Brevet FR2223467A1 — publié le 19741025

L'invention concerne un procédé et un appareil pour l'ar=itation de métal fondu au moyen de gaz dans un récipient tel qu'une poche de cculée à garnissage réfractaire. L'agitation du métal fondu peut être nécessaire pour plusieurs raisons. La raison habituelle est qu'il faut créer une action de mélange entre le bain fondu et des additifs introduits dans la poche. Un exemple précis à'une telle application de l'invention est la désulfuration du fer par addition de carbure de calcium à la fonte contenue dans la poche. Un autre exemple est la conversion de la fonte grise en fonte à grphite sphéroldal par l'addition dtal- liages de magnésium. Antérieurement, on effectuait l'agitation de métal fondu au moyen de gaz par divers procédés consistant par exemple à utiliser un tube réfractaire ou un bouchon poreux monté dans le fond du récipient. Des exemples de ce dernier procédé sont décrits dans les brevets des E.U.A. nO 2 811 346, 2 871 008 et 3 343 8290 L'action d'agitation causée par les procédés antérieurs n'est pas très satisfaisante. Le principal but de l'inventionest d'assurer une action d'agitation supérieure à celle despro- cédés antérieurs de manière à assurer un mélange plus efficace des additifs introduits dans la poche. L'invention a pour objet un appareil servant à agiter un bain de métal fondu dans un récipient à garnissage réfeactaire muni d'une paroi latérale et d'un fond, qui comprend un dispositif d'introduction de gaz monté à l'intérieur du récipient. Ce dispositif est formé d'une matière réfractaire poreuse à travers laquelle du gaz afflue au bain de métal fond. Le dispositif d'introduction de gaz est monté dans la partie inférieure du récipient et s'étend pratiquement sur la périphérie intérieure du récipient de sorte que du gaz arrivant dans le bain à travers la matière réfractaire poreuse monte à travers le bain le long de la surface intérieure de paroi du récipient.Le gaz qui se meut de bas en haut a pour effet que le métal fondu se meut de bas en haut en partant de la partie inférieure du récipient, le long de la face intérieure de la paroi latérale du récipient et qu'ensuite à la surface, il s'écoule radialement vers l'intérieur et vers le centre, puis de haut en bas à travers la partie cen trale du bain. Un dispositif de distribution de gaz est prévu pour conduire le courant de gaz sous pression de l'extérieur du récipient au dispositif d'introduction de gaz situé à l'intérieur du récipient Dans le mode d'exécution prétérentiel, le dispositif d'introduction de gaz est sous la forme d'un élément annulaire de matière réfractaire poreuse monté dans le garnissage réfractaire du récipient. La figure 1 est un plan partiellement schématique par le haut d'un récipient métallurgique utilisant l'appareil de l'invention la figure 2 est une coupe verticale suivant la ligne 2-2 de la figure 1 les figures 3, 4, 5, 6 et 7 sont des coupes verticales similaires à la figure 2 mais montrant différents modes d'exécution de l'invention et la figure 8 est un plan par le haut du mode d'exécution de la figure 7. On considèrera maintenant les dessins en détail ; les figures 1 et 2 montrent un navire 10 contenant du métal fondu indiqué par la référence 12. Le récipient 10 est formé d'une enveloppe extérieure métallique ou paroi latérale 14 et d'un fond métallique 16. La paroi latérale et le fond du récipient sont munis respectivement d'un garnissage réfractaire 18 et 20. Le récipient 10 peut être de diverses grandeurs et de divers types mais un exemple du type de récipient dans lequel l'invention peut servir utilement est une poche pour métaux fondus. Dans le mode d'exécution représenté par les figures 1 et 2, un gaz inerte tel que l'azote ou l'argon servant à agiter le métal fondu 12 dans le récipient 10 est introduit dans le récipient à la base de la paroi latérale, à la périphérie intérieure de celle-ci, par un dispositif d'introduction de gaz 12 qui, dans le mode d'exécution des figures 1 et 2, est formé d'un anneau 22 de matière réfractaire poreuse. L'anneau est disposé dans la partie inférieure du navire, sa face supérieure 24 étant au ras de la surface du garnissage 20. La matière ré fractaire poreuse de l'anneau 22 peut etre de différents types comme les matières réfractaires formées à partir d'alumine, de silice, de zircone ou de carbure de silicium. Du gaz est introduit sous pression dans le récipient et distribué à l'anneau 22 depuis une source extérieure appropriée (non représentée) par un dispositif de distribution 26 qui comprend un raccordement 28, un passage 30 et un conduit circulaire 32. Le raccordement 28 est soudé ou monté autrement sur la paroi latérale 14 et communique avec le conduit 32 par le passage 30. Le conduit 32 est disposé juste en dessous de la face inférieure 34 de l'anneau 22. On comprend que le dispositif 26 servant à distribuer le gaz à l'anneau 22 peut prendre différentes formes. Dans le mode d'exécution des figures 1 et 2, on peut former le passage 30 et le conduit 32 en plaçant de la cire à cacheter dans les espacements à travers lesquels on désire un écoulement de gaz quand on installe l'anneau poreux et le garnissage réfractaire dans le récipient. Quand on cuit le garnissage réfractaire, la cire à cacheter fond et s'écoule par le raccordement 28, laissant le passage 30 et le conduit 32. On applique une matière de bouchage appropriée 36 telle qu'un Ciment réfractaire à l'interface entre 11 anneau 22 et les garnissages 1o et 20 pour empêcher toute fuite de gaz vers les garnissages réfractaires On peut aussi obtenir cette fonction d'étanchéité en utilisant des plaques d'acier à l'interface entre l'anneau et le garnissage, ou, selon une autre variante, on peut utiliser une combinaison de plaques d'acier et de ciment réfractaire. Pour assurer l'action originale-d'agitation selon l'invention, on introduit sous pression un gaz inerte tel que l'azote ou l'argon dans le récipient, par le raccordement 28 et ce gaz est distribué assez uniformément à la face inférieure 34 de l'anneau 22 par le dispositif de distribution 26 décrit plus haut. La pression Üu gaz peut varier selon plusieurs conditions telles que la grandeur et la forme du récipient mais normalement, cette pression se situe entre 0,7 et 7 kg/cm environ. Le gaz passe à travers l'anneau réfractaire poreux 22 et entre dans le bain fondu 12, autour du bas de la paroi latérale du récipient. De là, les bulles de gaz (indiquées par la référence 58 sur la figure 2) montent le long de la surface intérieure de paroi du récipient. Ce mouvement ascendant de gaz communique un mouvement ascendant à la matière fondue dans la partie du bain qui est voisine de la paroi latérale du récipient. Quand le gaz atteint la surface supérieure du bain fondu, il s'échappe dans l'atmosphère. Le métal fondu qui a monté le long de la paroi latérale du récipient est nécessairement déplace par du métal fondu venant de la partie centrale du bain, ce qui cause un écoulement descen dant de métal dans cette partie centrale. Le résultat global de cette action est que le métal fondu du bain circule comme le montrent les flèches sur la figure 2.Comme on l'a indiqué, --le métal s'écoule donc de la partie inférieure du récipient vers le haut le long de la face intérieure de la paroi latérale, puis à la surface il s'écoule radialement vers l'intérieur et vers le centre (voir les flèches sur la figure îr puis vers le bas à travers la partie centrale du bain et ensuite, au fond, il s'écoule radialement vers l'extérieur et vers la paroi latérale du récipient. On comprend par ltexplication ci-dessus que l'action d'agitation communiquée au bain agite très efficacement et intimement tout le volume de métal fondu du récipient et ce, sans pressions de gaz excessives ni concentrations excessives dtécou- lement de gaz qui pourraient causer des éclaboussures de métal fondu. On comprend aussi que lorsqu'on ajoute à la surface du bain des additifs tels que le carbure de calcium pour la désulfuration, ces corps sont rapidement entraînés vers la partie centrale du bain et ensuite entraînés vers le bas dans ie bain où ils se dispersent intimement et efficacement dans tout le volume du métal fondu contenu dans le récipient. Ce brassages'ef- fextue mêmeavec des additifs ayant une densité considérablement inférieure à celle du métal fondu contenu dans le récipient. La largeur radiale de l'anneau 22 peut varier dans une certaine mesure. Toutefois, l'expérience a montré que l'on peut obtenir les meilleurs résultats en utilisant des anneaux dont la largeur maximale représente environ un quart du diamètre intérieur du récipient. quand on utilise un anneau comme indiqué ci-dessus, l'expérience montre qu'il est possible d'obtenir une action d'agitation dans laquelle la vitesse du métal fondu qui se meut de haut en bas dans la partie centrale du récipient est plus grande que la vitesse du métal fondu qui se meut de bas en haut le long de la paroi latérale du récipient. Ce résultat est obtenu par suite de l'aire réduite de section du métal descendant en comparaison de celle du métal ascendant. On considèrera maintenant les modes d'exécution représentés par les figures 3 à 8 ; la figure 3 montre un mode d'exécution dans lequel un anneau réfractaire poreux 40 est monté de telle sorte que sa face découverte +2 est au ras du garnissage réfractaire 18 de la paroi latérale. Un raccordement 44, un passage 46 et un conduit 48 cbnstituent un dispositif de distribution servant à conduire à l'anneau 40 du gaz sous pression venant d'une source située à l'extérieur du récipient. Dans le mode d'exécution de la figure 4, un anneau réfractaire poreux 50-est monté de telle sorte qu'une surface découverte 5 est au ras du garnissage réfractaire 20 du fond. De- multiples ouvertures-espacées circonférentiellement 54 de la paroi 14, un conduit annulaire 56 monté extérieurement et un raccordement 58 constituent un dispositif de distribution servant à conduire à l'anneau 5G du gaz sous pression venant d'une source située à l'extérieur du récipient. Dans le mode d'exécution de la figure 5, un anneau réfractaire poreux 60 est monté de telle sorte que sa face découverte 62 est au ras du garnissage réfractaire 18 de la paroi latérale. Gn notera que l'anneau 60 est espacé du garnissage réfractaire 20 du fond. Pour obtenir l'action d'agitation désirée, il faut que cet espacement ne dépasse pas la moitié de la profondeur verticale du récipient. De multiples ouvertures espacées circonférentiellement 64 de la paroi 14, un conduit annulaire 66 monté extérieurement et un raccordement 68 constituent un dispositif de distribution servant à conduire à l'anneau 60 du gaz sous pression venant d'une source située à l'extérieur du récipient. Dans le mode d'exécution de la figure 6, le dispositif d'introduction est sous la forme d'un élément tubulaire de forme circulaire 70 en matière réfractaire poreuse monté sur le garnissage réfractaire de fond 20 du récipient. Du gaz-sous pression est conduit à l'élément 70 par un tube 72 eX matière réfractaire non poreuse qui monte jusqutau sommet du récipient pour se raccorder à une source de gaz par un raccordement 7;0 Le gaz est distribué autour de l'intérieur de l'élément 70 au moyen d'un passage intérieur 6. Dans le mode d'exécution des figures 7 et 8, le dispositif d'introduction de gaz est sous la forme de plusieurs éléments en forme de blocs 78 de matière réfractaire poreuse montés dans le garnissage réfractaire 20 du fond, leurs faces découver- tes 80 étant au ras de la face du garnissage. Un raccordement 82, un passage 84 et un conduit 86 constituent un dispositif de distribution servant à conduire aux blocs 78 du gaz sous pression venant d'une source extérieure au récipient. Dans tous les modes d'exécution des figures 3 à 8, l'action d'agitation produite par le gaz est similaire à celle qu'on a déjà décrite à propos des figures 1 et 2. Dans chaque cas, le gaz passe à travers les éléments réfractaires poreux et entre dans le bain fondu 12 à la base ou prés de la base de la paroi latérale du récipient. Le gaz monte alors le long de la surface de la paroi intérieure du récipient et communique un mouvement ascendant à la matiere fondue dans la partie du bain qui est voisine de la paroi latérale du récipient. Lorsque le gaz atteint la surface supérieure du bain fondu, il s'échappe dans l'atmosphère. Le métal fondu de la surface s'écoule radialement vers l'intérieur et vers le centre du récipient puis de haut en bas à travers a partie centrale du bain, puis au fond, il s'écoule radialement vers l'extérieur en direction de la paroi du récipient pour être recyclé comme indiqué plus haut. REVENDICATIONS 1. Appareil servant à agiter un bain de métal fondu dans un récipient à garnissage réfractaire muni d'une paroi latérale et d'un fond, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif d'introduction de gaz monté à l'intérieur du récipient et formé d'une matière réfractaire poreuse à travers laquelle du gaz afflue au bain de métal fondu, le dispositif d'introduction de gaz étant monté dans la partie inférieure du récipient et s'étendant pratiquement sur la périphérie intérieure du récipient de sorte que du gaz arrivant dans le bain en passant par ce dispositif monte à travers le bain le long de la surface intérieure de paroi du récipient, et un dispositif de distribution de gaz servant -à conduire le courant de gaz de l'extérieur du récipient au dispositif d'introduction de gaz situé à l'intérieur du récipient. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par -le fait que le dispositif d'introduction de gaz est sous la forme d'un anneau dont au moins une partie de la surface est exposée au bain fondu. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la largeur radiale de l'anneau ne dépasse pas environ un quart du diamètre intérieur du récipient. 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de la surface de l'anneau, autre que la partie mentionnée à la revendication 2, communique avec le dispositif de distribution de gaz. 5. Appareil selon la revendication 2, caractérise par le fait que la surface découverte est pratiquement au ras du garnissage réfractaire du récipient. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la surface découverte est pratiquement au ras du garnissage réfractaire du fond du récipient. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif d'introduction de gaz présente une surface exposée au bain de métal fondu et une deuxième surface communiquant avec le dispositif de distribution de gaz. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif d'introduction est formé de plusieurs éléments en matière réfractaire poreuse montés avec une configuration circulaire dans la partie inférieure du récipient. 9. Apparei selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif d'introduction de gaz est formé d'un élément pratiquement circulaire muni d'un passage intérieur qui fait partie du dispositif de distribution de gaz servant à conduire du gaz au dispositif d'introduction de gaz. 10. Appareil servant à agiter un bain de métal fondu dans un récipient à garnissage réfractaire muni tune paroi la térale et d'un fond, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de distribution de gaz servant à conduire un courant de gaz sous pression de ltextérieur du récipient à la partie inférieure de l'intérieur du récipient et un dispositif d'introduction de gaz monté à l'intérieur du récipient et conçu pour diriger le passage du gaz du dispositif de distribution de gaz au bain de métal fondu contenu dans le récipient, le dispositif d'introduction étant monté dans la partie inférieure du récipient et s'étendaùt pratiquement sur la périphérie intérieure du récipient de sorte que du gaz arrivant dans le bain de métal fondu monte à travers le bain le long de la surface intérieure de paroi du recipient. 110 Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le dispositif d'introduction de gaz comprend un élément annulaire de matière réfractaire poreuse monté dans le garnissage réfractaire du récipient et dont au moins une partie de la surface est exposée au bain de métal fondu contenu dans le récipient. 12. Procédé d'agitation d'un bain de métal fondu dans un récipient à garnissage réfractaire muni d'une paroi latérale et d'un fond, caractérisé par le fait que l'on conduit le courant de gaz sous pression de l'extérieur du récipient à la partie inférieure de l'intérieur du récipient, que l'on introduit un gaz sous pression dans le bain de métal fondu dans la partie inférieure de l'intérieur du récipient en introduisant ce gaz autour de la périphérie intérieure du récipient de sorte qu'il monte a travers le bain de métal fondu 'dans la région voisine ae r. paroi latérale Lt recipient de manière a causer un mouvement ascendant du bain dans cette région et a causer en eme temps un gouvernent descendant du bain dans la portion centrale de celui-ci. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que T'on introduit le gaz au fond du récipient. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le falt que T'on introduit le gaz a travers un élément annulaire de matière réfractaire poreuse monté dans le garnissage réfractaire du récipient.