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Molecule
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boron oxide
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BORic acid
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iron oxide
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boron
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iron
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DES
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carbon
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aluminium
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oxygen
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silicon
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potassium chloride
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boron chloride
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hydrogen
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sulfuric acid
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water
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SO-
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laga
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oleaT
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Tos
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Gene Or Protein
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Enb
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ETRE
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DANS
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Est-a
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Trou
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MBR
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Ts A
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Apon
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ZIC
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Tzn
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ITI
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Tni 3
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Physical
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0,074 mm
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86 kg/h
(1)
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740 kg/h
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600 kg/h
(1)
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65 percent
(1)
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20-30 mm
(1)
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603 kg/h
(1)
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1 percent
(1)
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Generic
(3/ 8)
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metals
(4)
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oxide
(3)
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acid
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2515690A1
Family ID 1983752
Probable Assignee Kawasaki Steel Corp
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE POUR PRODUIRE DU FERROBORE FONDU
Abstract
_________________________________________________________________
POUR PRODUIRE DE FACON ECONOMIQUE DES ALLIAGES AMORPHES A BASE DE
FE-B, ON FORME DES COUCHES DE REDUCTEUR carbon SOLIDE (COKE) DANS UN
FOUR VERTICAL 1 ET ON INTRODUIT DANS CE FOUR DE L'boron oxide OU DE
L'BORic acid PULVERULENT ET DE L'iron oxide SUIVANT UN RAPPORT
PONDERAL ironoxide COMPRIS ENTRE 0,05 ET 0,8. L'boron oxide OU L'BORic
acid EST INTRODUIT AVEC DE L'AIR CHAUD PAR DES TUYERES 4 PREVUES A LA
PARTIE INFERIEURE DU FOUR 1 ET L'iron oxide PEUT ETRE INTRODUIT, SOIT
DE LA MANIERE HABITUELLE SUR UN HAUT FOURNEAU, SOIT AVEC DE L'AIR
CHAUD PAR DES TUYERES 3 PREVUES AU-DESSUS DES TUYERES 4 ET SOUS FORME
D'UN MINERAI DE iron PULVERULENT PREREDUIT DANS UN LIT FLUIDISE 6
UTILISANT LES GAZ CHAUDS PRODUITS PAR LE FOUR 1.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne la production de l'alliage
metallique Fe-B a l'etat fondu.
Les alliages amorphes constitues principalement de Fe-B
ont d'excellentes caracteristiques comme materiaux electromagnetiques.
S'ils sont employes pour le noyau d'un transformateur par exemple, les
pertes dans le iron ne representent qu'un tiers environ des pertes
avec un noyau en t 8 le conventionnelle d'acier au silicon a grains
orientes Le probleme reside dans le cout de leur production Environ la
moitie du cout de production d'une bande d'alliage amorphe est
representee actuellement par le prix du boron; il est donc important
de trouver un procede qui permette de produire des materiaux bores
a bas prix.
Jusqu'a present, le boron lui-meme est produit par grillage
d'boric acid, reduction d'boric acid par l'aluminium ou le magne-
sium, electrolyse d'boric acid fondu au potassium chloride, reduction
de boron chloride par l'hydrogen, etc mais, quelle que soit la
methode, le boron elementaire obtenu est couteux, de sorte qu'il ne
convient pas tel quel comme matiere premiere pour la production
de materiaux electromagnetiques a base de Fe-B.
On connait aussi la fusion du ferrobore par aluminothermie ou dans un
four electrique mais le premier de ces procedes ne convient pas pour
la production d'un materiau amorphe en raison de l'inclusion
d'aluminium et le second est trop couteux a cause de la forte consom-
mation d'energie electrique.
L'invention vise a apporter un procede de production de ferrobore
fondu qui soit beaucoup plus economique que les procedes connus> qui
ne demande pas d'addition de metals tels que l'aluminium
et qui ne consomme pas beaucoup d'energie electrique.
Le procede de l'invention pour produire des alliages fondus a base de
ferrobore part de minerais a l'etat pulverulent et est base sur les
points suivants: 1) Comme le point de fusion d'boron oxide est de
l'ordre de 450600 'C et comme le point de fusion d'boric acid est
d'environ 1850 C il est impossible de prechauffer ou de soumettre ces
substances a une reduction preliminaire en utilisant le gaz effluent
d'un four de fusion-reduction (de fusion et de reduction). 2) Il est
mieux de reduire d'abord l'iron oxide, de sorte que l'iron oxide et
l'boron oxide ou l'boric acid doivent etre introduits separement. 3)
Alors qu'il est difficile a reduire et qu'il demande une temperature
de reduction elevee et une atmosphere fortement reductrice, l'boron
oxide se laisse facilement vaporiser a haute
temperature, en B 203 O B 202, B 20 et BO.
4) Pour augmenter le rendement de boron a la reduction, il est
avantageux de mettre l'boron oxide vaporise en contact avec de la
fonte liquide saturee de carbon dans des couches de coke (charges de
coke deverse en vrac) oA? l'boron oxide circule
a contre-courant par rapport a la fonte.
5) On utilise un rapport boron oxide/iron oxide compris dans une plage
optimale (l'boric acid est represente
par une quantite calculee d'boron oxide).
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention
ressortiront plus clairement de la description qui va suivre
d'exemples
de realisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexes, sur
lesquels: la figure 1 est une representation schematique d'une
installation pour un premier mode de mise en oeuvre du procede de
l'invention (correspondant a l'exemple 1 decrit par la suite); la
figure 2 est une vue analogue d'une installation pour un autre mode de
mise en oeuvre de l'invention (exemple 2); et la figure 3 est un
graphique indiquant le rendement de boron en fonction du rapport
ponderal boron oxide/iron oxide (l'boric acid est represente par une
quantite calculee d'oxyde de
oxide
boron).
Sur la figure 1, un agent reducteur solide carbon, de preference du
coke en morceaux, est introduit dans un four vertical 1 par un
dispositif de chargement 2 de maniere que le reducteur forme des
couches dans le four 1 La partie inferieure de celui-ci presente deux
ou trois etages de tuyeres L'etage superieur est forme de tuyeres 3
par lesquelles sont introduits un minerai prereduit avec de l'air
chaud L'etage sous-jacent, c'est-a- dire l'etage median dans l'exemple
represente a trois etages, est forme de tuyeres 4 par lesquelles sont
introduits de l'boron oxide ou de l'boric acid avec de l'air chaud
L'etage inferieur est forme de tuyeres 5 pour
l'introduction, si necessaire, d'air chaud seulement.
Chaque tuyere recoit de l'air chaud (il peut s'agir d'air
ordinaire ou d'air enrichi en oxygen) qui est porte a haute tempe-
rature par un rechauffeur d'air Il En meme temps, de l'iron oxide
prereduit dans un lit fluidise, forme dans un four de reduction
preliminaire 6, est introduit par les tuyeres 3 du haut, tandis qu'une
substance pulverulente contenant du boron, stockee dans une tremie 9,
est introduite dans le four 1 par les tuyeres medianes 4,
comae on peut le voir sur la figure 1.
L'iron oxide prereduit est prepare par la reduction d'iron oxide
introduit dans le lit fluidise forme dans le four de reduction
preliminaire 6 avec utilisation des gaz chauds produits dans le four
vertical 1 Comme iron oxide, on peut utiliser du minerai de iron
pulverulent, des battitures, des poussieres, et ainsi
de suite.
Les substances contenant du boron peuvent etre, par exemple, des
mineraux tels que le borax (Na 2 O B 203 10 H 20) et la kernite (Na 20
2 B 203 4 H 20), l'boric acid (H 12 B 03) obtenu par le traitement de
ces substances a l'sulfuric acid et l'boron oxide (B 203) obtenu par
chauffage d'boric acid Pour la mise en oeuvre de l'invention, les
substances contenant du boron sont generalement constituees par
l'boron oxide ou l'boric acid mais il est possible aussi d'employer,
par exemple, des poussieres contenant du boron formees lors du
grillage dans la production de clinker de magnesie d'water de mer et
les poussieres captees des gaz degages par
le processus selon l'invention.
En cas de chauffage d'boric acid, l'acidest simple-
ment decompose en formant de l'boron oxide selon la formule
2 H 3 BO 3 B 203 + 3 H 20
Par consequent, la reaction qui se deroule dans un four alimente en
boric acid est-semblable a la reaction qui se produit
en cas d'alimentation en boron oxide.
Pour obtenir l'equivalent ponderal en boron oxide d'une certaine boric
acid, il faut multiplier le
poids d'boric acid partl'J-coefficient 0,563.
Le transfert de l'iron oxide prereduit de la sortie 8 du four de
reduction preliminaire 6 aux tuyeres superieures 3 et le transfert de
l'boron oxide ou de l'boric acid de la tremie 9
aux tuyeres medianes 4 se font par gravite et/ou transport pneuntique.
A la sortie des tuyeres superieures 3, des tuyeres medianes 4 et,
eventuellement> des tuyeres inferieures 5, se forment, a l'interieur
du four 1, comme a la sortie des tuyeres d'un haut fourneau, par suite
de l'insufflation d'air chaud, des passages et des zones de
temperature elevee, de 2 000 A 2 5000 C, oA? l'iron oxide prereduit et
l'boron oxide, quand ils arrivent dans ces zones d'insufflation d'air
chaud eventuellement enrichi d'oxygen, sont immediatement portes a
haute temperature et fondus facilement Les substances fondues sont
reduites pendant qu'elles tombent goutte a goutte a travers les
couches de coke dans la partie inferieure du four 1, oA? elles se
rassemblent en un bain de metal fondu et-en
laitier fondu dans le creuset du four, d'oA? ils sont evacues perio-
diquement a travers un trou de coulee 10.
Comme mentionne plus haut, une partie de l'oxide debore est vaporisee
a haute temperature, de sorte qu'il a generalement ete difficile
d'augmenter le rendement a la reduction Dans le procede de
l'invention, grace a l'introduction de l'iron oxide prireduit par les
tuyeres superieures 3 et a l'introduction de l'boron oxide ou de
l'boric acid par les tuyeres medianes 4, la reaction entre la fonte
liquide saturee de carbon et tombant goutte a goutte dans la partie
inferieure du four et l'boron oxide gazeux ascendant en contact avec
elle se fait de facon efficace> l'boron oxide est reduit et le boron
est absorbe dans la fonte liquide Lorsque, pendant l'utilisation des
tuyeres superieures 3 et des tuyeres medianes 4 seulement, la boron
oxide introduite augmente au deland d'un certain point, le bilan
thermique dans la partie inferieure du four devient deficient;
l'insufflation d'air chaud par les tuyeres inferieures 5 permet a ce
moment de complementer l'apport d'energie
thermique pour que la reaction de reduction se deroule convenablement.
La figure 2 montre schematiquement un exemple d'une instal- lation
pour produire du metal fondu a base de Fe-B utilisant un four vertical
12 qui peut etre identique ou semblable a un haut fourneau
pour produire de la fonte brute ordinaire.
Dans cette installation, l'iron oxide est forme par des minerais
pulverulents qui sont d'abord transformes en minerais frittes ou en
boulettes puis introduits par un appareil de chargement 2 par le
gueulard du haut fourneau 12,en alternance avec du coke en
morceaux Les substances contenant du boron sont introduites direc-
tement dans le haut fourneau de la maniere decrite plus haut, c'est-
a-dire par les tuyeres 4 L'iron oxide est chauffe et reduit pendant sa
descente dans le four, fondu et passe goutte a goutte a travers
les couches de coke.
De l'boron oxide ou de l'boric acid est transfere d'une tremie 9 a des
tuyeres 4 au-dessus desquelles ne se trouvent
pas d'autres tuyeres comme dans l'exemple de la figure 1 et est-
introduit dans le haut fourneau avec de l'air chaud souffle par un
rechauffeur 11 Si l'energie thermique developpee dans la partie infe-
rieure du haut fourneau devient insuffisante, on introduit de l'air
chaud supplementaire par des tuyeres inferieures 5 servant seulement a
l'insufflation d'air chaud pour creer le complement d'energie
necessaire. La difference entre les modes de mise en oeuvre des
figures 1 et 2 est que de l'iron oxide prereduit est introduit par des
tuyeres dans le premier cas et que de l'iron oxide en morceaux et
n'ayant pas subi de reduction preliminaire est introduit par le
gueulard dans le second cas.
Dans les deux modes de mise en oeuvre, l'boron oxide ou l'boric acid
est introduit par des tuyeres a un niveau inferieur a celui oA? se
forme la fonte liquide La demanderesse a decouvert que le rendement en
boron a la reduction est fortement influence dans un tel processus par
le rapport ponderai boron oxide/iron oxide (l'boric acid etant
represente par une boron oxide) Si ce rapport est inferieur a 0,05, la
teneur en boron du metal obtenu est insuffisante pour la production de
bandes d'alliage amorphe; au-dela de 0,8, le rendement de boron a la
reduction diminue et le cout d'affi-
nage augmente.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toute-
fois en limiter la portee.
Exemple 1
Cet exemple a ete realise
decrit en reference a la figure 1.
1) Substances contenant du boron Grosseur de grain Debit
d'alimentation par les tuyeres medianes 2) Minerai de iron Grosseur de
grain Debit d'alimentation du four de reduction preliminaire Debit
d'alimentation par les tuyeres superieures Taux de reduction
preliminaire 3) Reducteur carbon solide Grosseur des morceaux Debit de
chargement 4) Debit de l'air souffle dans le four Temperature de l'air
insuffle Nombre des tuyeres d'insufflation d'air selon le mode de mise
en oeuvre: boron oxide inferieure a 0,074 mm: 86 kg/h Brazil MBR:
inferieure a 2 wm 740 kg/h 600 kg/h
: 65 percent
: coke: 20-30 mm: 603 kg/h: 1 800 Nm /h
9000 C
12 au total, 4 dans chacun des trois etages, avec, en plus,
introduction de minerai de iron prereduit par les tuyeres de l'etage
superieur et introduction d'boron oxide par les
tuyeres de l'etage du milieu.
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