Brevet FR2187915A1 — publié le 19740118

La présente invention concerne un haut-fourneau avec coulée continue de la fonte et du laitier, leur séparation dans le creuset agrandi du haut-fourneau et leur extraction au moyen de deux puits séparés. Normalement la coulée de la fonte et du laitier d'un hautfourneau consiste à percer périodiquement des trous de coulée dans le creuset, & différents niveaux pour le laitier et la fonte, et attendre que le creuset se vide, après quoi une boueheuse injecte une masse réfractaire dans le trou de coulée. Le haut-fourneau refait alors son plein, d'où un travail cyclique plus ou moins régu Lier, avec parfois de mauvaises surprises quand à la qualité et la quantité de fonte. Les aciéristes pour éviter les irrégularités d'arrivée de fonte à transformer dans les convertisseurs, disposent d'une énorme réserve de 1 000 à 2000 t de fonte dans un ou deux mélangeurs, d' ils peuvent prélever régulièrement la fonte maintenue en température selon leurs besoins. Quelquefois cette réserve est contenue dans des poches tonneaus sur wagon, d'une capacité de 300 à 400 t. Ce sont là des investissements très couteux. On peut constater dans le monde entier que les Haut-fournlstes et les Aciéristes travaillent séparément, et que les Haut-fourneaux sont séparés des Aciéries par une distance de 500 à 1 000 , et même parfois de plusieurs kilomètres.Les uns vendent leur fonte, les autres achètent la fonte pour en faire de l'acier et ctest là un état d'esprit très curieux dans la Sidérurgie, presque absurde quand la tendance générale dans 1' industrie est de réduire les temps morts. La présente invention a pour but de régulariser la coulée de fonte de transformation, rapprocher les haut-fourneaux de Itaciérie, éviter l'utilisation de plusieurs poche-tonneaux, d'un ou de deux mélangeurs à fonte, réduire les investissements insuffisemment pro ductif s. le creuset d'un haut-fourneau peut contenu une réserve suffisante de fonte pour suffire à chaque besoin d'une aciérie à convertisseurs, A cet effet, le profil du haut-fourneau suivant l'lnven- tien, doit avoir un volume accru du creuset de 20 à 40 % comparé à celui des haut-fourneaux classiques, c'est-à-dire une hauteur plus grande du creuset, de 0,6 à 0,7 fois le diamètre intérieur, en début de campagnes Pour cela, la construction réfractaire du sous-creuset doit titre différente et améliorée comte tenue de l'usure du reviete- ment différente dans le cas de la coulée continue, les mimes parties étant toujours soumises aux mimes effets thermique et chimique. Aussi l'usure en fin de campagne peut avoir un caractère différent de 1 usure connue des haut-fourneaux classiques en fin de campagne. La longévité du réfractaire du haut-fourneau selon l'invention peut être fortement augmentée par un meilleur choix des composants réfrac tarez mieux adaptés à des conditions physico-chimiques constantes. Dans les creusets de haut-fourneaux classiques vidés périodiquement de la fonte et du laitier, le revêtement réfractaire est soumis à des conditions dtusure anormale et cyclique, doit résister à des produits en fusion à très haute température et composition chimique variable, fontes, laitiers et mye gaz. Par contre avec une coulée continue du laitier et de la fonte, le revêtement réfractaire dans le creuset, à différents niveaux, sera constemment soumis aux mimes conditions d'usure physico-chimique, d un choix meilleur des réfractaires et une plus longue campagne du haut-fourneau. Avec les très fortes contre-pressions possibles au gueulard deun haut-fourneau avec chargement de matières bien préparées, par un système rotatif étanche au gaz, les conditions de température et de pression à l'intérieur du haut-fourneau peuvent être maintenues à un niveau presque constant, dgod une production de fonte et de laitier très régulière et un soutirage continu de fonte et laitier réalisable sans difficultés importantes. La séparation entre le laitier et la fonte dans un creuset plus profond s' effectue mieux si le soutirage de la fonte est à la partie inférieure et à l'opposé du sous-tirage du laitier fait au-dessus de la ligne de séparation laitier-fonte. Si dans la masse de fonte presque au repos des goutelDttev de laitier sont improbables, dans la couche de laitier de densité moindre des goutelettes de fonte sont constemment en suspension, descendant et la traversant à une vitesse décroissante. En conséquence il n'y a pas de couche de laitier homogène mais un mélange de laitier et fonte de composition très variable suivant les niveaux. Le but de l'invention étant un soutirage régulier de fonte et laitier, les conditions d'équilibre entre la fonte et le laitier seront stabilisées.Le sous-tirage du laitier peut être fait de manière à permettre la séparation des goutelettes de fonte plus dense d'un laitier remontant dans un puit. Si dans le creuset du haut-fourneau le laitier est constement traversé par des goutelettes de fonte, dans le canal incliné du souti rage du laitier où la vitesse est extrme:nnt amble, la séparation sera facile, le laitier remontera dans le puit et la fonte descen- dra vers le creuset. Pour comprendre le principe du soutirage continu de la fonte et du laitier il faut comparer le haut-fourneau avec ses deux puits verticaux à plusieurs vases communiquant ayant des liquides de den situé différente: 1,8 pour le laitier à 145C ac et 6,0 pour la fonte Au niveau des tuyères de vent chaud agit e pression interne de 2,5 bars à 4,0 bars, suivant la contre-pression au gueulard. Cette pression peut donc élever le niveau du fluide dans les puits d'une hauteur très importante comparée à celle dans le creuset.Comme exemple, si la pressian s'exerçant sur le laitier dans le creuset était de 4,0 bars effectifs, la hauteur du laitier dans la colonne du puit pourrait ttre à 40,8 r 1,80 = 22,60 m plus haut. De même pour la fonte, ai l'on tient compte d'une correction de hauteur du laitier dans le creuset donnant une pression de 40,8 + ( 4,0 x 1,8) ou 48,0 m de C.E. la hauteur de la colonne de fonte dans le puit pourrait être de 48,0 : 6,0 = 8,0 m au dessus de celle de la fonte dans le creuset du haut-fourneau. A la sortie du laitier et de la fonte des puits d'extraction reliés avec le creuset du haut-fourneau, deux équipements spéciaux sont prévus pour assurer des conditions de coulée régulière, même en cas de décrochage des charges dans le haut-fourneau, pendant les inversions de cowpers de vent chaud, pendant les changements de contre-pression au gueulard du haut-fourneau. Ces équipements doivent aussi corriger les effets de l'usure des réfractaires, dans le creuset du haut-fourneau, dans les canaux et les puits d' extraction, dans l'équipement et surtout garder un diamètre de l' ouverture de sortie aussi constant que possible. Pour garder une ouverture de sortie d'un diamètre constant pendant plusieurs années, il est difficil de trouver un réfractaire assez résistant pour la buse, ou ur,e buse facile à changer. La 50lution de deux trous de coulée classiques avec gendarmes, perçeuse et boucheuse comme pour un haut-fourneau, est une solution simple et éprouvée pour la coulée de la fonte. Pour la coulée du laitier, le système des tuyères à laitier et l'engin avec titoe-boucon est aussi applicable. Pour garder un niveau de fonte et de laitier constant dans les équipements de sortie, une régulation de la pression d'un gaz @@- tre cotte de l'azote awîssant sur le niveau de la fonte et du lai- tirer peut maintenir constant l'écoulement de ceux-ci. En cas de baisse de niveau de fonte ou laitier, pendant le bouchage des trous de coulée, une sortie d'azote à haute température comporte peu de dangers.La formation d'une eroute de scories est également minimi- sée par l'utilisation de l'azote. tTn regard ou une ouverture a'in- tervention dans les deux équipements fonctionnant à une basse pressien sont prévus sur le couvercle. Les puits d'extraction de la fonte et du laitier, garnis in- térieurement de réfractaire, comportent un blindage avec système de refroidissement. Ces puits doivent être assez éloigné de la eircuLair re de vent chaud pour ne pas gèner les travaux au niveau des tuyères. Pour palier aux différences de dilatation du blindage du kaut- fourneau et du blindage de chacun des puits à fonte et à laitier, un système de compensation hydraulique est installé à la base de l'appui des puits sur les fondations, équilibrant le poids du puit en fonction de la position d'un repère sur le blindage du hautfourneau. Un trou de coulée d avarie ou de fin de campagne est prévu sur le blindage du creuset, avec une fosse de coulée spéciale pour la fonte et le laitier. Pour assurer une évacuation constante de la fonte vers les convertisseurs de l'aciérie, un stand de 4 poches de coulée avec des goulottes roulantes et un rideau de protection avec chaines est prévu dans la halle de coulée. Pour l'évacuation continue du laitier, des rigoles classiques dirigeant le laitier vers deux installations de granulation ou deux fosses à laitier, est une solution bien éprouvée et peu conteuse. Les caractéristiques et les avantages du haut-fourneau avec coulée continue de la fonte et du laitier, ressortent d'tailleurs des descriptions qui suivent, à titre dtexemples, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La fig.l est une vue en coupe verticale montrant les charges à l'intérieur d'un haut-fourneau dont le profil correspond au début de la campagne, et dans le plan des axes des deux puits d'extraction de la fonte et du laitier.Par des flèches sont indiqués les sens de circulation des fluides dans le haut-fourneau 1 dans le puit à fonte 2 ou le puit à laitier . Les charges 4 descendent dans la cuve à contre-courant du mélange gazeux ascendant 2 dont la tempé rature et la pression varient suivant le niveau, mais qui sont trs stables en chaque point, grâce à des conditicils de marche très régu- lières du haut-fourneau, tant du côté matières et fluides entrant que du côté matières et fluides sortant du haut-fourneau. Les con ditions de matche optimum doivent entre obtenues par un fonctionne- ment sans défauts et de durée maximum de tous les éléments de la construction du haut-fourneau.Une connais sanc e exacte des phénomènes internes étant basée sur des rares observations et sur des hypothèses, les appareils de contrôle et régulation ainsi que l'ordina- teur de procédé du haut-fourneau auront surtout pour but l'optimisation de la marche du haut-fourneau par une circulation et des transforma- tions internes des composants de la charge extrêmement réguliers. Les difficultés à craindre sont les destructions de tuyères à vent chaud 6 avec comme conséquence des remontées de laitier dans les porte-vents ou des éruptions de laitier sur le plancher des tuyères Pour éviter de tels avaries, les conditions de service des tuyères doivent titre ramenées à des conditions de pression et température pouvant assurer une très grande fiabilité. De plus un dispositif de sécurité sur la régulation du gaz neutre des équipements de sortie doit mettre en dépression 11 enceinte gazeuse afin de ralentir la descente de la fonte et du laitier.Ces équipements de régulation et sécurité disposés sur les équipements de sortie I et 8 sont indiqués symboliquement en . Les dilatations différentielles entre le haut-fourneau et les puits a et l sont compensées dans un cous sin hydraulique 10 dont le régulateur équilibre constemment la poussée verticale due au poids. La fig.2 représente en plan une coupe de l'équipement de sortie de fonte I od le repère 11 représente la fonte liquide, 12 le briquetage réfractaire, 13 un blindage fait de panneaux-caissons avec béton réfractaire tenu par des goujons, panneaux-caissons dans lesquels circule un fluette de refroidissement, eau ou huile caloporteuse. En 14 sont figurés les gendarmes de deux trous de coulée avec rigoles d'écoulement 15 revouvertes par un toit tournant 16 lors de la coulée de fonte qui tombe dans la baignoire 17 à trans- lation horizontale dans le sens indiqué par les flèches. La fonte en écoule par une ouverture pour tomber dans une rigole 18 escamotable également par translation, qui dirige le jet de fonte vers ltune des poches l. La poche 20 est représentée suspendue aux crochets d'un pont-roulant. En 21 est figuré un écran escamotable avec chaines pour protéger le personnel réparant un cbté de coulée. R E V E N D I C A T I O N S 1/ Haut-fourneau avec coulée continue de la fonte et du laitier, caractérisé par un creuset de profondeur acerue pour contenir davantage de fonte et de laitier et faciliter leur séparation, avec possibilité de percer un trou de coulée au niveau inférieur en cas d'avarie grave ou fi: de campagne du haut-fourneau. 2/ Haut-fourneau colon la revendication 1/ caractérisé par un puit d'extraction de fonte 2 relié au bas du creuset par un canal iucllné, et surmonté par un équipement de sortie de fonte 7, avec revêtement réfractaire 12 et blindage 13 constitué par des panneaux-caissons avec protection en béton réfractaire, les trous de coulée y étant percés et bouchés conne dans un haut fourneau classique, la remontée de fonte étant due à la pression des gaz et de la charge dans le creuset. 3/ Haut-fourneau selon la revendication 1/ caractérisé par- un puit d'extraction de laitier 2 relié au niveau du mélange laitier et fonte dans le creuset par un canal incliné dont le but est de faciliter la séparation du laitier beaucoup plus léger des goute- lettes de fonte qui s'écoulent vers le creuset, remontée du lai- lier qui est causé par la pression interne du haut-fourneau jus qu'à un équipement de sortie 8 dont les trous de coulée sont des tuyères bouchées par un engin spécial à tige, l'ensemble étant constitué de réfractaire dans un blindage refroidi. 4/ Haut-fourneau selon l'ensemble des revendications 1/ à 3/ carac térisé par un dispositif de régulation pneumatique, avec atmos phère de gaz neutre comme l'azote au-dessus de la fonte et du laitier dans les équipements de sortie I et 8, ayant pour but de régulariser la coulée lors des changements de pression dans le haut-fourneau et servir de dispositif de sécurité en cas d1 éclatement d'une tuyère à vent chaud. 5/ Haut-fourneau selon la revendication 4/ avec un système de com sensation des dilatations 10 à la base des puits 2 et 2. 6/ Haut-fourneau selon les revendications 1/ et 2/ avec stand de coulée de fonte comportant deux lignes de sortie 15 vers deux baignoires 17 à translation horizontale déversant la fonte par l'intermédiaire de rigoles escamotables 18 dans des poches à fonte S9. 7/ Haut-fourneau avec stand de coulée selon la revendication 6/ comportant un écran de protection à chaines21 escamotable.