FR 2520754 A1 19830805 FR 8220197 A 19821202 La présente invention a trait à un procédé pour l'élaboration de fer (ce mot désignant, dans toute la présente description et dans les revendications annexées, le fer tant à l'état élémentaire qu'à l'état allié au carbone sous forme de fonte ou d'acier) par fusion de déchets de fer sans consommation d'énergie électrique ni de pétrole L'invention a-trait aussi à un appareil utilisé pour la mise en oeuvre du procédé. Dans l'état actuel de la technique, la fusion de déchets de fer pour la fabrication d'aciers, notamment d'aciers spéciaux, est usuellement opérée dans des fours électriques Or, il y a lieu de présumer que la situation quant à l'énergie électrique a peu de chances de s'amé- liorer et que le coût de l'énergie subira des hausses successives D'autre part, le rapport entre l'offre et la demande de pétrole devient de plus en plus critique et il n'est donc pas avantageux de générer de l'énergie électrique thermique en consommant du pétrole, ni meme d'utiliser directement des fractions pétrolières pour l'élaboration d'aciers. La demanderesse s'est fixé pour but de mettre au point une technique d'élaboration de fer ayant recours au charbon ou au coke, dont on peut s'attendre pour le moment à voir l'offre demeurer stable, ou à d'autres. matières carbonifères moins riches, et non à l'électricité ou au pétrole. Pour ce qui est de l'élaboration de fer mettant en oeuvre des matières carbonifères, la technique au cubilot chauffé au coke s'est répandue dans l'industrie. Elle exige des morceaux de coke à haute résistance méca- nique et-de grosseurs convenables pour que le coke puisse supporter la charge de matières en permettant l'écoulement de gaz dans le four Ceci entraîne matériellement des limitations et des prix de revient plus élevés En outre, le cubilot est par nature destiné à la fabrication de fonte et ne donne que du fer en fusion à 3 ou 4 Z de carbone, c'est-à- dire de la fonte brute; il faut donc prévoir, s'il s'agit de fabriquer des aciers, de nouvelles fusions oxydante (décarburation) et réductrice opérées S à l'aide d'un autre four tel que convertisseur. La présente invention a pour but d'offrir un procédé d'élaboration de fer suivant lequel, au lieu de faire supporter la charge par la matière carbonifère, on charge directement la matière carbonifère dans le fer en fusion en même temps que les déchets de fer et l'on ménage l'espace de combustion de gaz CO au-dessus du fer en fusion, ce qui permet d'utiliser une matière carbonifère quelconque, quelles que soient sa forme et sa grosseur. L'invention a encore pour but d'offrir un ap- pareil pour la mise en oeuvre du présent procédé d'éla- boration de fer. Comme par sa forme, le récipient de mise en oeuvre du présent procédé évoque un réacteur de traitement chimique, le procédé selon l'invention a été baptisé "technique d'élaboration de fer en réacteur". L'élaboration de fer en réacteur permet non seulement de réaliser simultanément la liquéfaction et la fusion oxydante de fer, mais encore d'affiner le fer en fusion et d'en régler la teneur en carbone dans un intervalle allant jusqu'à 3,5 Z Ainsi, cette technique offre, pour la fabrication d'acier, un procédé ration - nel et avantageux. Sur les dessins annexes les figures 1 et 2 illustrent le fonctionne- ment du présent appareil de fonderie, la figure 1 étant une vue en coupe longitudinale d'un réacteur et la figure 2, une vue en coupe droite du réacteur et en coupe longitudinale d'une cuve les figures 3 A à 3 G sont des diagrammes illustrant la mise en oeuvre du présent procédé de fon- derie, la figure 3 A indiquant la variation du poids de fonte en fusion au cours d'un cycle de fonctionnement, la figure 3 B, le rythme de chargement de charbon ( dont la quantité cumulée est indiquée en trait plein et les additions successives, en traits interrompus), la figu- re 3 C, le débit d'oxygène, la figure 3 D, la vitesse de chargement de déchets de fer, la figure 3 E, la teneur. en carbone de la fonte en fusion, la figure 3 Y, le rapport C 02/ la figure 4 est une vue en coupe longitudi- nale d'une variante d'appareil selon l'invention d'éla- boration de fer en réacteur, dont elle illustre le fonctionnement; la figure 5 est un schéma simplifié du bilan de matières dans un exemple de mise en oeuvre de l'ap- pareil selon la figure 4; la figure 6 est une vue en coupe longitudina- le d'une autre variante d'appareil selon l'invention d'élaboration de fer en réacteur, dont elle illustre le fonctionnement; les figures 7 et 8 illustrent le fonctionne- ment de réacteurs jumelés selon la présente invention, dont la figure-7 est une vue en coupe longitudinale et la figure 8, une vue en coupe droite suivant la ligne I-I de la figure 7; la figure 9 illustre les étapes d'élabora- tion de fer en réacteurs jumelés selon la présente invention; la figure 10 illustre un mode de mise en oeuvre du présent procédé d'élaboration de fer en réac- teurs jumelés au moyen d'un diagramme indiquant les variations subies par le débit d'oxygène soufflé dans le réacteur, le taux de chargement de charbon chargé et la température de la fonte en fusion, au cours d'un cycle de fonctionnement. Le présent procédé d'élaboration de fer en réacteur est caractérisé en ce qu'on charge des déchets de fer et de la matière carbonifère dans du fer en fusion placé dans un réacteur et surmonté par un espace libre, on souffle de l'oxygène dans le fer en fusion afin d'agiter ce dernier et d'oxyder: la matière carbonifère principalement en CO, on souffle aussi de 11 oxygène dans l'espace surmontant le fer en fusion présent dans le réacteur afin d'oxyder tout ou partie du gaz CD en C 02, on chauffe les déchets de fer chargés pour les fondre au moyen de la chaleur engendrée par l'oxydation, et l'on utilise les gaz à haute température obtenus par combustion du reste du gaz CO pour préchauffer à l'exté- rieur du réacteur, les déchets de fer à charger. Le présent appareil convenant pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus d'élaboration de fer comporte essentiellement un réacteur à garnissage réfrac- taire comportant des tuyères de soufflage de gaz à raison d'au moins une en haut et une en bas, une sortie de gaz d'échappement et un bec de coulée; et une cuve verticale indépendante du réacteur mais reliée à la sortie de gaz d'échappement, qui assure l'introduction de la charge de déchets de fer ainsi que l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement à haute température et les déchets de fer. On va maintenant décrire à titre d'exemple des réalisations types d'appareil d'élaboration de fer en:réacteur selon la présente invention. Dans l'exemple illustré par les figures 1 et 2, le présent appareil d'élaboration de fer en réacteur comprend un réacteur 2 disposé horizontalement, compor- tant une enveloppe en acier à garnissage réfractaire. Le réacteur 2 repose de part et d'autre par des tourillons 27 dans des paliers 28 et peut décrire un certain mouvement angulaire autour d'un axe horizontal sous l'action d'un moteur (non représenté) dont le mouvement est transmis à une roue dentée 29 A et à un pignon 29 B Comme noté plus haut, le réacteur 2 comporte, en bas des tuyères 23 pour le soufflage d'oxygène dans le fer fondu et, en haut, des tuyères 24 pour le soufflage d'oxygène au-dessus du fer fondu Il comporte aussi un bec coulissant 26 pour la coulée du fer en fusion et le chargement de fondants Une sortie de gaz 25 ' est reliée, en position angulaire convenable, à la partie latérale 31 d'une cuve 3. La cuve 3 est cylindrique et sa partie dressée vers le haut 32 présente une entrée 33 d'introduction de la charge comportant les déchets de fer La partie latérale 31 a l'inclinaison voulue pour que les déchets de fer 5 introduits (parfois accompagnés de charbon) -puissent séjourner avec un certain angle de talus, mais qu'on puisse charger en quantité souhaitée des déchets de fer dans le réacteur en les faisant déplacer par un moyen d'alimentation tel que poussoir 34 Le moyen d'alimentation peut être un transporteur à vis. Il est préférable de prévoir une tuyère 35 pour le soufflage d'oxygène ou d'air à la partie infé- rieure de la cuve o intervient un échange de chaleur. entre les gaz d'échappement à haute température et Tes déchets à charger On assure ainsi la combustion quasi totale du CO présent dans les gaz d'échappement, ce qui provoque un préchauffage plus efficace des déchets de fer et facilite le traitement des gaz d'échappement Le sommet de la cuve est relié à un dispositif de traitement de gaz d'échappement (non représenté) tel que -capteur de poussières. Au début du fonctionnement, on prépare une certaine quantité de fonte ou d'acier en fusion dans un autre dispositif tel que haut fourneau ou four à arc, et on la place dans le réacteur 2 pour assurer l'amorçage. En variante, au cas o le réacteur fonctionne en perma- nence et est maintenu intérieurement à haute température, on peut assurer la mise en route sans fer fondu d'amor- çage si l'on charge dans le réacteur des déchets de fer facilement oxydables tels que copeaux de tournage. Ensuite, on jette dans le fer en fusion 7 des déchets de fer 5 et la matière carbonifère telle que charbon,, et l'on souffle de l'oxygène par les tuyères inférieures 23 et supérieures 24 Comme noté plus haut, la matière carbonifère chargée est oxydée en CO dans le fer emn fusion 7 et la majeure partie du CO résultant est oxydée en C 02 dans l'espace surmontant le fer en fusion Sous l'effet de la chaleur engendrée par l'oxydation, les déchets de fer chargés fondent et, simultanément, il y a carburation du fer en fusion La carburation progresse très-rapidement du fait de l'agitation forcée provoquée par soufflage. Ainsi qu'on le conçoit aisément, la chaleur engendrée du fait de l'oxydation de C en CO dans le fer fondu sert presque entièrement à élever la température du for fondu et celle engendrée par l'oxydation de CO en CO 2 est aussi en grande partie absorbée par le fer fondu à travers la surface de ce dernier, accrue par l'agitation forcée. La matière carbonifère, bien que surtout formée selon l'invention de charbon comme noté plus haut, peut aussi être une matière moins riche telle que poudre de graphite, charbon de cornue ou noir de fumée M Nime si l'on-utilise du charbon, il peut s'agir de charbon à coke de qualité inférieure. Au cas o l'on peut se procurer la matière carbonifère sous forme de morceaux, on peut la mélanger avec les déchets de fer et la charger à travers la cuve 3 Si parcontre elle est sous forme de poudre ou de fines particules, elle se trouverait chassée par soufflage en grande quantité au niveau d'échange de chaleur avec les gaz d'échappement et il faut donc l'injecter dans le fer fondu, à travers une buse non représentée prévue dans le réacteur, en suspension dans un courant d'azote (s'il n'y a pas risque d'explosion, on peut utiliser de l'air) Ce mode de mise en oeuvre est préférable parce que la mat ière carbon;ifère pulvé- rulente réagit rapidement. Le taux (ou débit) de soufflage d'oxygène et celui de chargement de matière carbonifère dépendent des conditions du cycle opératoire; plus précisément, on les détermine en prenant en considération la quantité et la température du fer en fusion d'amorçage, la chaleur nécessaire à la fusion des déchets de fer, et la chaleur rayonnée à l'extérieur du réacteur et évacuée par les gaz d'échappement (sans perdre de vue la récupé- *ration de chaleur intervenant pendant l'échange de chaleur avec les déchets de fer) On charge des déchets de fer en quantité correspondant à la chaleur engendrée et, une fois terminée la fusion des déchets, on poursuit le chargement et le soufflage pour augmenter la quantité de fer en fusion Le chargement peut Etre opéré non seulement de cette manière intermittente, mais aussi en continu pourvu que le réglage demeure possible. Quand la quantité de fer en fusion atteint la capacité limite du réacteur, on fait basculer le réacteur et l'on ouvre le bec coulissant pour déverser le fer en fusion dans une poche On a constaté qu'en vue d'un fonctionnement efficace, il faut que la quantité de fonte présente dans le réacteur représente au plus Z du volume intérieur du réacteur; autrement, ce volume doit demeurer libre à raison de 60 % ou plus au-dessus du fer en fusion. Les autres opérations de conversion en acier du fer en fusion notamment à l'état de fonte, obtenu par le présent procédé: décarburation, désoxydation, désulfuration et introduction d'éléments d'addition peuvent être effectuées de la manière usuelle lors d'un traitement d'affinage séparé Toutefois, une partie au moins de l'affinage peut être opérée dans le réacteur avec formation sur le fer fondu de laitier de composition appropriée Comme décrit ci-dessus, le fer fondu est. énergiquement agité grâce au soufflage d'oxygène, de sorte que l'affinage intervient très efficacement. Après coulée du fer en fusion hors du réacteur, on répète les opérations décrites ci-dessus en utilisant pour l'amorçage une quantité appropriée de fer en fusion demeurant dans le réacteur Bien qu'elle dépende de la capacité du réacteur et des conditions opératoires, la quantité de fer fondu d'amorçage représente de préférence 5 à 80 Z de la quantité maximale de fer fondu. En vue d'assurer le fonctionnement sans à-coup de l'appareil décrit cidessus d'élaboration de fer en réacteur, il est nécessaire d'utiliser des déchets de fer de formes et grandeurs relativement uniformes Si de tels déchets sont difficiles à se procurer, il est recommandé d'utiliser l'appareil décrit ci-après Cet appareil assure un fonctionnement sans àcoup quelles que soient la forme et la grandeur des déchets de fer. Un tel appareil a la structure représentée sur la figure 4. Il comporte essentiellement un réacteur à garnissage réfractaire présentant des tuyères de soufflage de gaz à raison d'au moins une en haut et une en bas, une entrée de chargement de déchets de fer constituant simultanément une sortie de gaz à haute température; et une cuve verticale montée droit au-dessous de l'entrée de chargement de déchets de fer, reliée à celle-ci, et comportant des moyens de réglage du chargement de déchets de fer situés à son extrémité inférieure de la cuve et une entrée de gaz située au-dessus desdits moyens pour introduire les gaz d'échappement arrivant par un tube de dérivation de la sortie de gaz à haute température du réacteur, cette cuve assurant l'arrivée des déchets de fer à charger ainsi qu'un échange de chaleur entre les gaz d'échappement à haute température et les déchets de fer. Le réacteur 2 peut être éventuellement muni d'une autre tuyère (non représentée) pour l'injection de matière carbonifère pulvérulente dans un courant de gaz porteur approprié La matière carbonifère peut, bien entendu, être chargée en mélange avec les déchets de fer, On peut opérer la coulée à travers l'entrée de fer d'amorçage 26 C, en faisant pivoter le réacteur. Toutefois, il est préférable d'utiliser un bec de cou- lée 26 A, car on n'a pas alors à interrompre l'élaboratîon de fer pour la coulée, et la perte de chaleur s'en trouve diminuée. La position du bec de coulée 26 A doit être telle qu'il subsiste dans le réacteur, pour l'amorçage, une quantité convenable de fer en fusion La référence 26 B désigne un bec de déversemext du fer fondu d'amorçage. Les moyens de réglage de chargement de déchets* de fer montés à la partie inférieure de la cuve comportent un tampon 67 et un obturateur 68 qui avancent et reculent transversalement pour fermer et ouvrir la cuve Au moment o le tampon 67 est ouvert et l'obturateur 68 fermé, des déchets de fer 5 sont chargés par l'entrée de déchets de fer 92 prévue en haut de la cuve, puis on ferme le tampon 67 pour retenir une certaine quantité de déchets de fer sur l'obturateur 68 Quand celui-ci s'ouvre, les déchets de fer tombent à travers l'entrée de charge- ment 25 A dans le fer fondu Ensuite, on ferme l'obtura- teur 68 et l'on ouvre le tampon 67: l'ensemble de la charge de déchets descend et, après fermeture du tampon 67, l'obturateur 68 retient une certaine quantité de déchets de fer, en attente en vue du chargement suivant. Le mode de fonctionnement de cet appareil découle des explications données plus haut Les déchets de fer 5 introduits par l'entrée de déchets 92 dans la cuve 9 descendent jusqu'à l'extrémité inférieure de celle-ci et, tombent dans le réacteur 2, o ils fondent sous l'effet de lachaleur engendrée par réactior avec l'oxygène ae la matière carbonifère injectée dans le réacteur (ou qui descend avec les déchets) Des gaz d'échappement à haute température, contenant CO, arrivent t de la sortie 25 B,-1 k travers le tube dérivé 8, dans la cuve par l'entrée de gaz 91 prévue en bas decelle-ci. Les gaz se mélangent avec l'air introduit à travers un ajutage ou un interstice ménagé dans le tube dérivé, réagissent pour engendrer de la chaleur et montent dans la cuve o ils chauffent les déchets de fer et se refroi- dissent Les gaz à basse température résultants sortent par la sortie de gaz à basse température 93 et sont traités dans un dispositif de traitement de gaz d'échap- pement (non représenté) en vue d'être libérés dans l'atmosphère. Le-bilan de matière établi dans un exemple de XS mise en oeuvre du procédé d'élaboration de fer en réacteur à l'aide de l'appareil décrit ci-dessus en vue de la production de deux tonnes de fonte à 2 Z de C est indiqué sur la figure 5 Dans cet exemple, les rendements ther- miques sont les suivants - (augmentation de la teneur en chaleur du (rendement thermique fer fondu) 5 0,60 de la fusion) (chaleur engendrée dans le réacteur) (augmentation de la teneur en chaleur (rendement de pré des déchets) chauffage des déchets) ( e N l (chaleur sensible des gaz d'échappement) (chaleur totale (rendement thermique total) = récupérée) O & total (chaleur totale engendrée) Suivant un autre mode de réalisation, l'appareil recommandable pour l'élaboration de fer en réacteur a la structure représentée sur la figure 6 L'appareil comporte essentiellement un réacteur 2 à garnissage réfractaire 22 présentant des tuyères de soufflage de gaz 23 et 24 à raison d'au moins une en haut et une en bas et une entrée de chargement de déchets de fer 25 qui constitue simultanément une sortie de gaz à haute température; et un carneau 4 monté à peu près horizon- talement, dont une extrémité est reliée à la sortie de gaz à haute température et entrée de déchets 25 et dont l'autre extrémité constitue une sortie de gaz à basse température 43 présentant une entrée d'introduction de déchets de fer 44, le carneau 4 comportant à sa partie inférieure un transporteur réfractaire 6 destiné à transporter les déchets de fer introduits 5 et à les charger dans le réacteur 2, et, simultanément, à leur faire subir un échange de chaleur avec les déchets de fer. Le réacteur 2 peut éventuellement être muni d'une tuyère pour l'injection dans le bain de la matière carbonifère pulvérulente véhiculée par un gaz approprié. On peut opérer la coulée à travers la sortie de gaz- entrée de déchets 25 en faisant pivoter le réacteur. Toutefois, il est préférable d'avoir recours à un bec de coulée 26 parce qu'ainsi la fusion n'est pas interrompue par la coulée et la perte de chaleur est moindre Le bec de coulée 26 doit être placé de façon qu'une quantité adéquate de fer en fusion demeure dans le réacteur 2 pour assurer l'amorçage. Le carneau 4 peut avoir, comme représenté sur les figures, une structure telle que le brin supérieur du transporteur réfractaire 6 constitue sa surface inférieure Le transporteur doit avoir la forme et la longueur voulues pour présenter une surface horfzontalê ou faiblement inclinée vers le bas dans le sens de transport dans la mesure voulue pour que la charge formëe' par les déchets de fer 5 ne glisse pas vers le bas et que les gaz à haute température s'échappant du réacteur 2 gravissent le transporteur, sur lequel apparaît un échange de chaleur suffisant entre eux et les déchets de fer. Le transporteur réfractaire 6 peut comporter une chenille qui est supportée et entraînée par des rouleaux de support 61 et 62 et par une roue dentée menante 63 l'entratnant dans le sens de la flèche, et qui repose sur plusieurs rouleaux fous 64. Cette chenille doit être en acier résistant à la chaleur Pour minimiser les dommages infligés par la haute température à la chenille, il faut recouvrir celle-ci d'une enveloppe dans laquelle arrive, par une entrée d'air 661, de l'air froid destiné à refroidir la chenille -L'air froid arrive de préférence par circu- lation forcée L'air qui s'est fortement échauffé en refroidissant la chenille ressort par une sortie d'air chaud 662 et peut éventuellement servir de source de chaleur dans un dispositif de récupération de chaleur (non représenté). Le mode de fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus découle des explications données précédemment. La charge de déchets de fer 5, introduite par l'entrée de déchets 44 et qui se dépose sur le transporteur ré- fractaire 6, descend dans le carneau en accompagnant le mouvement de la chenille et tombe dans le réacteur 2. Les déchets de fer tombés dans le réacteur fondent sous l'effet de la chaleur engendrée par réaction entre la matière carbonifère injectée dans le réacteur et l'oxygène. Des gaz d'échappement à haute température contenant CO passent de la sortie 25 dans le carneau 4 Ils se mélangent avec l'air introduit par un interstice 41 séparant ladite sortie du carneau et réagissent pour engendrer de la chaleur qui préchauffe les déchets de. fer Les gaz à basse température résultants sortent par la sortie de gaz à basse température 43 et sont traités dans un dispositif de traitement de gaz d'échappement (non représenté) en vue de leur mise à l'atmosphère. Un mode de réalisation particulier de la pré- sente invention réside dans l'élaboration de fer en réacteurs jumelés, qui a pour but d'améliorer le rendement thermique et la mise au mille ainsi que d'assurer un fonctionnement plus régulier Pour la fabrication de fer en réacteurs jumelés,on utilise non plus un seul réacteur combiné avec une cheminée, mais deux réacteurs reliés l'un à l'autre, dont l'un opère la fusion des déchets de fer et l'autre, le préchauffage des déchets à fondre. Le présent procédé d'élaboration de fer en réacteurs jumelés est caractérisé par les opérations suivantes: 1) chargement des déchets de fer et de la matière carbonifère dans les réacteurs A et B composant le réacteur double, et préchauffage éventuel; II) addition de fer fondu dans le réacteur A, soufflage d'oxygène sous la surface du fer fondu en vue d'agiter le fer fondu et d'oxyder la matière carbonifère principalement en CO, soufflage d'oxygène sur la surface 1 4 du fer fondu en vue d'oxyder une partie du gaz CO en C 02 " et fusion des déchets de fer chargés dans le réacteur A au moyen de la chaleur engendrée par l'oxydation; III) introduction dans le réacteur B du gaz d'échappement arrivant du réacteur A à mesure que la fusion progresse, nouveau soufflage d'oxygène dans le réacteur B en vue d'oxyder le reste de gaz CO en C 02, et préchauffage des déchets de f er et de la matière. carbonifère présents dans le réacteur B au moyen de la chaleur sensible des gaz d'échappement et de la chaleur engendrée par l'oxydation; IV) interruption du soufflage d'oxygène dans le réacteur A quand la fusion est terminée dans celui-ci, et que la température du fer fondu atteint un niveau préfixé, addition d'une partie du fer fondu ainsi formé aux déchets de fer préchauffés et à la matière carbo- nifère présents dans le réacteur B, et envoi du reste du fer fondu à l'affinage; et V) nouveau chargement de déchets de fer et de matière carbonifère dans le réacteur A, et soufflage d'oxygène dans le fer fondu du réacteur B en vue d'amorcer la fusion des déchets de fer; et par la répétition des opérations II à V) ci-dessus avec interversion des rôles des réacteurs A et B. L'appareil de mise en oeuvre du procédé ci- dessus d' élaboration de fer en réacteurs jumelés comporte essentiellement deux réacteurs à garnissage réfractaire reliées l'un à l'autre dans leurs parties supérieures par des tubes de raccordement Les réacteurs présentent une entrée-sortie de gaz susceptible d'ouverture et de fermeture et un bec de coulée de fer fondu, ainsi que des tuyères de soufflage de gaz à raison d'au moins une en haut et une en bas. Un exemple type d'élaboration de fer en réac- teurs jumelés est décrit ci-dessous en référence aux dessins annexés. L'appareil d'élaboration de fer en réacteurs jumelés comporte, comme représenté sur les figures 7 et 8, un réacteur 12 A ou A qui présente un corps parallèlé- pipédique et un couvercle, tous deux formés d'une enveloppe en acier 121 à garnissage réfractaire 122, et un réacteur 12 B ou B à structure symétrique de celle du réacteur 12 A Les réacteurs sont rel iés l'un à l'autre par des tubes de raccordement 13 A et 13 B Chacun d'eux comporte dans sa partie inférieure une tuyère 123 pour le soufflage d'oxygène dans le fer en fusion, et dans sa partie supérieure une autre tuyère 124 pour le soufflage d'oxygène dans l'espace surmontant le fer en fusion. Le réacteur présente aussi un bec de coulée 126 et un trou 127 de chargement de fer fondu et de fondants. Les réacteurs A et B présentent encore, sur les côtés opposés aux tubes de raccordement 13 A et 13 B, des sorties de gaz 125 A et 125 B qui peuvent être ouvertes et fermées par des obturateurs 136 A et 136 B et qui, lorsqu'elles sont ouvertes, communiquent avec le conduit d'échappement 137 Les tubes de raccordement 13 A et 13 B et les sorties de gaz 125 A et 125 B sont centrés sur un même axe. Les réacteurs A et B peuvent décrire un certain mouvement angulaire autour de l'axe précité du fait qu'ils sont supportés par un secteur denté 129 sur deux pignons 129 ' entraînés par un moteur (non représenté) au moyen d'un arbre menant 128 Les tubes de raccorde- ment 13 A et 13 B précités sont reliés par un joint glis- sant, de sorte que les réacteurs peuvent pivoter séparé- ment. Au début du fonctionnement, on place des déchets de fer 5 et de la matière carbonifère 6 dans les deux réacteurs A et B comme indiqué sur la figure 9 en I Quand besoin est, on préchauffe le contenu de l'un des réacteurs (par exemple réacteur A) ou des deux réacteurs On peut effectuer le préchauffage en chauffant la paroi intérieure du réacteur avant chargement. Ensuite, on déverse dans le réacteur A une certaine quantité de fonte ou d'acier en fusion préparée dans d'autres matériels tels que haut-fourneau ou four à l'arc (figure 9 Il) Le soufflage d'oxygène par les tuyères inférieures 123 et supérieures 124 provoque, comme exposé plus haut, l'oxydation en CO du carbone chargé dans le fer en fusion 7 et une partie du CO résul- tant est encore oxydée en CO 2 dans l'espace surmontant le fer fondu Sous l'effet de la chaleur engendrée par ces réactions d'oxydation, la charge de déchets de fer fond Simultanément, le fer fondu subit une carburation qui progresse très rapidement grâce à l'agitation forcée provoquée par le gaz soufflé (figure 9 III). Une fois terminée la fusion de la première charge de déchets de fer, on traite une seconde et facultativement une ou plusieurs autres charges de déchet s de fer et de matière carbonifère et l'on poursuit le soufflage d'oxygène, pour augmenter la quantité de fer fondu. Quand la quantité de fer fondu atteint la capacité-limite du réacteur (figure 9 IV}, on interrompt le soufflage d'oxygène et l'on bascule le réacteur A pour déverser le fer fondu dans une poche, à travers le bec de coulée ouvert ('figure 9 V) On a constaté qu'en vue d'un fonctionnement efficace, la quantité de fer fondu doit représenter au maximum 40 Z du volume intérieur du réacteur; autrement dit, ce volume doit demeurer libre à raison de 60 Z ou plus. Pendant que progresse la fusion des déchets de fer contenus dans le réacteur A, les gaz d'échappement à haute température qui en résultent sont introduits dans le réacteur B à travers les tubes de raccordement 13 A i et 12 B On souffle de l'oxygène dans le réacteur B pour oxyder en C 02 la majeure partie du CO subsistant dans les gaz d'échappement La chaleur sensible des gaz d'échappement et la chaleur engendrée par l'oxydation portent à une haute température les déchets de fer et la matière carbonifère présents-dans le réacteur B Les gaz d'échappement atteignent finalement le conduit d'échappement 137 B à travers la sortie de gaz 125 B, l'obturateur 136 B étant o uvert, et: reij 4 ai gnent un appareil de traitement de gaz (non représenté sur les figures). Une partie du fer fondu cou-lé à partir du réacteur A est déversée en tant que fer fondu d'amorçage dans le réacteur B qui contient les déchets de fer et la matière carbonifère préalablement préchauffés comme décrit ci-dessus, et le reste du fer fondu coulé va subir l'affinage La quantité de fer fondu d'amorçage est de préférence, selon la capacité du réacteur et les conditions opératoires, d'environ 5 à 80 % de la quantité maximale de fer fondu. Ensuite, le réacteur A reçoit à nouveau une charge de déchets de fer et de matière carbonifère (figure 9 VI). On ferme l'obturateur 136 B et l'on ouvre l'obturateur 136 A pour pouvoir souffler de l'oxygène dans le réacteur B afin de fondre la charge de déchets de fer qu'il contient et, simultanément, on utilise les gaz d'échappement émanant du réacteur B pour préchauffer les déchets de fer de la seconde charge dans le réac- teur A (figure 9 VII) Une fois la fusion terminée. dans le réacteur B (figure 9 VIII), on en déverse le fer fondu comme décrit ci-dessus (figure 9 IX). Ainsi, on poursuit l'élaboration de fer à l'aide des réacteurs jumelés en intervertissant les r 8 les des réacteurs A et B. La présente technique de l'élaboration de fer en réacteur offre, par rapport à la fusion au cubilot qui est une technique typique de fusion de fer sans énergie électrique ni pétrole, les avantages suivants Tout d'abord, la présente technique n'exige pas de coke en morceaux comme source de chaleur de fusion, ce qui supprime les limitations relatives à la matière de chauffe En second lieu, la chaleur engendrée par conversion de C en CO peut être e Lflicacement abaorbëe par le fer fondu et, en outre, la majeure partie du GO se transforme par combustion en C 02 en dégageant beaucoup de chaleur Cette chaleur se transmet facilement au fer fondu parce que l'air libre de ce dernier est accrue grâce à l'agitation par le gaz soufflé dans le réacteur, et contribue en outre à élever la température des déchets de fer contenus dans le réacteur o a lieu le préchauffage. Ces avantages cumulés sont mis en évidence par le rapport consommation de matière carbonifère/quantité unitaire de fer fondu produit Dans l'exemple donné ci-dessous, le rapport enregistré est d'environ 13 Z (calculé en carbone pur), valeur meilleure que celle, d'environ 16 Z, typiquement obtenue pour la fusion au cubilot à l'échelle de 2 tonnes Attendu qu'on consomme en quantité moindre une matière génératrice de chaleur déjà moins ondreuse, il est évident que la présente technique permet la fusion de fer à bien meilleur compte. Cette technique offre aussi l'avantage d'assurer simultanément la liquéfaction et la fusion oxydante et éventuellement, un affinage plus poussé, ce que ne permet pas l'élaboration de fer au cubilot. Divers types du présent appareil d'élaboration de fer en réacteur sont construits de manière à tirer parti au maximum du procédé d'élaboration de fer en réacteur précédemment décrit Contrairement à l'élabo- ration de fer au cubilot, o la grosseur et la résistance 1 9 mécanique du coke sont critiques pour la stabilité de fonctionnement, le présent appareil ne fait pas usage de la matière carbonifère en tant que partie du four, de sorte que la stabilité de fonctionnement est facile à maintenir quelles que soient la nature et la forme de la matière carbonifère L'agitation efficace de la fonte liquide assurée par le gaz soufflé dans celle-ci et l'utilisation dé la chaleur de combustion CO, C 02 dans le volume supérieur libre du réacteur contribuent à rendre rapides la fusion et la carburation En consé- quence, la productivité de l'appareil dans l'élaboration de fonte est supérieure à celle du cubilot. La structure comportant un réacteur indépendant et une cuve est commode quant à la construction, à l'entretien, au choix du réfractaire efficace et au fonctionnement Par exemple, le réacteur peut servir de récipient substitué à une poche pour le transport du fer liquide. Dans l'appareil à cuve comportant le tube de dérivation, on peut ouvrir et fermer la partie inférieure de la cuve pour régler le chargement de déchets de fer, et ajuster à volonté la charge de déchets en faisant varier la fréquence de manoeuvre du tampon et de l'ob- turateur. Dans l'appareil comportant le transporteur réfractaire pour le transport des déchets de fer, il est aussi possible de régler à volonté le débit de chargement de déchets de fer par choix de la vitesse de mouvement de la chenille. Ainsi, même si la forme et la grandeur des déchets de fer varient, on peut charger une quantité déterminée et donc maintenir un fonctionnement stable. Egalement dans l'élaboration de fer en réacteurs jumelés selon l'invention, on retrouve l'avantage de ne pas se heurter à des limitations quant aux matières utilisées: déchets de fer et matière carbonifère Il en est ainsi parce que, dans le traitement en réacteurs jumelés, on retire le couvercle du réacteur pour opérer directement le chargement. Exemple 1 On a construit un réacteur ayant la structure représentée sur les figures 1 et 2 et une capacité de 1,57 m Attendu que le remplissage est à opérer à raison de 40 Z au maximum de la capacité, ce réacteur peut contenir 4, 40 tonnes de fer fondu (calcul fait pour une densité de 7,0) La cuve reliée au réacteur est un cylindre de 0,5 m de diamètre intérieur et de 3,5 m de haut - On a préchauffé la paroi du réacteur au moyen d'un br Sleur à gaz et introduit dans le réacteur 1 600 kg de fonte préparée au four à arc La température de la fonte liquide a baissé de 1 450 à 1 400 'C. Pendant les 15 premières minutes, on a chargé du charbon à raison de 2,0 kg/min (calculé en carbone) et des déchets de fer à raison de 15 kg/min On a en outre soufflé de l'oxygène à travers les tuyères supé- rieures et inférieures du réacteur à raison de 2,43 Nm 3/min. La quantité sus-indiquée de carbone a été choisie en vue de maintenir un taux de carburation de 2,5 Z. On a observé la fusion des déchets de fer. Pendant les 15 minutes suivantes, on a porté les débits de chargement à 2,5 kg/min pour le charbon, 17 kg/min. pour les déchets de fer et 3,11 Nm 3/min pour l'oxygène en vue de poursuivre la fusion. Au bout de 105 minutes et de 7 paliers de fonctionnement, la quantité de fonte liquide a atteint la limite préfixée, de 4,40 tonnes On a déversé 2, 8 tonnes de fonte liquide et on en a laissé dans le réacteur 1,6 tonne, soit une quantité égale à celle de la fonte d'amorçage initiale. On a répété le même cycle de fonctionnement par paliers Des données sur le cycle de fonctionnement type sont portées sur les figures 3 A à 3 G. Exemple 2 On a réalisé des réacteurs jumelés ayant la structure représentée sur les figures 6 et 7 te remplis- sage de chaque réacteur est aussi à opérer à raison de Z au maximum de la capacité, de sorte que le réacteur peut contenir 1,20 tonne de fonte liquide. On a préchauffé l'intérieur des réacteurs A et B au moyen d'un br 6 leur à gaz. * On a placé dans chacun des réacteurs 700 kg de déchets de fer. On a ajouté 200 kg de fonte liquide (C 2 %, température: 1 450 'C), préparée au four à l'arc, aux déchets de fer présents dans le réacteur A, ainsi que 8,2 kg de Ca O en tant que fondant. Au cours des 20 premières minutes, on a injecté dans le réacteur A de la poudre de charbon à un débit (calculé en carbone) de 0,36 kg/min, tout en soufflant de l'oxygène à raison de 0,40 Nm 3/min Dans le réacteur B, on a soufflé de l'oxygène à raison de 0,11 Nm 3/min. A mesure que la fusion des déchets progressait, on a augmenté les débits d'injection de charbon et de soufflage d'oxygène dans le réacteur A et celui de souf- flage d'oxygène dans le réacteur B comme illustré par la figure 10, en prévoyant donc six paliers d'injection et de soufflage Au cours du fonctionnement sus-indiqué, on a observé la fusion des déchets de fer chargés et chargé encore 300 kg de déchets de fer Au bout de 117 minutes après le début de l'injection et du soufflage> la fusion des déchets de fer est totale. Les quantités de matières consommées pour l'obtention de 1 200 kg de fonte liquide à 1 600 'C sont carbone total: 108,5 kg (en plus desquels il est apparu 14,9 kg de cendres) oxygène total: 152,6 Nm 3 dans le réacteur A: 119,6 Nm 3 dans le réacteur B: 33,0 Nm 3 Le rapport CO/CO 2 était de 6/4 dans le réac- teur A et de 2/8 dans le réacteur B. Sur les 1 200 kg d e fonte liquide obtenus, on en a soumis 1 000 à l'affinage et l'on a déversé les 200 kg restants aux fins d'amorçage sur les déchets de fer préchauffés présents dans le réacteur B On a à nouveau introduit dans le réacteur A une charge de déchets froids et-poursuivi la fusion en intervertissant les r 8 les des réacteurs A et B. REVENDICATIONS 1 Procédé d'élaboration de fer en réacteur, caractérisé en ce qu'on charge des déchets de fer et de la matière carbonifère dans du fer en fusion placé dans un réacteur et surmonté par un espace libre, on souffle de l'oxygène dans le fer liquide pour agiter celui-ci et oxyder la matière carbonifère principalement en CO, on souffle aussi de l'oxygène dans l'espace. surmontant le fer liquide dans le réacteur pour oxyder le gaz CO en C 02, on chauffe la charge de déchets de fer pour la fondre grâce à la chaleur engendrée par l'oxydation, et l'on utilise les gaz d'échappement à haute température pour préchauffer les déchets de fer à charger. 2 Procédé d'élaboration de fer selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la matière carbonifère est du charbon ou du coke en morceaux, mélangé avec les déchets de fer et chargé dans le fer fondu. 3 Procédé d'élaboration de fer selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la matière carbonifère est du charbon ou du coke pulvérulent, que l'on charge dans le fer fondu en l'injectant en suspension dans un courant d'azote ou d'air. 4 Procédé d'élaboration de fer selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche de laitier se forme au-dessus du fer fondu pour opérer l'affinage du fer fondu obtenu par fusion de la charge de déchets de fer. Procédé d'élaboration de fer selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'on souffle, dans les gaz d'échappement servant à préchauffer les déchets de fer, de l'oxygène ou de l'air destiné à br 6 ler le gaz CO non br 6 lé. 6 Procédé d'élaboration de fer selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mode opératoire est tel que les déchets de fer et la matière carbonifère sont chargés en continu, que la quantité d'oxygène soufflé augmente avec la quantité de fer an fusion et que, lorsque la quantité de fer fondu atteint un niveau préfixé, on coule le fer fondu en en laissant subsister la quantité nécessaire pour l'amorçage du cycle de fonc- tionnement suivant. 7 Procédé d'élaboration de fer en réacteurs jumelés, caractérisé par les opérations suivantes r I) chargement de déchets de fer et de matière carbonifère dans les réacteurs A et B constituant les réacteurs jumelés, et préchauffage éventuel; II) addttion de fer fondu dans le réacteur A, soufflage d'oxygène sous la surface du fer fondu en vue d'agiter le fer fondu et d'oxyder la matière carbo- nifère principalement en CO, soufflage d'oxygène sur la surface du fer fondu en vue d'oxyder une partie du gaz CO en C 02, et fusion des déchets de fer chargés dans le réacteur A au moyen de la chaleur engendrée par l'oxydation; III) introduction dans le réacteur B du gaz d'échappement provenant du réacteur A à mesure que la fusion progresse, nouveau soufflage d'oxygène dans le réacteur B en vue d'oxyder le reste de gaz CO en CO 2, et préchauffage des déchets de fer et de la matière carbonifère présents dans le réacteur B au moyen de la chaleur sensible des gaz d'échappement et de la chaleur engendrée par l'oxydation IV) interruption du soufflage d'oxygène dans le réacteur A quand la fusion est terminée dans celui-ci et que la température du fer fondu atteint un niveau préfixé, addition d'une partie du fer fondu ainsi formé aux déchets de fer préchauffés et à la matière carboni- fère présents dans le réacteur B, et envoi du reste du fer fondu à l'affinage; et V) nouveau chargement de déchets de fer et de matière carbonifère dans le réacteur A, et soufflage d'oxygène dans le fer fondu du réacteur B en vue d'amorcer la fusion des déchets de fer; et par la répétition des opérations II à V) ci-dessus avec interversion des rôles des réacteurs A et B. 8 Appareil d'élaboration de fer en réacteur caractérisé en c e qu'il comporte essentiellement un réacteur ( 2) à garnissage réfractaire ( 22) comportant des tuyères de gaz de soufflage à raison d'au moins une en haut ( 24) et au moins une en bas ( 23), une sortie de gaz ( 25) et un bec de coulée ( 26, 126) et une cuve verticale ( 3) rapportée sur le réacteur mais reliée à la sortie de gaz ( 25) qui constitue une entrée de déchets de fer à charger et assure un échange de chaleur entre les gaz d'échappement à haute température et les déchets de fer. 9 Appareil selon la revendication 8, carac- térisé en ce que le réacteur ( 2) est un cylindre hori- zontal articulé autour de son axe et en ce que la sortie de gaz ( 25) vient à pivotement se raccorder à la partie inférieure ( 31) de la cuve ( 3). Appareil selon la revendication 8, carac- térisé en ce que la cuve est cylindrique et présente à sa partie inférieure une partie latérale ( 31) dans laquelle les déchets de fer à charger peuvent séjourner avec un angle de talus convenable, et en ce que les déchets de fer ( 5) sont chargés en continu à un débit déterminé dans le réacteur au moyen d'un poussoir ( 34) ou d'une vis. 11 Appareil selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'une tuyère ( 35) est prévue à la partie inférieure de la cuve ( 3) pour souffler de l'oxygène ou de l'air dans les gaz d'échappement qui préchauffent les déchets de fer. 12 Appareil pour l'élaboration de fer en réacteur, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement un réacteur ( 2) à garnissage réfractaire comportant des tuyères de soufflage de gaz ( 23, 24) à raison d'au moins une en bas et une en haut et une entrée de charge- ment de déchets de fer ( 25 A) qui constitue simultanément une sortie de gaz à haute température; et une cuve verticale ( 9) montée droit au-dessus de l'entrée de chargement de déchets de fer, reliée à celle-ci et qui comporte à sa partie inférieure des moyens ( 67, 68) pour le réglage du chargement des déchets de fer ( 5) et, au-dessus de ces moyens une entrée de gaz ( 90) une entrée de gaz pour l'introduction des gaz d'échappement arrivant de la sortie de gaz à haute température ( 25 B) du réacteur à travers un tube-de dérivation ( 8), ladite cuve assurant l'arrivée des déchets de fer à charger ainsi qu'un échange de chaleur entre les gaz d'échap- pement à haute température et les déchets de fer. 13 Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de réglage de chargement de déchets de fer comportent un tampon ( 67) et un obturateur ( 68) qui avancent et reculent transversalement pour fermer et ouvrir la cuve. 14 Appareil selon la revendication 12, carac- térisé en ce qu'un ajutage ou un interstice ( 81) d'introduction d'oxygène ou d'air est prévu au niveau du tube de dérivation. Appareil d'élaboration de fer en réacteur, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement un réacteur ( 2) à garnissage réfractaire ( 22) présentant des tuyères de soufflage de gaz ( 23, 24) à raison d'au moins une en bas et une en haut et une entrée de charge- ment de déchets de fer ( 25) qui constitue simultanément une sortie de gaz à haute température; et un carneau ( 4), monté à peu près horizontalement, dont une extrémité est reliée à la sortie de gaz à haute température-entrée- de déchets de fer ( 25), le carneau comportant dans sa partie inférieure un transporteur réfractaire ( 6) destiné à transporter les déchets de fer introduits et à les charger dans le réacteur et, simultanément, à assurer un échange de chaleur entre les gaz d'échappement à'haute température et les déchets de fer. 16 Appareil se lon la revendication 15,. caractérisé en ce que le transporteur réfractaire ( 6) comporte une chenille qui est supportée et entraînée par au moins un rouleau de support ( 61, 62) et par une roue dentée menante ( 63), est soutenue par plusieurs rouleaux fous ( 64) et présente une surface faiblement inclinée en pente descendante depuis l'entrée d'intro- duction de déchets ( 44) jusqu'au réacteur ( 2), le brin supérieur de la chenille formant la surface inférieure du carneau, et le brin inférieur de la chenille étant recouvert par une enveloppe ( 66) dans laquelle de l'air est introduit (en 661) pour refroidir la chenille. 17 Appareil d'élaboration de fer en réacteurs jumelés, caractérisé en ce qu'il comporte deux réac- teurs ( 12 A, 12 B) à garnissage réfractaire reliés l'un à l'autre dans leurs parties supérieures par des tubes de raccordement ( 13 A, 13 B), chaque réacteur comportant une entrée-sortie de gaz ( 125 A, 125 B) qui peut être ouverte et fermée et un bec de coulée de fer en fusion ( 126), ainsi que des tuyères de soufflage de gaz ( 123, 124) à raison d'au moins une en bas et une en haut. 18 Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que les réacteurs ne sont pas fixés l'un à l'autre au niveau des tubes de raccordement et peuvent basculer séparément. 19 Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que les entréessorties de gaz ( 125 A, B) et les tubes de raccordement ( 13 A, 13 B) sont centrés sur un même axe, les réacteurs pouvant basculer par pivotement autour de cet axe. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que chaque réacteur comporte un corps et un couvercle, celui-ci pouvant être ouvert pour le chargement des déchets de fer ou du fer en fusion.