Brevet FR2123359A1 — publié le 19720908

Dans les procédés utilisés pour la fabrication continue du fer ou de l'acier, on cherche à assurer l'alimentation du récipient de traitement, en matière première, d'une manière continue ou semi-continue. Dans les procédés discontinus classiques, tel 5 que le procédé L.D. bien connu dans la fabrication de l'acier, la matière première est essentiellement introduite, dans le récipient de traitement, au début de chaque opération de traitement d'une charge. Dans un four rotatif, à disposition générale horizontale, 10 tel que celui qui est utilisé dans le procédé décrit dans la demande de brevet britannique n° 50247/68 de la Demanderesse, on se heurte à des difficultés dans la répartition de la matière première introduite dans le four. On a observé que, si l'alimentation en matière première s'effectue à une extrémité du four, et si on 15 laisse le produit se répandre progressivement le long des parois du four, il en résulte une grave usure du récipient, dans la zone proche de l'extrémité d'alimentation du four. En outre, une accumulation de matière non fondue, à l'extrémité d'alimentation du four, empêche l'écoulement de la matière sur toute la longueur du 20 four, et abaisse la vitesse de réaction, par suite d'une diminution de température dans la zone où se produit l'accumulation. Selon l'une de ses caractéristiques, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication de fer ou d'acier, qui consiste à faire tourner autour de son axe un four rotatif, à re-25 vêtement réfractaire et à disposition générale horizontale, à une vitesse telle que les liquides et les solides contenus dans le four soient maintenus contre la paroi interne du four, par la force centrifuge, ces liquides et solides comprenant un métal liquide formant une couche externe au contact du revêtement réfractaire, 30 et une matière non métallique formant une couche interne, et à introduire dans le four une matière particulaire, nécessaire pour la fabrication du fer ou de l'acier, avec une composante horizontale de déplacement alternativement croissante et décroissante, de manière à répartir le produit sur toute la longueur du four. 35 Selon une autre" caractéristique, l'invention a également pour objet une installation de fabrication de fer ou d'acier,comportant un four rotatif, à revêtement réfractaire, et à disposition générale horizontale, et des moyens pour introduire, dans le four, unc matière particulaire avec une composante horizontale 40 de déplacement alternativement croissante et décroissante. COPY 72 02195 2 2123359 Par 1'expression,"à disposition générale horizontale", on entend que l'axe longitudinal du four peut être incliné sur l'horizontale d'un angle pouvant atteindre 8 degrés. La demanderesse a constaté que le procédé et l'installation 5 selon l'invention, conduisent à des améliorations notables dans la durée du revêtement du four. On obtient les meilleurs résultats si le produit particulaire est entraîné dans un fluide comprimé avant d'être introduit dans le four. Le fluide comprimé est, de préférence, puisé à intervalles de temps réguliers, ces interval-10 les de temps étant réglés par un dispositif convenable de commande à minuterie. La durée de chaque pulsation peut être plus longue que l'intervalle de temps entre deux pulsations, et le fluide peut être avantageusement un gaz, tel que l'air. La matière particulaire est de préférence introduite dans 15 le four par des moyens comportant un tube de décharge dont une extrémité est conçue pour être reliée à une source de fluide comprimé, la paroi du tube comportant une ouverture par laquelle la matière particulaire pénètre dans le tube, et des moyens pour faire parcourir le tube par un fluide comprimé, admis à une'extré-20 mité de ce tube, pour éjecter la matière particulaire de l'extrémité de décharge du tube. De préférence, un boîtier entoure la partie du tube dont la paroi comporte l'ouverture, et, au moins, une partie du tube est montée rotative autour de son axe longitudinal, par rapport au 25 boîtier. Le tube peut être constitué de plusieurs parties reliées les unes aux autres, et une ou plusieurs de ces parties peuvent être rotatives autour de leur axe longitudinal. Les dimensions de l'ouverture ménagée dans la paroi du tube peuvent être réglables. Cette ouverture se présente, de préfé-30 rence, sous la forme d'une fente. La longueur de la fente, et/ou sa largeur, peuvent être réglables. Le tube, à l'intérieur du boîtier peut être formé de deux parties, l'une de ces parties étant concentrique à l'intérieur de l'autre, et chaque partie comportant une ouverture en forme de fente, ces parties étant mobiles 35 l'une par rapport à l'autre, dans le sens axial, de sort^ue la fente composite, formée par la coïncidence des fentes de chacune des parties correspondantes, soit réglable en longueur . Les deux parties du tube peuvent tourner l'une par rapport à l'autre de sorte que la fente composite, formée par la coïncidence des fen-^0 tes des deux parties, soit réglable en largeur. De cette manière, 72 02195 3 2123359 différentes quantités de matière particulaire peuvent pénétrer dans le tube, avant d'en être éjectées, selon les différentes positions de réglage. L'invention apporte ainsi une solution au problème de 1'-5 usure locale grave des réfractaires, et conduit, en outre, à une augmentation notable de la production du four. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: la Fig. 1 montre, en coupe longitudinale, un mode de réalisation particulier d'une installation pour la mise en oeuvre du 10 procédé selon l'invention; la Fig. 2 montre schématiquement un mode de réalisation particulier de l'installation selon l'invention; les Fig. 3 et 4 illustrent des détails de cette installation; 15 la Fig. 5 est une vue en coupe avec arrachement, suivant la ligne V-V de la figure 3; la Fig. 6 illustre une variante du détail de la Fig. 3, et la Fig. 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la Fig. 6. 20 La Fig» î représente un four rotatif 1 pour la fabrication de fer ou d'acier. Le four est, d'une manière générale, semblable à celui qui est décrit dans la demande de brevet précitée. Il consiste en une enveloppe de four cylindrique 2, pourvue d'un revêtement réfractaire 3. Deux rails annulaires 5 entourent l'en 25 veloppe 2, près de chacune des extrémités de celle-ci, et coopèrent avec des galets (non représentés) montés sur un bâti 4. Le four 1 a une disposition générale horizontale, son axe longitudinal étant incliné, selon un angle d'environ 3 degrés par rap port à l'horizontale. 30 Le four peut être entraîné en rotation, autour de son axe longitudinal, par un moteur d'entraînement (non représenté) à une vitesse telle que les liquides et solides contenus dans le four soient appliqués contre la paroi interne du four par la force centrifuge. 35 A l'extérieur du four 1, est prévu un boîtier 14, qui comporte un tube de décharge 6 pour introduire une matière particulaire dans le four. Ce boîtier 14 est plus complètement décrit, ci-après, en se référant aux Fig. 2 à 5. La matière particulaire, nécessaire à la fabrication du 40 fer ou de l'acier, est introduite dans le four 1,par l'intermé- 72 02195 4 2123359 diaire d'un tube 6. D'autres produits peuvent être introduits, dans le four 1, par un tube 7. La matière particulaire comprend un ou plusieurs des matériaux suivants: minerai de fer, pastilles de fer, produits frittes, agglomérés pré-recuits, charbon, coke, cal-5 caire. Un brûleur 8 est disposé à l'extrémité supérieure ou entrée du four 1, et il est orienté de manière à produire une flamme dans la longueur du four. Le four 1 est ouvert à chaque extrémité, et l'extrémité 10 supérieure, ou extrémité d'entrée, est entourée par un capot 31 à revêtement réfractaire, au travers duquel se prolongent les tubes 6 et 7 et le brûleur 8. L'extrémité de sortie du four peut être entourée par un capot 32, à revêtement réfractaire, qui présente une ouverture 33 pour les gaz résiduels. Le fond du capot 32 pré-15 sente des trous 10 et 11. La Fig. 2 représente, de manière schématique, le dispositif pour l'alimentation de la matière particulaire dans le four 1. Une trémie 12 est reliée par un tuyau souple 13 au boîtier 14. Le tube 6 passe à travers le boîtier 14 et est relié à un 20 clapet à bille commandé par un organe d'actionnement 16. Une minuterie 17 commande l'organe 16. Une alimentation 18 en air comprimé, est reliée à l'extrémité du tube 6 opposée à l'extrémité de décharge dans le four 1, au moyen d'un tube souple 19, d'un débit-mètre 20, d'un robinet 22, d'une vanne de réglage de débit 25 21 et d'une vanne régulatrice de pression 23. Un manomètre 34 est branché entre la vanne de réglage de débit 21 et la vanne 22. Des détails du boîtier 14, et des dispositifs associés, apparaissent plus clairement sur les Fig. 3, 4 et 5. Le tube 6 est réalisé en deux parties reliées par un accouplement 24, qui 30 est solidaire du boîtier 14. La partie du tube 6, située du côté de 1'accouplement 24 à l'opposé du four 1, est rotative autour de son axe propre par rapport au boîtier 14. Un bras 25, relié à un doigt indicateur 26, est solidaire de cette partie du tube 6, de sorte que ce tube 6 peut être tourné d'une quantité indiquée par 35- le doigt indicateur 26, sur une échelle 27, qui est fixée au boîtier 14. Une ouverture 28, se présentant sous la forme d'une fente, est prévue dans la paroi de la partie du tube 6 qui se trouve à l'intérieur du boîtier 14. La fente est sensiblement rectangulaire, 40 dans la vue de dessus montrée par la Fig. 4, mais un côté plus 72 02195 5 2123359 long 30 de la fente s'étendant dans la direction de l'axe du tube 6, est légèrement incurvé de manière à augmenter la surface de la fente. Une entrée 29, pour l'inspection et le nettoyage,fait par-5 tie du boîtier 14, bien que cette entrée soit normalement fermée. Une variante de l'installation, illustrée par les Fig. 6 et 7, comporte un tube 6 réalisé en deux parties 40 et 41. l'une des par ties 41 étant cosxiale à l'intérieur de l'autre partie 40. Les deux narties 40 et 41 comportent des ouvertures 4? et 4^5 respectivement en forme de fente dans leurs parois respectives. Les parties 40 et 10 41 sont réglables l'une par rapport à l'autre, en direction axiale, de sorte que la fente composite 44, formée par la coïncidence, ou la coïncidence partielle, des fentes 42 et 43, des parties correspondantes 40 et 4l,soit réglable en longueur. Les parties 40 et 41 sont également rotatives l'une par 15 rapport à l'autre, de sorte que la fente composite 44 est réglable en largeur. La modification du tube 6 permet de régler celui-ci pour différentes vitesses d'alimentation du produit. Dans la fabrication de fer, une matière particulaire, sous forme de minerai de fer, de charbon, de calcaire, est admise dans 20 la trémie 12, par un convoyeur à vis (non représenté) ou tout autre convoyeur connu classique. Le produit tombe par gravité, dans le tube souple 13, et donc dans le boîtier 14. En même temps, l'air comprimé est admis à l'extrémité du tube 6, à une pression et un débit réglables au moyen de la vanne 21, de la vanne de régulation 25 23 et du débit-mètre 20. La minuterie 17 est réglée de sorteque l'organe de commande 16 ouvre et ferme le clapet à bille 15, à des intervalles pré-déterminés, de sorte que l'air comprimé parcourt le tube 6 pendant des temps pré-déterminés. Certaines des matières particulaires, entrant dans le boî-30 tier 14, au moyen du tuyau souple 13, pénètrent également dans le tube 6, par l'intermédiaire de l'ouverture 28. La quantité de matière qui pénètre dans le tube 6, dans un temps donné, est partiellement dictée par la surface que présente l'ouverture 28 à la matière particulaire à son entrée dans le boîtier 14. Ainsi, la 35 quantité de matière particulaire pénétrant dans le four 1, par unité de temps, peut être réglée en tournant le tube 6, de sorte que l'ouverture 28 présente une surface convenable à la matière entrant dans le boîtier 14. Lorsqu'on désire modifier la quantité de matière particulaire entrant dansle four 1, par unité de temps, 40 on fait tourner le tube 6 au moyen du bras 25 vers une position 72 02195 6 2123359 dans laquelle l'ouverture 28 présente une ouverture ayant une entrant surface plus grande ou plus petite à la matière particulaire/dans le boîtier 14. On a observé, que le bord incurvé 30 de l'ouverture 28, facilite l'écoulement de produit dans le tube 6, pour des po-5 sitions où la surface présentée par l'ouverture 28 est faible. Une courbe d'étalonnage peut être tracée pour un produit déterminé, et une périodicité donnée d'ouverture et de fermeture du clapet à bille pour montrer la variation dans la quantité de produit introduite dans le tube 6, par unité de temps, en fonction 10 de la position de l'ouverture 28 indiquée par le doigt indicateur 26 et l'échelle 27. Le produit entrant dans le tube 6, par l'ouverture 28, est entraîné dans l'air comprimé, et éjecté de temps à autre à partir de l'extrémité du tube orientée vers l'intérieur du four, par des 15 pulsations d'air comprimé, passant dans le tube 6 à des intervalles réguliers. Le clapet à bille 15 peut être commandé, de manière à s'ouvrir rapidement et à se fermer lentement, permettant ainsi, à la matière particulaire de pénétrer dans le four 1, avec une compo-20 santé horizontale de déplacement, alternativement croissante et décroissante. Une partie de la matière est envoyée vers l'extrémité du four 1 distante du tube 6, tandis qu'une partie est envoyée plus près de l'extrémité du four 1, proche du tube 6,1a matière se trouvant ainsi répandue sur toute la. longueur du four. 25 La vitesse à laquelle le clapet 15 se ferme, peut être modifiée afin de modifier les caractéristiques d'étalement du produit. En variante, les caractéristiques d'étalement peuvent être modifiées, en agissant sur le débit d'air et/ou la pression d'air. La trajectoire du produit peut être modifiée en faisant varier la pression 30 d'air, au moyen de la vanne de régulation de pression 23. Il est ainsi possible d'agir à la fois sur la quantité de matière pénétrant dans le four par unité de temps, et sur la répartition de la matière sur la longueur du four; les problèmes d'une usure grave de réfractaire, dans l'une des parties du revê-35 tement du four, peuvent être par là-même réduits. La matière particulaire pour la fabrication du fer, soit le minerai de fer, le charbon et le calcaire, qui est répandue sur la longueur du four, réagit de la manière suivante. Le carbone du charbon réduit le minerai en fer et en oxyde de carbone, et l'o- 40 xygène , présent dans la flamme oxyde, l'oxyde de carbone résul 72 02195 7 2123359 tant en gaz carbonique, libérant ainsi de l'énergie, requise pour entretenir le processus de réduction. Sous l'effet de la force centrifuge, due à la rotation du four, les différents constituants liquides et solides, contenus dans le four, se séparent en cou-5 ches distinctes: le constituant le plus lourd, le fer, est maintenu en couche externe contre la surface de réfractaire et la couche interne consiste en produits non métalliques ou en scories produites par la réaction du calcaire avec les impuretés contenues dans le fer. 10 Le processus peut être poursuivi en continu, et comme les matières sont introduites en continu dans le four, à partir de l'extrémité d'entrée, le fer liquide se déverse dans le capot collecteur 32, à l'extrémité de sortie et est recueilli à travers les trous 10 et 11 respectivement. 15 Le procédé peut être utilisé pour produire, soit du fer, soit de l'acier, selon le type d'atmosphère régnant dans le four. Le type d'atmosphère, (c'est-à-dire atmosphère oxydante, réductrice, ou partiellement réductrice) peut être commandé par la conception du brûleur, et par les conditions opératoires compre- 20 nant le rapport combustible/oxygène, et les additions de charbon fin. 72 02195 8 2123359 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de fer ou d'acier suivant lequel on fait tournerautour de son axe un four rotatif, à disposition générale horizontale et à revêtement réfractaire, à une vitesse 5 telle que les liquides et solides, contenus dans le four, soient maintenus contre la paroi interne du four par la force centrifuge, lesdits solides et liquides, contenus dans le four, comprenant du métal liquide formant une couche externe en contact avec le revêtement réfractaire, et un produit non métallique formant 10 une couche interne sur la couche métallique, caractérisé en ce qu'on introduit la matière particulaire nécessaire à la fabrication du fer ou de l'acier à une extrémité du four (1) avec une composante horizontale de 15 déplacement augmentant et diminuant alternativement de manière à répandre le produit le long du four (1). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit la matière particulaire dans le four (1) par un tube (6), dont l'une des extrémités est conçue pour être reliée 20 à une source (18) de fluide comprimé, une ouverture (28), dans la paroi du tube, permettant à la matière particulaire de pénétrer dans le tube (6), et on fait circuler le fluide comprimé à partir d'une extrémité du tube (6), le long de celui-ci, pour éjecter la matière particulaire de l'extrémité de sortie du tube 25 (6). 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fluide comprimé est puisé à intervalles réguliers. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée d'une pulsation est supérieure à l'intervalle de temps 30 entre deux pulsations. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le fluide comprimé est un gaz. 6 - Installation de fabrication de fer ou d'acier, comportant un four rotatif à revêtement réfractaire, à disposition 35 générale horizontale, caractérisée en ce que des moyens sont prévus pour introduire une matière particulaire dans le four (1) avec une composante horizontale de mouvement alternativement croissante et décroissante. 72 0105 9 2123359 7 - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un tube (-6), dont une extrémité est susceptible d'être reliée à une source (18) de fluide comprimé, une ouverture (28) traversant la paroi du tube pour que la matière par- 5 ticulaire pénètre dans le tube (6). 8 - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (.15, 16, 17) pour puiser le fluide comprimé. 9 - Installation selon la revendication J ou 8, caractéri~ 10 sée en ce que la dimension de l'ouverture (28), ménagée dans la paroi du tube (6), est réglable. 10 - Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le tube (6) est formé de deux parties (40, 41), l'une des parties (41) étant co-axiale à l'intérieur de l'autre, et 15 chaque partie (4C ,41) présentant une ouverture (42,43) en forme de fente, les parties (40,41) étant mobiles l'une par rapport à l'autre", dans le sens axial, de sorte que la fente composite (44), formée par la coïncidence des fentes (42,43),des parties respectives (40,41) est réglable en longueur. 20 11 - Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les deux parties (40, 41) du tube (6) sont susceptibles de tourner l'une par rapport à l'autre, de sorte que la fente composite (44), formée par la coïncidence des fentes (42, 43) des parties respectives (40, 41) est réglable en largeur. 25 12 - Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisée en ce qu'un boîtier (14) entoure la partie du tube (6) présentant l'ouverture (28) dans la paroi du tube. 13-Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend un clapet 15 et un 30 organe d'actionnement du clapet (16) commandant l'alimentation en fluide comprimé du tube (6).