Brevet FR2125467A1 — publié le 19720929

-1- 2125467 La présente invention a pour objet un procédé pour accélérer des réactions métallurgiques par circulation continue à contre-courant de la coulée de métal par rapport au laitier, dans une rigole à contre-courant, ainsi qu'un dispositif pour 5 la mise en oeuvre de ce procédé. lie but recherché dans un procédé métallurgique continu est de procurer un procédé à contre-courant dans lequel la transformation, entre phases, de la matière se déroule d'une manière particulièrement avantageuse. Etant donné que l'application de 10 ia rigole électromagnétique à contre-courant s'est révélée particulièrement avantageuse dans les procédés d'élaboration de l'industrie sidérurgique ("Stahl und Eisen", 89, 1969» pages 1185/90), on va exposer ci-après en quoi consiste le nouveau perfectionnement apporté, conformément à l'invention, aux réac-15 . tions à contre-courant, ceci au moyen d'un exemple de réalisation particulier de la rigole électromagnétique à contre-courant. Le procédé à contre-courant aboutit à une meilleure utilisation du laitier et à une plus faible teneur finale des élé-20 ments d'accompagnement indésirables dans l'acier. Lorsque l'on utilise la rigole électromagnétique à contre-courant (brevet allemand 1 4-3.3 631), avec inducteur disposé au-dessous de la rigole, une couche de métal fluide, ayant une épaisseur de 1 à 5 cm environ, se trouve dans une chambre (ou compartiment) de 25 réaction en forme de canal. Les ondes progressives produites au moyen de l'inducteur acheminent de force le métal dans le sens ascendant, tandis que, sous l'action de la pesanteur, le laitier s'écoule vers le bas. Il faut tenir compte du fait que, dans les zones marginales de la rigole, les courants électri-30 ques au sein du métal en fusion sont orientés parallèlement à l'axe longitudinal de la rigole et ne peuvent donc pas exercer de force, dans le sens longitudinal, sur le métal. C'est la raison pour laquelle, sous l'action de la pesanteur et suivant l'inclinaison de la rigole, il se produit dans cette zone, 35 soit l'immobilité, soit le reflux du métal. Les résultats actuels, lors de l'emploi de la rigole à contre-courant^ laissent présumer que toutes les réactions métallurgiques ne se déroulent pas d'une manière optimale et qu'il faille, le cas échéant, utiliser des rigoles ayant de 4-0 très grandes dimensions. Ceci entraîne des dépenses et un- en- 72 04961 -2- 2125467 c ombrement c orresp ondant s• Qel a donc cherché à obtenir une accélération des réactions métallurgiques dans les rigoles à contre-courant. On a cherché en particulier à permettre une diminution de la longueur des 5 installations de base nécessaires pour la rigole à contre-courant. On a cherché encore à diminuer dans la rigole électromagnétique à contre-courant la fraction refoulée du métal. Conformément à l'invention, le problème posé est résolu par l'insufflation, en vue de la formation d'une émulsion métal- 10 laitier, d'au moins ,un net de gaz qui, suivant la réaction dé-.est neutre ou/ sirée/exerce une action réductrice ou oxydante, lequel gaz est injecté parallèlement et/ou obliquement par rapport à la surface limite métal/laitier supposée dans ou peu au-dessus et/ou en dessous de cette surface limite. 15 Avantageusement, on insuffle un gaz à action neutre, en combinaison avec des gaz à action réductrice ou oxydante. Il est avantageux de donner au jet de gaz insufflé une force telle qu'il se produise, dans le fluide, une grosseur de gouttes de métal, dans une large mesure optimale pour la réac-20 tion. Au cours de la réaction acier/laitier, il convient, pour tenir compte des écarts connus, de considérer comme étant une valeur optimale moyenne, une grosseur de gouttes d'acier d'environ 1 à 2 mm. la forme du jet de gaz dont dépend la grosseur des gouttes de. métal est déterminée par la pression - avanta-25 geusement jusqu'à 20 atm. effect. - et par la section du jet de gaz sortant de la conduite d'amenée» Il est bon de veiller à ce que, conformément aux conditions dans lesquelles se forme 1*émulsion, le laitier qui s'écoule soit sensiblement exempt de gouttelettes de métal, tandis que 30 la formation d'émulsion, en suivant le trajet du métal se déplaçant vers le haut, est renforcée. Il peut être avantageux de donner au laitier qui s'écoule de la rigole à contre-courant une possibilité supplémentaire de se séparer des gouttelettes de métal qui se trouvent encore dans le laitier. 35 Suivant Tin autre mode de mise en oeuvre du procédé, il est prévu deux jets de gaz disposés l'un par rapport à l'autre de manière que l'un des jets de gaz provoque un "levage* de la phase laitier tandis que l'autre jet de gaz provoque la formation de gouttelettes à partir du métal s'écoulant au-dessous. 4-0 On peut obtenir une accélération supplémentaire de la 72 04961 -3- 2125467 réaction métallurgique au moyen de produits qui engendrent et/ou qui libèrent du gaz et qui sont insufflés avec le jet de gaz. Ces produits peuvent, par exemple en venant en contact avec le métal ou le laitier, soit se vaporiser, soit engendrer du 5 gaz à la suite de réactions. Un tel produit insufflé avec le jet de gaz peut, par exemple, être du carbonate de chaux ou un hydrocarbure liquide. Le procédé faisant l'objet de l'invention est avantageusement utilisé pour l'affinage préalable ou final au cours de 10 l'élaboration d'acier à partir de fonte brute, de riblons ou d'autres matériaux de départ analogues. L'application du procédé faisant l'objet de l'invention est tout particulièrement indiquée avec une rigole électromagnétique à contre-courant. Dans cette application, il est avan-15 tageux - en particulier dans la zone de reflux du métal - qu'au moins une composante de l'impulsion de la quantité totale de gaz insufflée agisse dans le sens de l'avancement du métal. Dans un dispositif préféré pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, des tuyères sont montées dans les pa-20 rois latérales de la rigole à contre-courant, dans la zone de la surface limite métal/laitier présumée, tuyères dont les directions d'écoulement sont parallèles à la surface limite en question ou inclinées sur elle. En principe, il y a alors avantage à augmenter le nombre de tuyères en direction de la zone 25 de chargement du laitier, pour renforcer la formation de l'é-mulsion. Avec des tuyères inclinées, l'angle d'inclinaison de la direction d'écoulement par rapport à la surface limite considérée est avantageusement limitée vers le haut par les valeurs 30 ± 300 à 90°, de préférence 4-5° environ, Les tuyères ont avantageusement un diamètre compris entre 0,1 et 10 mm. Le déroulement du procédé faisant l'objet de l'invention est le suivant : 35 Lorsqu'on regarde la rigole à contre-courant, vue en coupe perpendiculaire au courant de laitier et au courant de métal, on observe alors, avec de la fonte brute ou de l'acier, une hauteur de couche de 1 à 3 cm environ pour une hauteur as laitier de 10 à 50 cm. Dans le procédé à contre-courant 40 connu, la transformation du matériau n'a lieu qu'à la 72 04961 -4- 2125467 surface limite des phases métal/laitier, sur la largeur et la longueur totale de la rigole. Conformément à l'invention, on insuffle un jet de gaz dans la couche limite entre phases, dans le but de provoquer la formation d'une émulsion métal/laitier. 5 II en résulte que la surface spécifique, découlant du rapport entre la surface limite métal/laitier et la quantité de métal, se trouve considérablement augmentée. L'augmentation de la surface spécifique fait que l'on peut obtenir la réaction métallurgique désirée dans la rigole à contre-courant avec des 10 dimensions géométriques bien plus petites que ce n'est le cas dans les procédés connus. Comme on l'a exposé au début, il se forme, pour des raisons électriques, un reflux du métal sur les bords de la rigole, ce qui a pour conséquence de limiter la transformation, en cou» 15 tre-courant, de la matière. Le jet de gaz est avantageusement dirigé contre la fraction de métal qui reflue, le long du bord de la rigole. La force du jet de gaz est choisie de telle manière que la grosseur des gouttelettes de métal soit optimale pour la réaction dans la rigole à contre-courant. On s'arrange 20 ici pour que des gouttelettes ne deviennent pas trop petites, afin que ces dernières ne restent pas trop longtemps dans le laitier et ne soient pas entraînées vers le bas par ledit laitier, Par ailleurs, les gouttelettes ne doivent pas être trop grosses afin d'une part, que l'on obtienne une surface spécifi-25 que suffisamment grande et, d'autre part que ces gouttelettes ne retournent pas prématurément dans le bain de métal, après une réaction insuffisante avec le laitier. Pour les réactions acier/laitier, on cherche à obtenir un diamètre de 1 mmenriimpour les gouttelettes d'acier. La grosseur des gouttelettes peut 30 être réglée au moyen de la force du jet de gaz, la grosseur des gouttelettes augmentant, comme on le sait, avec l'augmentation de l'énergie. De ce qu'on vient de décrire, on peut déduire que, conformément au procédé faisant l'objet de l'invention, le métal 35 est amené, sous forme de gouttelettes, du courant de métal en fusion dans le courant de laitier où il réagit avec ledit laitier pour retomber dans le courant de métal. A ce sujet, il faut noter que le métal est transporté à peu près vingt fois plus vite que le courant de laitier descendant, autrement dit 4-0 pour tine durée de séjour suffisante des gouttelettes de métal 72 04961 -5- 2125467 dans le courant de laitier descendant, la gouttelette, de métal n'est transportée "vers le "bas que d'une quantité insignifiante. Le cycle, que l'on vient :1e décrire de la "gouttelette de métal sautillante" se répète plusieurs fois sur la totalité 5 du parcours de réaction. Les avantages du procédé formant l'objet de l'invention ressortent en particulier des points suivants : Pour un processus en continu sur la rigole à contre-courant, on peut obtenir le même résultat avec une rigole de bien plus 10 petites dimensions. Le bilan thermique du mode opératoire décrit se distingue par un résultat meilleur. La fraction du courant de métal qui reflue le long des bords de la rigole est diminuée. 15 II y a lieu de noter que la tenue du matériau réfractaire impose des limites à 1*émulsification décrite, notamment lorsque le jet de gaz est formé d'oxygène pur. On peut obvier à ces inconvénients par mélange avec un gaz neutre. Dans ce qui suit, on va décrire l'invention par un exemple 20 Sur le dessin annexé : - la figure 1 est une vue en coupe transversale de la rigole électromagnétique à contre-courant ; - la figure 2 est une vue schématique, en plan, d'une par-25 tie de la rigole à contre-courant. On a désigné par 1 l'inducteur du générateur à ondes progressives ,par 2, le fond réfractaire de la chambre de réaction de la rigole à contre-courant et par 3S les parois latérales réfractaires. Dans le bas de la rigole coule le métal 4- de 30 poids spécifique relativement élevé et, par dessus le métal, le laitier 5 plus léger. La couche limite ou couche séparatrice laitier/métal est désignée par 6. Grâce aux tuyères 7» 8 et 11, disposées dans les parois latérales 3, on opère une insufflation de gaz dans la couche limite 6, au-dessous de cette couche 35 ou au-dessus de ladite couche. Sur la figure 2, on a représenté la disposition des tuyères s'opposant au reflux du métal sur les bords de la rigole à contre-courant. Ainsi que cela ressort du profil de vitesse du courant de métal, profil représenté sur cette dernière figure, 4-0 le vecteur vitesse s'élève positivement en 10 dans la zone mé 72 04961 -6- 2125467 diane, tandis que, dans les zones marginales, la vitesse s'abaisse en 12. Avec l'emploi de tuyères 8 qui soufflent principalement dans le laitier, il est possible de favoriser, par une obliquité inverse, le courant de laitier orienté vers le bas# Etant donné que le laitier doit, autant que possible,s'é-carter de la rigole en étant débarrassé des gouttelettes de métal, une émulsification renforcée n'a lieu que dans le sens de l'écoulement du métal. Cette émulsification renforcée peut être réglée par le nombre de tuyères. Dans un exemple de mise en oeuvre, on a produit des gouttes de fonte brute de 0,1 à 2 mm, avantageusement de 0,5 à 1,5 mm» en utilisant une tuyère de 1 mm de diamètre, inclinée de 45® sur la surface limite du métal au repos et avec une pression de 1 atm. effect, la tuyère se trouvant à environ 5 mm au-dessous de la surface limite du métal. 72 04961 -7- 2125467 RE7EHDI0ATÎ0S3 1.- Procédé pour l'accélération de réactions métallurgiques dans un courant de métal en fusion se déplaçant à contre-courant par rapport au laitier, dans une rigole à contre-eou- 5 rant, caractérisé par le fait que, dans le but de produire line émulsion métal/laitier, on insuffle, parallèlement à la surface limite (surface séparatrice) présumée entre métal et laitier et/ou incliné par rapport à cette surface, dans ou au moins/ peu au-dessus ou au dessous de ladite surface,/un jet de gaz 10 qui, suivant la réaction désirée, est neutre ou exerce une action réductrice ou oxydante. 2.- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on insuffle un gaz à action neutre combiné avec des gaz ayant une action réductrice ou oxydante • 15 3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la force du jet de gaz insufflé est déterminée de manière à provoquer, dans la matière, une grosseur de gouttelettes de métal convenant au mieux à la réaction. 4.- Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, dans 20 lequel le laitier, dont la quantité est réglée pour dépasser celle de 1'émulsion à produire, s'écoule en étant pratiquement débarrassé des gouttelettes de métal, tandis que la production d'émulsion est plus poussée sur le trajet du métal se déplaçant vers le haut. 25 5.- Procédé suivant 1'une des revendications 1 à 4, dans lequel on utilise deux jets de gaz disposés de telle manière l'un par rapport à l'autre que l'un de ces jets provoque le "levage" du laitier, tandis que l'autre provoque la formation de gouttelettes du métal s'écoulant au-dessous. 30 6.- Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, dans lequel des produits formant et/ou libérant du gaz sont insufflés avec le jet de gaz. 7.- Application du procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, à l'affinage préalable ou final de bains de métal 35 en fusion en vue de l'élaboration d'acier à partir de fonte brute, de riblons ou de matériaux analogues. 8.- Application du procédé suivant l'une des revendications 1 à 7 dans une rigole électromagnétique à contre-courant. 9.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé par 72 04961 -8- 2125467 le fait que, notamment dans la zone de reflux du métal, au moins une des composantes de la force de la totalité du jet de gaz agit dans le sens de l'avancement du métal. 10.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des tuyères disposées dans les parois latérales de la rigole à contre-courant, dans la zone de la surface limite présumée métal/laitier, tuyères dont les sens d'écoulement sont parallèles à la surface limite précitée ou inclinés par rapport à cette surface. 11.- Dispositif suivant la revendication 10, dans lequel l'angle d'inclinaison de la direction d'écoulem^t^des tuyères par rapport à la surface limite atteint plus/moins/S0° jusqu'à, avantageusement,plus/moins 4-5° • 12.- Dispositif suivant l'une des revendications 10 et 11, dans lequel les tuyères ont un diamètre compris entre 0,1 et 10 mm.