Brevet FR2083562A1 — publié le 19711217

La présente invention 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 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'eau, l'anhydride carbonique. La demanderesse a d'ailleurs breveté et développé industriellement un procédé de soufflage d'un mélange 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 azote et en carbone.Elle a aussi montré, que, contrairement à l'opinion généralement répandue, l'introduction dans les gaz de soufflage d'éléments susceptibles d'enrichir la tenseur de l'acier en hydrogène améliore sensiblement le comportement à la coulée des aciers effervescents qui constituent toujours la très grande part du marché de l'acier, sans pour autant empêcher la fabrication d'aciers calmés. La demanderesse a également proposé, il y a plusieurs années, un procédé consistant essentiellement à injecter dans une couronne circulaire entourant le jet d'oxygène, des gaz divers, combustibles ou non, tels que des hydrocarbures, du C02, de la vapeur d'eau. On réalise ainsi une protection efficace du fond du convertisseur. Ces derniers procédés comportent cependant certains inconvénients propres à chacun de ces gaz additionnels. Plus récemment, la demanderesse a proposé de réaliser la protection par une injection en couronne circulaire autour du ou des jets d'oxygène pur, au-moyen d'eau P I!état liquide. Ainsi, étaient 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 décomposi- tion de l'eau. Revenant sur cette proposition, la demanderesse a constaté qu'en utilisant comme élément de protection un hydrocarbure liquide, il est possible de conserver l'effet important de refroidissement local dû à la vaporisation et à la dissociation endothermique du liquide hydrocarboné, mais qu' elle réalise en même temps un apport sensible de calories dans le bain à affiner par suite de la nature des produits de decomposition de l'hydro- carbure liquide. Le procédé, objet de l'invention, destiné à l'affinage de la fonte, est donc essentiellement caractérisé en ce que l'on souffle dans un convertisseur, par au moins une tuyère située sous la surface du bain métallique, un jet d'oxygène entouré par un voile protecteur continu ou non, constitué au moins d'un hydrocarbure liquide. Par rapport au procédé consistant à constituer ce voile protecteur d'un gaz hydrocarboné, le procédé de l'invention a l'avantage de créer exactement à l'endroit où le jet d'oxygène débouche dans le bain métallique un rideau ayant un pouvoir refroidissant beaucoup plus intense dû à l'évaporation du liquide hydrocarboné à son entrée dans le bain métallique. Le liquide injecté dans le bain de fonte en fusion subit à son entrée dans celui-ci préalablement à la décomposition endothermique, une évaporation brutale qui crée, immédiatement à la sortie de la tuyère, c 'est-à-dire dans la zone à protéger, une augmentation brutale du volume du fluide, lequel tend à écarter la fonte et crée une zone spécialement impropre à 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 concentrée à la sortie de la tuyère. Par rapport au procédé consistant à utiliser de l'eau liquide comme fluide refroidissant, le procédé de l'invention a l'avantage de réaliser un apport sensible de calories dans le bain, ces calories étant nécessaires surtout lorsque l'on veut affiner de la fonte liquide avec addition de quantités relativement importantes de mitraille froide. A ce titre, le procédé de l'invention combine véritablement les avantages des procédés connus et constitue la solution la plus économique, permettant d'accroître de manière très importante, la productivité des procédes soufflage par le fond. Tous les hydrocarbures liquides ou les composés hydrocarbonés liquides peuvent être utilisés pour réaliser l'objet de l'invention qu'ils soient mis en oeuvre séparément ou en mélange. On pense notamment aux composés hydrocarbonés tel que le benzol provenant de l'industrie pétroliè- re ou des installations de fours à coke dont on dispose en quantités importantes dans les usines sidérurgiques comportant une cokerie. Avantageusement, le debit de la ou des substances constitutives du dit voile protecteur varie entre 2 et 10% en poids de l'oxygène injecté. Las dimensions de la ou des tuyères concentriques sont évidemment adaptées aux débits et pressions que l'on met en jeu pour réaliser la condition de débit relatif que l'on s'est imposé. Une modalité technique avantageuse qui fait également l'objet de I'invention consiste à 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 ménagées à l'interface entre les deux tubes, soit à 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 donne aux dites rainures une forme helicoldale permettant d'imprimer un mouvement giratoire au liquide qui y eircllle. Ce mode de réalisation offre l'avantage suppémentaire de permettre l'épanouissement des jets de liquide en un rideau tendant vers une forme paraboloidique, et d'assurer ainsi une meilleure protection de la surface d fond contre la surchauffe suscitee par la combustion du carbone au voisinage des jets d'oxygène. A titre d'exemple non limitatif de tuyères ainsi pro-cegees consi démons une cornue de 50 tonnes de capacité, dans laquelle on désire souffler l'oxygène avec un débit de l'ordre de 200 à 400 m3/min. ce qui correspond à un temps de soufflage de l'ordre de 10 à 20 minutes. On dispose d'oxygène et d'hydrocarbure liquide à la pression efficace de 10kg/cm. Un tube en cuivre de diamètre interieur de 30 mm (diamètre extérieur 36 mm) permet, à cette pression d'alimentation, un débit 3 d'oxygène maximum de l'ordre de 7.500 Nm /heure, soit-environ 3 kg/secon- de et le débit de liquide hydrocarboné devrait pouvoir atteindre 0,3Kg/ 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 extérieure du tube de cuivre, 25 rainures hélicoidales (1 tours/10 cm), de 2 mm de largeur et I mm de profondeur. Ceci laisse entre chaque rainure une distance d'environ 2,5 ma. On peut ainsi injecter entre les deux tubes un débit d'hydrocarbure liquide de l'ordre de 0,3 kg/sec., moyennant une perte de charge maximum de l'ordre de 6,5 kgXcm /m tube. On voit que trois tuyères sont nécessaires pour réaliser le souffla- ge à raison de 200 à 400 m3 d'oxygene par minute. Le procédé de lFinvention convient directement pour la fabrication des aciers effervescents qui constituent généralement la grande masse de la production. Quant à la fabrication des aciers calmes, il est généra- lement nécessaire d'éviter la présence d'hydrogène. Mais les moyens d'él-miner l'hydrogène provenant de l'injection d'eau sont-smples et bien con nus (injection d'argon ou d'azote, soufflage à l'air). Le nombre, la répartition et les dimensions optimales des tuyères a utiliser doivent être déterminés dans chaque cas particulier suivant la capacité de la cornue et l'intérêt respectif que l'pn attache, soit à utiliser beaucoup de mitrailles, soit a ménager la vie du revêtement du convertisseur, soit à faciliter e opérations de c'largement et de vidan- par la répartition des tuyéres par le fond, soit encore à la simplicité des raccordements necessaires à l'alimentation des tuyères. Il ne sort pas du cadre de la présente invention d'utiliser ie procéde et les tuyères décrits dans e cas de l'affinage continu de la fonte dans un récipient pouvant par exemple avoir la forme d'un chenal dont le fond est muni des tuyères en question. Bien entendu, l'inventien n'est nullement limitée aux exemples donnés c--dessus, elle est suscept-ble du nombreuses autres variantes, accessi bas à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que 1 i s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS l.- Procédé d'affinage de la fonte caractérisé en ce que l'on souffle dans un convertisseur, par au moins une tuyère située sous la surface du bain métallique, un jet d'oxygène entouré par un voile protecteur continu ou non, constitué au moins d'un hydrocarbure ou d'un composé hydrocarboné liquide. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'hy- drocarbure ou composé hydrocarboné liquide constitutif du dit voile protecteur est mis en oeuvre séparément ou en mélange. 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, carac térisé en ce que le débit de la ou des-substances constitutives du dit voile protecteur varie entre 2 et 10 % en poids de l'oxygène injecté. 4.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit dans l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que le fond du convertisseur est muni d'une ou de tuyères composées de deux tubes métalliques coaxiaux sertis l'un dans l'autre, et pourvus d'un certain nombre de rainures ménagées à l'interface entre les deux tubes, soit à la surface extérieure du tube intérieur, soit à la surface intérieure du tube extérieur, soit encore selon ces deux dispositions simultanément. 5.- Dispositif suivant la revendication 4 caractérisé en ce que les dites rainures ont une forme hélicoidale permettant d'imprimer un mouvement giratoire au liquide qui y circule.