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PROCEDE POUR PRODUIRE L'ACIER DIRECTEMENT DES MINERAIS FERREUX.
La présente invention concerne un procédé pour la production di- recte de 1?acier en partant des .minerais;, en un seul cycle de production, sans arrêter 1?opération à la production de la fonte.
Les avantages du procédé selon l'invention consistent dans la réduction de la consommation de charbon, dans la possibilité d'utiliser des minerais et des matières carbonées en morceaux petits ou même très petits (y compris le poussier de charbon) et de qualité médiocre ou inférieure et dans la possibilité d'obtenir à l'état liquide, avec une installation relativement simple., un alliage métallique d'une composition peu différente de celle du produit final qui est obtenu au moyen d'une phase d'affinage qui est effec- tuée dans des fours d'aciérie de type connu, mais qui est rendue plus simple et plus rapide par la nature du produit qui est traité dans de tels fours.
L'acier produit est très pur par suite de la possibilité d'élimi- ner notamment le phosphore et le soufre.
Le procédé selon 1?invention est basé essentiellement sur les pha- ses suivantes ; a) on prépare, soit directement dans le four, soit dans un réser= voir séparée un laitier de mise en marche du procéder analogue à un laitier de haut fourneau, par exemple en portant à la fusion un mélange en proportions convenables de chaux, silice et alumine b) on réduit en poudre, si nécessaire, ou on broie des minerais de fer (ou bien des résidus industriels contenant du fer), des matières qui peuvent agir comme substances réductrices (notamment du charbon) et des sub= stances scorifiantes, telles que par exemple des matières calcaires, avec ad- jonction éventuelle d'autres minerais, par exemple de manganèse c) on mélange entre elles de façon intimeg avec des moyens conve= nables,
les substances en poudre indiquées sous b);
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d) on charge d'en haut lesdites substances sur un lit de laitier fondu préparé dans un four (-voir phase a) et maintenu à une haute température, de façon à former une couche d'une épaisseur à peu près uniformeo Il faut prendre soin que la charge couvre complètement la surface du bain de matières fondues, notamment qu'elle arrive jusqu'au contact des parois et qu'elle ne soit pas comprimée d'une façon excessive pour ne pas empêcher le passage des gaz sans toutefois présenter des cheminées d'échappement à travers lesquel- les les gaz pourraient passer sans avoir pris part à la réaction;
e) on chauffe le laitier en le maintenant à une haute température par le passage de courant électriqueo La chaleur du laitier est transmise à la charge surnageante, dont les composants réagissent, les minerais sont réduits, le calcaire se transforme en oxyde de calcium et dissout la gangue; il en résulte des gouttelettes de métal et des gouttelettes de laitier qui descendent par gravité jusqu'au bain, les premières se séparant par diffé- rence de poids spécifique et se déposant sur le fond, les autres se fondant et s'incorporant dans le bain; f) du fond du four, on extrait le métal, d'une façon continue ou intermittente, au fur et à mesure qu'il se forme;
g) à travers un trou existant dans la paroi du four, on extrait du laitier d'une façon continue ou intermittente, de manière à maintenir à peu près constante l'épaisseur dudit laitier à l'intérieur du four; h) on continue l'alimentation du four d'en haut, comme décrit sous d)o L'épaisseur de la charge traitée pourra être par exemple de 50 cm si le bassin du four a le diamètre de 4 m, i) le métal extrait du four, comme indiqué sous f), peut être laissé se solidifier pour le charger plus tard dans un four d'aciérieo Ce- pendant il est préférable, afin d'obtenir une production plus grande en é- conomisant la chaleur, d'introduire le métal fondu extrait du four de réduc- tion directement dans un four pour la production de l'acier (tel qu'un four du type Heroult, Martin-Siemens, etc ...
) dans lequel on effectue l'opération d'affinage, qui est beaucoup plus rapide, bien que conduite avec les mêmes règles générales valables pour la production de l'acier à partir de la fonte, du minerai et de la mitraille,parce que la matière chargée dans le four a déjà une composition proche de la composition finale; j) si l'on désire produire des aciers spéciaux, on ajoute les matières de correction convenables, pendant que la matière se trouve dans le four d'affinage.
A titre d'exemple nullement limitatif, on se réfère au dessin annexé sur lequel on a indiqué schématiquement les moyens essentiels 'pour appliquer le procédé selon l'inventiono
Un mélangeur 1 reçoit la matière d'une trémie 2 et l'envoie dans un couloir 3 qui la conduit à un four de réduction 4, dans lequel les élec= trodes 5 chauffent un bain 6 sur lequel est étendue une couche de charge 7.
Le laitier peut être extrait par la bouche 8,tandis que le métal, qui se dépose en 9, est extrait par l'ouverture 10 et passe, en traversant le canal 11, dans le four d'aciérie 12, qui le verse dans la poche 13 à l'ins- tant convenable en se baissant (comme représenté en pointillé)o
On donne ci-après un exemple d'application du procédé
1)- Pour la mise en marche, on porte à la fusion un mélange com- prenant 44 % d'oxyde de calcium, 37% de silice et 12% d'alumine (le reste étant formé par des impuretés)o
On obtient un laitier ayant sensiblement la composition suivante : 43,7% de CaO, 2,98% de MgO, 36,5% de SiO2, 11,5% de Al2O3.
2)- On charge un mélange, homogène autant que possible, des pro- duits suivants (la charge se réfère aux quantités nécessaires pour produire une tonne d'acier brut pour affinage);
I - 1700 Kg de minerai de fer ayant la composition suivante (rap- portée au poids du produit sec) : 59,5% de Fe, 10% de SiO2, 3% de Al2O3 , 0,7 %
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de Mn, S+P+ autrês impuretés 1%.
II - 300 Kg de charbon tel que coke en morceaux de 0 à 10 mm (poussier) ayant la composition suivante, rapportée au produit sec : 80 % de carbone fixe, 8% de silice, 3% de AL2O3, 2% de MgO, 6% de matières vola- tiles, S+P 1%.
III - 460 kg de calcaire, ayant la composition 51% de CaO,
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40 de C0z9 1,5% de A120Ô:1 3% de Si02 29 de MgO.
3)- Le gaz qui s'échappe du four contient 540 kg d'anhydride carbonique (dont 400 proviennent de la réduction-et 140 de la décomposi- tion du calcaire)., et 270 kg d'oxyde de carbone; il contient en outre plu- sieurs impuretés et de petites quantités de vapeur d'eau.
La température des gaz à la sortie est de quelques dizaines de degrés C au-dessus de la température ambiante.
4)- Du four de réduction, on tire une tonne d'acier brut ayant la composition suivante 97,3% de fer, 1,5 % de carbone, 0,7 % de manganè- se, 0,5% de silicium, soufre+phosphore conjointement moins de 0,1%.
Le métal est extrait à une température d'environ 1400 C et le laitier à environ 1550 C.
Au cas où le transport du métal au four d'affinage se fait à l'aide d'une poche, il faut extraire le métal à une température quelque peu plus haute pour tenir compte du refroidissement pendant le transporto
5)- Le laitier sorti du four a sensiblement la composition sui-
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vante s 4397 de CaO, 2,28% de MgO, 36,5% de Si02, 11r5% de A1203, 2,62% de FeO, 1,75% de MnO, 0,87% de soufre.
Il y a lieu de remarquer la teneur réduite du laitier en oxyde de fer, ce qui indique une bonne utilisation du contenu en fer de la matière traitée.
Pour chaque tonne d'acier, on produit environ 570 kg de laitiero 6 - L'affinage dans le four, du type Heroult ou à flammes, avec addition de mitraille sélectionnée ou de minerai, est très court par suite de la grande pureté dès matières fondues et de la teneur en carbone relative- ment peu élevéeo
Cette phase de l'opération, qui est effectuée dans les fours d'a- ciérie, a lieu selon la technique connue en tenant compte des caractéristiques différentes de la matière traitée.
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PROCESS FOR PRODUCING STEEL DIRECTLY FROM FERROUS ORES.
The present invention relates to a process for the direct production of steel from ores, in a single production cycle, without stopping the operation at the production of pig iron.
The advantages of the process according to the invention consist in the reduction in the consumption of coal, in the possibility of using ores and carbonaceous materials in small or even very small pieces (including coal dust) and of poor quality or lower and in the possibility of obtaining in the liquid state, with a relatively simple installation., a metal alloy of a composition little different from that of the final product which is obtained by means of a refining phase which is carried out - killed in steelworks furnaces of known type, but which is made simpler and faster by the nature of the product which is treated in such furnaces.
The steel produced is very pure owing to the possibility of eliminating in particular phosphorus and sulfur.
The process according to the invention is based essentially on the following phases; a) one prepares, either directly in the furnace, or in a tank = see separate a starting slag of the process analogous to a blast furnace slag, for example by bringing to the fusion a mixture in suitable proportions of lime, silica and alumina b) powdered, if necessary, or crushed iron ores (or industrial residues containing iron), materials which can act as reducing substances (in particular coal) and slagging substances, such as, for example, limestone materials, with the possible addition of other ores, for example manganese c) they are mixed together intimately with suitable means,
the powdered substances indicated under (b);
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d) said substances are loaded from above onto a bed of molten slag prepared in an oven (-see phase a) and maintained at a high temperature, so as to form a layer of approximately uniform thickness. take care that the load completely covers the surface of the molten material bath, in particular that it comes into contact with the walls and that it is not compressed excessively so as not to prevent the passage of gases without however presenting exhaust stacks through which the gases could pass without having taken part in the reaction;
e) the slag is heated by keeping it at a high temperature by the passage of electric current o The heat of the slag is transmitted to the supernatant charge, the components of which react, the ores are reduced, the limestone turns into calcium oxide and dissolves gangue; this results in droplets of metal and droplets of slag which descend by gravity to the bath, the former separating by difference in specific weight and settling on the bottom, the others melting and being incorporated into the bath ; f) from the bottom of the furnace, the metal is extracted, continuously or intermittently, as it is formed;
g) through a hole existing in the wall of the furnace, slag is extracted continuously or intermittently, so as to maintain approximately constant the thickness of said slag inside the furnace; h) one continues to feed the furnace from above, as described under d) o The thickness of the treated load could be for example 50 cm if the basin of the furnace has the diameter of 4 m, i) the metal extract of the furnace, as indicated under f), can be allowed to solidify for loading later into a steel furnace. However, it is preferable, in order to obtain a greater production by saving heat, of introduce the molten metal extracted from the reduction furnace directly into a furnace for the production of steel (such as a furnace of the Heroult, Martin-Siemens type, etc ...
) in which the refining operation is carried out, which is much faster, although carried out with the same general rules valid for the production of steel from smelting, ore and scrap, because the material loaded into the oven already has a composition close to the final composition; j) if it is desired to produce special steels, the suitable correction materials are added while the material is in the refining furnace.
By way of non-limiting example, reference is made to the appended drawing in which schematically the essential means' for applying the method according to the invention have been indicated.
A mixer 1 receives the material from a hopper 2 and sends it in a passage 3 which leads it to a reduction furnace 4, in which the electrodes 5 heat a bath 6 on which is spread a layer of charge 7.
The slag can be extracted through the mouth 8, while the metal, which is deposited in 9, is extracted through the opening 10 and passes, crossing the channel 11, into the steel furnace 12, which pours it into the pocket 13 at the correct moment by stooping (as shown in dotted lines) o
An example of application of the process is given below.
1) - To start up, a mixture comprising 44% calcium oxide, 37% silica and 12% alumina (the remainder being formed by impurities) is brought to the melting point.
A slag is obtained having substantially the following composition: 43.7% of CaO, 2.98% of MgO, 36.5% of SiO2, 11.5% of Al2O3.
2) - A mixture, as homogeneous as possible, is charged with the following products (the charge refers to the quantities necessary to produce one tonne of crude steel for refining);
I - 1700 Kg of iron ore having the following composition (based on the weight of the dry product): 59.5% Fe, 10% SiO2, 3% Al2O3, 0.7%
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of Mn, S + P + other impurities 1%.
II - 300 Kg of coal such as coke in pieces of 0 to 10 mm (dust) having the following composition, relative to the dry product: 80% of fixed carbon, 8% of silica, 3% of AL2O3, 2% of MgO, 6% volatiles, S + P 1%.
III - 460 kg of limestone, having the composition 51% CaO,
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40 of C0z9 1.5% Al206: 13% SiO2 29 MgO.
3) - The gas which escapes from the furnace contains 540 kg of carbon dioxide (of which 400 come from the reduction and 140 from the decomposition of limestone), and 270 kg of carbon monoxide; it also contains several impurities and small amounts of water vapor.
The temperature of the gases at the outlet is a few tens of degrees C above the ambient temperature.
4) - From the reduction furnace, one tonne of crude steel is obtained having the following composition: 97.3% iron, 1.5% carbon, 0.7% manganese, 0.5% silicon, sulfur + phosphorus together less than 0.1%.
The metal is mined at a temperature of around 1400 C and the slag at around 1550 C.
In the event that the metal is transported to the refining furnace using a ladle, the metal must be extracted at a somewhat higher temperature to take into account the cooling during transport.
5) - The slag taken out of the oven has substantially the following composition
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boasts 4397 CaO, 2.28% MgO, 36.5% SiO2, 11r5% A1203, 2.62% FeO, 1.75% MnO, 0.87% sulfur.
Note the reduced iron oxide content of the slag, which indicates good utilization of the iron content of the material being processed.
For each tonne of steel, approximately 570 kg of slag is produced o 6 - Refining in the furnace, of the Heroult or flame type, with the addition of selected scrap or ore, is very short due to the high purity of the materials molten and relatively low carbon content o
This phase of the operation, which is carried out in steel furnaces, takes place according to the known technique, taking into account the different characteristics of the material treated.