Brevet FR2142098A1 — publié le 19730126

La présente invention est relative à un procédé pour l'affinage pnenlatique continu des létaux, et en particulier de la fonte. L'utilisation de procédés continus pour l'affinage pneumatique des métaux est bien connue depuis de nombreuses an nees ; bien connus aussi sont leurs avantages propres par rapport aux procédés d'affinage pneumatique discontinus usuels. Parmi ces avantages, on peut notaient rappeler - la continuité du processus d'affinage, qui conduit à une productilité nettement plus inp-ortante, - la régularité du produit obtenu, - la possibilité d'utilisation de techniques de contrôle et de réglage, plus évoluées, et ce, avec plus d'efficacité, - la possibilité dtintroiuire le processus d'affinage dans une chaîne d'autres processus qui fonctionnent également de façon continue, accroissant ainsi la productivité de tout l'ensemble. Si, d'une façon particulière, on envisage les processus d'affinage pneumatique continu de la fonte, on constate que ceux-ci font en général appel aux techniques de soufflage parle haut d'un gaz oxydant sur ou dansle bain du métal 9 affiner. La plupart de ces procédés continus pressentent toutefois des inconvénients assez voisins, à savoir, soit la séparation assez malaisée des différentes phases successives de l'opération globale d'affinage, ce qui empêche de les réaliser chacune dans les meilleurs conditions opérationnelles propres, soit la nécessité de préparer plusieurs laitiers, plus spécifiquement destinés chacun une phase de l'affinage. La présente invention a précisément pour objet un procédé, ainsi qu'un dispositif, qui permettent d'éviter ces inconvénients dans un très large mesure, tout en présentant des avantages propres bien marqués. Dans le procédé de la présente invention, dans lequel l'affinage est réalisé de façon continue, par voie pneumatique, on fait appel à la technique du soufflage de gaz oxydant par le bas, dans le bain de métal, c'est-à-dire sous le niveau supérieur du métal. Selon ce procédé, on alimente de façon continue en métal une série de récipients reliés les uns à la suite des autres, le métal versé dans le premier des récipients passant successivement dans chacun des autres, chacun des récipients étant préférentiellement le siège d'une partie déterminée de l'opération d'affinage. Le gaz oxydant, préférentiellement de l'oxygène pur, est insufflé sous le niveau supérieur du métal, soit par le fond du récipient soit éventuellement latéralement ou en oblique, par l'intermédiaire de tuyères appropriées. Ce procédé présente des avantages bien particuliers a) la multiplicité des récipients et des lieux d'affinage bien localisés rend possible une meilleure réalisation de chaque phase individuelle de l'affinage, en évitant de devoir se placer dans des conditions défavorables de rendement par des écarts à l'qui libre fort élevés. Cette meilleure approche de l'équilibre entre bain et scorie, permet encore une élimination plus facile du soufre et du phosphore, et donc un meilleur rendement métallurgique, b) un bilan thermique plus favorable, c) à volume spécifique égal, une plus grande capacité de production que dans les procédés d'affinage pneumatique discontinu, d) facilité de l'apport des additions, qui n'est pas gêné par la précense de lances d'affinage par le haut. Le procédé objet de la présente invention est ainsi essentiellenent caractérisé en ce qu'on verse de façon continue un létal s affiner, dans un récipient approprié pour le soufflage de gaz affinant sous la surface du bain métallique, ledit métal, au soins au voisinage de son niveau supérieur, s'écoulant ensuite de façon continue hors de ce récipient, successivenent dansun ou plusieurs autres récipients, appropriés de la ieie façon, en ce que ledit létal est souris dans les récipients qu'il traverse, à l'action du gaz affinant ainsi qu'éventuellement à l'action d'additions scorifiantes ou refroidissantes, et on ce qu'on recueille de façon continue le métal affiné à la sortie du dernier récipient. Le procédé ci-dessus présente l'davantage marqué de permettre le passage de métal d'un récipient à l'autre, quasi sans l'Emulsioner, ce qui, couve déjà signalé, conduit à réduire la perte en fer dans la scorie. par ailleurs, il permet, cosparati- voient à ce qui se passe dans l'affinage discontinu par le haut, de réduire le volute spécifique des récipients nécessaires. Ainsi qu'il a été dit plus haut, le procédé de l'invention est relatif à une opération d'affinage exercée par un gaz affinant introduit sous la surface. du bain métallique, par l'in ternédiaire de tuyères appropriées (par exemple à deux tubes concentriques, le tube central servant à l'introduction de l'oxygène, le tube extérieur servant à introduire un gaz de protection, par exemple du gaz naturel) logées soit dans le fond, soit latéralement dans les parois des récipients. Suivant les besoins, les gaz affinants peuvent contenir une notable proportion d'oxygène et de préférence sêse être constitués d'oxygène pur. On peut également souffler simplement des gaz de brassage, neutre ou inerte. En ce qui concerne le iode d'utilisation des tuyères pour l'introduction du gaz d'affinage, il est intéressant d'orienter celles-ci de telle façon que, outre le brassage qu'elles suscitent dans le bain, elles contrinuent à faciliter le passage du métal d'un récipient dans le suivant, par exemple -en les orientant vers la sortie dudit récipient. Il se produit ainsi un mouvement de métal de bas en haut et en direction de la sortie du récipient, ce qui contrarie (effet bénéfique) la possibilité que la majeure partie du métal venant d'entrer dans un récipient, puisse le quitter directement, sans descendre jusqu'au fond du récipient, et donc sans y être affiné. Les additions scorifiantes peuvent être apportées au bain de multiples façons, par exemple par le haut, il a été trouvé par ticulièrement intéressant de les apporter puur leur majeure partie, dans le ou les derniers récipients, et de préférence de façon continue. De cette façon, on peut constituer au-dessus du métal, une couche de laitier qui se déplace sur le métal, à contre-courant de celui-ci et est recueilli en un endroit approprié, par exemple dans le premier récipient. Dans Cette manière de procéder est particulièrement intéressante, au point de vue méallurgique, Le laitier frais, mis au contact d'un métal déjà assez fortement épuré, peut exercer énergiquement son action épurante, tout en se chargeant lui-m8se relativement peu d'impuretes (puisqu'il en reste peu). En remontant progressivement le courant de métal, il se charge peu à peu des impuretés de celui-ci, mais conserve jusqu'au bout des propriétés épurantes parce que le métal qutil rencontre est lui-meme de plus en plus impur. Il s'ensuit en outre que le laitier reste relativement pauvre en fer, parce qu'il rencontre un bain de plus en plus réducteur. Suivant une variante intéressante du procédé de l'invention à laquelle correspond une modalité constructive avantageuse du dis positif approprié, au lieu d'alimenter de façon continue en métal une suite discrète de récipients d'affinage, on alimente un récipient unique constitué d'une suite nombreuse, ininterrompue de récipients juxtaposés, de faible dimension dans le sens du déplacement du métal, le récipient unique étant très allongé dans le sens du déplacement du métal, le fond et/ou les parois de celui-ci étant garni de tuyères de soufflage, distribuées tout au long dudit récipient. Cette variante permet un accroissement dans la continuité de l'opération d'affinage, une certaine simplification dans les appareillages nécessaires, et un écoulement plus facile de la scorie à contre-courant du métal. Suivant une autre variante avantageuse du procédé ci-dessus, variante dans laquelle on fait usage de telles tuyères à conduits coaxiaux, le tube central servant à introduire le gaz affinant préférenent de l'oxygène pur, on injecte dans le bain, par le conduit extérieur de la tuyère, un fluide protecteur à l'étant liquide, ou solide finement divisé ou sous ces deux états simultanément. Il ne sort pas du cadre de la présente invention d'ajouter à ce fluide une certaine quantité d'un gaz protecteur. Parmi les fluides envisagés dans la présente variante, on peut citer notamment des hydrocarbures naturels ou synthétiques ou des combustibles solides pulvérisés, etc... Comme dit plus haut, la présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus-. Le dispositif objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il est constitué - d'une suite de récipients d'affinage appropriés pour le soufflage sous la surface du bain métallique, latéralement ou par le fond les récipients de la suite étant raccordés latéralement les uns à la suite des autres, - d'un dispositif d'alimentation continue du premier récipient en métal à affiner, et d'un dispositif d'évacuation continue du métal affiné, situé à la sortie du dernier récipient, - d'un dispositif d'alimentation des récipients en matériaux scorifiants, et d'un dispositif d'évacuation de la scorie, situé de préférence dans le premier récipient. Suivant une variante avantageuse de ce dispositif, tous les récipients font partie intégrante d'un seul réservoir dont les parois latérales sont constituées des parois latérales successives des récipients qui le composent, dont les parois frontales sont constituées respectivement de la paroi frontale (c8té alimen- tation) du premier récipient, et de la paroi frontale (côté évacuation) du dernier récipient, les parois latérales du réservoir étant localement munies de contreforts intérieurs, qui matérialisant les parois frontales non encore mentionnées des récipients, délimitent ceux-ci dans le réservoir, lesdits contreforts étant munis au moins à partir d'une certaine hauteur, d'échancrures permettant le passage du métal d'un récipient vers l'autre, et le passage de la scorie sur le métal, à contre-courant de celui-ci. Les schémas donnés ci-après, on à l'échelle, et à titre d'exemple non limitatif, permettant de se rendre compte comment on peut réaliser un dispositif conforme à celui de l'invention. La figure 1 représente une coupe verticale longitudi avale d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé repris à la présente invention. La figure 2 représente deux demi-coupes pes verticales transversales I-I (d gauche) et Il-I I (d droite) du même récipient. Ce dispositif comporte une série de récipients 1 à 5 disposés l'un à la suite de l'autre, reliés entre eux par un fond commun 6 et deux parois latérales communes. Le dispositif est éga liement muni - d'un orifice 7 pour introduire de la fonte (flèche 8) de façon continue dans le premier récipient, - d'un orifice 9 pratiqué dans la paroi du dernier récipient, pour évacuer lbrier affiné (flèche 10), - d'une canalisation 11 serrant à amener des matériaux scorifiants (flèche 12) sur le bain de métal dans le récipient 5, - d'un orifice 13 servant à évacuer la scorie usée (flèche 14), - d'une certain nombre de tuyères inclinées 15, 16, 17, 18 et éven tellement 19 disposées dans la partie du fond 6, relative à chaque récipient, - d'un certain nombre d'échancrures 20, 21, 22, 23 permettant un échange de scorie et de métal entre les récipients adjacents. Le principe de fonctionnement de l'appareil est simple. La fonte à affiner est amenée de façon continue par 7 dans le récipient n 1 qui se rempli progressivement. Du gaz d'affinage est soufflé par les tuyères 15 pour affiner l'acier en 1. Une ofois qu'il a atteint un niveau suffisant dans le récipient 1, il se déverse dans le deuxième récipient (flèche 24), pour y subir une phase subséquente de son affinage et ainsi de suite de récipient en récipient jusqu'au dernier. Le laitier est formé dans le dernier récipient et circule en sens inverse (flèche 25) du métal jusqu'au premier récipient, où il est évacué par 13. On peut également envisager de former le laitier dans les premiers récipients de l'appareil, auquel cas, le laitier se déplace sur le métal, dans le mOme sens que lui (25').Dans ce cas également, l'orifice d'évacuation du laitier se trouve du cOté du dernier récipient. La forme particulière du dispositif ci-dessus permet l'introduction dans chaque récipient de la quantité d'oxygène nécessaire à la fraction d'affinage qui y est réalisée. On peut notamment y faire varier le débit propre de chaque tuyère d'affinage, selon les nécessités. D'autres additions sélectives y sont également possibles, par exemple de chaux en roche, de fondant, de minerai, de mitraille (mime volumineuse) y amenée par goulotte ou bande transporteuse. Suivant une variante intéressante de ce dispositif, on peut le munir de deux tourillons (représentés par l'axe 26) permettant de faire basculer l'ensemble des récipients autour d'un axe commun pour les vidanger, les réparer, parer à un intident quelconque ou effectuer une mesure ou une opération quelconque sans devoir vider l'appareil et en perturbant donc le moins possible son fonctionnement en régime. La figure 3 représente également à un titre d'exemple, et non à I'échelle, une coupe longitudinale verticale d'un autre dispositif conforme à celui de l'invention. Celui-ci est constitué d'un bac allongé 27 alimenté en continu en 28 en métal à affiner 29. Dans le bac 27, le métal est objet d'un affinage quasi continu par du gaz d'affinage soufflé par une batterie 30 de tuyères successives, jusqu'd ce qu'il ait atteint 11 extrémité côté sortie 31 du bac 27 où il est évacué ; comme dans l'exemple précédent, la score est formée en 32 et s'écoule sur le métal dans le sens 33 contraire à celui 34 du métal. Elle est évacuée en 35. Par ailleurs, et selon une autre variante (figure 4) le fond du réservoir 36 est constitué d'une succession de redans 37, couchés dans le sens du déplacement du métal, les différentes tuyères de soufflage, 38, 39,... étant inclinées dans le sens du déplacement du métal et débouchant dans le réservoir par les faces "aval" 40, 41... desdits redans. Les jets de gaz affinants contribuent ainsi également à déplacer le métal vers la sortie. Une autre variante avantageuse de ce dispositif prévoit de munir le réservoir unique d'un dispositif permettant un basculement ménagé dudit réservoir dans le sens longitudinal, ce qui facilite l'évacuation du métal affiné, lorsque le débit à l'entrée diminue quelque peu. Le schéma de la figure 3 dérive de celui de la figure 1 en ce sens que le nombre de cellules a grandi infiniment, en même temps que se réduisait infiniment leur longueur propre ; le résultat est une cellule unique allongée dans le fond de laquelle une série de tuyères disposées dans le sens de la longueur permet d'obtenir un affinage continu, continssent progressif. REVENDICATIONS 1 ) Procédé pour l'affinage continu des métaux, et plus spécialement de la fonte, c a r a c t é r i s é en ce qu'on verse de façon continue un métal à affiner dans un récipient approprié pour le soufflage de gaz affinant sous le niveau du métal, ledit métal au moins au voisinage de son niveau supérieur, successivement dans un ou plusieurs autres récipients appropriés de la même fa çon, en ce que ledit métal est soumis dans les récipients qu'il traverse, à l'action du gaz affinant ainsi qu'éventuellement à l'action d'additions scorifiantes, et/ou refroidissantes, et en ce qu'on recueille le métal affiné de façon continue à la sortie du dernier récipient. 2d) Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que le gaz d'affinage est de l'oxygène pur, introduit dans le bain de métal au moyen de tuyères dirigées vers le haut ou placées latéralement sous le niveau du bain dans une direction favorisant le déplacement du métal d'un récipient dans le suivant. 3 ) Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2 c a r a c t é r i s é on, ce qu'on forme contintnent du laitier frais dans le dernier récipient d'affinage et en ce qu'on déplace le laitier sur le métal en sens inverse du sens de déplacement de la partie sup-érieure du métal dans les récipients. 40) Procédé suivant ltune ou l'autre des revendications 1 à 3 c a r a c t é r i s éen ce que lesdits procédés sont appliqués à un réservoir unique, constitué d'une suite ininterrompue de récipients juxtaposes chacun de faible dimension dans le sens du déplacement du métal, le récipient unique étant très allongé dans le sens du déplacement du métal, le ond et/ou les parois de celuici étant garni des tuyères de soufflage, distribueés tout au long dudit récipient. 5-) Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 a 4 et dans lequel on fait usage de tuyères de soufflage constituées de deux conduits coaxiaux, le conduit central serrant à in traduire le gaz raffinant, préféremment de l'oxygène pur, c a r a c t é r i s é en ce que l'on injecte dans le bain, par le conduit extérieur de la tuyère, un fluide protecteur à l'état, liquide, ou solide finement divisé, ou sous ces deux états simultanément. 6*) Procédé suivant la revendication 5, c a r a c t é r i s 6 on ce que le fluide protecteur contient également une phase gazeuse. 7X) Procédé. suivant l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, c a r a c t é r i s é en ce que le fluide protecteur est constitué d'un hydrocarbure liquide. 8 ) Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 5 à 7, c a r a c t é r i s é en ce que le fluide protecteur contient des combustibles solides pulvérisés. 9 ) Dispositif pour la mise en oeuvre des procédés repris aux revendications 1 a 8, c a r a c t é r i s 8 en ce qu'il est constitué - d'une suite de récipients d'affinage appropriés pour le soufflage sous le niveau du bain, latéralement ou par le fond, les réci piments de la suite étant raccordés latéralement les uns à la suite des autres, - d'un dispositif d'alimentation continue du premier récipient en létal d affiner, et d'un dispositif d'évacuation continue du métal affiné, situé à la sortie du dernier récipient, - d'un dispositif d'alimentation des récipients en matériaux scorifiants, et d'un dispositif d'évacuation de la scorie, situé soit dans le premier récipient, soit dans le dernier. 10) Dispositif selon la revendication 9, c a r a c t é r i s é en ce que tous les récipients font partie intégrante d'un seul réservoir dont les parois latérales constituent les parois latérales successives des récipients qui le compostent, les parois frontales constituent respectivement la paroi frontale (cô- té alimentation) du premier récipient, et la paroi frontale (côté évacuation) du dernier récipient, les parois latérales du réservoir étant localement munies de contreforts intérieurs, qui, saté- rialisant les parois frontales non encore mentionnées des récit pients, délimitent ceux-ci dans le réservoir, lesdits contreforts étant munis au moins à partir d'une certaine hauteur, d'Echancru- res permettant le passage du métal d'un récipient vers l'autre, et le passage de la scorie sur le métal, à contre-courant de celui-ci. 11-) Procédés tels que décrits ci-dessus. 120) Dispositifs telsque décrits ci-dessus. 13 ) Métal élaboré au moyen des procédés et dispositif tifs revendiqués etd8crits ci-dessus.