Brevet FR2150250A1 — publié le 19730406

La présente invention concerne l'introduction de produits pulvérulents, tels que la chaux, la castine, les oxydes de fer, les minerais, divers fondants, etc.., à ltétat pulvérulent, dans un bain métallique liquide, en vue d'agir sur la composition et les proprié tés physiques et chimiques du laitier en formation ou déjà formé. On sait introduire des produits pulvérulents dans un bain métallique liquide en les mettant en suspension dans un gaz porteur, qui peut Outre de l'air, ou de ltoxygbne, ou tout autre gaz. Dans les convertisseurs et les fours d'aciérie, il est con nu d'insuffler ces produits pulvérulents en suspension dans un gaz porteur de deux manières différentes a) La première manière consiste à souffler le gaz porteur char gé de produits pulvérulents à travers des tuyères de soufflage diri gées de bas en haut verticalement ou obliquement et disposées dans le fond d'un convertisseur d'aciérie. b) La deuxième manière consiste à souffler le gaz porteur char gté de produits pulvérulents au moyen dtune lance, verticale ou obli que, dirigée de haut en bas. La première manière présente un grave inconvénient, si bien qu'elle est peu pratiquée : les-particules de matières solides pul virulentes sortent de la tuyère avec une impulsion, (ou quantité de mouvement par unité de temps) considérable, puisqu'elles ont appro ximativement la vitesse du gaz porteur, et que cette vitesse élevée est associée à une masse spécifique bien supérieure à celle du gaz. Il en résulte que, tandis que le gaz réagit sur le bain métallique avec un haut rendement, son impulsion étant relativement faible par suite de sa faible masse spécifique, la plupart des particules soli des, grave à leur forte impulsion, traversent le bain métallique en s'enrobant d'une fine pellicule de métal (à laquelle peut s'ajouter ou non une fine pellicule de laitier), émergent du bain avec une vi terse encore notable, et ue trouvent entraînées dans les gaz sortant du bec du convertisseur.Leur introduction n'apporte donc aucun ef fet favorable i l'opération métallurgique, et accroit par contre les pertes métalliques par entratnement direct dans les gaz des pel auleS métalliques mentionnées plus haut. Au contraire, dans la deuxième manière, c'est-à-dire l'in- sufflation par lance soufflant de haut en bas, cet inconvénient n'ex- iste pays, puisque la vitesse des particules est dirigée vers le bas, et se trouve amortie, puis annulée, par le bain, et, au besoin, par la paroi réfractaire du four ou du convertisseur. / Métallurgiquement, cette deuxième manière est donc meilleure que la première. Mais elle nécessite une lance, avec les inconvénients inhérents à ce mode d'insufflation, ctest-i-dire : encombrement, circulation d'eau, remplacement des lances percées, parfois formation de "loups de lance ctest-à-dire de dépôts métalliques sur l'extrémité de lalance, etc... Be but de la présente invention est de parvenir à souffler les matières pulvérulentes de haut en bas, donc selon la deuxième manière précitée, mais sans utiliser pour cela une lance. À cet effet, l'invention utilise le principe connu de tuyères secondaires dans un convertisseur d'aciérie, c'est-à-dire de tuyères distinctes des tuyères disposées dans le fond du convertisseur. Mais ce principe connu n'a été appliqué jusqu'ici que très rarement et uniquement au-dessus du niveau du bain, pour souffler un gaz oxydant, tel que l'air, destiné à briller en gaz carbonique l'oxyde de carbone issu de la décarburation du bain en cours d'affinage. Un inconvénient grave de ces tuyères secondaires de type connu était leur usure plus rapide que le garnissage réfractaire environnant. La présente invention a d'abord pour objet un procédé de soufflage de matières pulvérulentes en suspension dans un gaz porteur, caractérisé par une introduction de ce fluide obliquement de haut en bas ou, à la limite, horizontalement, dans un convertisseur d'aciérie, au moyen de tuyères traversant le revêtement du convertisseur, ces tuyères étant à double alimentation séparée, le fluide primaire, au centre, étant constitué par un gaz porteur de particules pulvérulen et le fluide secondaire, à la périphérie, étant un fluide protecteur du nez de la tuyère contre l'usure. Suivant une caractéristique particulière de la présente invention, chaque particule de produit pulvérulent possède une impulsion suffisante pour bien pénétrer dans le bain métallique, meme si le nez de la tuyère se trouve à une certaine distance au-dessus du niveau du bain. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, dans le cas où le gaz porteur est de l'air, et où la tuyère est émergée, la concentration en produits pulvérulents est assez élevée, et le débit d'air assez faible, pour que le fluide secondaire puisse être constitué par un fluide contenant du carbone, et que sa combustion par l'oxygène du gaz porteur, au nez de la tuyère, soit incomplète. Les fluides protecteurs du nez de la tuyère contre l'usure peuvent astre en effet, selon le cas a) Soit un fluide neutre, tel que l'azote, l'argon, etc... b) Soit un fluide oxydant à dissociation endothermique, tel que la vapeur d'eau, l'eau, le gaz carbonique, le dioxyde de carbone liquide, etc... c) Soit un fluide réducteur contenant du carbone, tel que du ftel-oil, de l'eau contenant des particules d'une substance à base de carbone, etc... Dans le cas c), si la tuyère est immergée dans le bain métallique contenant du carbone, le fluide réducteur ne brûle pas, et assure la protection du nez de la tuyère contre l'usure. Mais si la tuyère est émergée, ce fluide n'assure cette protection que si le débit de gaz porteur de matières pulvérulentes est insuffisant pour réaliser la combustion complète du fluide réducteur, compte tenu de l'atmosphère réductrice qui règne dans le convertisseur, au-dessus du niveau du bain. La présente invention a aussi pour objet un dispositif d'insufflation appliquant le procédé précité, constitué par au moins une tuyère à double alimentation séparée, comportant deux tubes concentriques traversant obliquement, et de haut en bas, en position de eoafSlage, le revttement réfractaire du convertisseur, pouvant déboucher soit au-dessus, soit à ras, soit au-dessous du niveau du bain métallique, mais toujours disposée dans la zone du revêtement qui reste émergée lorsque le convertisseur est rabattu et que le bain métallique se trouve tout entier contenu dans la panse du conver- tisseur. Suivant une caractéristique particulière du dispositif selon la présente invention, si la tuyère souffle au niveau du laitier ou du bain, ou au-dessous de ces niveaux, mais non pas au-dessus, les deux tubes concentriques constituant la tuyère peuvent autre disposés horizontalement en position de soufflage. I1 est bien entendu que ces tuyères selon l'invention, soufflant de haut en bas, ou horizontalement, des matières pulvéru lente s, peuvent autre utilisées dans un convertisseur soufflant un gaz oxydant d1affinage, par d'autres tuyères, par exemple groupées dans le fond du convertisseur et soufflant de bas en haut, verticalement ou obliquement. L'un des principaux avantages du procédé selon l'invention est que le lecteur vitesse initiale de chaque particule de matière pulvérulente, au début de sa traversée du bain, est soit oblique et dirigé vers le bas, soit horizontal, mais en aucun cas n1 est dirigé vers le haut. I1 en résulte que l'effet de la matière pulvérulente sur le bain métallique ou sur le laitier est bien celui que lton recherche, car les particules n1 ont pas assez d'impulsion vers le-haut pour émerger du bain. Les conditions hydrodynamiques d'insufflation de la poudre sont bien voisines de celles qu'on obtient au moyen de lances, mais ce résultat est obtenu au moyen de tuyères, qui ne présentent pas les inconvénients des lances. Un autre avantage important du procédé et des dispositifs selon l'invention est que les tuyères, quelles débouchent au-dessus, au ras, ou au-dessous du niveau du bain, ne s'usent pas plus vite que la paroi réfractaire environnante, puisqu'elles sont protégées par 11 effet refroidissant ou réducteur du fluide périphérique. Un autre avantage important de l'invention est qu'elle peut titre utilisée conjointement avec un ensemble de tuyères soufflant de bas en haut, à travers le fond du convertisseur, un gaz oxydant dépourvu de matières pulvérulentes. On dispose ainsi d'une très grande souplesse, gracie aux deux jeux de tuyères, celles du fond, et celles qui soufflent, selon l'invention, à travers le re vttement. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention. La figure i représente une coupe verticale par l'axe des tourillons d'un convertisseur d'aciérie, à bec excentré, en position de soufflage, chargé de 20 tonnes de fonte et muni d'une part de cinq tuyères groupées dans le fond du convertisseur, dont une seule est représentée sur la figure 1, et d'autre part de trois tuyères selon l'invention, dont deux sont représentées sur la figure 1. La figure 2 est une coupe verticale du même convertisseur en position rabattue, faite au niveau des trois tuyères selon l'invention. La figure 2 est donc une coupe transversale, perpendiculaire à la coupe de la figure 1. La cuirasse 1 du convertisseur est fixée aux deux tourillons 2 et 3 qui permettent au convertisseur de pivoter. La cuirasse 1 est revêtue intérieurement d'un garnissage réfractaire 4 en dolomie goudronnée. Le convertisseur comporte à sa base un fond 5 également en dolomie goudronnée, reposant sur une plaque de fond 6, et muni de cinq tuyères telles que 7, à double alimentation séparée, et soufflant verticalement de bas en haut, au centre de l'oxygène pur, à la périphérie du fuel-oil. On distingue en 8 ltsrrivVe de l'oxygène de la tuyère 7, et en 9 11 arrivée du fuel-oil. Les cinq tuyères telles que 7 sont réparties dans le fond 5. antre le fond 5 et le garnissage 4 se trouve un joint, damé ou coulé, en dolomie goudronnée. Suivant la phase de la conversion, le bain métallique 10 est surmonté d'une couche 11 plus ou moins épaisse de scorie non formée, ou en formation, ou complètement formée, c'est-à-dire li qalde. Dans le présent exemple, le dispositif selon l'invention consiste à placer trois tuyères à double alimentation séparée, re pérées gar les figures I et 2 en 12, 13 et 14, alimentées chacune par deux arrivées indépendantes, l'une, repérée en 15, introduisant de la chaux pulvérulente dans un courant d'air, l'autre, repérée en 16 introduisait du fuel-oil. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, oea trois tuyères sont dispersées obliquement dans le garnissage ré fractaire 4, pour souffler de haut en bas en direction du bain, l'o- rtiloe de soufflage de chaque tuyère étant au-dessus du bain 10 et de la couche de scorie 11. Ces trois tuyères sont dispersées à 900 l'une de l'autre, comme on le voit sur la figure 2, aucune tuyère ne se trouvant du côté de la panse, qui contient le bain métallique 10 en position ra battue du convertisseur. Dans cette position, une couche de laitier 11 surnage au-dessus du bain 10. Pour affiner 20 tonnes de fonte en 10 minutes environ, les cinq tuyèru du fond débitent 125 Nm d'oxygène par minute soit 25 Nm par minute et par tuyère, insufflés sous 12 bars environ, en m- ne temps a 1,1 litre de fuel par minute et par tuyère à la péri phérie. L'enfournement de chaux, s'il s'agit de fonte Thomas, est de l'ordre de 2.600 Kg. Le réglage des trois tuyères 12, 13 et 14 selon l'invention doit conduire à insuffler 260 Kg de chaux pulvéru lente par minute si la totalité de la chaux nécessaire à l'affinage est ainsi introduite en poudre, soit un débit approximatif de 90 Kg par minute et par tuyère. Le débit de poudre est mis en suspension dans un débit d'air ordinnire de 3 Nm /min. par tuyère, insufflés sous 2 bar. environ, et entouré d'un débit de Buel-oil de 1,1 litre par milite et par tuyère. Dans ces conditions, l'impulsion du jet d'air est assez faible, compte tenu de la distance entre le nez de la tuyère et le bain, pour que l'azote de l'air ne provoque aucune renitruration du bain, tandis que l'impulsion des particules de chaux en poudre reste assez forte pour atteindre la couche de laitier et le bain métallique, s'opposer au moussage du laitier primaire silicaté, et participer ensuite à la formation du laitier phosphaté. De plus, le débit d'air est assez faible pour que l'oxygène qu'il contient soit tout-à-fait insuffisant pour brûler la totalité du fuel-oil qui l'entoure, surtout compte tenu de l'atmosphère fortement réductrice qui règne au-dessus du bain à l'intérieur du convertisseur, et le carbone issu du cracking du fuel-oil non brûlé peut ainsi jouer son rôle protecteur du revêtement de dolomie goudronnée, ou de magnésie, goudronnée ou non, qui entoure les tuyères selon l'invention. On peut noter aussi que la concentration de poudre de chaux dans l'air porteur est assez forte, 90 Kg dans 3 Nm3 sous 2 bars,soit 60 Kg par m3 réel. Mais cette concentration est aisément réalisable avec de bons distributeurs de poudre. On peut aussi ne pas insuffler la totalité de la chaux sous forme de poudre : par exemple, si l'on vise uniquement d'éviter les projections en première moitié de décarburation d'une fonte Thomas, on peut enfourner 80 % de chaux en roche par le bec, en même temps que la fonte, et n'insuffler par les tuyères selon l'invention qu'une quantité de chaux en poudre égale à 20 r de la quantité totale de chaux nécessaire à l'affinage. Cette dernière proportion peut d'ailleurs être utilement ajustée à la teneur en silicium de la fonte. On peut encore remplacer la chaux en poudre par de la castine en poudre, en perdant sur le bilan thermique de la conversion, ce qui n'est pas forcément gênant quand ce bilan est excédentaire mais en gagnant les avantages suivants - chaux de la castine meilleur marché que la chaux cuite - apport de soufre par la castine moindre que par la chaux - léger apport d'oxygène gratuit par la castine. D'autre part, si l'insufflation par les tuyères selon l'invention, de chaux ou de castine, dans de la fonte Thomas, laisse sub- sister en fin de décarburation une teneur en phosphore du bain encore trop élevée pour les objectifs que l'on poursuit, ou bien s'il s'agit d'une fonte hématite à décarburer, dont le laitier final tarde à se former, on peut utilement ~ insuffler, en mélange avec la chaux ou la castine en poudre, du spath fluor pulvérulent. On voit combien multiples sont les applications métallurgiques possibles des tuyères selon l'invention. Dans exemple mentionné ci-dessus, les tuyères selon l'invention, obliques et dirigées vers le bas, sont situées tout entières au-dessus du niveau du bain, et leurs orifices de soufflage sont donc constamment émergés. Il est également possible, bien entendu, d'utiliser des tuyères selon l'invention, toujours obliques et dirigées vers le bas, mais cette fois avec orifices de soufflage immergés pendant l'affinage. Dans ce cas, il est recommandé d'utiliser comme gaz porteur des matières pulvérulentes non plus de l'air ordinaire, ni même de l'air enrichi, mais de l'oxygène pur, donc exempt pratiquement d'azote, afin d'éviter toute renitruration du bain métallique. Enfin, ne on peut avoir intérêt, dans certains cas, à utiliser des tuyères melon l'invention disposées horizontalement, au ras ou au-dessous au niveau du bain. Ce peut être le cas si l'on veuw accentuer, comme aans les procédés de soufflage par lance, le déséquilibre entre le laitier et le métal afin de favoriser la déphoeporation par rapport à la décarburation. Il est bien évident que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails, ae mame qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATION 1 - Procédé de soufflage d'un fluide constitué de matières pulvérulentes en suspension dans un gaz porteur, caractérisé par une introduction de ce fluide obliquement de haut en bas, ou, à la limite horizontalement, au moyen de tuyères traversant le revêtement du convertisseur, ces tuyères étant à double alimentation séparée, le fluide primaire, au centre, étant constitué par un gaz porteur de particules pulvérulentes, et le fluide secondaire, à la périphérie de chaque tuyère, étant un fluide protecteur du nez de la tuyère contre l'usure à chaud. 2 - Procédé de soufflage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impulsion ou quantité de mouvement par unité de temps du jet de matières pulvérulentes est suffisante pour que ces matières pulvérulentes pénétrant bien dans le bain métallique. 5 - Procédé de soufflage selon la revendication 2, dans lequel le nez des tuyères se trouve à une certaine distance au-dessus du bain, caractérisé en ce que l'impulsion du jet de gaz porteur est trop faible pour que le gaz porteur pénétre dans le bain métallique, tandis que les matières pulvérulentes possèdent une impulsion suffisante pour pénétrer dans ce bain. 4 - Procédé de soufflage selon la revendication 3, dans lequel le gaz porteur est de l'air, ordinaire ou enrichi en oxygène ou en azote, et dans lequel le fluide protecteur est un liquide contenant du carbone, ce procédé étant caractérisé en ce que le débit d'air est assez faible par rapport au débit de fluide protecteur pour que la combustion de ce dernier par l'oxygène du gaz porteur soit incomplète, compte tenu de l'atmosphère réductrice régnant à l'intérieur du convertisseur en cours de soufflage. 5 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de soufflage de matières pulvérulentes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par au moins une tuyère à double alimentation séparée, comportant deux tubes concentriques traversant obliquement, et de haut en bas en position de soufflage, le revêtement réfractaire du convertisseur, pouvant déboucher soit au-dessus, soit au ras, soit au-dessus du niveau du bain métallique en position de soufflage, mais toujours disposé dans la zone du revêtement qui reste émergée lorsque le convertisseur est rabattu et que le bain métallique se trouve tout entier contenu dans la panse du convertisseur. 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de souf filage de matières pulvérulentes selon l'une quelconque des revendi cation 1 à 4, caractérisé par au moins une tuyère à double alimenta tion séparée, comportant deux tubes concentriques traversant hori zontalement en position de soufflage le revêtement réfractaire du convertisseur, et débouchant soit au niveau du laitier, soit au niveau du bain métallique, soit au-dessous de ce dernier niveau, mais non pas au-dessus du niveau du laitier. 7 - Dispositif de soufflage de matières pulvérulentes selon l'uo quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par la com binaison du dispositif revendiqué en 5 ou 6 avec un dispositif de soufflage d'un gaz oxydant par des tuyères soufflant de bas en haut, verticalement on obliquement.