Brevet FR2077286A1 — publié le 19711022

l'invention a pour objet un procédé de fusion du fer et un cubilot pour la mise en oeuvre ie ce procédé. Des cubilots de ce type sont habituel!eaent chargés avec des gueuses de fonte, des riblons ou des ferrailles, ou 5 -avec un mélange de ces matériaux avec ou sans ferro-alliages, mélangés avec du coke de fonderie pour fournir l'énergie -cherrai que nécessaire pour provoquer la fusion du fer. On a essayé de remplacer dans les cubilots le coke corme source d'énergie, au moins partiellement, par des combus-10 tibles liquides ou gazeux. les résultats n'ont pas entièrement donné satisfaction dans la pratique, car, lorsqu'une quantité substantielle de coke est remplacée par 'on autre combustible, la température du métal ne satisfait pas les exigences de nombreuses fonderies produisant des pièces coulées. 15 Dans les tentatives effectuées pour tirer parti plus complètement des avantages potentiels des combustibles liquides ou gazeux dans la fusion des métaux pour obtenir de la fonte, on a cherché à éliminer les limitations des fours classiques à mazout et à gaz, qui avaient sérieusement restreint leur utili-20 sation. Par rapport au cubilot, les inconvénients les plus sérieux de ces fours sont : le rendement thermique est faible, ces fours ne peuvent pas être très facilement adaptés à fournir en continu le métal fondu, et le prix de la matière première pour obtenir la plupart des qualités de fer est notablement 25 plus élevé, du fait que le métal ne peut pas,.dans ces fours, être carburé de façon satisfaisante comme il l'est par contact avec le coke dans un cubilot ; de ce fait, l'on doit employer un ..^urcentage plus élevé de matières premières à forte teneur en carbone, donc plus coûteuses, telles que des gueuses de fonte, 30 dans le chargement de ces fours, de façon à obtenir de la fonte ayant la teneur requise en carbone. On a en particulier essayé d'accroître le rendement thermique de fusion dans un cubilot lui-même, lorsqu'on utilise des combustibles non solides, en alimentant les brûleurs de ces 35 combustibles avec de l'oxygène ou avec de l'air enrichi en oxygène. La présente invention, contrairement à ce procédé, envisage de fondre la charge métallique dans un cubilot dont la zone de fusion est adaptée pour brûler des combustibles liquides ou gazeux sans avoir recours à l'emploi d'oxygène ou 40 bad Original 71 00470 2 2077286 d'air suroxygéné pour obtenir une température de fusion appropriée. Selon l'invention, la charge métallique est fondue par les produits chauds de la combustion de combustibles liquides ou 5 gazeux qui sont brûlés avec de l'air dans des chambres de combustion séparées avant que ces produits de combustion ne pénètrent dans la zone de fusion, le iuétal fondu résultant étant surchauffé par un autre moyen„ le stade de surchauffe peut être réalisé de diverses 10 manières ; un procédé préféré consiste à faire passer le métal ' fondu à travers un lit de coke sous-jacent chauffé de façon indépendante et dont la température est maintenue au niveau de surchauffe requis par injection d'oxygène. Dans un autre procédé de surchauffe, le métal fondu 15 passe à travers un lit chauffé par résistances électriques, évitant ainsi la nécessité d'alimentation en oxygène. De façon avantageuse, on peut employer du coke comme matériau constitutif du lit, ceci procurant l'avantage supplémentaire de disposer de carbone pour effectuer la carburation. Dans un autre procédé 20 de miss en oeuvre de l'invention, la surchauffe finale est effectuée électriquement dans un troisième, stade supplémentaire; les stades précédents ou le deuxième stade s'effectuent évidemment à une intensité nettement moindre. l'invention propose également un cubilot conçu pour utiliser; 25 avec un meilleur rendement que jusqu'ici, des combustibles liquides ou gazeux pour fondre des métaux ferreux:. Ce cubilot élimine par ailleurs, les limitations des fours existants au mazout ou au gaz, et fournit de façon continue du .métal fondu à une température adéquate pour toutes les applications de fonderie. Il 30 permet également de carburer le fer à l'intérieur- du four. Un tel cubilot est équipé extérieurement dans la région de la zone de fusion d'une multiplicité de chambres de combustion séparées et de préférence f lui distant es, répartie.s sur sa pér.-.jïiér-i^ st communiquant avec la -zone de fusion. La combustion ■3? corup^ètt; iu yCiàbu&ti zle a vos is - L ' h±t dans ces onambres, avant admission dans la zone de fusion, assure un rendement thermique élevé et une température de fusion adéquate. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se référé au dessin annexé qui représente, schématiquement, 40 sur les figures 1 et 2, deux réalisations d'un cubilot selon bad original 71 00470 3 2077286 l'invention. En se reportant à la figure 1, le métal est fondu par les produits de combustion d'un combustible liquide ou gazeux dans line cuve verticale en acier 1 à revêtement réfractaire, 5 Des chambres de combustion 2 sont siontées sur le four et sont régulièrement réparties autour de sa périphérie. Des brûleurs à combustible liquide ou gazeux 3 sont fixés aux chambres de combustion et des injecteurs d'oxygène 10 à refroidissement par eau sont cimentés dans le revêtement du four, à la partie infé-10 rieure de celui-ci. Le fond de la cuve en acier est fixé sur une assise 4 équipée, comme dans un cubilot classique chauffé au coke, d'une porte à fond mobile. L'assise et la cuve sont supportées sur des piliers en acier 5. En service, un lit de sable 6 est placé sur la porte à 15 fond mobile de l'assise. Un lit de coke 7 est établi sur le lit de sable, jusqu'à un certain niveau au-dessus de celui des chambres de combustion. Ce lit est allumé par des moyens tels qu'une torche à mélange de gaz et d'air ou à mazout, et ce lit brûle jusqu'à ce que sa couleur soit uniformément rouge. Les 20 brûleurs à combustible liquide ou gazeux sont alors allumés et le métal 8 est chargé par une ouverture 9 au voisinage de la partie supérieure de la cuve. Le métal fondu et les gouttes de métal tombent à travers le lit de coke 7 dans l'ouvrage, dont on les retire, soit de 25 façon continue, soit par intermittence, de la même manière que dans les cubilots. Lorsque les gouttes de métal fondu traversent l'ouvrage, elles sont surchauffées par l'injection d'oxygène dans le lit de coke par les injecteurs 10. Dans la réalisation de la figure 2, le métal est sur-30 chauffé par le passage d'un courant électrique entre les électrodes 11 intx-oduites dans le lit de coke et alimentées en courant par un transformateur approprié. Pour de faibles puissances, on utilise une alimentation monophasée avec deux électrodes, mais pour des puissances plus importantes, on 35 préfère une alimentation triphasée avec trois électrodes. Lorsqu'on emploie de l'oxygène coatue moyen de surchauffe du métal, on doit ajouter du coke aux charges métalliques pour reconstituer le coke du lit consumé par l'oxygène. Une certaine quantité de coke est par ailleurs dissoute dans le métal. En 40 outre, "une partie du coke est consumée par les produits de 71 00470 4 2077286 combustion gazeux du combustible, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau contenus dans ces produits réagissant avec le carbone contenu dans le coke pour produire du monoxyde de carbone et de l'hydrogène. 5 La consommation de carbone par les produits de combustion de cette manière réduit le rendement thermique, mais n'est pas entièrement nuisible, du fait que la présence de monoxyde de carbone et d'hydrogène dans les gaz traversant la cuve réduit le pouvoir oxydant de ces gaz, ce qui réduit les pertes de fer, 10 de silice et de manganèse du métal lors du préchauffage et de la fusion. On a constaté que le rendement thermique d'un cubilot selon l'invention, chauffé au mazout avec des débits optimaux d'oxygène dans le stade de surchauffe, était inférieur au rende-15 ment d'un cubilot classique chauffé au coke, lorsqu'il sfcgit de produire un métal à des températures inférieures à 1475°C, mais qu'il était supérieur lorsque les températures étaient plus élevées. Lorsque l'on emploie l'électricité pour surchauffer 20 le métal dans un lit de coke, la quantité de coke -ajoutée aux charges est déterminée pour compenser le coke consommé par les produits de combustion du combustible et celui dissouB par le fer. On a utilisé le cubilot de la présente invention pour 25 produire une gamme de fers de compositions différentes et les mélanges métalliques de charge ont varié depuis des charges constituées entièrement de riblons de fonte jusqu'à des charges constituées -uniquement d'aciers. Le combustible liquide utilisé dans le stade de fusion était un mazout commercial ayant tin 30 pouvoir calorifique approximatif de 10.900 kilocalories IT/kg. Lorsque l'on fond des mélanges de charges ayant une teneur élevée en carbone équivalent, il y a peu ou pas de perte par oxydation des principaux éléments alliants. Une charge constituée entièrement de riblons de fonte ayant à l'analyse 35 3,00 i<> de carbone total, 2,04 $> Si, 0,36 $ Ma, 0,12 $ S et 1,20 io P a été fondue dans un petit four par la combustion de 65 litres/heure de mazout. La chaleur supplémentaire destinée principalement à la surchauffe du métal était produite par une charge de 4 kg de coke de fonderie ordinaire•pour chaque 100 kg 40 de métal, et par l'injection de 0,425 m3/minute d'oxygène dans 71 00470 5 2077286 l'ouvrage du four. Pour obtenir un laitier fluide pouvant aisément être enlevé du four, on charge également 2 kg de chaux pour chaque 10G kg de métal. Dans ces conditions, le fer était fondu à la cadence de 555 kg/heure, et à une température de 5 1435°C. La composition du métal obtenu était la suivante : 3,00 f. ae carbone total, 2,03 > 3i, 0,37 5* 0,132 jé 3 et 1,25 f F. On a egaleiaent constaté _xue la charge de coke nécessaire pour obtenir la température ci-dessus était environ 1/3 de la quantité nécessaire lorsqu'on utilise le cubilot en fonc-10 tionnant classiquement au coke. Lorsque les mélanges de charges à fondre contiennent des proportions variables d'acier, y compris des charges contenant uniquement de 1'acierj le fer peut absorber le carbone du coke pendant la fusion et la surchauffe de la même manière que 15 le fer fondu dans un cubilot. Un exemple d'un tel fonctionnement est donné ci-après. Le four est chargé avec tua mélange métallique contenant 80 f> de rifcQons d'acier et 20 fo de riblons de fonte avec addition d'un ferrosilicium, pour donner à l'analyse une charge contenant 0,82 fo de carbone total, 0,94 f° Si, 0,82 fo Mn, 20 0,05 f> S et 0,25 fo P. Le mazout est brûlé à un débit de 67 litres/ heure et, pour tenir compte de la dissolution d'une partie du coke combustible dans le métal, on charge 6,5 kg de coke pour chaque 100 kg de métal, ce coke étant brûlé par l'injection dans l'ouvrage du four de 0,567 m3/minute d'oxygène. On charge à 25 nouveau 2 kg de chaux pour chaque 100 kg de métal pour permettre la formation d'un laitier fluide. Dans ces conditions, on obtient 986 kg/heure de métal à une température de 1520°G. Le fer obtenu a la composition suivante : 2,66 fo de carbone total, 0,75 f> Si, 0,36 fo :.Ih, 0,094 f> S et 0,24 fo P. 30 Comme dans le cas de mélanges de charges constitués de riblons de fonte, la charge de coke nécessaire pour obtenir cette température est environ 1/3 de celle nécessaire dans un fonctionnement classique. Le four et le procédé de fusion mis en oeuvre dans ce 35 four, tells que décrils ci-dessus, procurent un moyen d'utiliser les combustibles liquides ou gazeux comme source principale d'énergie pour produire du fer fondu à une température appropriée à toutes les applications de fonderie de fer. De tels combustibles peuvent en variante être également utilises comme source 40 principale d'énergie pour la préfusion du fer dans les deux ~n BAD original 71 00470 O 2077286 stades antérieurement considérés, la surchauffe finale s'effectuant dans un four électrique de conception classique. En ce qui concerne la dépense relative de chauffage électrique, une telle mesure peut apporter des avantages économiques tout en permettant d'utiliser l'énergie électrique pour la surchauffe finale et pour l'opération de maintien qui est nécessaire lorsque l'on doit alimenter une fenderie avec du fer en fusion à une température et une composition appropriées. bad original 71 00470 ? 2077286 - REVENDICATIONS - 1.- Procédé de fusion du fer dans un cubilot, caractérisé en ce que l'on effectue la fusion initiale de la charge métallique par les produits de combustion chauds de combustibles liquides et/ou gazeux brûlés avec de l'air dans une ou plusieurs 5 zones de combustion séparées. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces combustibles sont brûlés dans des chambres de combustion à l'extérieur du cubilot. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, 10 caractérisé en ce que le métal initialement fondu est surchauffé en étant mis au contact avec un lit de coke incandescent dans lequel on injecte de l'oxygène. 4.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le métal initialement fondu est surchauffé 15 en étant mis au contact avec un lit chauffé par résistance électrique» 5.- Procédé selon la revendication 4» caractérisé en ce que le lit chauffé par résistance électrique est un lit de coke. 6.- Procédé selon les revendications 3, 4 ou 5» caractérisé 20 en ce que le métal fondu est soumis à une surchauffe ultérieure dans un four électrique. 7.- Cubilot pour fondre du fer en employant des combustibles liquides et/ou gazeux,. caractérisé en ce qu'il est équipé d'une multiplicité de chambres de combustion séparées 25 pour ces combustibles, placées à l'extérieur du cubilot. 8.- Cubilot selon la revendication 7, caractérisé en ce que les chambres de combustion sont également réparties autour de la périphérie du cubilot. 9.- Cubilot selon la revendication 7 ou la revendication 30 8, caractérisé en ce qu'il est équipé d'une multiplicité d'injec- teurs d'oxygène à refroidissement par eau situés en dessous du niveau des chambres de combustion séparées. 10.- Cubilot selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est équipé de moyens de chauffe par 3 5 résistances électriques situées en dessous du niveau des chambres de combustion séparées.