Brevet FR2013357A1 — publié le 19700403

La présente invention a pour objet un procédé et un appareil pour réaliser des réactions entre les liquides, gaz, scories et matières solides, en particulier pour affiner la fonte par I'oxygène avec addition de chaux en vue de faire passer les impuretés indésirables dans la scorie ou de les transformer en gaz et d'obtenir un acier ou autre métal purifié. Il est connu d'affiner la fonte par l'oxygène avec addition de scorifiants afin d'éliminer les impuretés oxydables. Mais les techniques d'affinage connues sont périodiques, c'est-à-dire qu'elles ne permettent d'affiner la fonte que par coulées. De nombreux essais ont été faits par le passé pour purifier les métaux en continu. C'est ainsi par exemple que l'on a essayé d'affiner la fonte au sortir du trou de coulée d'un haut fourneau en injectant I'oxygène à travers les briques poreuses du fond du chéneau de coulée ou en le soufflant sur la fonte. Toutefois, cette méthode n'a pas encore donné de bons résultats. En effet, la vitesse d'écoulement de la fonte dans le chéneau de coulée est relativement élevée. D'autre part, la surface de contact entre l'oxygène et le métal est petite. De plus, l'adoption de briques poreuses pour le chéneau donne lieu à des difficultés dont certaines proviennent de la faible épaisseur du courant de métal. En outre, le soufflage d'oxygène sur ce courant exige le montage d'un grand nombre de lances sur toute la longueur du chéneau et l'utilisation de l'oxygène ;Ftest minime. D'autres essais avaient pour but notamment d'augmenter la surface de réaction par une fine division de la fonte et d'améliorer ainsi l'effet de purification. C'est ainsi que dans un procédé d'affinage connu on pulvérise le jet de fonte au sortir du bec d'une poche en infectant ltoxygène dans ce jet à travers une bague pulvérisatrice refroidie. La fonte ainsi pulvérisée et pré affinéeentre dans une chambre de réaction, au-dessous ae la quelle se trouve un récipient destiné à séparer la scorie du métal affiné, qui s'écoule à la partie inférieure de ce récipient en vue d'être collecté dans une poche, tandis que la scorie sort dudit récipient par un canal latéral. Cependant, ce procédé ne peut être appliqué à l'affinage de la fonte que si celle-ci est pratiquement exempte de phosphore ou si un pourcentage assez élevé de cet élément peut être admis après affinage, car une rephosphoration a lieu dans ledit récipient, c'est-à-dire que le phosphore passe de la scorie à l'acier. Un autre procédé connu consiste en ce que la scorie mousseuse formée lors defil'affinage de la fonte par l'oxygène et contenant des gouttelettes de métal est amenée de la partie supérieure du récipient d'affinage à un vase dans lequel les gouttelettes d'acier sont séparées de la scorie par décantation. La scorie mousseuse servant à véhiculer les gouttelettes d'acier, le temps de réaction est en un certain rapport avec la quantité de métal véhiculé. De ce fait, il est difficile de faire certaines analyses d'acier avec ce procédé connu. La présente invention a pour but de réaliser un procédé continu et un appareil dans lesquels le temps disponible pour la réaction entre le métal et la scorie peut être réglé dans de larges limites et pour lesquels on obtient une grande surface de réaction. Ces résultats sont atteints par un procédé permettant d'introduire le métal en continu dans le compartiment d'entrée d'un récipient de réaction en forme d'U, au travers d'une couche de scorie, de souffler un gaz de réaction sur la surface de la scorie et/ou du bain métallique et d'évacuer le métal du compartiment de sortie dudit récipient. Le métal descendant dans le compartiment d'entrée entrains une partie de la scorie sous forme de gouttelettes très fines, qui remontent après un certain temps, sous l'effet de leur faible poids spécifique, alors que le métal continue à descendre et pénètre dans une ouverture débouchant dans le compartiment de sortie du récipient précité. La longueur du circuit de réaction et, par conséquent, le temps de réaction peuvent être réglés en fonction oe la quantité et de l'énergie cinétique du métal amené par unité de temps. Le préférence, le métal tombe librement dans le récipient de réaction, d'une poche prévue au-dessus du compartiment d'entrée,si bien qu'vil entrains, sous l'action de sa forte énergie cinétique, une proportion considérable de scorie sous forme de gouttelettes très fines. L'entrainement constant de gouttelettes, qui remontent enfin dans la couche de scorie, grâce à leur petit poids spécifique, conduit à un brassage énergique du métal et de la scorie. Le soufflage d'un gaz de réaction (oxygène pour la préparation de l'acier par exemple) et l'addition de matières solides ont pour conséquence de former en permanence de la scorie réactive, qui absorbe les impuretés indésirables du métal. Afin de provoquer un effet de refroidissement on peut ajouter au métal des ferrailles de meme nature que celui-ci, ce qui augmente notablement le rendement. L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention est constitué par un récipient de réaction en forme d'U comportant un compartiment vertical 6'entrée, un compartiment vertical de sortie, une ouverture pour la liaison de ces compartiments, au moins un tube d'amenée de gaz au compartiment d'entrée et des ouvertures d'écoulement de scorie et d'acier situées à des niveaux différents. je récipient mentionné ci-dessus peut être forme Qe deux compartiments placés cote à cote et séparés par une cloison percée, en èas, d'un trou pour le passage du métal. Xais il peut aussi être formé de deux coFartiments espacés, reliés par un corartiment irìtermédiaire. L'irvention va ^laintenant être cécrite en se référant à des modes de mise en oeuvre donnés à titre d'exemples non limitatifs pour la faSrication de l'acier et représentés par le dessin ci-joint, dans lequel: La figure 1 est une coupe verticale d'un premier appareil selon l'invention; La figure 2 est une vue en plan d'un deuxième appareil selon l'invention; La figure 3 est une coupe verticale d'un compartiment de sortie; La figure 4.est une coupe verticale d'un troisième appareil selon l'invention; La figure 5 est une coupe verticale d'un quatrième appareil selon l'invention; La figure 6 est une variante de l'appareil précédent; La figure 7 est une combinaison d'un nouvel appareil et-d'un dispositif d'affinage connu;; La figure 8 est une autre variante de l'appareil représenté par la figure 5. Dans la figure 1 est désigné par 10 un récipient de réaction comprenant un compartiment d'entrée 11, un compartiment d'addition 12 et un compartiment de sortie 13, qui sont reliés à la manière des vases communicants par un compartiment intermédiaire 14. Dans les compartiments d'entrée et de sortie 11, 13 débouchent des lances d'amenée de gaz de réaction 15, 16. De ces mêmes compartiments partent des chéneaux d'écoulement de scorie 17, 18. Le compartiment de sortie 13 est équipé d'un chéneau 19 d'évacuation du métal traité 26. Ce chéneau peut déboucher dans une poche ou dans le compartiment d'entrée d'un autre récipient de réaction. Suivant la figure 2, le nouvel appareil peut comporter deux compartiments adjacents 11, 13 séparés par une cloison 22 percée d'un trou 21. Au fond du compartiment d'entrée 11 est disposé un déflecteur 23 destiné à influencer la direction d'écoulement du métal 26. La fonte sortant en un jet 25 d'une poche 24 située au-dessus du conpartiment d'entrée i1 passe dans celui-ci, le récipiert de réaction 10 se remplissant alors partout de métal 26 et, dans les compartiments 11, 13, de scorie primaire 27 à la manière des vases communicants. Cette fonte est affinée par l'oxygène soufflé par les lances 15, 16, les impuretés oxydées et les additions donnant naissance à la scorie 27, qui s'écoule du récipient 10 par le chéneau 17. Dans la mesure où la fonte passe dans le compartiment d'entrée 11, l'acier 26 sort du compartiment d'écoulement 13 par le chéneau 19 tandis que la scorie secondaire 28 surnageant à la surface du métal 26 s'échappe par le trou 18 dès qu'elle atteint ce niveau. Pour refroidir le métal 26 on peut charger des ferrailles 29 dans le compartiment d'addition 12. Les scorifiants nécessaires sont introduits dans les compartiments 11, 13 directement ou par les oets d'oxygène des lances 15, 16. Le jet d'oxygène pénétrant dans le compartiment d'entrée 11 fait tourbillonner la fonte contenue dans ce dernier et la mélange avec la scorie, après quoi la fonte descend, entraînant une partie de la scorie. En levant et en abaissant la poche 24 on peut peut faire varier le terps de séjour dans la coulée 26 des gouttelettes de scorie entrainées et, par suite, le temps de réaction entre la fonte et la scorie. Ainsi que le fait ressortir la figure 4, le déflecteur 23 placé au fond du compartiment d'entrée 11 dévie la fonte descendante vers la paroi gauche de ce compartiment, où le métal monte pour passer sur la paroi droite et pénétrer enfin dans le compartiment de sortie 13, à travers le compartiment intermédiaire 14 ou le trou 21. On peut utiliser au maximum l'oxygène d'affinage er conduisant la scorie secondaire 28 du compartiment de sortie 13 au compartiment d'ertrée 11, comme indiqué dans le. figures 3 3. 8. 'Dans ce cas, l scorie secondaire r'actIve 28 réagit sur la fonte entrant dans le compartiment d'entrée 11. Ensuite, elle sort de celui-ci par le chéneau 17. La scorie 28 peut passer par gravité dans le compartiment d'entrée 11, à travers un canal incliné 31, à condition que la couche de scorie 28 accumulée dans le compartiment de sortie 13 soit d'une épaisseur supérieure à celle de la couche de scorie 27 accumulée dans le compartiment d'entrée 11. Dans ces conditions, le débordement des la scorie 28 est déterminé par l'équilibre ferrostatique des compartiments 11, 13. Au lieu de faire appel à cet équilibre, on peut rétrécir sensiblement la partie supérieure du compartiment de sortie 13. ais il serait plus simple de déplacer cet équilibre, par exemple au moyen d'un champs électromagnétique ou d'un vide, de telle façon que la surface du bain et de la scorie du compartiment de sortie 13 soit à un niveau supérieur à celui du bain et de la scorie du compartiment d'entrée 11. A cet effet, le compartiment intermédiaire 14 ou le compartiment de sortie 13 peut être entouré d'une bobine électro-magnétique 32 (figure 4). Dans ce cas, le compartiment intermédiaire 14 peut avoir une largeur inférieure à celle des compartiments 11, 13. Suivant la figure 5, une autre possibilité consiste à fermer le compartiment de sortie 13 par un couvercle 38, à le diviser par une cloison 33 en deux enceintes 39, 40 et à raccorder l'enceinte 39 à une pompe à vide 34, Si bien que la surface du bain et de la scorie du compartiment 13 peut être élevée sous la dépression de l'enceinte 39, jusqu'à ce que la scorie 28 atteigne l'orifice d'entrée 35 du canal 31. On peut aussi élever la couche de scorie du compartiment de sortie 13 en injectant un gaz dans la scorie et/ou la coulée, ce qui produit le moussage de la scorie et/ou de la coulée. Ce moussage conduit à réduire leur poids spécifique, en sorte que la hauteur de la colonne de métal et de scorie du compartiment de sortie 13 augmente sui vant le principe des vases communicants. L'injection du gaz et le moussage de la scorie peuvent être limités à la zone 40 située au droit de l'orifice d'entrée 35 du canal d'évacuation de scorie 31. Four le moussage en question on utilise, avec avantage, des gaz chauds. Ceux-ci peuvent autre prélevés sur le compartiment d'entrée 11 ou le compartiment de sortie 13. Au lieu de faire le vide ou d'injecter des gaz chauds afin de faire déborder la scorie, il est possible ae doser le jet de gaz de la lance 16. enfin, il est possible d'adopter un canal d'évacuation de scorie 31 en forme d'U et d'insuffler un gaz chaud dans sa branche du coté compartiment d'entrée 11, ce qui a pour conséquence de faire écouler la scorie vers le compartiment d'entrée 11. Dans le mode de mise en oeuvre représenté dans la figure 4, l'énergie cinétique du jet de fonte 25 sert à obtenir dans le compartiment de sortie 13 un niveau de bain et de scorie plus élevé que dans le compartiment d'entrée 11. Une partie de cette énergie provoque le tourbillonnement de la fonte dans le compartiment d'entrée 11. Le jet de fonte 25, chargé de particules de scorie, est dévié à gauche et vers le haut par la face gauche du déflecteur 23. Le jet de gaz rencontre ce courant à la partie supérieure du compartiment d'entrée 11 et l'oblige à passer dans le compartiment intermédiaire 14, la vitesse de circulation étant alors augmentée au-dessus du sommet du déflecteur 23 par le étal descendant du jet de fonte 25. vitesse de circulation du étal, dans le compartiment intermédiaire 14, démuni du champs électro magnétique 32, et fonction de la section de passage de ce compartiment. Elle et diminuée, notamment au pied du comp rti- ent de sortie 13, par un évasement 37, l'énergie cinétique du létal se transformant alors en -ression de telle manière que la surface du et et de la scorie puisse être maintenue a un niveau plus élevé dans le compartiment de sortie 13 que Nans le compartiment d'entrée 11, à l'encontre de l'équilibre ferrostatique. Dans ces cditions, la scorie secondaire 28 passe par gravité dans le compartiment d'entrée 11, au travers du canal 31. On peut mettre à profit, en plus de l'énergie cinétique du jet de métal, l'énergie de circulation des courants tourbillornaaires verticaux produits comme il est connu par le soufflage du jet de gaz. cet effet, la section d'entrée et la section de sortie du compartiment intermédiaire 14 sont conçues pour que le métal soit retenu à l'endroit du raccordement du compartiment d'entrée 11 au compartiment intermédiaire 14 et soit aspiré à l'endroit du raccordement de ce dernier au compartiment de sortie 13, ce qui permet d'élever la colonne de métal et de scorie de ce dernier compartiment. Une variante consiste à déplacer le jet de fonte 25 par rapport au déflecteur 23 ou au jet de gaz de la lance 15 (figure 4). Si ce déplacement s'effectue à droite, une partie croissante du métal (soustraite au contact direct du jet de gaz) pénètre, après réaction sur la scorie primaire 27, dans le compartiment intermédiaire 14 où elle est mélangée au métal, qui a déjà parcouru le circuit indiqué dans la fi ourse 4. Un effet semblable peut etre obtenu avec un ået de fonte fixe lorsque le récipient de traitement 10 est monté sur un culbuteur pérmettant d'abaisser le compartiment d'entrée 11. suivant les figures 5 et 6, le compartiment de sortie 13 communique par un trou 41 avec une chambre 42, d'où part le cnéneau d'écoulement de métal 19. xn maintenant la chambre 39 sous surpression par le gaz de réaction ou tout autre gaz on refoule la scorie 28 et le métal 26 dans la chambre 40 et la chambre 42, qui ne sont qu'à la pression atmosphérique. Gn peut ainsi régler tant le débordement de la scorie que l'écoulement du métal. La surpression régnant dans la chambre 39 peut être ajustée à l'aide d'une soupape 43 installée sur le couvercle 38 ou sur une conduite 44 reliant le compartiment de sortie 13 au compartiment d'entrée 11 et servant à amener les fumées à ce dernier compartiment. Une solution particulièrement simple est obtenue dans le cas où les compartiments d'entrée et de sortie 11, 13 sont placés côte à cote et séparés par une cloison percée, en bas, d'un trou. Si cette cloison comporte un canal incliné partant du compartiment de sortie 13, au droit de la surface de contact du métal et de la scorie, et aboutissant à la partie supérieure du compartiment d'entrée 11, ce canal se substitue à la chambre d'évacuation de scorie 40 ou à sa paroi 33. En effet, la surpression du compartiment de sortie 13 a pour effet de pousser la scorie dans ce canal qui alimente le compartiment d'entrée 11. Le procédé objet de la présente invention peut être combiné à tout autre procédé. C'est ainsi, par exemple, que le jet de métal 25 peut être pulvérisé et oxydé par un gaz à l'entrée du compartiment 11, dans lequel la fonte préaffinée ne subit plus qu'un traitement complémentaire. Dans ce cas, on peut faire passer le gaz du compartiment de sortie 13 soit à travers une conduite 45 aboutissant à une bague 46 d'où il sort pour pulvériser le jet de métal 25 (figure 7), soit à travers une conduite 49 débouchant dans un tube 47, de préférence céramique, agencé à la manière d'un éjecteur, dans la partie étroite de la section duquel il se forme une dépression qui aspire la scorie eu compartiment de sortie 13 et la refoule dans une bague distributrice 48 destinée à mélanger la scorie mousseuse au çet de étal (figure 8). Le recipient conXor^e à l'invention possède un garnissage réfractaire (figure 1 à 6) ou il est formé ce parois er er ou en cuivre par exemple, à circulation d'eau O (figures 7 et 8). Par un régla e çudicieus de la circulation d'eau U or eut maintenir les parois irterieures-du re cipient à une température inférieure au point de fusion du métal à traiteur. Il en résulte une solidification de ce métal sur lesdites parois. L'épaisseur de la couche protectrice de métal solidifié peut etre adaptée aux conditions opératoires par modification de l'intensité de la circulation d'eau. En outre, en modifiant la température et le débit par unité de temps du liquide de refroidissement on peut augmenter ou diminuer la section de passage du récipient en certains endroits afin d'influer sur la vitesse et le sens de circulation du métal. De toutes façons, ce moyen procure une protection efficace des parois du "nouveau récipient contre l'action de la scorie et/ou du métal traité. REVENDICATIONS L présente invention a pour obJet: A - Un procédé pour réaliser des réac- tions entre les liquides, gaz, scories et matières solides, en particulier pour affiner la fonte par l'oxygène avec addition de chaux, ce procédé étant remarquable en ce qui concerne les points suivants, pris séparément ou en combinaison:: 10 - On introduit le métal en continu dans le compartinent d'entrée d'un récipient de réaction en forme d'U, au travers d'une couche de scorie, on souffle un gaz de réaction sur la surface de la scorie et/ou du bain métallique et on évacue le métal du compartiment de sortie dudit récipient; 2 - Le métal tombe librement dans le récipient de réaction, d'une poche prévue au-dessus du compartiment d'entrée; 3 - On ajoute au métal des ferrailles ou d'autres additions solides; 4 - Dans le compartiment de sortie, une couche de scorie surnage au métal, sur lequel on souffle un gaz à travers cette couche de scorie;; 5 - La surface au métal et celle de la scorie du compartiment ae sortie sont élevées par un vide; 6 - Un gaz supplémentaire est insufflé dans le rétal, à la partie inférieure du compartiment de sortie; 70 - Un gaz supplémentaire est insufflé dans la scorie contenue dans le compartiment de sortie; 8 - La surface d'un métal ferromagné- tique et élevée ans le coa-rtiment de sortie sous l'ac tion d'un champs électro-magnétique;; 9 - La scorie est amenée totalement ou par portions du compartiment de sortie au compartiment a'en- trée; 100 - La scorie et/ou le étal du com partiment de sortie sont évacués -ar une surpression; lic - La scorie et le gaz de réaction sont amenés du compartiment de sortie au compartiment de réaction; 12 - On fait tcurbillonner le métal à la partie inférieure du compartiment d'entrée; 130 - Le métal est retenu à la sortie du compartiment d'entrée et est aspiré à l'entrée du compartiment de sortie; 14 - L'intensité du refroidissement provoque la formation d'une couche de métal solide sur les parois du récipient de réaction;; 150 - On emploie comme métal la fonte et comme gaz de réaction I'oxygéne; B - Un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon A, cet appareil étant caractérisé par les particularités suivantes, considérées isolément ou en combinaison: 10 - L'appareil est constitué par un récipient de réaction en forme d'U compartant un compartiment vertical d'entrée, un compartiment vertical de sortie, une ouverture pour la liaison de ces compartiments, au moins un tube d'amenée de gaz au compartiment d'entrée et des ouvertures d'écoulement de scorie et d'acier situées à des niveaux différents; 20 - Les compartiments communiquent entre eux par un compartiment intermédiaire; 30 - Une ouverture ou une chambre d'addition est prévue sur le compartiment intermédiaire;; 40 - La section du compartiment intermé diaire est inférieure à celle du compartiment d'entrée et à celle du compartiment de sortie; 50 - Le compartiment de sortie est fermé et raccordé à une pompe à vide; 60 - Le compartiment intermédiaire ou le compartiment de sortie est entouré d'une bobine électro-magnétique; 70 - Le compartiment de sortie communique avec le compartiment d'entrée par un tube ou un chéneau d'éva cuation de scorie; 80 - Le compartiment de sortie fermé communique avec le compartiment d'entrée par une conduite pourvue d'une soupape; 90 - Le compartiment de sortie est divisé en au moins deux chambres; 1 e Le tropplein de scorie débouche dans l'une desdites chambres et le canal d'écoulement d'acier dans l'autre; 110 - Un déflecteur est disposé au fond du compartiment d'entrée; ; 120 - Plusieurs récipients de réaction sont montés les uns derrière les autres et reliés par des chéneaux ou des tubes de trop-plein; 13 - Une conduite de gaz débouche dans le tube d'évacuation de scorie, au droit d'un rétrécissement, ce tube communiquant avec une bague distributrice située dans le compartiment d'entrée; 140 - Les parois des compartiments sont métalliques et refroidies à l'eau.