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"Procédé et appareil de réduction des minerais de fer"
La présente invention concerne d'une façon, générale' la réduction des minerais de fer et elle a trait en par- tioulier à un procédé permettant de réduire et de récupé- rer le fer sous la forme de particules finement divisées ou éponge qui peuvent être manipulées à l'air sans danger de réoxydation. L'invention a pour objet de refroidir dans un bain
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d'huile le fer réduit pour empêcher sa réoxydation après qu'il a été réduit à partir d'un minerai .
Elle consiste également à récupérer la chaleur résiduelle contenue dans le fer métallique après réduction de non minerai et à évi- ter de dissiper et de perdre cette chaleur, à utiliser la chaleur contenue dans un minerai fraîchement réduit pour vaporiser et effeutuer le cracking d'une huile, en donnant un rendement de produits légers du pétrole de grande va- leur, qui peuvent être rectifiée pour produire de l'essen- oe et d'autres produits commercialement importants, en outre, à obtenir que le fer réduit soit mélangé ou lié avec les résidus de l'huile dissociée par cracking, ce qui fournit du combustible pour chauffer le métal dans les stades de fonderie ultérieurs, de même que la matière li- ante pour mettre le métal en briquettes pour sa manipula- tion commode .
L'invention s'étend en outre à un procédé continu de réduction de minerais de fer dans lequel un mélange de mi- nerai et de charbon ou autre matière carbonée solide est fourni en continu et passe par une chambre chauffée exté- rieurement pour être progressivement soumis à des tempé- ratures de chauffage augmentées, tandis que des vapeurs d'hydrocarbures sont conduites suivant un courant de sens contraire en contact avec la charge descendante dans les parties plus chaudes de la chambre ,
en assurant ainsi la transmission de chaleur des particules chaudes métallisées quittant la zone réductrice à la matière partiellement ré- duite se trouvant dans la zone réductrice et en même temps en portant les vapeurs d'hydrocarbures aux.températures de cracking en contact avec une surface métallique maximum
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exposée à ces vapeurs, constituée à la fois par le métal réduit finement divisé et les surfaces chauffantes par lesquelles la chaleur est transmise à la charge fournie par une source extérieure, en donnant ainsi les conditions optimum assurant le cracking des vapeurs d'hydrocarbures.
D'autres buts, objets et caractéristiques indirect ressortiront de la description qui suit
Bien que différents types d'appareils puissent être. employés pour la mise en oeuvre du procéder on a constaté que l'appareil représenté dans les dessins annexés est parfaitement approprié, aussi le procédé estil décrit dans ce qui suit comme étant mis en application dans cet appareil .
La figure 1 est en partie une coupe verticale et en partie une élévation latérale de l'appareil
La figure 2 est en partie une coupe verticale et en partie une éléfation de bout, suivant la ligne 2-2 de la figure 1
L'appareil, désigné d'une façon générale par 10, com- prend une chambre verticale de réduction 12 délimitée par. des parois latérales 14 et des parois d'extrémité 16 ..
En travers de cette chambre 12 sont disposés des tubes 18 qui débouchent à leurs extrémités dans des chambres 20, réser- vées entre les parois latérales 14 et lesparois extérieu- res 22,pour la réception des produits de la combustion venant des brûleurs à gaz 24, disposés près de l'extrémité inférieure de la cornue
Les chambres 20 sont disposées en séries verticales selon des échelons décalés d'une série à l'autre, comme re- présenté'dans les figures 1 et 2 Les détails de .cette @
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disposition, conçue spécialement pour assurer la plus grande effioaoité au courant de gaz, sont sans importance pour l'invention .
On peut voir cependant que les gaz de combustion venant des brûleurs 24 traversent les tubes 18, en chauf- fant ces tubes et en fournissant une chaleur indirecte aux contenus de la chambre 12 . Des dispositifs appropriés sont prévus, qui comprennent des collecteurs 26, des souf- fleurs 28, des conduite 30 et des dérivations 32, pour re- mettre en circulation, à volonté, une partie des gaz par- tiellement refroidis, ou pour détourner les gaz ou une partie de ces gaz, en permettant ainsi un contrôle étroit de la température de la chambre 12 tout en permettant d'augmenter ou de diminuer la quantité de chaleur fournie aux contenus d'une partie quelconque de cette chambre à tout stade de fonctionnement . Les gaz usés sont conduits des collecteurs 26 à un carneau externe, non représenté .
Un souffleur 28 et un conduit 30 sont prévus sur le côté gauche de l'appareil de façon similaire à ceux représentés sur le coté droit de la figure 1, mais ils n'ont pas été représentés sur les dessins ,
Une série de tubes d'échappement 34, 36, 38 et 40 s'étendent en travers de la chambre 12, horizontalement et perpendiculairement aux tubes 18 . Le nombre des ran- gées de ces tubes n'est pas nécessairement déterminé, mais il en faut au moins deux ; la rangée supérieure est reliée à un souffleur 42 pour enlever l'air introduit accidentel- lement ou inévitablement avec la charge décrite plus loin .
Le groupe inférieur de tubes d'échappement peut déboucher dans un conduit 44, qui peut, si on le désire, être relié
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à un condenseur désigné dans son ensemble par 46, pour un but qui sera indiqué plus loin Ces tubes comportent des ouvertures 48 par lesquels des gaz et vapeurs de la . chambre 12 peuvent passer .
La partie supérieure de l'appareil comporte une tré-
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mie d1alimentation 50 et un tiroir 5 Ce type spêûifi" que de distribution ne fait d'ailleurs pas partie de
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l'invention et µeuà être considéré comme étant ropp6sontë à titre conventionnel ; de nombreux autres systèmes con nus sont satisfaisants .
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A 1" extrémité inférieure de l'appareil se trouve un réservoir à huile 54 . a L'huile est amenée dans ce résep- voir par le tuyau 56 aune source extérieure appropriée , suivant les nécessités .Dans le fond de ce réservoir se trouve une série de transporteurs à vis parallèles 58, qui sont tous réglés pour se déverser au centre dans une cuve à double traverse 60 Un transporteur 62, .qui reçoit un mouvement faisant déverser ses produits dans un réservoir 64, tourne dans cette cuve . Tous les transporteurs 58 et 62 peuvent être commandés par un moteur 66
Afin de réduire le minerai de fer, il est désirable
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d'avoir une distribution de carbone . .xs si, s,nt dtintroduire le minerai dans .
s,ppa.oil,1 mélange"t'-on intimement le plus souvent après un oonoassage oonvenable avec une matière carbonée solide appropriée -0 coke,-oharbon..' etc..,, . On emploie, de préférence, du charbon bitumineux concassé ou finement divisé, atune variété ookéfiante en non oo6fiante, cette dernière étant préférée, bien que quand le procédé est mis en oeuvre dans un appareil tel
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que celui décrit ciooàesxus, l'opération de réduction peut
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être conduite de façon que les propriétés confiantes du charbon soient détruites avant qu'une température de fusion ou de cokéfaction soit atteinte .
Bien que les proportions de charbon par rapport au minerai doivent né- cessairement varier avec la nature des matières brutes, on constate qu'en règle générale une tonne de minerai de fer peut ttre mélangée avec une demi-tonne de charbon .
Ces proportions ne sont du reste ni critiques ni Mmita- tives ; elles ne sont indiquées que pour donner une idée approximative des quantités relatives employées .
Aprèsavoir mélangé le minerai et le charbon, la charge est introduite dans la trémie 50, la vanne ou le tiroir 52 étant ouvert pendant le fonctionnement . Les brûleurs à gaz 24sont allumés et les tubes 18 sont chauf- fés de façon que la température à l'intérieur de la cham- bre 12 soit suffisamment élevée pour réduire l'oxyde de fer en présence du carbone du charbon .La charge des- cend maintenant lentement à travers la chambre 12, en de- venant naturellement plus chaude progressivement, au fur et à mesure de sa descente . La vitesse de distribution et les températures doivent être réglées de façon que l'oxyde de fer soit complètement réduit à l'état métalli- que au moment où il atteint la rangée horizontale la plus basse des tubes de chauffe 18 .
Les particules métalliques chaudes, en quittant la zone de chauffage, tombent immédiatement dians le bain d'huile 54 . L'effet immédiat est de refroidir le métal et de transmettre une grande partie de sa chaleur à l'hui- le . Il en résulte que l'huile est partiellement volatilisée et qu'elle est également dissociée par cracking à
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un certain degré. Ces produits volatils s'élèvent dans la chambre 12, en venant en contact intime avec les tu- bes 18, ainsi qu'avec les particules métalliques chaudes réduites qui descendent et la charge partiellement rédui- te de minerai et charbon mélangés .
Il résulte de ce contact intime avec les surfaces chaudes, surtout lessurfaces chaudes de la masse qpon- gieuse de métal et des tubes 18 $ que les vapeurs d'huile sont de nouveau dissociées par cracking, ce qui produit dès proportions considérables d'essence et de produits analo- gués à l'essence Ces vapeurs partiellement dissociées par. cracking peuvent ensuite être recueillies par les tubes d'échappement 36, 38 et 40 et conduites au conden- seur 46, où elles sont liquéfiées, pour être ensuite re- distillées, conformément à la pratique usuelle du raffi- nage .
Comme on l'a proposé dans ce qui précédée la rangée supérieure des tubes d'échappement 34 peut être employée;, si on le désirepour retirer du système l'air qui a été introduit accidentellement ou inévitablement aveo la charge de minerai et de combustible .
Bien qutil soit préférable de mélanger du charbon concassé au minerai de fer pour produire sa réduction lors- qu'il est chauffée l'opération peut être effectuée sans le charbon Dans ce case les gaz produits par le métal ahana entrant dans le bain d'hurlé montent à travers la charge . et effectuent la réduction au minerai de fer . 411
Pour la raison que dans la réduction de minerai de fer au moyen de matières carbonées solides, les produits gazeux de réaction sont principalement de l'oxyde de car- bone avec de plus petites proportions de bioxyde de carbone
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les produits possèlent une très grande valeur combustible et doivent être réaupérés.
.Au lieu de retirer tous ces gaz et de les faire passer par le condenseur 46 avec les vapeurs d'huile dissociées par cracking, en rendant ainsi plus difficile la récupération de toutes les parties utiles de l'huile, la séparation de la plus grande partie de ces gaz fixes peut être obtenue en conduisant les gaz retirés par les groupes de tubes 36 et 38 directement à une place convenable d'accumulation ou S'utilisation .
Par ailleurs, les vapeurs dissociées par cracking sont essentiellement toutes retirées par le groupe inférieur de tubes 40, avec une faible partie des gaz fixes produits dans la réduction complémentaire du minerai qui se fait dans les parties inférieures de la chambre 12, ce mélange de vapeurs et de gaz étant conduit à travers le condenseur 46 en vue de la récupération dos parties condensables .
Dans la figure 2 du dessin sont représentées des canalisations de dérivation 70 et 72, reliées au conduit 44, pour séparer à volonté la majeure partie des gaz fixes dégagés dans les parties supérieures de la chambre 12 des vapeurs d'huile dissociées par craoking ou pour conduire tous ces gaz et vapeurs au delà du condenseur, comme on le désire , Des robinets 64 et 76 sont prévus dans les canalisations 70 et 72 et des robinets analogues 78 et 80 sont prévus dans le conduit 44 respectivement entre les canalisations 70 et 72 et entre la canalisation 72 et le condenseur 46 .
Lorsqu'on emploie un charbon bitumineux comme agent solide de réduction mélangé au minerai, cette distillation
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des constituants volatilisables s'opère dans les paroles supérieures de la chambre 12 et en général il y a lieu de faire passer ces constituants au condenseur pour ré- cupérer les parties condensables . Au reste, lorsqu'on emploie du coke ou un charbon faible en constituants volé. tils, l'appareil décrit ci-dessus constitue un moyen com- mode et simple pour récupérer des gaz fixes séparément des vapeurs d'huile dissociées par cracking, sans faire passer l'ensemble des gaz dégagés par le condenseur.
Après que le fer réduit a été déposé dans l'huile et a été amené par les transporteurs 58 et 62 au réser- voir 64, il peut être enlevé d'une manière appropriée quelconque .On a représenté simplement à titre d'exemple 'un transporteur sans fin 68
Le métal quittant .le bain d'huile est évidemment. recouvert d'un revêtement d'huile. Ceci empêche complet tement et effectivement toute réoxydation . L'huile adhérant au métal peut, si elle est suffisamment visqueuse, former un liant au moyen duquel le métal peut être mis en briquettes avant les opérations ultérieure? de fonderie.
En tout cas, que le métal soit ou non mis sous forme de briquettes, l'huile adhérant à lui fournira un combustible pour les opérations subséquentes, de même quelle fourni- ra un revêtement protecteur contre la réoxydation atmos- phérique .
Quand l'huile volatilisée s'élèwe à travers la chambre 12 elle vient en contact avec les tubes chauds 18 Il en résulte un cracking et il peut y avoir une certaine tendance à ce que du carbone se dépose sur ces tubes Nais on remédie complètement à cette tendance par l'action de
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récurage de la charge descendante de minerai et combusti- ble et de fer partiellement réduit .
De cette manière, les tubes de chauffage et de cracking sont maintenus complè- tement libres de carbone et il en résulte une efficacité augmentée de la transmission de chaleur ce qui évite éga- lement la nécessité de démonter l'appareil périodiquement pour enlever les résidus de carbone dissociés , En conser- vant les tubes de chauffage ou autres surfaces métalliques de la chambre de la cornue libres de carbone lteffet de cracking maximum qui a lieu lorsque les vapeurs d'hydro- carbure viennent en contact avec les surfaces métalliques chauffées aux températures de cracking est assuré .
Il ya lieu de mettre également en évidence comme autre avantage de l'invention l'économie de chaleur , Le est fer/naturellement très chaud quand il quitte la zone de réduction . Ordinairement , cette chaleur est entière- ment perdue , On en récupère la majeure partie en exé- ourant les opérations de distillation et de cracking si- multanées conformément au procédé de l'invention.
Bien quton ait décrit le procédé comme étant mis en oeuvre dans un type particulier d'appareil, ce procé- dé est indépendant de tout appareil spécifique et n'est pas limité à l'exemple décrit .
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