Brevet FR2030032A1 — publié le 19701030

La présente invention, due à Monsieur J. DAUBERSY, concerne des perfectionnements aux procédés et dispositifs d'affinage de la fonte par insufflation d'oxygène industriellement pur dans un convertisseur à soufflage par le fond. On connaît en principe des procédés d'affinage de la tonte par insufflation d' oxygèns industriellement pur à travers des tuyères de cuivre logées dans le iond du convertisseur et refroidies par circulation d'sen en circuit fermé. A notre connaissance, ce procédé n'a jamais reçu d'application industrielle et il ne le pourrait sans doute jamais. On cognait également des procédés consistant à insuffler par le fond du convertisseur un mélange d'oxygène industriellement pur et d'un gaz à dissociation endothermique, tel que la vapeur d'ean, l'anhydride carbonique ou un hydrocarbure. Les mêmes déposant et inventeur ont d'ailleurs breveté et développé industriellement un procédé de soufflage d'un sélange oxygène-vapeur, procédé qui s'est révélé être, de tous les procédés de conversion connus, celui qui de loin donne l'acier le plus pauvre en asote et en carbone. Ils ont aussi montré, que contrairement à l'opinion généralement répandue, l'introduction dans les gaz de soufflage d'éléments susceptibles d'enrichir la teaeur de l'acier en hydrogène améliorait sensiblement le comportement à la coulée des aciers effervescents qui constituent toujours la très grande part du marché de l'acier, snas pour autent empêcher la fabrication d'acier calmés. On connait aussi des procédés plus réconts consistant essentiellement à injecter dans une couronne circulaire entourant le jet d'oxygène, des gai divers, bustibles ou non, tels que des hydrocarbures, du CO2, de la vapeur d'eau. On réslise ainsi une protection efficace du fond du convertisseur. Ces derniers procédés comportent cependant certains inconvénients propres à chacun de ces gaz additionnels : - Pour les hydrocarbures, le danger de créer des mélanges explosifs, la diffi cuité de trouver des hydrocarbures bon marché exempts d'azote, tme difficulté plus grande de réaliser des aciers à trbs bas carbone. - Pour le CO2, le prix de production de ce gai, la difficulté d'éviter la formation de dépôts de neige carbonique, une plus grande difficulté de réaliser de très basses teneurs en carbone. - Pour la vapeur d'eau, les complications technologiques inhérentes aux surchauffes nécessaires. La présente invention recourt à une protection par une injection en couronne circulaire autour du ou des Jets d'oxygène pur, mais le fluide ainsi injecté est simplement de l'eau b l'état liquide. Ainsi, sont combinés d'une manière particulièrement simple, le refroidissement de la tuyère par circulation d'eau et un double effet de protection par vaporisation et par décomposition de l'eau. Le procédé objet de l'invention dans lequel on affine de la fonte par insuf- flation d'oxygène industriellement pur par le fond du convertisseur est donc esentiellement caractérisé en ce que les tuyères d'injection d'oxygène sont refroidies par une circulation d'eau et en ce que cette eau est ensuite injectée dans le bain autour de chacun des jets d'oxygène sous la forme d'une couronne circulaire ou de plusieurs jets distribués le long d'une ou de plusieurs couronnes circulaires dont chacune est concentrique à un des jets d'oxygène, de façon, d'une part, à refroidir la tuyère par circulation d'eau et, d'autre part, k entourer chacun des jets d'oxygène d'un rideau d'eau à l'endroit de son entrés dans le bain de fonte. Il y a intérêt à réduire autant que possible le nombre de jets d'oxygène à la fois pour des raisons de simplicité et pour disposer au-desaus de la surface du bain, d'un apport d'oxygène libre capable de btûler tout ou partie du CO et de l'hydrogène résultant des résotions de conversion. Les avantages du procédé sont : a) la simplicité de l'installation, la facilité de réaliser l'étanchéité té des or ganes de distribution de l'eau, ce qui n'est pas le cas pour la vapeur d'eau. b) une protection plus efficace des tuyères métalliques, l'eau recfroidissant di rectement celles-ci. c) une protection plus efficace des fonds s l'eau injectée dans le bain de fonte en fusion subit à à son entrés dans 1. bain, préalablement à la décomposition endothermique, une vaporisation brutale.Cette vaporisation crée, immédiatement à la sortie de la tuyère, c'est-à-dire dans la zone à protéger, une angmentation brutale du volume du fluide qui tend à écarter la fonte et orée une zone spécialement impropre è la transmission de la chaleur par rayonnement. Cette action s'ajoute à celle due à la réaction de décomposition endothermique, laquelle est moins instantanée et donc moins con centrée à la sortie de la tuyère. d) un coût sensiblement moins élevé. e) l'absence de danger de création de mélange explosif moyennant des conditions simples à respectar. f) facilité d'obtention d'un acier pauvre en cabane et en azote. g) influence heureuse de l'hydrogène pour la fabrication des aciers effervescents. La quantité d'eau à injecter est de l'ordre de 10 % en poids par rapport à l' oxygène injecté. Ceci laisse une très grande quantité de chaleur disponible pour la fusion dea mitrailles, lais il est évident que si l'on ne disse pas de ai- trailles en quantité suffisante, rien n'empêche d'augmenter la quantité d'eau injectée. Les dimensions de la ou des tuyères concentriques seront avantageusement adaptées aux débits et pressions que l'on met en jen,pour réaliser cette condition que la quantité d'eau autour de chaque jet d'oxygène puisse atteindre au minimum 10 % du poids de l'oxygène. La réalisation technique la plus simple et qui fait également l'objet de l'in- vention consiste A réaliser une ou des tuyères composées de deux tubes métalliques coaxiaux sertis l'un dans l'autre, et pourvus d'un certain nombre de rainures mé- nagées è l'interface entre les deux tubes, soit è la surface extérieure du tube intérieur, soit à la surface intérieure du tube extérieur soit encore selon ces deux dispositions simultanément. Un mode de réalisation avantageux de ce dispositif consiste à donner aux dites rainures une forme hélicoTdale permettant d'imprimer un mouvement giratoire è l' eau qui y circule. Ce mode de réalisation offre l'davantage supplémentaire de permettre l'épanouis- sement des jets d'eau en un rideau tendant vers une forme paraboloïdique, et d'assurer ainsi une meilleure protection de la surface du fond contre la surchauffe suscitée par la combustion du carbone au voisînaae de Jets d'oxygène. Â titre d'exemple non limitatif de tuyères ainsi protégées, considérons une cornue de 50 tonnes de capacité, dans laquelle on désire souffler l'oxygène avec un débit de l'ordre de 350 à 500 kg/min, @e qui correspond à un temps de soufflage de l'ordre de 10 à 20 minute. On dispose d'oxygène et d'eau à la pression efficace de 10 kg/cm2. Un tube en cuivre de diamètre intérieur de 30 mm (diamètre extérieur 36 mn) permet, à cette pression d'alimentation et pour une longueur de 1 m, un débiy d'oxygène maximum de l'ordre de 7.500 Nm3/heure, soit environ 3 kg/seconde et le débit d'eau devrait donc pouvoir atteindre 0,3 kg/seconde. Ce tube en cuivre est introduit dans un second tube métallique dans lequel il peut glisser à frottement doux. Au préalable, on découpe dans la paroi extérieur du tube de cuivre, 25 rainures hélicoïdales (1 tour/10 cm), de 2 mm de largeur et 1 mm de profondeur0 Ceci laisse entre chaque rainure une distance d'environ 2,5 mm, On peut ainsi injecter entre les deux tubes un débit d'eau de l'ordre de 0,3 kg/sec moyennent une perte de charge maximum de l'ordre de 6,5 kg/cm2/m tube. On constate que trois tuyères sont nécessaires pour réaliser le soufflage à raison de 350 è 500 kg d'oxygène par minute. Le procédé de l'invention convient directement pour la fabrication des aciers effervescents qui constituent généralement la grande masse de la production. Quant à la fabrication des aciers calmés, il est généralement nécessaire d'éviter la présence d'hydrogène. i'is les moyens d'éliminer l'hydrogène provenant de l'injeo- tion d'eau sont simples et bien connus (injection d'argon ou d'azote, soufflage à l'air). La mise en oeuvre du procédé de l'invention nécessite quelques précautions simples pour éviter d'une part la destruction des réfractaires dolomitiques par 1' eau et d'autre part, des explosions si l'on introduit de la fonte liquide car de matières humides. Il faut donc absolument éviter d'introduire de l'eau dans le convertisseur lorsqu'il est froid. Il suffit pour cela do munir la conduite d'eau d'une robinetterie bien étan- che et, de préférence, de vider la conduite d'amenée d'eau après l'injection. On injecte l'eau en mmae temps que l'oxygène, c'est-à-dire juste avant de re- lever la cornue qui a reçu sa charge de fonte. Le nombre, la répartition et les dimensions optimales de tuyères à utiliser doivent être déterminés dans chaque cas particulier suivant la capacité de la cor- nue et l'intérêt respectif que l'on attache, soit à utiliser beaucoup de mitrailles, soit à ménager la vie du revêtement du convertisseur, soit à faciliter les opérations de chargement et de vidange par la répartition de tuyères sur le fond, soit encore à la simplicité des raccordements nécessaires à l'alimentation des tuyères. Il ne sort Pas du cadre de la présente invention d'utiliser le procédé et les tuyères décrits dans le cas de l'affinage continu de la fonte dans un réci- pient pouvant par exemple avoir la forme d'un chenal dont le fond est muni de tubes en question. REVENDICATIONS 1. Procédé d'affinage do la fonte dans un convertisseur à soufflage par le fond, dane lequel on insuffle de l'oxygène industriellement pur par une ou des tuyères logées dans le fond du convertisseur et délivrant chacune un jet d'oxygène, caractérisé en ce que l'on injecte en même temps que ledit oxygène industriellement pur, une certaine quantité d'eau sous la forme d'une couronne circulaire ou de plusieurs jets distribués le long d'au moins une circonférence concentrique à chacun des jets d'oxygène, de façon telle que chaque tuyère soit directement refroidie par la circulation de l'eau injectée et que tout Jet d'oxygène soit entouré d'un rideau d'eau à l'endroit de son entrée dans le bain. 2. Tuyère de soufflage pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est composée de deux tubes coaxiaux sortis l'un dans l'autre et en ce qu'elle est pourvue de conduits constitués par des rainures ménagées à l'interface entre les deux dits tubes, ces rainures étant creusées soit à la surface extérieure du tube intérieur, soit à la surfase intérieure du tube extérieur, soit selon ces deux dispositions simultanéront. 3. Tuyère de soufflage suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les dits conduits sont dirigés dans le sens longitudinal de la tuyère, de façon que les jets d'eau qui en sortent soient parallèles au jet central d'oxygène. 4. Tuyère de soufflage suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les dits conduits ont une forme hélicoïdale, de façon à imprimer aux jets d'eau un mouvement giratoire tendant à les étaler et à leur conféror une forme sensiblement paraboloïdique.