Brevet FR2148425A1 — publié le 19730323

La présente invention est relative à des perfectionnements aux dispositifs et procédés pour le traitement des métaux, et plus particulièrement de la fonte, par insufflation d'oxygène dans le bain métallique par le fond ou les parois du récipient contenant le métal. Il est notamment connu, dans le cas de l'affinage de la fonte, d'insuffler par le fond d'un appareil d'affinage d'une part de l'oxygène industriellement pur ou un gaz oxydant riche en oxygène et,d'autre part, un fluide protecteur, gazeux ou liquide, de préférence a dissociation endothermique, tel que de la vapeur d'eau, de l'anhydride carbonique ou un hydrocarbure liquide ou gazeux. A cette fin, on préconise plus précisément d'utiliser un convertisseur dont le fond est muni de tuyères a deux conduits coaxiaux. L'insufflation d'oxygène est effectuée généralement par le conduit central tandis que le fluide protecteur est introduit dans le bain par le conduit périphérique. On réalise ainsi une protection efficace du fond du convertisseur avec pour conséquence une augmentation notable de la durée de vie des fonds équipés de la sorte. La présente invention est relative a un dispositif particulier pour le traitement des métaux, et notamment de la fonte, au moyen duquel on injecte un hydrocarbure ou un composé hydrocarboné liquide comme fluide protecteur entourant le jet d'oxygène insufflé dans le bain métallique. Le dispositif pour le traitement des métaux objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un circuit des fluides d'oxygène et d'hydrocarbure liquide composé des parties suivantes - une installation d'alimentation qui consiste par exemple en un réservoir de stockage pour chaque fluide (02 et hydrocarbure liquide), - une installation de pompage destinee a assurer le transport de l'hydrocarbure liquide depuis le réservoir d'alimentation jusqu'au récipient de traitement du metal, s - une installation de distribution destinée a amener les fluides a l'entrée de chaque tuyère dans des conditions de debit et de pression propres a assurer l'introduction des quantités adequates d'oxygène et d'hydrocarbure liquide, - des moyens destinés a assurer la sécurité de fonctionnement des installations de pompage et de distribution, - des moyens de mesure et de contrôle des installations de pompage et de distribution. Sans sortir du cadre de la présente invention, le dispositif peut éventuellement comporter en outre une installation pour la mise en suspension dans l'oxygène de matieres scorifiantes finement divisees, telles que par exemple de la chaux en poudre. Dans le but d'assurer la sécurité de l'installation de pompage de l'hydrocarbure liquide, chaque groupe de pompage composé d'une pompe et de son moteur, est doublé, suivant l'invention, d'un second groupe destiné a être gardé en réserve, un des groupes au moins étant equipé d'un dispositif dit anti-retour permettant d'éviter que la pompe en marche ne débite sur la pompe au repos. Suivant une variante de l'invention, la partie du circuit destinée au pompage comprend d'une part un groupe compose d'une pompe et d'un moteur, et, d'autre part, un réservoir tampon sous pression capable de maintenir une pression suffisante dans le circuit pendant un temps déterminé en cas de coupure d'alimentation. Le réservoir tampon est un dispositif bien connu, constitué d'une enceinte remplie partiellement d'un gaz compressible qui par sa détente permet précisément de maintenir une pression suffisante dans le circuit pendant un temps détermine en cas de coupure d'alimentation. Suivant une autre variante de l'invention, la partie du circuit des tinée au pompage comprend deux groupes composes d'une pompe et d'un moteur, l'un de ces groupes étant destine a être garde en réserve, un dispositif anti-retour permettant d'éviter que la pompe en marche ne débite sur la pompe au repos et un réservoir tampon sous pression capable de maintenir une pression suffisante dans le circuit pendant un temps déterminé en cas de coupure d'alimentation. Dans le but d'assurer la sécurité de l'installation de distribution, cette partie du circuit des fluides oxygène et hydrocarbure liquide comprend une vanne de réglage. Egalement suivant l'invention, les moyens de mesure et de contrôle comprennent pour l'installation de pompage, un dispositif de mesure de pression et pour l'installation de distribution, un dispositif de mesure de pression, un dispositif de mesure de débit et éventuellement un dispositif de régulation de débit destiné a neutraliser l'effet de toute variation de. pression en amont ou en aval. Le dispositif de régulation de débit prévu dans l'installation de distribution est base sur une mesure différentielle de pression et le régulateur a pour fonction de maintenir constante ladite pression differentielle et par conséquent le débit. Dans certain cas particuliers, la conduite générale d'amenee de l'hydrocarbure liquide en provenance du réservoir d'alimentation se scinde, dans la partie du circuit destinée au pompage, en plusieurs canalisations dont chacune est alors nécessairement équipée d'un système complet de pompage avec moyens appropriés de sécurité, de mesure et de controle. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, la partie du circuit destinée au pompage est composée d'une seule conduite dite générale, ce qui permet de n'utiliser qu'un seul systeme complet de pompage. De meme, la partie du circuit destinée a la distribution en faisant suite a celle destinee au pompage peut comprendre plusieurs canalisations et en particulier un nombre de canalisations égal au nombre de tuyères garnissant le fond du convertisseur. Dans ce cas, chaque canalisation est munie des moyens appropriés de sécurité, de mesure et de contrôle. Suivant l'invention, chaque raccordement de la partie du circuit destinée a la distribution aux différentes tuyères peut être avantageusement muni d'un étranglement permettant d'assurer une répartition plus egale du fluide (oxygène et/ou hydrocarbure liquide) entre les différentes tuyères. La présente invention a également pour objet un procede de traitement des métaux, plus particulièrement applicable dans le cas de l'affinage de fonte, au moyen d'un circuit de fluides comprenant les installations de pompage d'hydrocarbure liquide et de distribution de l'oxygène et de l'hydrocarbure liquide, avec moyens appropriés de sécurité, de mesure et de contrôle tels que décrits ci-dessus. Le procédé, objet de la présente invention, est essentiellement caracterise en ce que l'on contrôle d'une part, l'installation de pompage en mesurant au moins la pression et éventuellement le debit de l'hydrocar- bure liquide au moyen des dispositifs prévus a cet effet, et, d'autre part, la partie du circuit destinée à la distribution en effectuant une mesure de pression éventuellement combinée avec une mesure de débit au doyen des dispositifs propres a cette partie, et en ce que l'on intervient en cas d'écart entre ces mesures et des consignes prédéterminées, pour permettre l'achèvement de l'affinage ou une interruption rapide sans risque de perturbations graves. Dans le cas où la mesure de pression relative a l'installation de pompage révèle une faible chute de pression, par exemple de l'ordre de 20% de la pression nominale, ce qui est un indice d'une trop faible alimentation en hydrocarbure liquide, il est avantageux, suivant l'invention, de mettre en utilisation de préférence automatiquement, le groupe de sécurité composé d'une pompe et d'un moteur de réserve, ce qui permet d'achever l'affinage normalement. Evidemment, au cours du temps nécessaire a l'exécution de ces manoeuvres, le réservoir tampon débite automatiquement dans le circuit de pompage. Dans le cas où la mesure de pression effectuée au moyen du dispositif prévu à cet effet sur la partie du circuit destinée au pompage révèle une pression inférieure au minimum compatible avec le maintien du débit imposé, ou lorsque la mesure éventuelle de débit révèle une valeur trop faible, ou encore lorsque la pression mesurée sur cette partie du circuit est supérieure à un maximum prédéterminé, on assure l'insufflation dans les deux circuits central et périphérique ou dans le seul circuit périphérique de l'ensemble des tuyères soit d'air comprimé éventuellement enrichi en oxygène, de façon à permettre l'achèvement de l'affinage soit d'un gaz neutre, par exemple de l'azote, de façon à permettre d'abaisser la cornue et d'interrompre l'affinage sans risque de perturbations graves. Le contrôle de la partie du circuit destinée à la distribution consiste, suivant l'invention, en ce que, si la mesure de pression effectuée donne une valeur inférieure à une valeur minimum prédéterminée permettant l'introduction des quantités adéquates d'oxygène et d'hydrocarbure liquide, ou si la mesure de pression révèle une pression supérieure à une valeur maximum, on insuffle de l'air comprimé éventuellement enrichi en oxygène, de façon à permettre l'achèvement de l'opération d'affinage ou bien on insuffle un gaz neutre, de façon a permettre l'interruption rapide de l'opération d'affinage sans risque de perturbations graves. Suivant l'invention, on procède également à une insufflation d'air comprimé si la mesure de débit éventuelle donne une valeur inférieure a une valeur prédéterminée. Si la partie du circuit destinée à la distribution est constituée d'une seule conduite génerale, l' Injection d'air comprime ou de gaz neutre concerne évidemment l'ensemble des tuyeres. Par contre, si cette partie du circuit est constituée de plusieurs conduites, par exemple à raison d'une par tuyère, l'insufflation d'air comprimé ou de gaz neutre peut se faire uniquement sur la ou les tuyeres défectueuses. La figure donnée en annexe à titre d'exemple non limitatif représente schématiquement un mode de réalisation d'une installation pour le traitement métallurgique suivant l'invention. L'installation d'alimentation comprend le reservoir de stockage 1 d'hydrocarbure liquide et une canalisation d'amenée 2 d'oxygène techniquement pur. L'installation de pompage comprend la partie du circuit comprise entre les points (A) et (B) et est constituée d'une seule conduite dite générale. Les moyens destines à assurer la sécurité de fonctionnement et l'installation de pompage (A-B) comprennent un ensemble composé de deux pompes 3 et 3' avec leur moteur, d'un clapet de décharge 4 et de deux dispositifs anti-retour 5 et 5 ' , l'une de ces pompes étant destinée a être gardée en réserve, suivi d'un réservoir tampon 6 capable de maintenir une pression suffisante dans le circuit pendant un temps déterminé en cas de coupure d'alimentation. Les moyens de mesure et de contrôle de l'installation de pompage (A-B) comprennent essentiellement un appareil de mesure de pression 7 et un appareil de mesure de débit 8 L'installation de distribution de l'hydrocarbure liquide est comprise entre le point (B) et les tuyères doubles 14 garnissant le fond du récipient.Elle est constituée, suivant le représentation donnée sur la figure, par un nombre de canalisations egal au nombre desdites tuyeres doubles et raccordée au conduit périphérique de chaque tuyère 15 . Les moyens des tinés a assurer la sécurité de fonctionnement de l'installation de distribution comprennent essentiellement une vanne de réglage 9 . En ce qui concerne les moyens de mesure et de contrôle de l'installation de distribution, ils comportent un appareil de mesure de débit 10 , un régulateur de debit 11 du liquide et un appareil de mesure de pression 12 . L'installation de distribution comporte également une vanne à 3 voies 13 , ce qui rend possible l'introduction d'air comprimé eventuellement enrichi en 02 , en cas de nécessité. Le circuit a oxygène ne comporte pas de partie destinée au pompage et la conduite principale 2 est reliée directement a la partie destinée à la distribution comprenant également, dans le cas de la figure, un nombre de canalisations égal au nombre de tuyères doubles. Chacune de ces canalisations a oxygène est raccordée au conduit central 16 dE la tuyère double correspondante. Ce circuit à oxygène comprend une vanne à 3 voies 17 permettant, en cas de nécessite, l'introduction d'air comprimé enrichi ou non en oxygène. Les moyens de mesure et de contrôle de l'installation de distribution d'oxygène consistent en un dispositif de mesure de débit 18 un régulateur de débit 19 et un appareil de mesure de pression 20 .La distribution de l'oxygène est soumise à l'action de vannes de réglage 21 Il est a noter que, bien que le procédé de traitement métallurgique décrit ci-dessus, de même que les installations y afferentes et notamment l'installation reprise sur la figure ci-jointe, soient particulierement utilisables dans le cas de l'affinage de la fonte dans un convertisseur a soufflage par le fond, il ne sort pas du cadre de la présente invention de traiter de la sorte d'autres métaux, dans quelque installation que ce soit, par exemple four à sole, chenal de coulée, etc, de façon continue ou discontinue. Il est enfin à remarquer que le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre lorsque l'hydrocarbure liquide injecte dans le bain contient en suspension des matières solides finement divisees telles que par exemple des combustibles solides pulvérisés. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de realisation decrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, sans que l'on ne s 'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Dispositif pour le traitement des métaux avec insufflation par au moins une tuyere a deux conduits coaxiaux situés sous la surface du bain et de préférence dans le fond d'un récipient, d'un jet central d'oxygène industriellement pur ou d'un gaz oxydant riche en oxygène et d'un jet périphérique d'un hydrocarbure ou d'un composé hydrocarbone liquide, carac térisé en ce qu'il comprend un circuit des fluides oxygène et hydrocarbure liquide composé des parties suivantes - une installation d'alimentation qui consiste par exemple en un reservoir de stockage pour chaque fluide (02 et hydrocarbure liquide), - une installation de pompage destinée a assurer le transport de l'hydrocarbure liquide depuis le réservoir d'alimentation jusqu'au récipient de traitement métallurgique, - une installation de distribution destinée à amener les fluides d'insufflation a l'entrée de chaque tuyère, dans des conduites de debit et de pression propres à assurer l'introduction des quantités adéquates d'oxygène et d'hydrocarbure liquide, - des moyens destinés a assurer la sécurité de fonctionnement des installations de pompage et de distribution, - des moyens de mesure et de contrôle des installations de pompage et de distribution. 2. - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une installation pour la mise en suspension dans l'oxygène, de matières scorifiantes finement divisées telles que par exemple de la chaux en poudre. 3. - Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque groupe de pompage composé d'une pompe et de son moteur est doublé d'un second groupe destiné a être gardé en réserve, un des groupes au moins étant équipe d'un dispositif dit anti-retour permettane d'éviter que la pompe en marche ne débite sur la pompe au repos. 4. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie du circuit destine au pompage comprend au moins un groupe composé d'une pompe et d'un moteur et un réservoir tampon sous pression destiné a maintenir une pression suffisante dans le circuit pendant un temps déterminé en cas de coupure d'alimentation. 5. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie du circuit destinée à la distribution comprend une vanne de réglage. 6. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure et de contrôle de l'installation de pompage comprennent un appareil de mesure de pression. 7. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de mesure et de contrôle de l'installation de distribution comprennent un appareil de mesure de pression, un appareil de mesure de débit et éventuellement un régulateur de débit destiné a neutraliser l'effet de toute variation de pression en amont ou en aval. 8. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérise er ce que la partie du circuit destinée au pompage est composée d'une seule conduite dite générale, ce qui permet de n'utiliser qu'un seul système complet de pompage avec moyens appropriés de sécurité, de mesure et de contrôle. 9. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque raccordement de la partie du circuit destinée à la distribution aux différentes tuyères est muni d'un étranglement permettant d'assurer une répartition plus egale du fluide (oxygène et/ou hydrocarbure liquide) entre les différentes tuyères. 10. - Procédé pour l'affinage de la fonte au moyen du dispositif décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on contrôle d'une part, l'installation de pompage en mesurant la pression et éventuellement le débit de l'hydrocarbure liquide au moyen des dispositifs prévus à cet effet, et, d'autre part, la partie du circuit destinée à la distribution en effectuant une mesure de pression éventuellement combinée avec une mesure de debit au moyen de dispositifs propres à cette partie, et en ce que l'on intervient en cas d'écart entre ces mesures et des consignes prédéterminées. 11. - Procéde suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, dans le cas où la mesure de pression relative à l'installation de pompage révèle une faible chute de pression par exemple de l'ordre de 20% de la pression nominale, ce qui est un indice d'une trop faible alimentation en hydrocarbure liquide, on met en utilisation de préférence automatiquement, le groupe de sécurité composé d'une pompe et d'un moteur de reserve. 12. - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, dans le cas où la mesure de pression effectuée au moyen du dispositif prévu à cet effet sur la partie du circuit destinée au pompage révèle une pression inférieure à un minimum ou supérieure a un maximum préalablement imposés, on assure l'insufflation dans les deux circuits central et périphérique ou dans le seul circuit périphérique de l'ensemble des tuyères, d'air comprimé éventuellement enrichi en oxygène, de façon à permettre 1 'achèvement de l'affinage sans risque de perturbations graves. 13. - Procéde suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, dans le cas où la mesure de pression effectuée au moyen du dispositif prévu a cet effet sur la partie du circuit destinée au pompage révèle une pression inférieure a un minimum ou supérieure à un maximum préalablement imposés, on assure l'insufflation dans les deux circuits central et périphérique ou dans le seul circuit périphérique de l'ensemble des tuyères d'un gaz neutre par exemple de l'azote, de façon a permettre d'abaisser la cornue et d'interrompre l'affinage sans risque de perturbations graves. 14. - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, dans le cas où la mesure de débit effectuée au moyen du dispositif prévu a cet effet sur la partie du circuit destinée au pompage révèle un débit inférieur à un minimum imposé, on assure l'insufflation dans les deux circuits central et périphérique ou dans le seul circuit périphérique de l'ensemble des tuyères, d'air comprimé eventuellement enrichi en oxygène, de façon à permettre l'achèvement de l'affinage sans risque de perturbations graves. 15. - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, dans le cas ou la mesure de débit effectuee au moyen du dispositif prévu a cet effet sur la partie du circuit destinée au pompage révèle un débit inférieur a un minimum imposé, on assure l'insufflation dans les deux circuits central et périphérique ou dans le seul circuit périphérique de l'ensemble des tuyères d'un gaz neutre par exemple de l'azote, de façon à permettre d'abaisser la cornue et d'interrompre l'affinaqe sans risque de perturbations graves. 16. - Procéde suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, si la mesure de pression effectuee au moyen des dispositifs propres à la partie du circuit destinée à la distribution d'oxygène et/ou d'hydrocarbure liquide est inférieure à une valeur minimum ou supérieure à unesvaleur maximum prédéterminées, on injecte de l'air comprimé éventuellement enrichi en oxygène, de façon a permettre l'achèvement de l'opération d'affinage sans risque de perturbations graves. 17. - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, si la mesure de pression effectuée au moyen des dispositifs propres à la partie du circuit destinée à la distribution d'oxygène et/ou d'hydrocarbure liquide est inférieure à une valeur minimum ou supérieure a une valeur maximum predeterminees, on injecte un gaz neutre, de façon a permettre l'interruption rapide de l'opération d'affinage sans risque de perturbations graves. 18. - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, dans le cas où la mesure de débit effectuée au moyen du dispositif prévu à cet effet sur la partie du circuit destinée à la distribution révèle un débit inférieur à un minimum imposé, on assure l'insufflation dans les deux circuits central et périphérique ou dans le seul circuit périphérique de l'ensemble des tuyères, d'air comprimé éventuellement enrichi en oxygene, de façon à permettre l'achèvement de l'affinage sans risque de perturbations graves. 19. - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, dans le cas ou la mesure de débit effectuée au moyen du dispositif prévu à cet effet sur la partie du circuit destinée à la distribution révèle un débit inferieur à un minimum impose, on assure l'insufflation dans les deux circuits central et périphérique ou dans le seul circuit périphérique de l'ensemble des tuyeres d'un gaz neutre par exemple de l'azote, de façon à permettre d'abaisser la cornue et d'interrompre l'affinage sans risque de perturbations graves. 20. - Installation pour le traitement des metaux selon le procédé suivant une quelconque des revendications 10 à 19.