influence de la chaleur. Il a été en effet démontré, que dans toute réduc- tion par les gaz, sans fusion,une partie de l'oxyde de fer ne peut être réduite s'il est en contact intime avec d'autres oxydes tels que silice, chaux, alumine, etc.., qui ont tendance à se combiner à lui aux températures où la réduction devrait se produire.
Si on part d'un minerai ordinaire il faudra d'abord le broyer en grains convenant à la fluidisation, c'est-à-dire compris à peu près entre 0,2 et 0,02 mm mais ne comportant pas de grains supérieurs à 0,5 mm ni trop de fines (moins de 10-30%) plus petites que 0,01 mm.
<Desc/Clms Page number 3>
Certains minerais devront peu-être être broyés plus finement que d'autres pour permettre une meilleure épuration, mais, en général, l'oxyde de fer, hydraté ou non;, est réparti dans la masse de minerai sous forme de petits grains noyés dans une gangue, ces petits grains étant à peu près de la dimension qui convient à une bonne fluidisation avec des vitesses de gaz normales (0,1 à 1,5 m/sec. environ). En broyant le minerai à cette finesse on pourra donc, par tout moyen convenable, séparation magnétique, flotta- tion ou autre, obtenir.une poudre d'oxyde (ou d'hydrate ou de carbonate) de fer ne contenant que très'peu de gangue.
Cette poudre pourra être utilisée telle quelle dans l'appareil de fluidisation; à condition toutefois qu'elle soit suffisamment sèche'pour ne pas former une boue Ce premier stade devra donc comporter éventuellement un séchage préalable,par exemple dans un four rotatif ordinaire ou dans tout autre séchoir adapté au séchage d'un produit pulvérulent à l'état' de boue, si on a fait la séparation de la gan- gue au moyen dé procédés nécessitant l'emploi d'un milieu aqueux. Ce sé- chage préalable n'a d'ailleurs pas besoin d'être très poussé, il suffit que la poudre qui en sort ne s'agglomère-pas en grosses masses au cours de sa manutention et de son stockage ultérieurs.
Ce séchage peut être rem- placé,, le cas échéante par une filtration, la pâte filtrée étant simplement concassée et introduite ainsi dans le stade suivant où se fait le séchage final et où les morceaux arrivant au contact de poudre sèche et de gaz chauds seront vite désagrégés par le brassage énergique que procure la fluidisa- tion. Au lieu de minerais on peut naturellement, et sans sortir du cadre de l'invention, utiliser toute autre source d'oxyde de fer, par exemple des résidus de fabrication d'alumine ou autres; il suffit de leur appliquer une méthode d'épuration qui leur convienne.
Un cas tout à fait particulier de ce premier stade serait l'emploi de pyrite de fer à la fabrication d'a- cier: la pyrite en poudre devrait alors être grillée à fond par de l'air par exemple dans un appareil de fluidisation disposé en plusieurs étages, pour avoir un bilan thermique favorable, et le résidu parfaitement désulfuré se- rait alors soigneusement épuré'par toute méthode appropriée. On voit donc que le procédé faisant l'objet de la présente - invention, permet l'utilisa- tion de minerais autrement sans valeur et qu'il évite tous les frais d'ag- glomération et de frittage nécessaires si on veut traiter des minerais pul- vérulents au haut-fourneau.
Le second stade comporte le séchage de la poudre épurée. Le début du séchage peut être fait, comme dit plus haut, dans un appareil spé- cial si la poudre est par trop humide. La fin du séchage, par contre, se fait avantageusement par fluidisation. Comme ce séchage est le dernier stade à travers lequel passe le gaz ayant servi au traitement, et qu'il doit se faire à des températures de 100 à 150 , on peut, dans certains cas:, avoir intérêt à'le faire précéder d'un étage, aussi en fluidisation, où la poudre entrant serait réchauffée par la chaleur sensible encore contenue dans le gaz. Un calcul.rapide permet de voir dans quels cas un pareil pré- chauffage peut être intéressant, en particulier lorsque le minerai n'est pas trop humide.
Ce stade de séchage par'fluidisation peut,le cas échéant, être remplacé par le séchage prévu plus haut sans que pour cela on sorte du cadre de 1.' invention.
Le troisième stade est celui dans lequel la poudre doit être, le cas échéant, privée de l'eau d'hydratation et/ou de l'acide carbonique combiné qu'elle contient. Il se fait, comme tous les suivants, à l'état fluidisé. La poudre y est introduite 'du stade précédent'par tout moyen réduisant le plus possible les pertes de chaleur sensible, ce qui est parti- culièrement facile si le séchage a été fait par fluidisation dans un étage situé au-dessus du présent stade.
On peut en particulier appliquer ici, com- me aux autres passages de la poudre d'un étage à l'autre, les détails de l'invention faisant l'objèt de la demande de brevet intitulée "Appareils pour la mise en contact intimé de poudre et de gaz" et déposée simultané- ment avec la présente.- Le gaz vient du stade suivant après un réchauffage éventuel par combustion de toutou partie des composants combustibles qu'il contient encore ou par tout autre moyen de chauffage direct ou indi- rect. Cette déshydratation et/ou cette décarbonatation, pour être complè- tes, doivent se faire à des températures de l'ordre de 200 à 4000 suivant
<Desc/Clms Page number 4>
les minerais et suivant l'équilibre thermique général de l'appareil.
Dans le cas de minerais formés d'oxyde de fer non hydraté (hématite par exemple), ce stade est remplacé par un stade de réchauffage entre le séchage et la réduction de l'oxyde ferrique qui forme le stade suivant.
Le quatrième stade reçoit la poudre sortant du troisième stade et comporte, toujours à l'état fluidisé, la réduction de l'oxyde ferrique en oxyde magnétique. Cette réaction, pratiquement irréversible, doit se faire à une température de 500-700 , et le gaz qui en sort doit contenir une quantité de gaz réducteurs comprise entre les limites suivantes; limite supérieure; les rapports oxyde de carbone: à gaz carbonique et hydrogène à vapeur d'eau doivent être tels que, pour la température envisagée, on soit certainement dans la zone des diagrammes d'équilibre (réduction par l'hydro- gène, fige 1; par l'oxyde de carbone fig. 2) donnant l'état d'oxydation du fer en fonction de la température et de la composition des gaz en présence où seul l'oxyde magnétique est en équilibre avec les gaz sortants.
Limite inférieure : peut être théoriquement une teneur nulle en gaz réducteurs mais il est préférable de laisser de ceux-ci une quantité telle que, par leur combustion à l'entrée du stade de déshydratation, ils dégagent une quantité de chaleur suffisante pour cette opération.- Sur les fig. 1 et 2 la composi- tion du gaz sortant de ce quatrième stade est représentée par la zone hâchu- rée 1 qui tient compte pour la réduction par l'oxyde de carbone de la néces- sité d'éviter la précipitation de carbone. Cette même précaution a été pri- se pour les zones des stades suivants.
Cette composition détermine natu- rellement les limites de la composition du gaz entrant dans le quatrième sta- de et provenant du stade suivant, après avoir éventuellement subi une com- bustion partielle pour qu'ils puissent céder dans le quatrième stade la quantité de chaleur nécessaire au maintien de la température voulue. On ne sortirait du reste pas de l'invention en maintenant ce quatrième stade à la température voulue par tout autre moyen, chauffage extérieur ou chauf- fage indirect du gaz par exemple.
Le cinquième stade reçoit la poudre provenant du quatrième stade et comporte, toujours à l'état fluidisé, la réduction de l'oxyde magnétique en oxyde ferreux. Cette réaction doit se faire à une température de 600-$00 .
Le gaz qui sort du présent stade, passant au quatrième stade, a, par consé- quent, une composition déterminée comme dit ci-dessus. Il faudra d'ailleurs vérifier que ce gaz sortant a une composition telle qu'il soit en équilibre seulement avec de l'oxyde ferreux aux températures envisagées pour ce cinquiè- me stade (zone hachurée 2 des fig. 1 et 2). Le gaz qui entre dans le présent stade n'a pas besoin d'avoir une très forte teneur en gaz réducteurs comme le montrent les diagrammes d'équilibre des fig. 1 et 2. On pourra donc se servir entr'autres de gaz pauvre (gaz de gazogène), éventuellement addition- né de gaz provenant du stade suivant. Le gaz pauvre a l'avantage d'être facile à produire avec n'importe quel combustible et d'être le gaz.dans le- quel les composants réducteurs reviennent, à conditions égales, le moins cher.
D'ailleurs, on ne sortirait pas de l'invention en employant tout autre gaz réducteur que le gaz pauvre pour ce cinquième stade, non plus qu'en n'u- tilisant pas le gaz non recyclé du stade suivant, gaz qui peut être employé ailleurs le cas échéant. Une partie du gaz entrant doit être brûlée à l'entrée de ce cinquième stade pour que l'ensemble soit à une température telle que ce gaz puisse céder la chaleur nécessaire à maintenir ce,stade à la température voulue. On peut d'ailleurs envisager tout autre moyen direct ou indirect de chauffer ce gaz ou ce stade à la température voulue sans sortir du cadre de l'invention.
Le sixième stade comporte, toujours à l'état fluidisé, la réduc- tion de l'oxyde ferreux en fer métallique. Cette réaction peut avec cer- tains minerais très faciles à réduire,se faire assez rapidement à 700 ou 800 degrés, si bien que le fer réduit n'a pas tendance à faire coller entre elles les particules à la surface desquelles il se trouve. Avec la plupart des minerais par contre on devra travailler au-dessus de ces températures et il se produira alors une agglomération des particules de fer réduit et il faudra employer non plus une zone cylindrique mais une zone en forme de cône ou de pyramide, la pointe en bas, qui permet de maintenir les par-
<Desc/Clms Page number 5>
ticules en suspension pendant un temps suffisant, la vitesse du gaz étant d'autant plus élevée que l'on descend plus bas dans la zone conique.
Le gaz qui sort de ce stade doit être,, d'après les diagrammes d'équilibrée en- core riche en gaz réducteurs (zone hâchurée 3 des fig. 1 et 2). Si on uti- lise pour ce stade un autre gaz que du gaz pauvre (gaz de gazogène) il est donc préférable de ne pas l'employer dans les stades précédents mais, après condensation de la vapeur d'eau et enlèvement du gaz carbonique formés par la réaction, de le recycler avec une certaine proportion de gaz frais, la partie en excès du gaz étant seule envoyée aux stades précédents. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant le gaz sortant du sixième stade de toute autre manière que celle indiquée ci-dessus qui est, à première vue et en général, la plus indiquée pour l'économie du procédé.
En particulier, on peut utiliser tout ou partie du gaz en l'envoyant dans un gazogène où l'anhydride carbonique et la vapeur d'eau qu'il contient seraient réduits, donnant ainsi une nouvelle quantité de gaz utilisable, par exemple-à la réduction de ce sixième stade. On éviterait ainsi l'utilisation de vapeur extérieure pour la fabrication du gaz à l'eau et la décarbonata- tion, toujours onéreuse, du gaz sortant. Il est nécessaire de récupérer la chaleur sensible du gaz sortant au moyen du gaz entrant, et de brûler une petite quantité de celui-ci pour fournir la chaleur nécessaire au maintien de ce stade à la température voulue. On pourrait naturellement chauffer ce gaz ou ce stade par tout autre moyen direct ou indirect sans sortir du cadre de l'invention.
Le'gaz à utiliser pour ce stade peut être n'importe quel gaz contenant une proportion suffisante de gaz réducteurs, le gaz à l'eau bleu paraissant, techniquement et économiquement, le plus indiqué à cause de sa haute teneur en hydrogène et oxyde de carbone. Dans certains cas en particulier dans les pays pauvres en combustibles mais riches en énergie électrique, on pourrait aussi envisager l'emploi pour cette réduction d'hydrogène électrolytique. Le gaz pauvre peut aussi être employé mais sa très forte teneur en inertes obligerait à l'utilisation d'appareils très volumineux et il ne faudrait pas songer à une recyclage, mais simplement utiliser le gaz .sortant pour les autres réductions.
La limite du recyclage est un compromis entre l'utilisation la plus poussée du gaz, le risque de dépôt de carbone et les dimensions des appareils qui augmentent forcément avec la proportion de gaz recyclé, la teneur de celui-ci en gaz inertes, azote, argon, etc., augmentant avec cette proportion. Si on part de gaz à très faible teneur en inertes et si on ne chauffe pas le gaz par combustion direc- te on pourra naturellement adopter des taux de recyclage très élevés Un calcul facile montre que cette augmentation des dimensions des appareils devient brutale à partir d'une certaine proportion de gaz recyclé, propor- tion qui varie d'ailleurs avec la composition du gaz initial et avec le mo- de de chauffage prévu.
De ce dernier.stade, la poudre de fer réduit, très poreux et très réactif, contenant encore une grande partie des impuretés initiales du minerai épuré, peut être introduite directement dans un four d'aciérie où on utilisera ainsi sa chaleur sensible. Cette introduction sera d'autant plus facile que la poudre de fer aura subi une certaine agglomération au cours de la réduction finale. Pour une marche continue, indispensable à l'appareil de fluidisation, il faudra naturellement soit deux fours au moins, soit un four et un réservoir de stockage de la poudre chaude puis- que les fours d'aciérie ont une marche discontinue. On pourrait aussi re- froidir la poudre dans une série d'étages de fluidisation, pour en récupé- rer la chaleur sensible.
Ce refroidissement devrait être fait avec un gaz neutre, azote par exemple, ou avec de l'hydrogène, pour éviter toute réoxydation ou tout dépôt de carbone sur le fer au cours de cette opération la poudre obtenue étant très réactive du fait de sa réduction à basse tem- pérature .
Pour introduire cette poudre de fer dans un bain de fusion sans avoir d'ennuis il faudra l'introduire au fond du bain par tout moyen appro- prié par exemple un tube en matière réfractaire convenable plongeant dans le bain. Dans le cas où la réduction finale peut se faire à basse tempé- rature dans une zone cylindrique, il est possible, toutefois, de prévoir un étage supplémentaire. On peut aussi prévoir un étage supplémentaire où.
<Desc/Clms Page number 6>
se ferait un frittage provoquant une agglomération de la poudre sous forme de granules faciles à introduire dans le bain de fusion. Pour cela on peut faire arriver la poudre de fer réduite dans une zone en forme de pyra- mide ou de cône, la pointe en bas, pointe par laquelle on introduit un courant de gaz selon les indications de la demande de brevet prévitée.
Le gaz à introduire est naturellement un gaz réducteur dont une partie est brûlée par une introduction d'air chaud pour maintenir la température né- cessaire au frittage (plus de 1000-1300 ). Les particules au fur et à me- sure de leur agglomération descendent vers la pointe inférieure car il leur faut, pour être maintenues en suspension, une vitesse de gaz de plus en plus grande. Les particules agglomérées arrivant au fond sont extraites par tout moyen voulu et peuvent être introduites directement dans un four d'aciérie qui utilisera ainsi leur chaleur sensible ou être refroidies par exemple en descendant dans un refroidisseur en forme de colonne en contre- courant d'un gaz réducteur qui se réchauffe à leur contact.
On obtient ainsi des boulettes de fer réduit relativement peu réactif du fait du frit- tage et qui peuvent donc être manipulées sans précautions spéciales. Dans le cas où l'on a à faire à des minerais qui doivent être réduits à des tem- pératures élevées et où il faut de toute façon employer une zone conique, on pourra, pour avoir des granules mieux frittés, utiliser une température nettement supérieure à celle qu'exige la réduction.
Les gaz utilisés entrent froids dans l'installation et sont com- primés au moyen d'appareils adéquats et connus, à travers les divers échan- geurs, brûleurs et stades de la colonne de fluidisation. Pour éviter qu'ils ne transmettent du soufre au minerai il faut naturellement les épurer au préalable.
La fig. 3 est un schéma général du procédé appliqué à un minerai du genre minette, en utilisant du gaz à l'eau bleu épuré pour la réduction de l'oxyde ferreux, et du gaz pauvre épuré pour le reste de l'installation avec addition de la partie non recyclée du gaz décarbonaté provenant de la réduction de l'oxyde ferreux. Ce schéma est relatif au cas où ce minerai peut être réduit à température suffisamment basse et où l'on ne cherche pas un frittage de la poudre. Cette figure n'est donnée qu'à titre indicatif pour faciliter la compréhension de l'invention, mais n'a évidemment aucun caractère restrictif, les dispositions pouvant varier avec le type et la qualité du minerai, avec les types de gaz employés, ou même avec les condi- tions économiques et géographiques de l'installation, sans pour cela cesser d'être protégées par le présent brevet.
En particulier, la disposition de tous les stades les uns sous les autres permet une circulation du minerai par simple gravité et presque sans pertes de chaleur, mais il se pourrait que dans certains cas on ait intérêt à adopter une autre disposition, sans que pour cela on sorte du cadre de l'invention. Tous les appareils chauds sont naturellement calorifugés pour éviter toute.perte de chaleur inutile et ainsi améliorer le bilan thermique de l'opération.
Dans cette fig. 3, 1 est le sixième stade qui est prévu en deux étages successifs 2 et 3 pour réduire au maximum la proportion d'oxyde ferreux non réduit dans le produit final. Comme le mélange de la poudre dans un étage fluidisé est pratiquement parfaite il faudrait en utilisant un seul étage un temps moyen de séjour de la poudre relativement considé- rable pour que des particules non réduites n'échappent pas à la sortie de l'appareil car la réduction finale est relativement lente. Avec deux étages ou plus, on montre facilement que ce temps moyen de séjour de la poudre peut être considérablement réduit. Ceci a l'avantage de permettre l'emploi de couches fluides plus minces et donc de diminuer la perte de charge et, par conséquent, les frais de compression du gaz.
Dans ce sixième stade, la poudre provenant du stade précédent est introduite par 4 dans la zone supérieure 2 d'où elle passe par un tube 5 dans la zone inférieure 3 d'où elle sort par 6. 4,5 et 6 sont des tubes du diamètre voulu fonctionnant comme trop-plein, mais empêchant, parce qu'ils restent pleins de poudre, le passage du gaz à travers eux. Ces tubes peuvent être utilement réalisés comme indiqué dans la demande de brevet précitée qui s'applique naturelle- ment aussi aux autres tuyauteries (43,44, 30,25) ayant même fonction que les précédentes. On n'a pas représenté ici le traitement ultérieur de la
<Desc/Clms Page number 7>
poudre réduite pour en faire de l'acier non plus que son frittage éventuel.
Le gaz à l'eau épuré, comprimé dans le compresseur 7 avec.le gaz recycle sortant de la décarbonatation 8, passe dans l'échangeur 9 où il récupère la plus grande partie de la chaleur sensible du gaz sortant. De cet échan- geur, la quantité voulue du gaz est dirigée vers un brûleur 10 -où¯ il brûle avec de l'air comprimé par le compresseur 11 et réchauffé lui aussi dans l'échangeur 9. Les gaz 'brûlés sortant de 10 se mélangent au'reste du gaz et le réchauffent dans le foyer 12, d'où ils passent par une grille de répartition 13 dans la zone 3 puis, par une autre grille 14, dans la zone
2. Ces grilles de répartition peuvent avantageusement.être réalisées selon la demande de brevet précitée, comme d'ailleurs les autres grilles de répar- tition de la fig. 3 (29, 31, 37, 46, 47).
De cet étage de réduction finale , les gaz sortent par un cyclone 15 séparant les poussières entraînées, ou par tout autre dispositif permettant d'obtenir un résultat analogue, et les réintroduisant dans l'étage 2 (ou éventuellement 3), passent dans l'échan- geur 9 puis dans un réfrigérant à eau 16, qui peut être direct ou indirect l'eau froide arrivant en 17, l'eau chaude sortant en 18. On peut aussi en- visager de remplacer tout ou partie de ce réfrigérant par un échangeur où le gaz transmettrait le reste de sa chaleur sensible à l'air employé pour les autres combustions. Le gaz froid est ensuite décarbonaté en 8 par la- vage au moyen d'une solution de carbonates alcalins, de bases organiques, etc., arrivant par 19 et sortant par 20, ou par tout autre moyen.
Le gaz décarbonaté est envoyé en partie par 21 dans'le circuit de gaz pauvre dont il sera question plus bas, en partie par 22 dans le circuit de gaz à l'eau où il est ainsi recyclé. Le cinquième stade 23 reçoit la poudre du quatriè- me stade 24 par l'intermédiaire du tube 25. Le gaz pauvre avec le gaz décar- bonaté non recyclé est envoyé au cinquième stade par le compresseur 26.
Une partie de ce gaz est brûlé avec l'air venant du compresseur 11 dans le brûleur 27 et les gaz brûlés se mélangent au reste du gaz dans le foyer 28 d'où ils passent dans l'enceinte 23 par l'intermédiaire d'une grille de répartition 29. Le, quatrième stade 24 reçoit la poudre déshydratée sortant du troisième stade par le tube 30 et le gaz venant du'cinquième stade par la grille de répartition 31. Dé l'air peut être introduit par le tube 32 dans ce stade pour brûler une partie des gaz et dégager la chaleur nécessai- re au maintien de la température dé réaction. Le gaz sort de ce stade par le tube 33 et se rend dans un brûleur 34 suivi d'un foyer 35, où tout ou partie des gaz combustibles qu'il contient encore est brûlé avec de l'air venant du compresseur 11.
Une partie des gaz brûlés passe au stade de dés- hydratation 36 par une grille de répartition 37, une autre partie est dérivée vers le stade de séchage 38 par une chaudière 39 permettant de récupérer l'excès de chaleur sensible du gaz sous forme de vapeur sortant par 45.
La poudre venant du stockage 40, ou directement de l'atelier de préparation du minerai, pour arriver au stade de préchauffage 41 par le tube 42, passe de celui-ci au stade de séchage 38 par le tube 43 puis au stade de déshydra- tation 36 par le tube 44. Le gaz passe du stade de déshydratation 36 par la grille de répartition 46 au stade de séchage 38, puis, par la grille 47 au stade de préchauffage 41 et enfin à la cheminée (non figurée) par le cy- clone 48 où sont'séparées, et réintroduites.en 41, les poussières qu'il pourrait entraîner. Ce cyclone peut naturellement¯être remplacé par tout autre appareil donnant des résultats analogues.
Le stade de préparation du minerai n'est.pas représenté sur la figure car il est trop variable en fonc- tion du minerai utilisé. '
Les essais montrent qu'avec les températures envisagées, les durées de réaction sont suffisamment brèves pour permettre l'emploi de cou- ches fluidisées d'uné épaisseur assez faible pour éviter des pertes de charge trop.élevées.
Une installation bien conçue doit permettre, d'après les calculs, une économie de 20-40% de combustibles par rapport à la fabri- cation de fonte au haut-fourneau, la fabrication de l'acier n'étant pas comprise dans ces chiffres,non plus que la préparation du minerai, les ad- ditions au lit de fusion du haut-fourneau, non plus que le coût supplémentai- re pour ceui-ci découlant de l'emploi de coke métallurgique alors que le procédé selon l'invention permet l'emploi de n'importe quel combustible pou- vant être gazéifié. A capacité égale, les investissements sont aussi plus
<Desc/Clms Page number 8>
réduits pour l'installation prévue ci-dessus que pour le haut-fourneau de capacité égale, la différence étant d'autant plus marquée que la capacité est plus faible .
'Pour éviter que l'emploi de couches de poudre trop minces ne provoque des talus, la poudre se mettant en tas d'un côté et le gaz pas- sant dans l'autre, on peut utiliser des cloisons verticales qui, divisant la couche fluidisée en une série de compartiments de faible section, em- pêcheront complètement ce phénomène de se produire; la demande de brevet précitée donne les indications voulues pour la disposition de ces cloisons verticales.
Dans certains cas il peut être intéressant d'envisager de faire les opérations de réduction, et particulièrement la réduction finale, sous une pression nettement plus élevée que la pression atmosphérique la vitesse de réaction étant alors plus grande. On augmente évidemment les frais de compression des gaz, ce qui, suivant le type de gaz utilisé et d'appareil de production de gaz, peut être une dépense assez peu sensible, mais on aug- mente fortement le débit d'un appareil donné puisque, en conservant la même vitesse linéaire et donc à peu près les mêmes conditions de fluidisation, on augmente le débit de gaz à peu près proportionnellement à la pression.
Cet emploi de la pression réduit donc le coût et l'encombrement de l'appa- reillage dans des proportions sensibles, si bien qu'il peut être intéres- sant de l'envisager dans certains cas malgré la complication supplémentaire des dispositifs de chargement et de vidange.
<Desc / Clms Page number 1>
STEEL MANUFACTURING.
EMI1.1
Aczueiiemenz on 2-acra.que Lac1er from cte ia lonte proOEu1oe in blast furnaces huge appliances:,; requiring large ancillary installations and therefore costly to install and expensive to operate o The cast iron produced is also often irregular due to variations in the raw materials and contains significant proportions of sulfur and other impurities brought in both by the ore than by coke.
The good functioning of the blast furnace depends finally on the quality of the metallurgical coke which must be suitably reactive, hard and in large pieces.
The resulting cast iron is then processed in steelmaking furnaces to standardize its quality, remove excess carbon it contains and rid it of harmful impurities.
This manufacture, although well known and studied is complex and expensive and it is therefore normal that we have thought for a long time to avoid going through the smelting stage in the manufacture of steel, especially since the manufacture of coke Good quality metallurgy is becoming increasingly difficult and expensive as a result of the growing global shortage of self-coking coals.
Many processes have emerged; most of them disappeared quickly The processes still used are very expensive but are interesting because they allow, from suitable ores, to obtain reduced iron in the form of "iron sponge":; of remarkable purity and which can be easily transformed into very good quality steel
If all these processes are not very economical and have not been able to develop outside the manufacture of special steels, 9 it is because it is very difficult to obtain good contact between the mineral and the reduction means,
hence wastage of part of it. All these processes present in addition great difficulties from the point of view of thermal equilibrium which is generally unsatisfactory and entail great losses of heat and consequently excessive fuel consumption. Finally
<Desc / Clms Page number 2>
the use of reducing gas is poor because iron is found in the same enclosure in varying degrees of reduction.
To remedy these defects, the present invention proposes to use for the direct manufacture of steel the technique known as "dense phase fluidization", which makes it possible to bring a solid in intimate contact into contact. of powder and a gas The first industrial use of fluidization, invented for a long time, was the catalytic cracking of oils and petroleum residues. This technique was subsequently applied, at least in test facilities, to numerous other chemical reactions: roasting of ores, manufacture of lime, various industrial syntheses, drying, etc. Consideration has also been given to using it for iron reduction.
Dense phase fluidization consists of suspending a powder in an ascending gas stream having a speed such that the powder is maintained in a state of violent agitation, like a bed of boiling liquid, but is not entrained, in substantial proportions by the gas stream. The agitated powder bed has properties similar to those of a liquid, hence the terms “fluid bed” and “fluidization”. This type of dense phase fluidization is very different from flow fluidization. where the powder is entrained by the gas stream.
The present invention relates only to the use of dense phase fluidization, the only one which makes it possible, as is necessary in the present case, to have a kind of gas-powder countercurrent and, on the other hand, to '' have a residence time of the gas much shorter than that of the powder to be treated.
As it is, the fluidization, by allowing an excellent gas-powder contact .. only remedies the first of the faults indicated above and it is necessary to remedy the others to apply it by making the reduction in several stages such as provides for the present invention, which allows as full use as possible of the heat and reducing power of the gases used.
The process forming the subject of the present invention therefore consists in reducing the powdered iron ore in the fluidized state, without melting, in several stages so as to make the best use of the reducing gases and to obtain a thermal economy rendering the process superior to the blast furnace, not only by the quality of the product obtained, but also by a significant reduction in calorific consumption and the possibility of using a fuel of lower quality than metallurgical coke and, by therefore more economical. This process, intended mainly for the direct manufacture of steel, can also be applied to the manufacture of pure iron and all alloys comprising iron.
It can also be envisaged, with the modifications necessary for the production by reduction of other metals whose oxides can be reduced without melting (copper, nickel, etc.), and of their alloys.
The various stages provided for by the invention are, in principle and for a common ore of the minette type, those which are described below., But they can naturally be somewhat mudified according to the ore used, without going beyond the scope of this. of the present invention.
In particular, if we start with iron ore containing oxide and not hydrate, the 2nd and 3rd stages below must be modified if not deleted.
The first stage is the preparation, in as pure a state as practically and economically possible, of an oxide of iron or of another iron compound, for example hydrate or carbonate, which decomposes into an oxide under l influence of heat. It has in fact been demonstrated that in any reduction by gases, without melting, a part of the iron oxide cannot be reduced if it is in intimate contact with other oxides such as silica, lime, alumina, etc., which tend to combine with it at temperatures where reduction is expected to occur.
If we start with an ordinary ore it will first have to be crushed into grains suitable for fluidization, that is to say between approximately 0.2 and 0.02 mm but not comprising grains greater than 0.5mm or too many fines (less than 10-30%) smaller than 0.01mm.
<Desc / Clms Page number 3>
Some ores may need to be ground more finely than others to allow better purification, but, in general, iron oxide, hydrated or not ;, is distributed in the mass of ore in the form of small grains embedded in gangue, these small grains being approximately the size suitable for good fluidization with normal gas velocities (approximately 0.1 to 1.5 m / sec). By grinding the ore to this fineness, it is therefore possible, by any suitable means, magnetic separation, flotation or the like, to obtain a powder of iron oxide (or of hydrate or carbonate) containing only very little gangue.
This powder can be used as it is in the fluidization apparatus; provided, however, that it is sufficiently dry so as not to form a slurry This first stage must therefore possibly include prior drying, for example in an ordinary rotary kiln or in any other dryer suitable for drying a pulverulent product using sludge state, if the separation of the slurry has been done by processes requiring the use of an aqueous medium. This prior drying does not, moreover, need to be very thorough, it suffices that the powder which comes out does not agglomerate in large masses during its subsequent handling and storage.
This drying can be replaced, if necessary by filtration, the filtered paste being simply crushed and thus introduced into the next stage where the final drying takes place and where the pieces coming into contact with dry powder and hot gases will be. quickly disintegrated by the vigorous stirring provided by fluidization. Instead of ores, it is naturally possible, and without departing from the scope of the invention, to use any other source of iron oxide, for example residues from the manufacture of alumina or the like; it suffices to apply a purification method to them that suits them.
A very special case of this first stage would be the use of iron pyrite in the manufacture of steel: the powdered pyrite would then have to be roasted thoroughly with air, for example in a fluidization apparatus placed in several stages, to have a favorable heat balance, and the perfectly desulphurized residue would then be carefully purified by any suitable method. It can therefore be seen that the process forming the object of the present invention allows the use of ores otherwise worthless and that it avoids all the costs of agglomeration and sintering necessary if one wishes to process ores. pulverulent in the blast furnace.
The second stage involves drying the purified powder. The start of drying can be done, as mentioned above, in a special apparatus if the powder is too wet. The end of the drying, on the other hand, is advantageously done by fluidization. As this drying is the last stage through which the gas used for the treatment passes, and it must be carried out at temperatures of 100 to 150, it may, in certain cases:, be advantageous to precede it by a stage, also in fluidization, where the incoming powder is heated by the sensible heat still contained in the gas. A quick calculation makes it possible to see in which cases such a preheating can be interesting, in particular when the ore is not too wet.
This stage of drying by 'fluidization can, if necessary, be replaced by the drying provided for above without going beyond the framework of 1.' invention.
The third stage is that in which the powder must be, where appropriate, deprived of the water of hydration and / or of the combined carbonic acid which it contains. It is done, like all the following, in the fluidized state. The powder is introduced therein 'from the previous stage' by any means which minimizes sensible heat losses, which is particularly easy if the drying has been done by fluidization in a stage situated above the present stage.
The details of the invention forming the subject of the patent application entitled "Apparatus for the intimate contact of the powder can be applied here in particular, as with the other passages of the powder from one stage to another. powder and gas "and deposited simultaneously with the present. The gas comes from the following stage after a possible reheating by combustion of any or part of the combustible components which it still contains or by any other direct or indirect heating means . This dehydration and / or this decarbonation, to be complete, must take place at temperatures of the order of 200 to 4000 depending on
<Desc / Clms Page number 4>
minerals and according to the general thermal equilibrium of the device.
In the case of ores formed from non-hydrated iron oxide (hematite for example), this stage is replaced by a reheating stage between the drying and the reduction of the ferric oxide which forms the following stage.
The fourth stage receives the powder coming out of the third stage and comprises, still in the fluidized state, the reduction of the ferric oxide to magnetic oxide. This reaction, which is practically irreversible, must take place at a temperature of 500-700, and the gas which leaves it must contain a quantity of reducing gas comprised between the following limits; upper limit; the ratios of carbon monoxide: to carbon dioxide and hydrogen to water vapor must be such that, for the temperature envisaged, we are certainly in the zone of the equilibrium diagrams (reduction by hydrogen, freeze 1; by carbon monoxide (fig. 2) giving the oxidation state of iron as a function of the temperature and the composition of the gases in the presence where only the magnetic oxide is in equilibrium with the outgoing gases.
Lower limit: theoretically there may be zero reducing gas content, but it is preferable to leave these in such a quantity that, by their combustion at the entrance to the dehydration stage, they release a sufficient quantity of heat for this operation. - In fig. 1 and 2 the composition of the gas leaving this fourth stage is represented by the hatched zone 1 which takes account for the reduction by carbon monoxide of the need to avoid the precipitation of carbon. This same precaution was taken for the areas of the following stages.
This composition naturally determines the limits of the composition of the gas entering the fourth stage and coming from the following stage, after having possibly undergone partial combustion so that in the fourth stage they can give up the necessary quantity of heat. to maintain the desired temperature. Moreover, it would not be departing from the invention to maintain this fourth stage at the desired temperature by any other means, external heating or indirect heating of the gas, for example.
The fifth stage receives the powder from the fourth stage and comprises, still in the fluidized state, the reduction of the magnetic oxide to ferrous oxide. This reaction should take place at a temperature of 600- $ 00.
The gas which leaves the present stage, passing to the fourth stage, therefore has a composition determined as said above. It will also be necessary to verify that this exiting gas has a composition such that it is in equilibrium only with ferrous oxide at the temperatures envisaged for this fifth stage (hatched zone 2 of FIGS. 1 and 2). The gas which enters the present stage does not need to have a very high reducing gas content as shown by the equilibrium diagrams of Figs. 1 and 2. It is therefore possible to use, among others, lean gas (gasifier gas), possibly with the addition of gas from the following stage. Lean gas has the advantage of being easy to produce with any fuel and of being the gas in which reducing components are, on equal terms, the cheapest.
Moreover, one would not depart from the invention by using any other reducing gas than the lean gas for this fifth stage, nor by not using the non-recycled gas from the following stage, a gas which can be used. employed elsewhere where appropriate. Part of the entering gas must be burned at the entrance to this fifth stage so that the assembly is at a temperature such that this gas can give up the heat necessary to maintain this stage at the desired temperature. Any other direct or indirect means of heating this gas or this stage to the desired temperature can also be envisaged without departing from the scope of the invention.
The sixth stage comprises, still in the fluidized state, the reduction of the ferrous oxide to metallic iron. This reaction can with some very easily reduced ores take place fairly quickly at 700 or 800 degrees, so that the reduced iron does not tend to make the particles on whose surface it is found stick together. With most ores, on the other hand, we will have to work above these temperatures and there will then be an agglomeration of the particles of reduced iron and it will no longer be necessary to use a cylindrical zone but a zone in the shape of a cone or pyramid, the point at the bottom, which allows to maintain the
<Desc / Clms Page number 5>
ticles in suspension for a sufficient time, the gas velocity being higher the lower one descends in the conical zone.
The gas which leaves this stage must be, according to the equilibrium diagrams still rich in reducing gases (hatched zone 3 of fig. 1 and 2). If a gas other than lean gas (gasifier gas) is used for this stage, it is therefore preferable not to use it in the preceding stages but, after condensation of the water vapor and removal of the carbon dioxide formed by the reaction, to recycle it with a certain proportion of fresh gas, the excess part of the gas being alone sent to the preceding stages. It would not be departing from the scope of the invention to use the gas leaving the sixth stage in any way other than that indicated above which is, at first sight and in general, the most suitable for the economy of the process.
In particular, it is possible to use all or part of the gas by sending it to a gasifier where the carbon dioxide and the water vapor which it contains would be reduced, thus giving a new quantity of usable gas, for example to the gasifier. reduction of this sixth stage. This would avoid the use of external steam for the manufacture of water gas and the decarbonation, always expensive, the gas leaving. It is necessary to recover the sensible heat of the outgoing gas by means of the incoming gas, and to burn a small quantity of this to provide the heat necessary to maintain this stage at the desired temperature. This gas or this stage could naturally be heated by any other direct or indirect means without departing from the scope of the invention.
The gas to be used for this stage can be any gas containing a sufficient proportion of reducing gases, the blue water gas appearing, technically and economically, the most suitable because of its high content of hydrogen and hydrogen oxide. carbon. In certain cases, in particular in countries poor in fuel but rich in electrical energy, one could also consider the use for this reduction of electrolytic hydrogen. Lean gas can also be used, but its very high inert content would make it necessary to use very large devices and recirculation should not be considered, but simply to use the outgoing gas for the other reductions.
The recycling limit is a compromise between the most extensive use of gas, the risk of carbon deposition and the dimensions of the devices which inevitably increase with the proportion of recycled gas, its content of inert gases, nitrogen, argon, etc., increasing with this proportion. If we start with gases with a very low inert content and if we do not heat the gas by direct combustion, we will naturally be able to adopt very high recycling rates. An easy calculation shows that this increase in the dimensions of the devices becomes sudden from 'a certain proportion of recycled gas, a proportion which moreover varies with the composition of the initial gas and with the planned heating mode.
From this last stage, the reduced iron powder, very porous and very reactive, still containing a large part of the initial impurities of the purified ore, can be introduced directly into a steel furnace where its sensible heat will thus be used. This introduction will be all the easier as the iron powder has undergone a certain agglomeration during the final reduction. For a continuous operation, essential for the fluidization apparatus, it will naturally be necessary either at least two furnaces, or a furnace and a storage tank for the hot powder since the steelworks furnaces have a discontinuous mode. The powder could also be cooled in a series of fluidization stages, in order to recover the sensible heat.
This cooling should be done with a neutral gas, nitrogen for example, or with hydrogen, to avoid any reoxidation or any deposit of carbon on the iron during this operation, the powder obtained being very reactive because of its reduction to low temperature .
To introduce this iron powder into a molten bath without having any trouble, it will have to be introduced at the bottom of the bath by any suitable means, for example a tube of suitable refractory material immersed in the bath. In the case where the final reduction can take place at low temperature in a cylindrical zone, it is, however, possible to provide an additional stage. We can also provide an additional floor where.
<Desc / Clms Page number 6>
sintering would take place causing the powder to agglomerate in the form of granules which are easy to introduce into the molten bath. For this, the reduced iron powder can be made to arrive in a zone in the form of a pyramid or of a cone, the point downwards, point through which a stream of gas is introduced according to the indications of the cited patent application.
The gas to be introduced is naturally a reducing gas, part of which is burned by the introduction of hot air to maintain the temperature necessary for sintering (more than 1000-1300). The particles as they agglomerate descend towards the lower point because, in order to be kept in suspension, they need an increasing gas velocity. The agglomerated particles arriving at the bottom are extracted by any desired means and can be introduced directly into a steel furnace which will thus use their sensible heat or be cooled for example by going down in a cooler in the form of a column in countercurrent of a reducing gas which heats up on contact.
Reduced iron pellets are thus obtained which are relatively unreactive due to frying and which can therefore be handled without special precautions. In the case where we have to deal with ores which must be reduced at high temperatures and where it is necessary in any case to use a conical zone, it is possible, in order to have better sintered granules, to use a significantly higher temperature. to that required by the reduction.
The gases used enter the installation cold and are compressed by means of suitable and known devices, through the various exchangers, burners and stages of the fluidization column. To prevent them from transmitting sulfur to the ore, they must naturally be purified beforehand.
Fig. 3 is a general diagram of the process applied to a minette type ore, using purified blue water gas for the reduction of ferrous oxide, and purified lean gas for the rest of the installation with the addition of the non-recycled part of the decarbonated gas from the reduction of ferrous oxide. This diagram relates to the case where this ore can be reduced at a sufficiently low temperature and where sintering of the powder is not sought. This figure is given only as an indication to facilitate understanding of the invention, but is obviously in no way restrictive, the provisions may vary with the type and quality of the ore, with the types of gas used, or even with the economic and geographical conditions of the installation, without thereby ceasing to be protected by this patent.
In particular, the arrangement of all the stages one under the other allows a circulation of the ore by simple gravity and almost without heat loss, but it could be that in certain cases it would be advantageous to adopt another arrangement, without for that this is outside the scope of the invention. All hot appliances are naturally heat insulated to avoid unnecessary heat loss and thus improve the thermal balance of the operation.
In this fig. 3, 1 is the sixth stage which is provided in two successive stages 2 and 3 to minimize the proportion of non-reduced ferrous oxide in the final product. As the mixing of the powder in a fluidized stage is practically perfect, using a single stage would require a relatively considerable average residence time of the powder so that unreduced particles do not escape at the outlet of the apparatus because the final reduction is relatively slow. With two or more stages, it is easily shown that this average residence time of the powder can be considerably reduced. This has the advantage of allowing the use of thinner fluid layers and therefore of reducing the pressure drop and, consequently, the gas compression costs.
In this sixth stage, the powder from the previous stage is introduced by 4 into the upper zone 2 from where it passes through a tube 5 into the lower zone 3 from which it exits by 6, 4,5 and 6 are tubes of the desired diameter functioning as an overflow, but preventing, because they remain full of powder, the passage of gas through them. These tubes can usefully be produced as indicated in the aforementioned patent application which naturally also applies to other pipes (43,44, 30,25) having the same function as the previous ones. The subsequent processing of the
<Desc / Clms Page number 7>
powder reduced to make steel or its possible sintering.
The purified water gas, compressed in the compressor 7 avec.le recycled gas leaving the decarbonation 8, passes into the exchanger 9 where it recovers most of the sensible heat of the outgoing gas. From this exchanger, the desired quantity of gas is directed to a burner 10 - where it burns with air compressed by the compressor 11 and also reheated in the exchanger 9. The burnt gases leaving 10 collect. mix with the rest of the gas and heat it in the hearth 12, from where they pass through a distribution grid 13 in zone 3 then, through another grid 14, in zone
2. These distribution grids can advantageously be produced according to the aforementioned patent application, as moreover the other distribution grids of FIG. 3 (29, 31, 37, 46, 47).
From this final reduction stage, the gases exit by a cyclone 15 separating the entrained dust, or by any other device making it possible to obtain a similar result, and reintroducing them into stage 2 (or possibly 3), pass into the exchanger 9 then in a water cooler 16, which can be direct or indirect, the cold water arriving at 17, the hot water leaving at 18. It is also possible to envisage replacing all or part of this coolant by a exchanger where the gas transmits the rest of its sensible heat to the air used for other combustions. The cold gas is then decarbonated at 8 by washing with a solution of alkali carbonates, organic bases, etc., arriving at 19 and exiting at 20, or by any other means.
The decarbonated gas is sent partly through 21 into the lean gas circuit which will be discussed below, partly through 22 into the water gas circuit where it is thus recycled. The fifth stage 23 receives the powder from the fourth stage 24 via the tube 25. The lean gas with the non-recycled decarbonated gas is sent to the fifth stage by the compressor 26.
A part of this gas is burnt with the air coming from the compressor 11 in the burner 27 and the burnt gases mix with the rest of the gas in the hearth 28 from where they pass into the enclosure 23 via a distribution grid 29. The fourth stage 24 receives the dehydrated powder leaving the third stage through the tube 30 and the gas coming from the fifth stage through the distribution grid 31. The air can be introduced through the tube 32 into this. stage to burn some of the gases and release the heat necessary to maintain the reaction temperature. The gas leaves this stage through tube 33 and goes to a burner 34 followed by a hearth 35, where all or part of the combustible gases which it still contains is burned with air coming from the compressor 11.
A part of the burnt gases passes to the dehydration stage 36 via a distribution grid 37, another part is diverted to the drying stage 38 by a boiler 39 making it possible to recover the excess sensible heat of the gas in the form of vapor. exiting by 45.
The powder coming from the storage 40, or directly from the ore preparation workshop, to arrive at the preheating stage 41 through the tube 42, passes from the latter to the drying stage 38 through the tube 43 then to the dehydration stage. tion 36 through the tube 44. The gas passes from the dehydration stage 36 through the distribution grid 46 to the drying stage 38, then through the grid 47 to the preheating stage 41 and finally to the chimney (not shown) through the cy - clone 48 where the dust that it could cause is separated and reintroduced in 41. This cyclone can naturally be replaced by any other device giving similar results.
The ore preparation stage is not shown in the figure because it is too variable depending on the ore used. '
The tests show that, with the envisaged temperatures, the reaction times are sufficiently short to allow the use of fluidized layers of a sufficiently thin thickness to avoid excessively high pressure drops.
A well-designed installation should allow, according to calculations, a saving of 20-40% of fuels compared to the manufacture of cast iron in the blast furnace, the manufacture of steel not being included in these figures. , not more than the preparation of the ore, the additions to the smelting bed of the blast furnace, not more than the additional cost for this resulting from the use of metallurgical coke while the process according to the invention allows the use of any fuel that can be gasified. For equal capacity, investments are also more
<Desc / Clms Page number 8>
reduced for the installation provided above than for the blast furnace of equal capacity, the difference being all the more marked as the capacity is lower.
'To prevent the use of too thin layers of powder from causing embankments, with the powder piling up on one side and the gas passing through the other, vertical partitions can be used which, dividing the layer fluidized in a series of compartments of small cross-section, will completely prevent this phenomenon from occurring; the aforementioned patent application gives the required indications for the arrangement of these vertical partitions.
In certain cases, it may be advantageous to consider carrying out the reduction operations, and particularly the final reduction, under a pressure markedly higher than atmospheric pressure, the reaction rate then being greater. The gas compression costs are obviously increased, which, depending on the type of gas used and the gas production device, can be a relatively insignificant expense, but the flow rate of a given device is greatly increased since , while maintaining the same linear speed and therefore approximately the same fluidization conditions, the gas flow rate is increased approximately proportionally to the pressure.
This use of pressure therefore reduces the cost and bulk of the apparatus in appreciable proportions, so that it may be advantageous to consider it in certain cases despite the additional complication of the loading devices and drain.