Brevet FR2117938A1 — publié le 19720728

i 2117938 la présente invention concerne le traitement de matériaux en fusion par des agents de réaction gazeux, et, plus particulièrement, des procédés dans lesquels un ou plusieurs jets d'un gaz pouvant réagir avec le matériau fait écla-5 ter une coulée de matériau en fusion. L'invention peut s'appliquer, par exemple, au traitement de métaux en fusion par des gaz pouvant réagir avec le métal et/ou avec des impuretés contenues dans celui-ci. Dans les procédés concernés par l'invention, 10 pour que la réaction recherchée s'effectue complètement, il faut amener la masse appropriée de gaz de réaction en contact avec le matériau en fusion, et le degré de la réaction est influencé par la dimension moyenne des particules de métal ou de tout autre matériau produites lors de l'éclatement de la coulée en fusion,et 15 également par 1'étalement des dimensions des particules obtenues à leur tour, ces deux facteurs sont fonction de l'énergie transférée à la coulée par le ou les jets gaz. L'énergie qu'un .jet de gaz peut transférer à une coulée en fusion est fonction, entre autres, de la distance entre la coulée et la sortie de la 20 "buse à gaz, et par le débit massique de gaz à travers la buse ; en outre, pour une buse donnée située à une distance donnée de la coulée, il existe une plage particulière de débits massiques de gaz à travers la buse qui feront éclater la coulée d'une manière satisfaisante. 25 Sous l'un de ses aspects, l'invention pro pose tin proûédé pour traiter un matériau en fusion, consistant à amener le matériau en fusion à une cuve de réaction sous forme d'une coulée tombant en chute libre, à faire éclater cette coulée dans l'espace à l'intérieur de la cuve par un jet de gaz 30 pouvant réagir avec le matériau, à maintenir le débit massique de gaz à l'intérieur de limites prédéterminées, et à régler le potentiel réactif du gaz en faisant varier de façon appropriée sa teneur en un composant d'addition. Selon un autre aspect, la présente inven-35 tion propose une installation pour traiter un matériau en fusion, comportant : un réservoir possédant un orifice de sortie, à partir duquel on peut amener le matériau en fusion sous forme d'une coulée tombant en chute libre ; une cuve de réaction à travers laquelle peut faire passer le matériau ; un dispositif 40 d'émission de gaz pour projeter un courant de gaz pouvant réa- 71 44010 2 2117938 gir avec le matériau afin de faire éclater la coulée ; un dispositif de commande pour maintenir le débit massique du gaz à l'intérieur de limites prédéterminées ; et un dispositif de commande pour régler le potentiel réactif du gaz en faisant 5 varier de façon appropriée sa teneur en un composant d'addition. Un procédé concerné par l'invention est le procédé de fabrication de l'acier par pulvérisation, dans lequel on fait éclater une coulée de fer en fusion par l'action d'un ou de plusieurs jets d'un gaz capable d'oxyder les impuretés mé-10 talloïdes dans le fer. Sur le dessin joint, la figure unique est une coupe transversale verticale à travers une installation d'affinage selon l'invention. L'installation d'affinage comporte une po-15 che de transfert 1 avec un bouchon 2 pour régler le débit du métal en fusion coulant dans un tundish 3, qui a un ajutage de sortie refractaire 4. Une cuve de réaction 5 est placée sous le tundish ; elle comporte un couvercle 6 avec un orifice central 7 et une évacuation de gaz usés 8, ainsi qu'une cuve réceptrice 20 9 placée sous le couvercle 6. Un ventilateur d'extraction est monté dans l'évacuation 8, qui est représentée comme ayant une seule entrée, mais qui peut comporter plusieurs entrées réparties autour du couvercle. Un dispositif d'émission de gaz est disposé 25 sur le couvercle 6 ; il comporte un collecteur 11 alimenté par deux tuyaux d'arrivée 12 et 13, et ayant plusieurs buses convergentes/divergentes 14- orientées de façon à diriger les jets de gaz vers le bas et vers l'intérieur pour venir frapper la coulée de métal en fusion sortant de l'ajutage 4 du tundish. 30 La section transversale de la sortie de l'ajutage 4 du tundish est de forme générale circulaire, et les buses 14, dont chacune a une section transversale de sortie de forme générale circulaire, sont disposées en couronne autour de la coulée en fusion. En variante, l'ajutage 4 du tundish peut 33 avoir une section transversale de sortie de forme générale rectangulaire ou elliptique, et les buses 14, qui peuvent également avoir une section transversale de sortie de forme générale rectangulaire ou elliptique, peuvent être disposées de façon qu'il s'en trouve une au voisinage de chaque côté longitudinal 40 de la coulée en fusion, ou bien il peut y avoir une telle buse 71 44010 3 2117938 sur seulement un côté longitudinal de la coulée. Un dispositif d'alimentation en flux 15 est monté au-dessus du dispositif d'émission du gaz ; il comporte un collecteur annulaire 16 avec une entrée 17 et des sor-5 ties 18 pour la décharge d'un rideau d'agent fluxant autour de la coulée du métal en fusion. L'entrée 17 est raccordée à une source de flux transporté par un courant gazeux. Le tuyau d'entrée 12 est raccordé à une source de gaz oxydant, par exemple de l'oxygène ; il comporte 10 une vanne 19, tandis que le tuyau d'entrée 15, qui est équipé d'une vanne 20, est raccordé à une source de gaz additionnel, tel qu'un gaz inerte, par exemple de l'azote, de l'air comprimé, de la vapeur ou du gaz carbonique. De façon à pouvoir fonctionner automatique-15 ment, l'installation comporte un calculateur 21, agencé pour recevoir des signaux d'un analyseur 22 adapté pour prélever des échantillons du métal en fusion dans la poche 1 (ou à un autre endroit en amont de l'installation d'affinage, ou à l'intérieur de la cuve réceptrice 9)» et d'un dispositif 23 mesurant le dé-20 bit de la coulée métallique sortant du tundish 3« En fonctionnement, le fer en fusion est a-mené d'une source appropriée dans la poche de transfert 1, d'où il est déversé à un débit contrôlé dans le tundish 3, de façon à maintenir dans ce dernier un niveau sensiblement constant. Le 25 métal en fusion dans le tundish tombe de l'ajutage 4, sous forme d'une coulée cohérente, à un débit déterminé en partie par le niveau dans le tundish. La coulée métallique tombant en chute libre, entourée d'un rideau de flux sortant des orifices 18, éclate 30 sous l'action des jets du gaz oxydant sortant à une vitesse supersonique des buses de sortie 14 du dispositif d'émission,et se mélange intimement à ces jets» Les impuretés métalloïdes dans le métal en fusion réagissent avec le gaz oxydant et le métal affiné est recueilli dans la cuve réceptrice 9« 35 Le degré de la réaction entre le gaz et les impuretés métalloïdes, et, en fait de toute réaction indésirable pouvant survenir entre le gaz et le métal lui-même, dépend du potentiel réactif du gaz et du degré de mélange du gaz avec le métal liquide, lequel à son tour dépend de la dimension et 40 de la répartition des particules liquides produites par 71 44010 4 2117938 l'éclatement de la coulée. A leur tour, ces derniers facteurs sont déterminés par la manière dont les jets gazeux heurtent la coulée, le débit de gaz dans le collecteur 11 est réglé tout d'abord pour que la quantité de gaz réactif atteignant le métal 5 en fusion soit sensiblement celle -nécessaire pour la réaction recherchée avec les métalloïdes, et, en second lieu, pour que le débit massique de gaz à travers les buses 14 soit maintenu constant, ou du moins à l'intérieur d'une plage prédéterminée en fonction des caractéristiques de réalisation des buses.Ainsi, 10 la quantité de gaz réactif amenée dans la cuve de réaction 5 peut être modifiée pour tenir compte des variations dans la teneur en impuretés métalloïdes du métal et, en même temps, le débit gazeux total amené dans la cuve 5 peut être maintenu constant, ou à l'intérieur de limites prédéterminées, pour obtenir 15 une dimension moyenne et une répartition prédéterminée des particules métalliques produites par l'éclatement de la coulée de métal. La régulation du débit de gaz se fait par réglage manuel des vannes 19 et 20. En variante, les deux vannes peuvent être automatiquement réglées au moyen du calculateur 21. 20 Lorsqu'on utilise une commande automatique, des signaux sont amenés au calculateur 21 depuis l'analyseur 22 et depuis le dispositif de mesure du débit 23 ; le calculateur 21 est préréglé pour que le rapport des masses des gaz passant respectivement à travers les tuyaux 12 et 13 soit tel que le 25 potentiel oxydant du mélange gazeux atteignant la coulée métallique soit approprié au degré d'oxydation recherché du carbone et des autres métalloïdes. Lorsque'l'analyseur 22 signale une augmentation de la teneur en métalloïdes, l'ouverture de la vanne 19 est augmentée et celle de la vanne 20 diminuée de fa-30 çon appropriée, et vice-versa, lorsque une diminution de la teneur en métalloïde est signalée. Du fait qu'il n'est pas toujours possible de maintenir exactement constant le débit de métal sortant du tundish, on emploie le dispositif 23 pour envoyer des signaux au calculateur 21 afin que la commande sélecti-35 ve des vannes s'efface devant une commande commune en fonction des variations dans le débit du métal, l'ouverture des deux vannes étant augmentée lorsqu'on signale une augmentation du débit du métal, et réduite dans le cas contraire ; dans des situations extrêmes, dans lesquelles le préréglage du calculateur 40 21 ou le signal reçu de l'analyseur 22 exige un potentiel 71 44010 5 2117938 d'oxydation maximal, la régulation effectuée par le dispositif 23 conduit à ouvrir la vanne 19 seule, la vanne 20 restant fermée. Afin que l'invention soit plus clairement 5 comprise, les exemples suivants, basés sur des essais effectués, sont donnés à titre d'illustration seulement. Exemple 1 Pour affiner un fer en fusion contenant 3,88 G, 1,28 Si, 0,81 Mn, 0,22 P, 0,007 S, une coulée en 10 chute libre de fer en fusion est introduite dans la cuve de réaction avec un débit de 7>68 tonnes/heure. On introduit de l'oxygène et de l'azote dans la cuve de réaction, à travers les buses 14, sous forme d'un mélange contenant 70 % @2 ^0 % Ng, à un débit gazeux total de 817 m^/heure, de façon à obtenir un 15 acier contenant 0,03 G, 0,02 Si, 0,06 Mn, G,03P, 0,0165 S et le reste en fer. Lorsque l'analyseur 22 détecte un accroissement de la teneur en métalloïde du fer en fusion,.le calculateur fonctionne pour ajuster les positions des vannes 19, 20 de 20 façon à augmenter la proportion d'oxygène pénétrant dans la cuve de réaction à travers les buses 14, tout en maintenant sensiblement constant le débit gazeux total. Ainsi, l'accroissement de la teneur en métalloïde du fer en fusion entraîne immédiatement un accroissement correspondant de l'alimentation en 25 oxygène, tandis que la puissance d'atomisation du courant gazeux sortant des buses 14 est maintenue sensiblement constante. Exemple 2 Pour affiner un fer en fusion contenant 3,81 C, 1,44 Si, 0,95 Mn, 0,08 P, 0,01 S, le fer en fusion 30 est introduit dans la cuve de réaction sous forme d'une coulée en chute libre avec un débit de 8,35 tonnes/heure. On introduit de l'oxygène et de l'azote dans la cuve de réaction à un débit gazeux de 952 m^/heure dans le rapport de 60 °/o 0£ à 40 °/o Kg * pour obtenir un acier contenant 0,14 G, 0,02 Si, 0,12 Mn, 35 0,03 P, 0,03 S, et le reste en fer. Lorsque l'analyseur 22 détecte line diminution de la teneur en métalloïdes du fer en fusion, le calculateur 21 fonctionne pour ajuster les ouvertures des "garnies 19 et 20, de façon à réduire la proportion d'oxygène pénétrant dans 40 la cuve de réaction, tout en maintenant pratiquement constant 71 44010 6 2117938 le débit gazeux total. La variation du débit d'oxygène est ainsi fonction de la diminution mesurée de la teneur en métalloïdes du fer en fusio, tandis que la variation du débit d'azote est telle que le débit gazeux total est maintenu constant, 5 et par voie de conséquence, le pouvoir de pulvérisation du gaz. Si on le désire, on peut utiliser des dispositifs intermédiaires entre les procédés manuels et le procédé complètement automatique de régulation décrit ci-dessus. 10 A.insi, la commande sélective de l'ouverture de vannes 12 et 13 peut s'effectuer manuellement, la commande automatique étant retenue pour tenir compte du débit de métal ; en variante, la commande sélective peut être automatique et la commande commune manuelle. 71 44010 7 2117938 10 REVENDICATIONS 1. Procédé pour traiter lin matériau en fusion, dans lequel ce dernier est amené à une cuve de réaction sous forme d'une coulée tombant en chute libre, et dans lequel un jet de gaz pouvant réagir avec le matériau fait é-clater cette coulée dans l'espace à l'intérieur de la cuve, caractérisé en ce que l'on maintient le débit massique de gaz à l'intérieur de limites prédéterminées, et que l'on règle le potentiel réactif du gaz en faisant varier de façon appropriée sa teneur en un composant d'addition. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la régulation du potentiel réactif du gaz s'effectue en fonction des variations de la composition du matériau en fusion. 15 Procédé selon la revendication 1 ca ractérisé en ce que la régulation du potentiel réactif du gaz s'effectue en fonction des variations du degré recherché de la réaction. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le débit massique de gaz est maintenu pratiquement constant. 5. Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le débit massique des gaz varie à l'intérieur de limites prédéterminées en fonction des variations dans le débit du matériau en fusion tombant dans la cuve de réaction. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on introduit un agent fluxant dans la cuve de réaction. 7. Procédé selon la revendication 6,caractérisé en ce que l'agent fluxant est introduit sous la forme d'un rideau autour de la coulée en fusion en chute libre. 8. Procédé selon l'une des revendicatif tions précédentes, caractérisé en ce que le matériau à traiter est un métal en fusion et que le gaz pouvant réagir avec le matériau est un gaz oxydant. 9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le composant d'addition est de l'air 40 comprimé. 20 25 30 71 44010 8 2117938 10. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le composant d'addition est de l'azote. 11. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le composant d'addition est du gaz carbo- 5 nique. 12. Procédé .selon la revendication 8 caractérisé en ce que le composant d'addition est de la vapeur. 13. Installation pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, comportant un récipient 10 ayant tui orifice de sortie pour la décharge du matériau en fusion sous forme d'une coulée tombant en chute libre, une eu ve de réaction que traverse le matériau, et un dispositif d'émission de gaz pour projeter un jet de gaz pouvant réagir avec le matériau afin de faire éclater la coulée, caractéri- 15 sé en ce qu'un dispositif de commande permet de maintenir le débit massique de gaz à l'intérieur de limites prédéterminées et en ce qu'un dispositif de commande permet de régler le potentiel réactif du gaz en faisant varier de façon appropriée sa teneur en un composant d'addition. 20 14. Installation selon la revendication 13 caractérisée en ce qu'un dispositif prélève des échantillons du matériau en fusion et envoie un signal proportionnel l'analyse de l'échantillon au dispositif de commande du régla ge du potentiel réactif du gaz. 25 ' 15- Installation selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisée en ce qu'un dispositif mesure le débit de matériau quittant'le réservoir, et envoie un signal proportionnel à ce débit au dispositif de commande qui maintient le débit massique de gaz à l'intérieur de 30 limites prédéterminées.