Brevet FR2028969A1 — publié le 19701016

La présente invention est relative à un procédé et a un dispositif pour la conversion de la fonte par insufflation combinée dans le bain de fonte liquide, à travers des injecteurs logés dans le fond du récipient d'affinage, d'oxygène et de matières pulvérulentes. I1 est connu d'affiner la fonte par insufflation à travers le bain d'air fortement enrichi en oxygène ou d'oxygène pur. Ces procédés permettent notamment d'obtenir des aciers à faible teneur en azote et offrent un bilan thermique très avantageux du fait de la réduction ou de l'absence d'azote. Cependant, le soufflage à l'oxygène, effectué pendant une partie ou pendant toute la durée de la conversion, provoque une usure très rapide du fond des convertisseurs. L'usure prématurée des fonds est notamment imputable à 1' inter-action chimique de FeO formé sur les matériaux réfractaires constituant le fond, la consommation de réfractaires étant encore accélérée par le surchauffage thermique prononcé au voisinage immédiat des tuyères et l'absence de brassage efficace lors de la période de déphosphoration. L'affinage à 1' oxygène présente en outre l'inconvénient de produire beaucoup de fumées rousses. Abstraction faite de la perte en fer, ce développement de poussières s'oppose à Ia mise en oeuvre du procédé dans des aèiéries ne disposant pas d'installation de dépoussiérage. On connaît également l'intérêt qu'ont suscité les procédds d'injection par le fond de produits pulvérulents en suspension dans de l'air ou dans de l'air enrichi en oxygène, procédés qui ont mené à une amélioration de la soufflabilité au convertisseur Thomas. Toutefois, il n'est jusqu'ici pas connu que l'insufflation de matières pulvérulentes, notamment de chaux en suspension dans l'oxygène ait eu une incidence positive sur la durée de vie des fonds de convertisseurs. Le but de la présente invention est d'obvier aux inconvénients inhérents à l'emploi d'oxygène par la mise en oeuvre d'une méthode permettant d'orienter les particules solides suspendues dans l'oxygène suivant des tra -jectoires bien définies. et, gracie à une injection dirigée de flux distincts, de contrîler rigoureusement le dérouLement de l'opération d'affinage. A cet effet, on imprime au mélange gaz-poudre à injecter un mouvement hélicoidal. De cette façon, les particules solides se déplacent sous l'influence de la force centrifuge vers les parois des tuyères d'injection et constituent à l'entrée dans le bain un flux annulaire entourant un tourbillon central formé par le constituant gazeux. L'invention a également pour objet différents dispositifs injecteurs permettant la mise en oeuvre de la méthode décrite ci-dessus. Ces dispositifs sont constitués essentiellement de tuyères munies intérieurement d'éléments de guidage conférant au mélange à injecter et notamment aux solides contenus dans ce mélange le mouvement et ltorient-ation désirés. Afin de mieux faire comprendre l'invention et à titre d'exemples de réalisation nullement limitatifs, nous décrivons à l'appui des dessins an nexés quelques dispositifs permettant la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 est une coupe verticale à travers une tuyère munie d'un déflecteur hélicotdal. La figure 2 présente un déroulement de la tuyère représentée en figure 1. La figure 3 illustre une première-forme possible d'un élément de guidage introduit à l'intérieur de la tuyère. La figure 4 montre une autre forme de réalisation d'un déflecteur. La paroi 1 des tuyères représentées sur les figures est constituee d'un matériau métallique ou non métallique pratiquement insoluble dans le bain, comme par exemple le cuivre, les alliages du cuivre, le nickel, l'acier ré- fractaire -inoxydable, certains matériaux céramiques. Le matériau utilisé doit présenter un point de fusion suffisamment élevé et une bonne conductivité thermique ainsi qu'une forte résistance à l'abrasion et à l'oxydation.Une première forme de déflecteur 2, illustrée sur les figures 1 et 2, recouvre la paroi intérieure de la tuyère sur-toute la longueur et se consomme avec le tuyère au fur et à mesure que progresse l'usure du fond et de la tuyère Selon le déhit et la nature du mélange injecté, le déflecteur peut occuper de 20 a 75% de la section de la tuyère. En fonction de cette même considération, 1' angle d'inclinaison du déflecteur par rapport à l'axe de la tuyère varie entre 5 et er .Le déflecteur est constitué de préférence du ;rne matériau que la paroi de dq la tuyère et en tous cas d'un matériau suffisamment antiabrasif pour résister sans endommagement notable pendant toute la durée de la campagne du fond. Cette forme d'injecteur est particulièrement propice lorsqu'il s'agit d'injecter - dans le bain .un mélange constitué d'oxygène et d'une suspension de chaux dans un milieu liquide constitué soit de fuels soit de gaz liquéfié. Une autre catégorie de déflecteurs non solidaires de la paroi de la tu yère est illustrée sur les. figures es 3 et N..- La surface de ces corps de guidage de forme plus ou moins aérodynamique présente des rainures à extension héli- coîdale, l'angle d'inclinaison des rainures pouvant varier comme dans le cas précédent de 50 à 45 . Le plus grand diamètre de ces éléments de guidage est de 30 à 85% de celui de la tuyère proprement dite.Le déflecteur antiabrasif et réfractaire sera monté de façon rigide soit à l'intérieur de la plaque de fond, soit dans la tuyère à proximité immédiate de la plaque de fond, mais à une hauteur telle que vers la fin de la campagne il soit encore suffisamment éloigné du niveau d'usure du fond pour ne pas encourir d'endommagements. Suivant une autre variante, le déflecteur peut être monté de façon mobile à l'intérieur de la tuyère, de sorte à pouvoir hêtre déplacé soit au cours meme de l'affinage d'une charge, soit au fur et à mesure de l'usure du fond. Le déflecteur peut encore être monté a proximite de l'orifice d'injection et faire partie d'un injecteur indésendant ayant éventuellement la forme d'un conduit convergent-divergent. Un tel injecteur est arrangé de façon mobile à l'intérieur d'une tuyère lisse faisant fonction de glissière et d'enveloppe de protection, l'intervalle entre l'injecteur et la tuyère étant protégé contre l'infiltration de métal par un faible courant continu d'un gaz.Cette dernière variante s'avère utile si l'on désire non pas un flux annulaire parallèle à l'axe de l'injecteur, mais un jet périphérique de matières pulvé -rulentes dévié d'un angle de 0 à 450 par rapport à l'axe de l'injecteur. Le refroidissement garanti par le passage de l'oxygène insufflé sous une pression plus élevée qu'à l'ordinaire, c'est-à-dire supérieure à environ 3 kg/cm2, est suffisant et un refroidissement auxiliaire par une circulation séparée d'eau s'est avéré superflu. Les différentes sortes de poudre stockées dans des trémies munies à leur base de distributeurs et de pompes peuvent être injectées isolément ou conjointement par l'intermédiaire de pompes à débit variable dans la conduite principale d'oxygène. En aval de l'endroit d'injection des poudres, la conduite principale se ramifie et alimente directement les différents injecteurs ou différents groupes de 3 à 5 injecteurs. Un tel arrangement est rendu possible du fait que la méthode d'insufflation préconisée permet de réduire le nombre de tuyères de quelques-unes a, au plus, quelques dizaines d'unités suivant I l'importance du convertisseur et les débites respectifs désirés.Pour cette raison, la boite à vent qui, de par ses angles morts, stoppose à une distribution uniforme et instantanée des matières pulvérulentes et favorise la formation de dépôts de poussières, a été supprimée et remplacée par l'ali- mentation directe décrite ci-dessus. Le raccordement entre les différents injecteurs logés dans le fond réfractaire et les conduites d'alimentation extérieures prévues pour les différents injecteurs ou pour différents petits groupes d'injecteurs se fait utilement par l'intermédiaire du couvercle de fond. Il est bien entendu que les dispositifs et arrangements décrits ne constituent que des exemples non limitatifs, et que l'on pourra sans sortir du cadre de t'invention imaginer des variantes ainsi que des modifications de détail. Ainsi, il est par exemple possible d'introduire de la farine de chaux suspendue dans de l'oxygène ou dans un gaz porteur auxiliaire par un tube concentrique extérieur au tube central d'amenée de l'oxygène. Toutefois, les risques d'obturation sont plus prononcés avec une telle disposition. Suivant une forme de mise en oeuvre de l'invention, ;'affinage de la fonte est effectué dans un convertisseur classique auquel on a apporté les transformations précédemment décrites afin de munir le fond d'un nombre d'injecteurs voulu pour assurer les ddbits en oxygène et en farine de chaux désirés. Au début de l'affinage, une partie de la chaux est normalement introduite dans le bain sous forme de chaux en roche par le bec du convertisseur L'autre quantité de chaux constituant la différence entre la quantité totale de l chaux nécessaire à l'affinage et le poids de chaux en morceaux est injectee par le fond sous forme de farine en suspension dans l'oxygène. La quantité de farine de chaux insufflée par charge doit, selon la composition de la fonte et le nombre et la configuration spécifique des injecteurs, comporter entre 20 et 60% de la consommation totale. La granulométrie de la chaux injectée sera choisie très fine et homogène avec de préférence 100% inférieurs à 500 microns et au moins 50% infe'rieurs à 100 microns. Les débits respectifs peuvent hêtre variés à volonté et instantanément dans de larges limites de sorte qu'on peut choisir le volume d'oxygène et le flux de chaux les plus appropriés pour les différentes phases de l'affinage.Les déflecteurs aménagés à l'intérieur des injecteurs impriment au mélange insufflé une trajectoire hélicoldale. Sous l'influence de la force centrifuge ainsi communi quée au mélange, les particules solides à poids spécifique plus élevé en suspension dans le courant d'oxygène sont déviées vers les parois de sorte que la farine de chaux quittera les injecteurs sous forme d'un flux annulaire entourant le tourbillon central d'oxygène ne contenant plus qu'une fraction minime de la chaux qui y est suspendue à l'origine. De cette façon, un jet périphérique compact et assez pénétrant entoure les zones où se produisent les réactions fortement exothermiques d'oxydation du fer et de ses impuretés par 1 'oxygène. La chaux finement divisée et très réactive fixe immédiatement les produits d'oxydation et les entraine lors du contact avec le fond à une certaine distance à l'interieur du bain.En scorifiant immédiatement les produits d'oxydation et en les eloignant du revêtement réfractaire du fond ainsi qu'en absorbant au moins une partie de la chaleur résultant des réactions se déroulant à proximité des tuyères, la chaux insufflée supprime largement les inconvénients d'usure rapide du garnissage en formant en quelque sorte un écran de protection pour te fond. Un autre avantage important constaté au cours des essais résulte de la réduction très substantielle des fumées rousses par rapport à l'affinage classique. En outre, l'absence quasi totale de projections et de débordement offre la possibilité d'augmenter le poids de la charge d'un convertisseur donné.Ainsi, grâce à des modifications et adjonctions limitees et assez peu onéreuses, il devient possible de revaloriser les installations classiques existantes et de les adapter à la conversion à l'oxygène beaucoup plus rapide que l'affinage au vent. Le procédé peut également être modifié par l'amenée concuremment avec la chaux ou à la place de celle-ci d'autres produits finement divisés, par exemple de produits basiques décarbonates ou non, d'oxydes métalliques, de fluorures ou autres produits injectés pour le refroidissement, la formation de la scorie, la désulfuration, la déphosphoration ou l'ajustage de l'analyse. Comme mentionné plus haut, les produits pulvérulents peuvent encore être préalablement mis en suspension dans un liquide constitué de fuel ou de gaz liquéfié avant d'être injectés dans le bain avec l'oxygène. Les grandes variations dans les débits respectifs, la possibilité d' employer simultanément ou successivement plusieurs poudres au cours de 1' affinage de la même charge ainsi que l'injection continue ou discontinue à n'importe quel moment de l'affinage confèrent une- grande souplesse au procédé suivant l'invention. L'insufflation par le fond suivant la technique préconisée nécessite évidemment un broyage intensif des additifs suivi d'un criblage, mais comme elle garantit une excellente réàctivité, eIDe permet d'éviter les pertes en additifs ainsi que les irrégularités dans l'analyse-qui s'ensuivent. REVENDICATIONS 1) Procédé de conversion de la fonte par insufflation combinée d' oxygène et de farine de chaux et éventuellement d'autres produits pulvérulents, caractérisé en ce qu'au cours de l'insufflation par des injecteurs aménagés dans le fond du récipient d'affinage de l'oxygène, provoquant la mise en suspension des matières pulvérulentes, on crée par force centrifuge une ségrégation de la suspens ion en un flux périphérique de matières solides et en un flux central d'oxygène. 2) Procédé de conversion suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le flux-périphérique de produits pulvérulents est injecté suivant une trajectoire dont l'inclinaison par rapport à l'axe de l'injecteur peut varier de 0 à 45 . 3) Procédé de conversion suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les débits respectifs d'oxygène et de produits pulvérulents, injectés de façon continue ou discontinue, peuvent etre variés instantanément dans les limites désirées, et en ce que plusieurs produits pulvérulents peuvent être employés simultanément ou successivement. 4) Procédé de conversion suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'avant l'introduction dans le courant d'oxygène les produits pulvérulents sont préalablement mis en suspension dans un milieu liquide constitué de fuel ou de gaz liquéfié. 5) Dispositifs injecteurs pour la mise en oeuvre du procédé suivant une -quelconque des revendications 1 à 4, caractérisés en ce qu'ils sont constitués essentiellement de tuyères loges dans le fond, ces tuyères étant équipées d'éléments de guidage fixes ou mobiles. 6) Dispositifs suivant la revendication 5, caractérisés en ce que les éléments de guidage sont des déflecteurs fixes solidaires de la paroi intérieure destuyères. 7) Dispositifs suivant la revendication 6, caractérisés en ce que les éléments de guidage sont des déflecteurs-à rainures, non solidaires des tuyères, et introduits de façon mobile ou rigide à l'intérieur des tuyères ou des canaux dans la plaque du fond. 8) Dispositifs suivant les revendications 5--ou 7, caractérisés en ce qu'ils soné alimentés directement ou par petits troupes de 3-è 5 par des canalisatibns prévues à cette fin sans l'intermédiaire de la boite à vent. 9) Fonte obtenue à l'aide du: dispositif. suivant une quelconque des revendications 5 à 8.