Brevet FR2134200A1 — publié le 19721208

L'invention concerne les procédés de convertissage continu de produits métallurgiques en fusion : mattes de cuivre et de nickel, ferronickel, etc. On connait un procédé de convertissage continu de produits métallurgiques en fusion par soufflage de ces produits avec un oxydant gazeux dans la cuve d'un convertisseur. On admet à ia cuve le produit en fusion de départ et un fondant et, dans les zones successives de soufflage oxydant, de scorification et de décantation de la scorie qui s'y forment, le processus se déroule en donnant un produit enrichi et une scorie qui sont coulés séparément par des trous de la cuve. On connait un convertisseur pour la réalisation d'un tel procédé, dans la voûte duquel sont montées des tuyères insufflant l'oxydant gazeux, ces tuyères étant disposées sous un angle de 60 à 800 par rapport à l'horizontale (certificat d'auteur d'invention d'URSS, n" 120.646, cl. 49a, 29). Dans le convertisseur connu, la cuve est réalisée de profondeur constante et oxydant y est admis sous une pression 2 de 4 à 6 kg/cm2 par les tuyères mentionnées, dont les nez sont écartés du bain emplissant la cuve à une distance de 350 à 400 mm, ce qui assure la pénétration de l'oxydant à une profondeur suffisante pour brasser le bain dans la zone de soufflage oxy- dant, mais n'assure pas le déplacement du bain. Conformément au procédé de convertissage, l'oxydants le fondant et le produit en fusion sont amenés dans la partie avant du convertisseur, l'évacuation de la scorie et du produit enrichi steffectuant à la partie arrière du four, à partir de la zone de décantation de la scorie. Le transfert thermique à la zone de décantation de la scorie s'effectue essentiellement grâce au déplacement du produit enrichi s'en allant de la zone aZoxydation aussi, la stabiiisation thermique dans la zone de décantation de la scorie n'est-elle possible qu'avec le schéma indiqué d'évacuation du produit enrichi et d'admission du produit en fusion de départ. Le produit en fusion de départ doit être admis à l'avant du convertisseur, afin qu'il ne puisse diluer le produit enrichi. Dans le procédé connu, la circulation du bain est la plus intense dans la partie avant du convertisseur, et c'est justement dans cette partie qu'il est activement traité par l'oxydant et le fondant. Toutefois, du fait de la profondeur constante de la cuve et de l'admission de l'oxydant gazeux, avec orientation vers la zone de décantation de la scorie, la circulation du bain se ralentit et, à la fin de cette zone, le mouvement du bain n'a lieu que par suite de la coulée des produits de ce processus. I1 en résulte que la transmission de la chaleur se degageant dans la zone de soufflage oxydant à la zone de decantation de la scorie n'est pas assurée dans une mésure suffisante, aussi la température dans la zone de décantation de la scorie a-t-elle une valeur abaissée, ce qui complique la décantation de la scorie et sa coulée, et entraine la formation de dépôts solidifiés. La fluidité faible du bain dans la zone de décantation de la scorie ne favorise pas la séparation des inclusions mécaniques du bain d'avec la scorie et abaisse l'efficacité d'appauvrissement de la scorie de convertissage. La nécessité de charger le fondant directement dans la zone de soufflage oxydant, due à une mauvaise assimilation du fondant au-delà des limites de cette zone, par suite de la circulation insuffisante du bain, crée des incommodités d'exploitation : bouchage des goulottes à fondant par les projections de produit en fusion et nécessité d'employer un fondant de composition granulométrique déterminée, afin de prévenir son entraînement par les gaz s'en allant du convertisseur. Rouir que le produit obtenu soit conditionné, sa coulée à la partie arrière du convertisseur pendant une période inévitable de concentration du métal dans le produit à transformer, au cours de son cheminement le long du convertisseur, se produisant par suite de l'interaction de la scorie et du bain enrichi, nécessite le ressouffflage du bain dans la zone de soufflage oxydant. Le ressoufflage du bain augmente les pertes de métal dans la scorie. En outre, par suite de la coulée du produit enrichi à la partie arrière du convertisseur, les réactions d'échange entre la scorie et le bain de produit dans la zone de décantation de la scorie correspondent à la composition d'équilibre du produit riche, ce qui ne donne pas la possibilité de réaliser un appauvrissement efficace de la scorie. Tous les inconvénients indiqués altèrent les performances du convertissage. L'application du procédé connu est limitée principalement à la production d'un produit enrichi intermédiaire, nécessitant un traitement ultérieur. Le but de la présente invention est de supprimer les in convenients indiques. Il s'agissait donc de créer un procédé de convertissage de produits métalliques en fusion, dans lequel serait assurée une circulation intensive du bain sur toute la longueur de la cuve, et de créer un convertisseur amélioré pour la réalisation dudit procédé. Conformément à l'invention, le convertissage du produit en fusion est réalisé dans une cuve dont la profondeur dans la zone de décantation de la scorie est plus petite que sa profondeur dans la zone de soufflage oxydant et de scorification, et l'oxydant gazeux est soufflé dans le bain dans la direction de la zone de scorification sous une pression au niveau du bain 2 de 2 à 10 kg/cm , en assurant le mouvement du bain en circuit fermé vertical ; le fondant est amené dans la zone de scorification. Dans un tel procédé, le produit en fusion de départ est admis entre la zone de scorification et la zone de décantation de la scorie, ce qui assure le lavage de la scorie, et l'évacuation du produit enrichi effectue au bas de la partie profonde de la cuve. Grace à l'organisation d'un mouvement ordonné du bain, il devient possible de couler le produit enrichi directement à partir de la zone d'oxydation, et d'admettre le produit en fusion de départ entre la zone de scorification et la zone de décantation de la scorie. Il en résulte que, dans la zone de décantation de la scorie, le bain est appauvri comparativement au produit enrichi, ce qui assure des conditions d'équilibre plus favorables pour la décantation de la scorie et son appau vris sement. L'admission du produit en fusion de départ assurant le lavage de la scorie permet d'obtenir un effet supplémentaire d-'appauvrissement de la scorie. L'evacuation du produit enrichi à partir de la zone d'oxydation exclut la nécessité de ressoufflage du bain. La circulation intensive du bain dans la zone de décantation de la scorie assure la stabilité thermique et une valeur suffisamment élevée de la température dans cette zone. L'assimilation efficace du fondant au-delà de la zone de soufflage oxydant, assurée par la circulation du bain, a donné la possibilité de charger le fondant dans la zone de scorification et, par cela-même, de supprimer les incommodités d'exploitation liées au chargement du fondant, ainsi que d'employer un fondant de composition granulométrique plus entendue. I1 est avantageux que la circulation du produit en'fusion et le chargement uniforme du fondant dans la zone de scorification créent,dans la zone de décantation de la scorie, une couche continue de fondant, et que la prise de scorie pour la coulée s'effectue au-dessous de cette couche. La couche de fondant continue contribue à la stabilisation thermique de la zone de décantation de la scorie et à une saturation plus complète du fondant par la scorie. Il est avantageux aussi que le convertissage s'effectue dans une cuve ayant un seuil de déversement au changement de profondeur, de façon à former deux circuits fermés de circulation du bain en deçà et au-delà de ce seuil, entre lesquels l'échange est assuré par la circulation générale du bain dans la cuve, et qu'un réactif gazeux soit amené dans le courant de circulation générale au-delà du seuil de déversement et en deçà de la zone de décantation de la scorie, dans le séns de la circulation générale du bain. Une telle réalisation du procédé permet d'intensifier la circulation du bain dans la zone de scorification, et de retenir dans cette zone le produit en fusion pauvre de départ et, par cela-même, d'obtenir un appauvrissement plus poussé de la scorie de convertissage. Le convertisseur pour la réalisation du procédé proposé a une cuve de profondeur variable, dont le rapport entre la profondeur de la zone de décantation de la scorie et celle des zones de soufflage oxydant et de scorification est de l'ordre de 0,3-0,8 ; les tuyères insufflant l'oxydant gazeux sont situées au-dessus de la partie plus profonde de la cuve et orientées vers la partie moins profonde ; les trous pour la coulée du produit enrichi sont situés auprès du fond de la partie profonde de la cuve, et les ouvertures pour l'admission du produit en fusion de départ sont situées au-dessus de la partie moins profonde de la cuve, plus près du changement de profondeur de la cuve. Un tel convertisseur assure ltorganisation d'une circulation ordonnée du bain en circuit fermé vertical. rour la formation de deux circuits fermés de circulation, entre lesquels l'échange est assuré par une circulation générale du bain, le convertisseur peut avoir un seuil de déversement réalisé au changement de profondeur et ayant, dans la partie peu profonde de la cuve, une hauteur de 0,7 à 1,0 de la profondeur de cette partie. Au-delà du seuil, au-dessus de la partie peu profonde de la cuve, dans la voûte du convertisseur, sont montées des tuyères amenant un réactif gazeux : oxydant ou réducteur. Ces tuyères doivent être disposees sous un angle de 60 à 80" par rapport au plan horizontal, orientées pour donner un écoulement s'éloignant du seuil. La présente invention permet d'accroître l'extraction directe des métaux non ferreux lors du convertissage de 3 à 20%, d'assurer l'obtention de produits conditionnés et d'abaisser les frais d'exploitation de 10 à 20% comparativement-au procédé de convertissage connu. Ci-après, on donne la description d'un exemple de réalisation du procédé de convertissage de produits métallurgiques en fusion faisant l'objet de l'invention, avec renvoi aux dessins annexes,qui représentent : la fig. 1, le convertisseur proposé (coupe longitudinale) la fig. 2, le schéma de convertissage dans un convertisseur sans seuil de déversement la fig. 3, le schéma de convertissage dans le convertisseur de la fig. 1. Le convertisseur a une cuve 1 (fig. 1), dans laquelle s'effectue le convertissage d'un produit en fusion. Dans la voûte 2 du convertisseur sont disposées, sous un angle de 75 par rapport à l'horizontale, des tuyères 3 pour l'insufflation d'un oxydant gazeux, et il est prévu une ouverture de chargement 4 pour l'introduction d'un fondant et une ouverture 5 pour l'admission du produit en fusion de départ. En outre, dans la cuve sont ménagés des trous 6 et 7 pour ia coulée de la scorie et l'évacuation du produit enrichi. Conformément à la présente invention, la cuv9 I du convertisseur a une profondeur variasse. La profondeur de la cuve (hauteur du niveau du produit en fusion versée sous les tuyères 3 insufflant l'oxydant gazeux et dans la zone de scorification est égale à 1400 mm-; la profondeur de la cuve dans la zone de décantation est de 900 mm, ce qui constitue 0,5 de la profondeur de la cuve sous les tuyères 3. Les tuyères 3 sont orientées vers la partie peu profonde de la cuve et se trouvent audessus de la surface du bain, versé jusqu'au niveau requis, à une distance de 100 mm. Au changement de profondeur, on a réalisé dans la cuve un seuil 8 qui a une hauteur de 850 mm du côté de la partie peu profonde de la cuve, ce qui correspond à environ 0,95 de la profondeur de la cuve dans cette partie. L'ouverturç de chargement 4 mentionnée, pour l'introduction du fondant, est ménagée au-dessus de la partie profonde de la cuve, plus près du seuil de déversement 8. Au-delà du seuil de déversement 8, dans la partie peu profonde de la cuve, est située l'ouverture 5 sus-mentionnée, pour l'admission du produit en fusion de départ. En outre, dans la voûte 2 du convertisseur, au-delà du seuil 8, sont montées des tuyères 9 pour l'insufflation d'un réactif gazeux oxydant ou réducteur. Ces tuyères sont disposées sous un angle de 75 par rapport à l'horizontale, de façon à donner un écoulement s'éloignant du seuil. Les trous 6 pour la coulée de la scorie sont situés plus bas que la couche de fondant attendue, créée par la circulation du bain à l'extrémité de la cuve, dans la zone de décantation de la scorie. Les trous 7 pour la coulée du produit enrichi sont ménagés dans la paroi latérale de la cuve, tout près du fond de la partie profonde de la cuve. A la fin de la voûte, au-dessus de la partie peu profonde de la cuve est située une ouverture 10 pour l'évacuation des gaz du convertisseur. Le processus de convertissage s'effectue, dans le convertisseur décrit, de la façon suivante. Au préalable, considérons le procédé de convertissage de produits métallurgiques en fusion dans une cuve de profondeur variable sans seuil de déversement (fig. 2). On verse dans la cuve le produit en fusion de départ jusqu'à un niveau prédéterminé et on le souffle avec un oxydant gazeux, du fondant étantintroduR dans le convertisseur. L'oxydant gazeux est insufflé dans la partie profonde de la cuve sous un angle de 60 à 80" par rapport à l'horizontale, avec orientation vers la partie peu profonde de la cuve. La pression 2 de 'l'oxydant est maintenue entre 2 et 10 kg/cm , ce qui assure une forte pénétration des jets d'oxydant dans le bain. Les facteurs indiqués font apparaitre dans la cuve de profondeur variable une circulation du bain en circuit ferme vertical, montré en fig. 2 par un trait continu.Les valeurs concrètes de la pression de l'oxydant sont déterminées dans chaque cas concret par la composition du produit en fusion de départ et du produit enrichi, par le débit de l'unité et par d'autres facteurs déterminant l'encombrement de la cuve. L'augmentation de la profondeur et de la longueur de la cuve impliquent, à toutes autres conditions egales, l'augmentation de la pression de soufflage. D'après le caractère des processus qui s'y déroulent, le bain dans lequel s'établit une circulation continue du produit en fusion est conventionnellement divisé en cinq zones : la zone de soufflage 11, la zone de scorification 12, la zone de lavage de la scorie 13, la zone de décantation de la scorie 14 et la zone de décantation du produit 15. Dans la zone de soufflage 11 ou l'on insuffle en jet orient tel ou tei oxydant, il y a oxydation du sulfure de fer, du fer métallique et d'autres constituants du bain sujets à l'oxydation. Les réactions typiques dans cette zone sont Grâce aux réactions exothermiques d'oxydation, c'est dans cette zone que se dégage la partie principale de la chaleur et, dans le cas de soufflage de mattes, également la masse principale de gaz sulfureux. Dans la zone Il de soufflage, grâce à l'insufflation directionnelie de l'oxydant, il apparaît une circulation en circuit fermé vertical du bain, qui est continuellement entretenue. Par suite de l'interaction du jet d'oxydant avec le bain, il se forme dans cette zone un cratère de soufflage (flamme de soufflage) d'où sont intensivement éjectés les gaz de reaction et du produit en fusion. Dans la zone 12 de scorification, on introduit un fondant, aussi est-elle le siège de réactions résultant de l'interaction du fondant avec les constituants du bain oxydés dans la zone 11 de soufflage ; il se forme de la scorie. Le fondant est introduit uniformément et la circulation du bain assure la formation d'une couche. continue 16 de fondant dans la zone 14 de decantation de la scorie. Les constituants suroxydés sont partiellement réduits dans cette zone par les composés de départ. Les réactions typiques dans cette zone sont Grâce à ces réactions, dans la zone 12 de scorification, le dégagement de chaleur et de gaz continue, quoique dans une mesure moindre. L'interaction du fondant et des constituants du bain est assurée ici par le brassage énergique du bain dû au voisinage immédiat de la zone d'oxydation. Dans la zone 12 s'amorce déjà la séparation du produit et de la scorie en deux lames, d'après la densité ; toutefois, la lame de scorie contient encore des inclusion importantes de produit. Au besoin, par exemple, afin de valoriser la chaleur en excès se dégageant dans la zone de soufflage, on introduit dans la zone 12 de scorification, de pair avec le fondant, d 'autres matières froides, par exemple des morceaux de minerai, des concentrés nodulés, etc. Dans ce cas, en plus des processus indiqués plus haut, les matières solides fondent dans la zone 12 dans laquelle peuvent se dérouler les réactions de décomposi- tion thermique de ces matières et d'interaction avec les constituants du bain, par exemple les réactions de dissociation des sulfures supérieurs et des réactions de sulfuration. Entre la zone de scorification et la zone de décantation, on admet le produit en fusion de départ (zone 13 de lavage); dans cette zone, la scorie de convertissage s'étant formée se mélange au produit en fusion pauvre admis (lavage de la scorie). Au cours du mélangeage, par suite des réactions d'échange et des réactions de réduction des constituants oxydés de la scorie par les composés du produit en fusion pauvre de départ, la scorie est débarrassée en partie des constituants de- valeur. Les réactions typiques dans cette zone sont dans lesquelles Ale est un métal non ferreux (Ni, Co, etc.) entre parenthèses, on a indiqué le constituant de la scorie et entre crochets,on a indiqué le constituant du produit. Dans la zone 14 de décantation de la scorie, recouverte par une couche flottante de fondant (manteau de fondant), s'achève la séparation de la scorie lavée d'avec le produit. Les gouttes de produit entrainées mécaniquement retombent de la scorie et la scorie appauvrie se décante au niveau du trou de coulée. La couche de fondant couvrant la surface du bain contribue à la stabilité thermique du bain dans la zone de décantation de la scorie et, dans le cas de fondant quartzeux, elle assure la saturation de la scorie de convertis sage en acide silicique, ce qui entraine un abaissement de la teneur en ma gnétite de la scorie et, par conséquent, son appauvrissement plus poussé. La coulee de la scorie s'effectue par prise audessous de la couche de fondant flottante. Dans la zone 15 de décantation du produit, le produit final s'accumule et se décante avant la coulée. Dans les produits en fusion qui sont des systèmes à ségrégation (par exemple sulfure de cuivre + cuivre métal) le produit décanté dans la zone 15 peut fortement différer en composition du reste du bain dans les zones 11 et 12. Dans d'autres cas, le produit final se trouvant dans la zone 15 est de composition proche de celle du bain des zones 11 et 12, mais à la différence de celuici, il ne contient pas d'inclusions de scorie. La coulée du produit enrichi s'effectue sous pression, à partir de la zone 15. Dans le convertisseur avec seuil de déversement représenté en fig. 3, dans la zone Il de soufflage, le bain est traité jusqu'à ce qu'il devienne un produit fortement enrichi, et dans les zones 13 et 14, la composition est maintenue pauvre. Lte- couiement de produit à la jonction des zones 12 et 13 est resserré, par exemple à l'aide du seuil de déversement. Dans ce cas, il se forme dans le bain deux courants de circulation en circuit ferme, entre lesquels les echanges sont assurés par la circulation générale du bain.Le maintien dans les zones 13 et 14 d'un bain de composition beaucoup plus pauvre que dans les zones 11, 12 et 15, assuré par le resserrement de l'écou- lement du bain, crée des conditions pour un appauvrissement plus poussé de la scorie dans la zone 13 de lavage de la scorie. Dans cette variante, l'échange de produit, au fur et à mesure de l'admission du produit en fusion de départ, s'effectue par circulation à travers une section resserrée, dans laquelle la scorie venant de la zone 12 se déplace à contre-courant du produit. Le contact entre les lames de scorie et de produit à contre-courant avec une grande vitesse au resserrement, com plète le lavage de la scorie effectué dans la zone 13. Afin de pousser plus loin l'appauvrissement de la scorie de convertissage et d'assurer la stabilité thermique du courant de produit en fusion dans les zones 13 et 14, ou bien des deux courants (de scorie et de produit), on admet dans la zone de > - vage de la scorie, une quantité appropriée de réactif gazeux, qui peut être une partie de la quantité totale nécessaire d'oxydant. Dans d'autres cas, le réactif gazeux peut avoir un caractère neutre ou réducteur, ou bien être combiné. Selon la composition et la quantité de réactif admis à la zone 13 de lavage de la scorie, l'effet d'appauvrissement de la scorie est assuré par l'amélioration du brassage de la scorie et du produit et par la réduction des composés oxydés de la scorie à l'aide des constituants du soufflage ; la stabilité thermique dans les zones 13 et 14 est assurée grâce à la chaleur dégagée par les réactions d'oxydo-réduction de scorification. Le procédé de convertissage proposé, fonde sur la réalisation du processus dans un courant de produit en fusion circulant eD circuit fermé avec localisation de certaines zones se distinguant par leur fonctions technologiques, permet d'appliquer avec succès le convertissage continu de produits métallurgiques en fusion. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Un procédé de convertis sage continu de produits métallurgiques en fusion par soufflage de ces produits avec un oxydant gazeux dans la cuve d'un convertisseur, dans laquelle on amène le produit en fusion de départ et un fondant, et où, dans les zones successives de soufflage oxydant, de scorification et de décantation de la scorie se formant, se déroule le processus donnant un produit enrichi et de la scorie évacués séparément de la cuve, caractérisé en ce que le convertissage du produit en fusion est réalisé dans une cuve (1) dont la profondeur dans la zone (14) d décantation de la scorie est plus petite que sa profondeur dans la zone (11) de soufflage oxydant et de scorification, que l'oxydant gazeux est soufflé dans le bain dans la direction de la zone-de scorification sous une pression au ni 2 veau du bain de l'ordre de 2 à 10 kgXcm , en assurant le mouvement du bain en circuit fermé vertical, et que le fondant est chargé dans la zone de scorification (12), le produit en fusion de départ étant admis entre la zone (12) de scorification et la zone (14) de décantation de la scorie, ce qui assure le lavage de la scorie et l'évacuation du produit enrichi s'effectuant au bas de la partie profonde de la cuve (1). 2. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la circulation du produit en fusion et le chargement uniforme du fondant dans la zone (12) de scorification créent dans la zone (14) de décantation de la scorie une couche continue (16) de fondant, la prise de scorie pour sa coulée étant faite au-dessous de cette cuhee. 3. Un procédé suivant/es revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le convertissage est réalisé dans une cuve (1) avec un seuil de déversement (8) au changement de profondeur, de façon à former deux circuits fermes de circulation du bain en deça et au-delà de ce seuil, entre lesquels l'échange est assuré par la circulation générale du bain dans la cuve, et qu'un réactif gazeux est amené dans le courant de circulation générale au-delà du seui-l de déversement (8), en deçà de la zone (14) de décantation de la scorie, dans le sens de ia circulation générale du bain. 4. Un convertisseur pour la réalisation du procédé faisant l'objet/evendications 1 à 3, dans la cuve duquel s'effectue le convertissage des produits métallurgiques en fusion par soufflage de ces produits avec un oxydant gazeux débité par des tuyères qui sont disposées dans la voûte du convertisseur sous un angle de 60 à 80" par rapport à l'horizontale, et ou se déroulent la scorification et la décantation de la scorie, des trous étant ménagés pour la coule de la scorie et du produit enrichi, caractérisé en ce que la cuve (1) a dans la zone (14) de décantation de la scorie, une profondeur égale à environ 0,3-0,8 de la profondeur dans les zones (11 et 12) de soufflage oxydant et de scorification, et que les tuyères (3) insufflant l'oxydant gazeux sont situées au-dessus de la partie la plus profonde de la cuve et sont orientées vers la partie moins profonde de la cuve) les trous (7) pour la coulée du produit enrichi étant situés auprès du fond de la partie profonde de la cuve, et les ouvertures (5i pour l'admission du produit en fusion de départ étant situées au-dessus de la partie peu profonde de la cuve, plus près du changement de profondeur de la cuve. 5. Un convertisseur suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'au changement de profondeur de la cuve, on a réalisé un seuil (8) dont la hauteur du côté de la partie peu profonde de la cuve est de 0,7 à 1,0 profondeur de cette partie de la cuve, et qu'au-delà du seuil (8), au-dessus de la partie peu profonde de la cuve, sont montées des tuyères (9) pour l'amenée d'un réactif gazeux, ces tuyères étant disposées sous un angle de 60 à 80" par rapport à l'horizontale, de façon à donner un écoulement s'éloignant du seuil (8). 6. sroduitsmétallurgiques, notamment aciers, ohtenus à l'aide des procédés et appareils selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.