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PROCEDE D'EXPLOITATION D'UN FOUR A CUVE A VENT CHAUD ET FOUR A CUVE POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE.
L'utilisation de fours à cuve dans des buts de fonte et de réduction est connue depuis longtemps dans la technique de fonderie et de métallurgie. Deux types de four sont principalement utilisés et sont les plus répandus dans la technique.
C'est d'une part le haut fourneau pour les exploitations de métallurgie et pour la réduction des minerais de fer sur une grande échelle L'idée d'utiliser des hauts fourneaux pour de petites installations et par conséquent pour de faibles productions a été examinée de façon réitérée.
Pour de telles exploitations relativement petites, le haut fourneau n'est cependant pas approprié parce que, à côté du haut fourneau, l'exploitation nécessite des installations accessoires considérables de même que l'utili- sation de coke et de minerais en gros morceaux, ceci afin de permettre la circulation des gaz vers le haut à travers la colonne de charge, et par conséquent la réduction indirecte. Parmi les installations accessoires, il faut par conséquent également comprendre une installation pour la fabrication de coke.
Dans la technique, il se présente cependant de nombreux cas dans lesquels une grande installation n'est pas nécessaire, ceci particulièrement dans des pays économiquement peu développés et dans lesquels on demande, par exemple, une production de fer brut d'environ 10. 000 tonnes par an avec utilisation des réserves indigènes de minerais et de combustible.
De plus, même dans des usines métallurgiques importantes, on a souvent besoin de combler un déficit de profuction des hauts fourneaux dû à un manque de déchets de fer par la production de petites installations.
La réduction des dimensions d'un haut fourneau nécessaire pourobtenir
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les faibles productions désirées n'est cependant pas possible= ceci pour des raisons techniques, et elle ne serais du reste pas rentable au point de vue économique à cause des ins@ullatiens accessoires nécessaires.
Le deuxième type de four très répandu est le four à cubilot; qui est utilisé dans les exploitations de fonderie. Il était par conséquent tout indiqué d'utiliser pour la réduction ds minerais métalliques le four à cubilot qui s'est montré très satisfaisant comme four de fusion Des essais entrepris dans cette direction ont cependant montré qu'un four à cubilot normal avec circulation de gaz vers le haut et combustion de ces gaz n'est pas adéquat pour ces buts. Cela est dû au fait que la température élevée nécessaire pour la réduction de minerais métalliques et qui, pour les minerais de fer par exempleest d'au moins 1400 C, ne peut être obtenue dans la zone du four entrant en considération pour la réduction lorsque la combustion s'effectue vers le haut.
La présente invention poursuit le but d'éviter ces inconvénients des fours à cuve connus et de créer une installation à four à cuve pour petites exploitations qui satisfasse aux exigences exposées ci-dessus et qui permette, même en utilisant des minerais et des combustibles indigènes, de produire du fer brut et des alliages de fer, ceci en particulier aussi au moyen de minerais de moindre qualité et à grain fin et de combustible qualitativement relativement mauvais.
La présente invention concerne donc un procédé d'exploitation d'un four à cuve à vent chaud ainsi qu'un four à cuve à vent chaud pourla mise en oeuvre de ce procédé.
Le procédé faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'on introduit, dans un four à cuve chargé de matières et présentant des dimensions inférieures à celle d'un haut fourneau usuel en sidérurgie, un vent chaud dirigé vers le bas, en ce qu'on conduit ainsi vers le bas au moins la plus'grande partie des gaz d'échappement engendrés dans le four, et en ce qu'on extrait ces gaz de la partie inférieure du four. Ce procédé est en particulier applicable à des fours à cuve, pour la réduction de minerais.
Le four à cuve à vent chaud que comprend également l'invention est caractérisé en ce qu'il présente des dimensions inférieures à celles d'un haut fourneau usuel en sidérurgie, en ce qu'il est pourvu de moyens pour l'introduction dans sa cuve d'un vent chaud dirigé vers le bas, et en ce qu'il présente, en outre, à sa partie inférieure, des moyens pour la sortie des gaz d'échappement.
Les dimensions extérieures de ce nouveau four à cuve sont en règle générale analogues à celles d'un four à cubilot, le diamètre de la cuve peut par exemple être de 65 cm et sa hauteur de 4 m.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple non limitatif, en élévation et en coupe une forme d'exécution du four à cuve à vent chaud faisant l'objet de la présente invention.
Le four à cuve représenté est principalement constitué par une cuve 1 qui est entourée de paroi 2 en matière céramique. La cuve repose sur un socle 3 et la sole 4 du foyer est de préférence faite d'une matière neutre (masse de carbone). Le revêtement 2 de la cuve peut être fait de pierres basiques ou acides. Autour de la partie réductrice 5 (partie à hautes température) on peut avantageusement utiliser également une matière de paroi neutre. La cuve 1 se termine à son extrémité supérieure par une cheminée de tirage 6 qui est munie d'une admission 7 pour de la matière (par exemple un mélange de minerai et de charbon) disposée sur une plateforme de charge 8. Le vent chaud circule dans le conduit annulaire 9 d'où il est dirigé vers le bas à travers la buse 10 pour être introduit dans la région de réduction 5 de la cuve.
La sortie 11 pour le gaz ménagée dans
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la partie inférieure de la cuve se trouve au voisinage immédiat de la masse de métal en fusion 12 et sert à extraire la partie principale des gaz d'échappement qui, en général, sont conduits dans un récupérateur non représenté pour y servir au chauffage du nouveau vent chaud. En 13, on a représenté la sortie pour le métal fondu. Le four à cuve est en outre muni d'un conduit 14 et d'un ventilateur de circulation 15 qui assurentune circulation secondaire de gaz en prélevant des gaz (hydrocarbures) en 16 au-dessous de la charge, à la partie supérieure de la cuve, et en les réin- troduisant dans la zone de combustion et de réaction de la cuve, par l'in- termédiaire du conduit annulaire 17 et au moyen de la buse 18.
La zone à haute température du four est avantageusement extérieurement munie d'un refroidissement, afin d'assurer une meilleure conservation de la garniture du four. Il est avantageux que la maçonnerie du four soit en une matière basique, afin de permettre de produire du fer à faible teneur de soufre et de phosphore, lors de la réduction de minerais de fer ou de la fabrication de fonte.
On va maintenant décrire un mode d'exploitation du four à cuve représenté au dessin, pour la réduction de minerais de fer.
La cuve, haute par exemple de 4 m, est chargée par le haut à travers l'admission 7 et jusqu'à environ 60 cm au-dessus de l'entrée de la buse 10, ceci avec du coke de charge à gros grain (carbone de chauffage).
Le coke- grossier remplit ainsi toute la zone de réduction de la cuve qui présente une hauteur d'environ 1,2 à 1,5 m. On empile ensuite sur ledit coke grossier un mélange de minerais de fer de qualité inférieure constituée par des oxydes et présentant une teneur en fer d'environ 30% et d'anthracite de qualité inférieure présentant une teneur en cendre de 33% et un pouvoir calorifique de 4500 à 4800 Calories, ceci jusqu'à remplissage complet de la cuve. La grosseur de grain du minerai et de l'anthracite (carbone de réduction) peut être de l'ordre de 3 à 15 mm. On chauffe alors le four et on y met la combustion en train.
Pour cela, on introduit dans le four un vent chaud (air) d'une température comprise entre 450 et 1000 C et le plus souvent entre 700 et 1000 C. Ce vent chaud est obtenu à partir d'un récupérateur et est introduit dans la cuve à travers la buse 10 dirigée vers le bas, dans la zone de réduction 5 et sous une pression comprise entre 500 et 1200 mm d'eau. Pendant la combustion, le mélange de minerais et d'anthracite à grain fin passe à travers le coke grossier dont la zone de réduction est chargée et le minerai y est réduit en fer métallique. La température dans la zone de réduction est comprise entre 1800 et 1900 C.
Le fer fondu se rassemble en 12 et peut être coulé de façon continue à travers la sortie 13. Les gaz de combustion qui s'écoulent principalement vers le bas quittent la cuve à travers la sortie 11, immédiatement au-dessus du fer fondu, au-dessous de la zone de réduction 5 et avec une température supérieure à 1600 C. Ces gaz sont conduits dans un récupérateur spécial, en vue de l'utilisation de leur chaleur sensible, ce récupérateur fournissant à son tour le vent chaud nécessaire pour le fonctionnement du four.
Dans la zone de réduction de la cuve, on obtient ainsi, même dans des fours unitaires relativement petits, une température très élevée, supérieure à 1800 C, qui n'avait pas été atteinte jusqu'ici et qui permet sans peine la réduction des minerais de fer. Au moyen du ventilateur de circulation 15, la petite partie des gaz chauds qui s'échappe vers le haut à travers la charge et qui contient une forte proportion d'hydrocarbures peut être prélevée à l'endroit 16 de la partie supérieure de la cuve, audessous de la charge, et âtre réintroduite comme gaz de chauffage dans la zone de réduction 5, à travers le conduit 14, le conduit annulaire 17 et la buse 18.
La production de ce four à cuve est d'environ 700 kg à 2 t de fer à l'heure, selon la qualité du minerai.
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0-lest donc la combustion orientée vers le bas, qui est également appelée chauffage à inversion des fumées, qui permet d'obtenir, dans de petits fours unitaires, des telles températures élevées et jamais atteintes jusque ici et d'assurer ainsi la réduction de minerais métalliques. Ce chauffage à inversion présente en outre l'avantage que, lorsqu'on utilise du charbon gras, la formation de voûtes dans le four n'est pas à craindre
Il est désirable qu'on puisse utiliser les minerais de fer de même que le combustible qui leur est mélangé sous forme de grains fins.
Comme il n'est pas nécessaire que les gaz de combustion traversent la zone de charge du four, il est possible d'utiliser de la matière à grain fin dans le four à cuve décrit, ce qui constitue un avantage spécial du 'fait que la matière à grain fin est bon marché, tant en ce qui concerne les minerais que le combustible, cette matière étant considérée comme qualitativement inférieure.
Un autre avantage encore du four décrit est qu'il est susceptible d'être utilisé non seulement comme four de réduction: mais aussi comme four de refonte, par exemple dans des buts de fonderie. Des essais ont montré que lorsqu'on utilise le four à cuve décrit dans des buts de fonderie, on peut sans difficulté non seulement employer une charge normale pour four à cubilot mais aussi par exemple des copeaux de tournage de fonte et d'acier et des matières à grain fin analogues qui ne peuvent être employées dans des fours à cubilot normaux. Même avec de tels copeaux de tournage, on obtient de la fonte utilisable.
Le four à cuve décrit présente l'avantage supplémentaire qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser du coke comme combustible de réduction mais qu'on peut travailler avec du charbon normal, ce qui améliore encore l'économie des petites installations.
Dans l'exemple donné ci-dessus pour l'emploi et le fonctionnement du four,on a supposéqu'on employait des minerais et des combustibles de mauvaise qualité. Les résultats ainsi obtenus étaient néanmoins positifs, et, en utilisant des minerais et des combustibles de meilleure qualité, les résultats seraient naturellement encore beaucoup plus favorables.
Le fait que l'échappement 11 pour les gaz est relié à un récupérateur est avantageux, la chaleur sensible des gaz d'échappement étant ainsi utilisée pour le chauffage du vent chaud pénétrant dans la cuve par la buse 10.
La partie inférieure du four peut aussi être construite de façon que le métal fondu s'écoule avec le laitier et les gaz d'échappement dans un avant-creuset à voûte de rayonnement disposé à côté du four et au-dessous de celui-ci, la masse de métal fondu se rassemblant alors dans cet avantcreuset et les gaz d'échappement chauds s'en échappant vers le haut à travers une ouverture pratiquée dans la voûte.: de rayonnement, pour être conduits à un récupérateur.
Cette disposition présente l'avantage supplémen- taire que les gaz chauds peuvent être employés dans la partie inférieure du four où ils sont en contact avec le fer fondu, pour assurer un chauffage supplémentaire du fer liquide et du laitier et compléter la réduction du laitier contenant encore de l'oxyde de fer au moyen de l'oxyde de carbone et de la poudre de charbon, contenus dans les gaz d'échappement et pour laisser ainsi la réaction du bain métallique se terminer entièrement, ce pour- ' quoi des températures comprises entre 1500 et 1600 C sont suffisantes. Il est particulièrement avantageux de prélever les gaz d'échappement dans le domaine de la zone de réduction du four dans lequel la concentration de CO2 est maximum et dans lequel la chaleur sensible est également maximum.
La teneur en CO restante des gaz de réduction dans la zone de réduction peut être brûlée à l'aide du vent chaud servant de porteur d'oxygène, pour former du CO2.
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Il est également possible de construire la partie inférieure ou fond du four de réduction servant de collecteur pour le métal sous forme d'une sole de creuset susceptible d'être roulée hors du four, cette sole de creuset étant séparée de la cuve proprement dite par une pièce intermédiaire en matière céramique pourvue d'une ouverture centrale.
REVENDICATIONS.
1) Procédé d'exploitation d'un four à cuve à vent chaud, ca- ractérisé en ce qu'on introduit, dans un four à cuve chargé de matières et présentant des dimensions inférieures à celle d'un haut fourneau usuel en sidérurgie, un vent chaud dirigé vers le bas, en ce qu'on conduit ainsi vers le bas au moins la plus grande partie des gaz d'échappement engendrés dans le four, et en ce qu'on extrait ces gaz de la partie inférieure du four.
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METHOD OF OPERATING A HOT WIND TANK OVEN AND TANK OVEN FOR THE IMPLEMENTATION OF THIS PROCESS.
The use of shaft furnaces for melting and reduction purposes has long been known in the art of foundry and metallurgy. Two types of furnace are mainly used and are the most widespread in the art.
On the one hand, it is the blast furnace for metallurgical operations and for the reduction of iron ore on a large scale The idea of using blast furnaces for small installations and therefore for low production was examined repeatedly.
For such relatively small operations, however, the blast furnace is not suitable because, alongside the blast furnace, the operation requires considerable ancillary facilities as does the use of coke and lumpy ores, this in order to allow the circulation of the gases upwards through the charge column, and consequently the indirect reduction. Among the ancillary installations, therefore, it is also necessary to include an installation for the production of coke.
In the art, however, there are many cases in which a large plant is not required, particularly in economically underdeveloped countries where, for example, a crude iron production of about 10,000 is required. tons per year with use of indigenous reserves of minerals and fuel.
Moreover, even in large metallurgical plants, there is often a need to fill a blast furnace profuction deficit due to a lack of scrap iron through the production of small plants.
The reduction in the dimensions of a blast furnace necessary to obtain
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the desired low production is however not possible = this for technical reasons, and it would moreover not be profitable from an economic point of view because of the necessary accessory ins @ ullatiens.
The second most common type of furnace is the cupola furnace; which is used in foundry operations. It was therefore appropriate to use for the reduction of metal ores the cupola furnace which has proved to be very satisfactory as a melting furnace. Tests undertaken in this direction have however shown that a normal cupola furnace with gas circulation upwards and combustion of these gases is not adequate for these purposes. This is due to the fact that the high temperature required for the reduction of metal ores and which, for example for iron ores is at least 1400 C, cannot be obtained in the furnace zone considered for reduction when the combustion takes place upwards.
The present invention pursues the aim of avoiding these drawbacks of the known shaft furnaces and of creating a shaft furnace installation for small farms which satisfies the requirements set out above and which allows, even using indigenous ores and fuels, to produce crude iron and iron alloys, this in particular also by means of lower quality and fine-grained ores and relatively poor qualitatively poor fuel.
The present invention therefore relates to a method of operating a hot blast tank furnace as well as a hot blast tank furnace for the implementation of this method.
The method forming the subject of the invention is characterized in that a hot blast directed downwards is introduced into a shaft furnace loaded with materials and having dimensions smaller than that of a blast furnace customary in the steel industry. , in that at least most of the exhaust gases generated in the furnace are thus driven downwards, and in that these gases are extracted from the lower part of the furnace. This process is in particular applicable to shaft furnaces, for the reduction of ores.
The hot blast vessel furnace which the invention also comprises is characterized in that it has dimensions smaller than those of a conventional blast furnace in the steel industry, in that it is provided with means for the introduction into its tank of a hot blast directed downwards, and in that it also has, at its lower part, means for the outlet of the exhaust gases.
The external dimensions of this new shaft furnace are generally similar to those of a cupola oven, the diameter of the vessel may for example be 65 cm and its height 4 m.
The appended drawing represents, by way of nonlimiting example, in elevation and in section an embodiment of the hot blast vessel furnace forming the subject of the present invention.
The shaft furnace shown is mainly constituted by a vessel 1 which is surrounded by a wall 2 made of ceramic material. The tank rests on a base 3 and the hearth 4 of the hearth is preferably made of a neutral material (mass of carbon). The coating 2 of the tank can be made of basic or acidic stones. Around the reducing part 5 (high temperature part) it is also possible to use a neutral wall material. The tank 1 ends at its upper end with a draft chimney 6 which is provided with an inlet 7 for material (for example a mixture of ore and coal) placed on a loading platform 8. The hot wind circulates in the annular duct 9 from where it is directed downwards through the nozzle 10 to be introduced into the reduction region 5 of the vessel.
The outlet 11 for the gas provided in
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the lower part of the tank is located in the immediate vicinity of the mass of molten metal 12 and serves to extract the main part of the exhaust gases which, in general, are conducted into a recuperator not shown to be used there for heating the new hot wind. At 13, the outlet for the molten metal is shown. The shaft furnace is furthermore provided with a duct 14 and a circulation fan 15 which ensure secondary gas circulation by taking gases (hydrocarbons) at 16 below the load, at the upper part of the vessel. , and by reintroducing them into the combustion and reaction zone of the vessel, through the annular duct 17 and by means of the nozzle 18.
The high temperature zone of the oven is advantageously provided with cooling on the outside, in order to ensure better preservation of the lining of the oven. It is advantageous that the masonry of the furnace is made of a basic material, in order to allow the production of iron with a low sulfur and phosphorus content, when reducing iron ores or making cast iron.
We will now describe an operating mode of the shaft furnace shown in the drawing, for the reduction of iron ores.
The tank, for example 4 m high, is loaded from above through the inlet 7 and up to about 60 cm above the inlet of the nozzle 10, this with coarse feed coke ( heating carbon).
The coarse coke thus fills the entire reduction zone of the vessel, which has a height of approximately 1.2 to 1.5 m. Then piled on said coarse coke a mixture of low quality iron ores consisting of oxides and having an iron content of about 30% and lower quality anthracite having an ash content of 33% and a calorific value. from 4500 to 4800 Calories, until the tank is completely full. The grain size of the ore and the anthracite (reducing carbon) can be of the order of 3 to 15 mm. The oven is then heated and the combustion is started.
For this, a hot blast (air) with a temperature between 450 and 1000 C and most often between 700 and 1000 C. is introduced into the furnace. This hot blast is obtained from a recuperator and is introduced into the tank through the nozzle 10 directed downwards, in the reduction zone 5 and under a pressure of between 500 and 1200 mm of water. During combustion, the mixture of ores and fine-grained anthracite passes through the coarse coke with which the reduction zone is charged and the ore is reduced there to metallic iron. The temperature in the reduction zone is between 1800 and 1900 C.
The molten iron collects in 12 and can be flowed continuously through the outlet 13. The combustion gases which flow mainly downwards leave the vessel through the outlet 11, immediately above the molten iron, at the bottom. - below reduction zone 5 and with a temperature above 1600 C. These gases are conducted into a special recuperator, with a view to using their sensible heat, this recuperator in turn supplying the hot wind necessary for operation from the oven.
In the reduction zone of the vessel, therefore, even in relatively small unit kilns, a very high temperature is obtained, above 1800 C, which had not been reached until now and which allows the reduction of ores without difficulty. of iron. By means of the circulation fan 15, the small part of the hot gases which escapes upwards through the charge and which contains a high proportion of hydrocarbons can be taken off at the place 16 of the upper part of the tank, below the load, and hearth reintroduced as heating gas into the reduction zone 5, through the duct 14, the annular duct 17 and the nozzle 18.
The production of this shaft kiln is around 700 kg to 2 t of iron per hour, depending on the grade of the ore.
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0-ballast therefore the combustion directed towards the bottom, which is also called heating with inversion of the fumes, which makes it possible to obtain, in small unit furnaces, such high temperatures and never reached until here and thus ensure the reduction of metallic ores. This inversion heating has the further advantage that, when using fatty charcoal, the formation of vaults in the furnace is not to be feared.
It is desirable that the iron ores as well as the fuel mixed with them can be used in fine grain form.
Since it is not necessary for the combustion gases to pass through the charging zone of the furnace, it is possible to use fine-grained material in the shaft furnace described, which is a special advantage because the Fine-grained material is inexpensive, both in terms of ore and fuel, this material being considered qualitatively inferior.
Yet another advantage of the furnace described is that it is capable of being used not only as a reduction furnace: but also as a remelting furnace, for example for foundry purposes. Tests have shown that when the shaft furnace described is used for foundry purposes, it is possible without difficulty not only to employ a normal load for cupola furnace but also, for example, for turning shavings of cast iron and steel and Similar fine-grained materials which cannot be used in normal cupola furnaces. Even with such turning chips, usable cast iron is obtained.
The described shaft furnace has the additional advantage that it is not necessary to use coke as reduction fuel but that it is possible to work with normal coal, which further improves the economy of small plants.
In the example given above for the use and operation of the kiln, it was assumed that low quality ores and fuels were used. The results thus obtained were nevertheless positive, and, by using ores and fuels of better quality, the results would naturally be even more favorable.
The fact that the exhaust 11 for the gases is connected to a recuperator is advantageous, the sensible heat of the exhaust gases being thus used for heating the hot wind entering the tank through the nozzle 10.
The lower part of the furnace can also be constructed so that the molten metal flows with the slag and the exhaust gases into a radiating vault fore-crucible arranged next to the furnace and below it, the mass of molten metal then gathering in this fore-crucible and the hot exhaust gases escaping upwards through an opening made in the vault: of radiation, to be led to a recuperator.
This arrangement has the additional advantage that the hot gases can be employed in the lower part of the furnace where they are in contact with the molten iron, to provide additional heating of the liquid iron and the slag and to complete the reduction of the slag containing. further iron oxide by means of carbon monoxide and charcoal powder, contained in the exhaust gases and thereby allowing the reaction of the metal bath to be completely terminated, whereby temperatures included between 1500 and 1600 C are sufficient. It is particularly advantageous to take the exhaust gases in the area of the reduction zone of the furnace in which the CO2 concentration is maximum and in which the sensible heat is also maximum.
The remaining CO content of the reduction gases in the reduction zone can be burnt off with the hot blast serving as an oxygen carrier to form CO 2.
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It is also possible to construct the lower part or bottom of the reduction furnace serving as a collector for the metal in the form of a crucible base capable of being rolled out of the furnace, this crucible base being separated from the vessel proper by an intermediate piece of ceramic material provided with a central opening.
CLAIMS.
1) Operating method of a hot blast tank furnace, characterized in that it is introduced into a tank furnace loaded with materials and having dimensions smaller than that of a blast furnace customary in the steel industry, a hot wind directed downwards, in that at least most of the exhaust gases generated in the furnace are thus driven downwards, and in that these gases are extracted from the lower part of the furnace.