Brevet FR2381106A1 — publié le 19780915

La présente invention concerne un appareil injecteur de produit pour cubilot en vue de modifier directement dans le creuset l'analyse ou la structure de la fonte au cours de son élaboration. On connatt un procédé de traitement de la fonte, hors du cubilot lorsqu'elle séjourne momentanément dans une poche de coulée adaptée à ce traitement. La poche présente un compartiment susceptible de recevoir un produit solide d'addition, d'être fermé avec étanchéité à sa partie supérieure et d'8tre branché sur une source de gaz inerte sous pression, ce coipartiment co-tuniquant en permanence avec la base de la cavité de ladite poche. Le produit d'addition étant déposé dans le compartiment et celui-ci étant fermé avec étanchéité, la fonte est versée dans la cavité de la poche et pdnètre par le bas dans ledit compartiment pour réagir avec ce produit, les gaz de réaction barbotant dans le bain. Dans la poche, le traitement est appliqué à une fonte élaborée relativement pure. Par contre, l'invention se proposant d'intervenir directement dans le creuset du cubilot, le traitement est appliqué à une fonte en cours d'élaboration et dans des conditions bien plus sévères. Ainsi, le bain de fonte se formant dans le creuset remplit les interstices de l'amoncellement de morceaux de coke ; il est recouvert par une couche de laitier ; il reçoit en permanence les gouttelettes de fonte qui descendent en ruisselant, chargdos de fondant et de scories, et traversent la couche de laitier ; il subit l'influence de l'air insufflé à cet endroit ainsi que de la pression et de la température qui y règnent. I1 n'est donc pas du tout certain que le résultat obtenu dans une poche de coulée puisse l'être dans un cubilot et ltexposé qui suit le démontre. Bien entendu, le traitement direct au cubilot semble plus avantageux. En effet - il ne s'accompagne pas de la baisse de température du bain que l'on observe lors du traitement dans une proche et qui nécessite un réchauffement de la fonte obtenue (dans-un four électrique par exemple) avant sa coulée ; il en résulte alors une économie importante d'énergie et la non-immobilisation d'un matériel comateux, - il permet de produire une fonte de qualité homogène, puisqu'il s'effectue en meme temps que l'élaboration de la fonte et non sur des quantités de fonte soutirées successivement pour remplir la poche, - il permet de régler le dosage des composants de l'alliage avec une très grande précision. Ainsi que cela est indiqué dans ce qui précède, il ne suffit pas d'accoler au cubilot une enceinte extérieure de traitement et de la faire communiquer avec le creuset, il faut également mettre en oeuvre des moyens d'adaptation. Ces moyens d'adaptation doivent permettre de diffuser dans tout le bain du creuset (malgré sa structure particulière et les conditions qui y règnent) les produits d'addition distribués dans l'enceinte et véhiculés par la fonte contenue dans celle-ci; ils doivent en outre permettre à la fonte chaude du creuset de parvenir dans ladite enceinte afin qu'aucun refroidissement ne soit sensible ; bien entendu, ces deux courants fluides de sens opposés ne doivent pas se contrarier dans leurs effets. Conformément à l'invention, l'appareil injecteur de produit comporte un réservoir étanche susceptible autre raccordé à une source de gaz sous pression ou d'être mis à l'air libre, ce réservoir étant en outre équipé dans sa partie haute d'au moins un injecteur de produit solide ; une couimunication permanente est établie, entre les parties basses du creuset et du réservoir placé à l'extérieur, à travers au moins un passage divergeant dans le sens de la hauteur du réservoir vers le creuset, ce passage étant délimité notamment - par une paroi supérieure en pente ascendante canalisant l'écoulement vers ledit creuset de la fonte traitée et des produits d'addition distribués dans ledit réservoir, - par une paroi inférieure sensiblement horizontale canalisant l'écoulement vers ce réservoir de la fonte chaude de remplacement provenant dudit creuset. Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse, le passage considéré est constitué par au moins un conduit incliné s'étendant en pente ascendante du réservoir vers le creuset et par au moins un conduit sensiblement horizontal, l'ouverture du ou des conduits inclinés débouchant en partie au moins au-dessus du niveau supérieur de l'ouverture des conduits horizontaux dans ledit réservoir. Le passage ou les conduits peuvent titre ménagés dans une brique réfractaire incorporée dans la paroi du creuset et son garnissage. Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, 8 titre d'exemples non limitatifs,sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure I est une coupe schématique montrant une premiers forais de réalisatien de l'appareil injecteur adapté a un cubilot conformément a l'invention - la figure 2 est une coupe partielle prise, à plus grande échelle, suivant la ligne II-II de la figure 1 -- les figures 1A et 2A sont des vues partielles analogues aux figures et 2, faisant ressortir une variante d'exécution de la co u- nication établie entre le réservoir et le creuset ;; - la figure 2B est une perspective analogue à celle qui pourrait astre construite b partir des figures LA et 2A, cette perspective concernant une autre variante d'exécution - la figure 3 est une vue analogue la figure 1 illustrant une deuxième forme de réalisation - la figure 4 est une vue analogue à la figure 1 représentant une troisième forme de réalisation - la figure 5 est une coupe prise suivant la ligne V-V de la figure 4 - la figure 6 est une vue en plan de dessus prise en coupe partielle au niveau des briques à conduits. Ainsi que cela ressort clairement des figures l et 2, l'appareil injecteur comporte un réservoir 1 dont l'enveloppe 2 est solidaire de la paroi latérale 3 du cubilot et dont le fond 4 prolonge sensiblement la sole 5 de ce cubilot. La paroi 3 et la sole 5 délimitent le creuset 6 dans lequel s'accumule la fonte 7 entourant les morceaux de coke 8 et susceptible d'être évacuée par un trou de coulée 9 normalement obturé par un tampon 10. Un niveau normal de la fonte est représente par le trait il et un niveau normal du laitier 12 qui surnage est illustré par le trait 13 ; les tuyères 14 d'insufflation d'air débouchent au-dessus du niveau maximal du laitier. L'enveloppe 2 et le fond 4 délimitent une cavité de traitelent 15 de l'appareil d'injection. Les parties basses de cette cavité 15 et du creuset 6 communiquent entre elles à travers - d'une part, deux conduits inclinés 16, 17 s'étendant en pente sscendante depuis le rdservoir-jusqu'au creuset pour l'écoulement forcé vers ce dernier de la fonte partiellement traitée et des produits solides ou devenus liquides ou gazeux qui ont été distribués dans la cavité 15, - d'autre part, un conduit sensiblement horizontal 18 pour ltecoulement vers ce réservoir de la fonte chaude de remplacement en provenance dudit creuset. Bien entendu, les conduits 16 b 18 peuvent être plus ou moins nombreux en fonction de leur section de passage, de la capacité horaire du cubilot, etc. I1 se produit donc une circulation fermée de la fonte qui emprunte - lorsqu'elle provient du réservoir 2, les conduits inclinés 16, 17 pour parvenir dans le creuset 6 en entrarnant les produits de traitement, et - lorsqu'elle provient de ce creuset le conduit 18 pour parvenir dans ledit réservoir en maintenant ainsi une température correcte de fusion. Le ou les conduits inclinés 16, 17 sont alors situés au-dessus du ou des conduits sensiblement horizontaux 18 afin de favoriser le mouvement de circulation grgce auquel,d'une part, le traitement de la fonte commencé dans la cavité extérieure 15 se poursuit et s'amplifie dans le creuset 6, d'autre part, la fonte est constamment renouvelée dans ladite cavité et ainsi maintenue à une température convenable. Comme le montrent les figures LA et 2A, la communication entre le réservoir 2 et le creuset 6 peut également entre établie à travers un ou plusieurs passages 116 réunissant au moins un conduit incliné avec au moins un conduit horizontal du moment que, mEme en l'absence d'une séparation matérielle entre ceux-ci, le mouvement de circulation précité se produise. A cet effet, chaque passage 116 est délimité par une paroi supérieure 117 (figure 1A) en pente ascendante vers le creuset et par une paroi inférieure 118 (figure 1A) s'étendant horizontalement à ras de la sole. Le passage considéré débouche dans le réservoir 2 par une ouverture 119 (figure 2A) aux extrémités arrondies, dont la hauteur est supérieure à la largeur ; la hauteur du passage oroit en augmentant vers le haut depuis cette ouverture 119 jusqu'à celle 120 (figure 2A) qui débouche dans le creuset 6. Pour mieux canaliser la fonte chaude de remplacement s'écoulant de ce creuset vers le réservoir, le passage 116 peut être élargi le long de la paroi inférieure 118 afin de former une gorge 121 (figure 2B). Les conduits de communication 16 à 18 ou le passage 116 peuvent être moulés dans le réfractaire de la paroi 3 et de l'enveloppe 2, lors de la réfection de ce dernier ; mais il semble plus avantageux de ménager dans ce réfractaire un logement 19 dans lequel une brique réf rac- taire 20 est insérée et scellée, cette brique délimitant les conduits ou passages précités venus de moulage lors de sa fabrication. L'enveloppe 2 du réservoir 1 est fermée par un couvercle étanche 21 muni dé deux raccords 22, 23 susceptibles d'être branchés, de façon sélective et contrôlée, respectivement sur un circuit de mise å l'air libre et sur un circuit de fluide gazeux sous pression tel que de l'sir, de l'azote, du dioxyde de carbone, etc.Ainsi, en agissant sur les organes de commande de ces circuits, on peut faire régner dans la cavité 15, - soit la pression atmosphérique, auquel cas la fonte peut s'élever jusqutau niveau maximal 24, - soit une pression supérieure déterminée pour que la fonte ne s'élève dans cette cavité, compte tenu de la pression hydrostatique et de soufflage d'air dans le creuset 6, qu'à un niveau 25 qui découvre légèrement les orifices par lesquels les conduits inclinés 16, 17 débouchent dans ladite cavité 15. Le réservoir 1 est également équipé d'un ou plusieurs injecteurs 26 de produits solides (en morceaux, en granulés ou en poudre) permettant de distribuer le ou les produits d'addition choisis dans la cavité 15, en quantité parfaitement dosée et d'une façon continue ou intermittente suivant un programme adapté a l'allure de marche du cubilot. Pour le cas où des surpressions peuvent apparaitre, le couvercle 21 peut être muni d'un clapet de sécurité 27. Ainsi que cela ressort de la comparaison de la figure 3 avec la figure 1, la deuxième réalisation diffère de la première par quelques moyens qui, seuls, sont décrits dans ce qui suit, les moyens communs étant désignés par les mêmes repères et n'étant dès lors pas rappelés. Cette deuxième réalisation de l'appareil injecteur est appliquée a un cubilot à coulée continue de la fonte et à décrassage auto matique continu. Ce cubilot comporte un siphon 28 pour l'évacuation continue du laitier et un siphon 29 pour la coulée continue de la fonte. Bien entendu, il faut convenablement choisir, en fonction des pressions régnant aux divers endroits et des niveaux 11, 13, 25, les niveaux respectifs du seuil d'amorçage 28a et du seuil de déversement 28d du siphon 28 qui relie le creuset 6 à l'air libre et du seuil de déversement 29d du siphon 29 qui relie la cavité 15 du réservoir 1 å l'atmosphère. La brique 20 délimitant les conduits 16 a 18 ou le passage 116 est disposée entre la cavité 15 et le creuset 6 ; le siphon 29 débouche à ras du fond 4 du réservoir, c'est-8-dire au-dessous du niveau des conduits inclinés 16 et 17 ou de la paroi inclinée 117 du passage pour éviter l'échappement de gaz et produits vers l'extérieur. Qu'il s'agisse d'un cubilot à prélèvement de la fonte par piquées (figure 1) ou d'un cubilot à coulée continue (figure 3), on peut mettre en oeuvre - soit la première réalisation à une seule brique 20 (figures 1 et 2, 1A et 2A, 2B), - soit la deuxième réalisation décrite ci-après en se référant à la figure 3. Suivant la deuxième réalisation, une chambre de transfert 30 est ménagée dans le canal 19 entre la brique 20 et une cloison réfractaire 31 située du côté du creuset ; les conduits 16 z 18 débouchent dans cette chambre et la communication entre celle-ci et le creuset est établie par au moins un passage supérieur 32 ménagé dans cette cloison et éventuellement par au moins un passage inférieur 33. La chambre 30 favorise les circulations recherchées à contre-courant. Pour bien comprendre le fonctionnement de l'appareil injecteur conforme à l'invention, plusieurs modes opératoires sont expliqués dans ce qui suit, à titre d'exemples 1 - Addition de produits pour modifier l'analyse ou la structure de la fonte dans un cubilot classique acide à prélèvement de la fonte par piquées (figures 1 et 2). Il s'agit de produits comme lescarbone, silicium, inoculants, cuivre, chrome, nickel,-aluminium, etc., se dissolvant dans la fonte et n'entrant pas en réaction avec le laitier et le soufre. Entre deux piquées, le métal monte dans le creuset 6 du cubilot. Le produit est distribué par l'injecteur 26 dans la cavité 15 du réservoir 1, de façon continue ou discontinue, à un débit déterminé et pendant une durée convenable. La pression maintenue dans ce réservoir par le circuit 23 permet le maintien du niveau de la fonte à la limite 25, c'est-à-dire en regard des conduits inclinés 16, 17 (ou de la paroi inclinée 117) travers lesquels les produits solides ou liquéfiés ou gazéifiés s'acheminent vers le creuset du cubilot où ils se dissolvent dans la fonte. Dans le meme temps, la fonte chaude en provenance du creuset circule à travers le conduit horizontal 18 bu le long de la paroi horizontale 118) jusqu'a la cavité 15 du réservoir pour replacer la fonte qui en est partie avec les produits, de sorte qu'un réchauffage permanent est réalisé. La fonte ainsi traitée dans le creuset du cubilot est ensuite prélevée par piquées. 2 - Addition de produits pour modifier l'analyse ou la structure de la fonte dans un cubilot acide à coulée continue (figure 3). Co e précédemnent, ces produits injectés en continu ou discontinu sont entratnés dans le cubilot grâce v la mise sous pression du réservoir. La fonte traitée revient par les conduits inférieurs 18 (ou le long de la paroi 118) de la brique et est évacuée par le siphon 29. La cloison 31 peut éventuellement être mise en place pour augmenter la turbulence. Outre les produits cités dans l'exemple 1, on peut ajouter dans ce cas des produits agissant sur le soufre car on évite le contact avec le laitier acide. On peut aussi traiter au carbure de calcium ou au magnésium soit pur, soit sous forme d'alliages, pour obtenir des fontes b bas soufre ou des fontes à graphite nodulaire. La réaction avec le magnésium n'est pas violente du fait de l'addition continue en petite dose. Le rendement est excellent par suite de l'absence d'oxygène si la pression est produite par un gaz neutre comze l'azote. 3 - Laitier basique (figure 1 ou 3) Le creuset du cubilot est garni en pisé neutre ou basique et le fbt en pisé acide classique ou sans garnissage avec ruissellement. On peut introduire par le réservoir les produits permettant la constitution d'un laitier basique à indice de basicité compris entre 1 et 2 ou même plus. Ces produits peuvent entre la chaux, le spath-fluor, la dolomie, le carbonate de soude, etc a introduits en quantité convenable et en continu pour constituer le.laitier. On obtient ainsi les avantages de la marche basique per mettant l'obtention d'une fonte à bas soufre, tout en conservant une marche acide au niveau de la combustion du coke au-dessus des tuyères du cubilot. L'utilisation d'un fat sans garnissage à ruissellement set intéressante car elle permet un meilleur réglage du laitier avec une quantité moindre de produits. Du fait de la température de fusion du laitier, plus élevée qu'en marche acide, il est intéressant de prendre les mesures nécessaires à l'obtention d'une fonte chaude éventuellement addition d'oxygène dans le vent, vent chaud, etc. La troisise réalisation selon les figures 4 6 fait apparaître que l'appareil injecteur selon la figure 1 ou la figure 3 peut dtre Egalement appliqué au distributeur de fonte tel qu'il est décrit dans la demande de brevet français du demandeur nO 75 15668 et plus spécialement en se référant à la figure 14 de celle-ci. On retrouve sur ces figures 4 a 6, un réservoir inter médiaire de stockage 34 ferté avec étanchéité par un couvercle 35 et communiquant par un passage inférieur 36 avec le bas du creuset 6 du cubilot, ce réservoir de stockage étant relié a ltexterieur par un siphon 37 permettant ltevacuation périodique de la fonte. Le couvercle 35 est branché sur un circuit pneumatique 38 permettant de faire régner dans ledit réservoir de stockage 34 deux pressions différentes, l'une pour l'accumulation de la fonte à partir du creuset et l'autre pour son evacuation par le siphon.Comme dans le cas précédent, le creuset 6-du cubilot est équipé d'un siphon 28 pour le décrassage automatique de la fonte, ctest-a-dire l'élimination partielle et périodique du laitier. Suivant cette troisieme forme de réalisation (figures 4 à 6), la partie basse du réservoir injecteur 2 est reliée & celle du réservoir de stockage 34 à travers les conduits 16 à 18 (ou le passage 116), d'une brique 20.1. D'autre part, le passage 36 contient une brique 20.2 dont les conduits 16 à 18 (ou le passage 116) établissent la communication entre le creuset 6 et le réservoir de stockage 34. Ainsi, les traitements précédemment décrits peuvent Titre effectués sur la fonte contenue dans le réservoir de stockage 34, cette fonte étant parfaitement décrassée en raison de l'ascendance des conduits inclinés 16, 17 (de la paroi 117) de la brique 20.2 vers le creuset 6 du cubilot. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées et décrites en détail, car diverses modifications peuvent y entre apportées sans sortir de son cadre. L'appareil injecteur, objet de I'invention, est applicable de préférence à l'élaboration, directement dans le creuset d'un cubilot, de fontes ayant une analyse ou une structure particulière. REVENDICATIONS 1. Appareil injecteur de produits pour cubilot en vue de modifier directement dans le creuset l'analyse ou la structure de la fonte au cours de son élaboration, caractérisé : - en ce qutil comporte un réservoir etanche susceptible d'8tre raccordé å une source de gaz sous pression ou autre mis à l'air libre, ce réservoir étant en outre équipé dans sa partie haute d'au moins un injecteur de produit solide, et - en ce qu'une communication permanente est établie, entre les parties basses du creuset et du réservoir placé a l'extérieur3 b travers au moins un passage divergeant dans le sens de la hauteur du réservoir vers le creuset, ce passage étant délimité notamment par une paroi supérieure en pente ascendante canalisant l'écoulement vers ledit creuset de la fonte traitée et des produits d'addition distribués dans ledit réservoir, - par une paroi inférieure sensiblement horizontale canalisant l'écoulement vers ce réservoir de la fonte chaude de remplacement provenant dudit creuset. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé : - en ce que le passage précité débouche dans le réservoir par une ouverture aux extrémités arrondies, dont la hauteur est supérieure 3 la largeur, et - en ce que la hauteur de ce passage croit en augmentant vers le haut depuis cette ouverture jusqu'8 celle qui débouche dans le creuset. 3, Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le passage est élargi le long de la paroi inférieure sur une hauteur sensibl.'sent constante en formant une gorge canalisant mieux la fonte de remplacement. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage considéré est constitué par au moins un conduit incliné s'étentant en ponte ascendante du réservoir vers le creuset par au moins un conduit 8 atlblexont horisontal, l'ouverture du ou des conduits inclinés débouchant en partie au moins au-dessus du niveau superieur de l'ouverture des conduits horiontaux dans ledit réservoir. 5. Appareil selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que le passage ou les conduits sont ménagés dans une brique réfractaire incorpore dans la paroi du creuset et son garnissage. 6. Appareil selon ltune quelconque des revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce qu'une chambre de transfert dans laquelle débouchent le passage ou les conduits est séparée du creuset par une cloison délimitant au moins un autre passage de communication. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que le réservoir injecteur est équipé, en outre, d'un siphon mettant sa partie basse en communication avec l'extérieur pour la coulée continue de la fonte. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 t 6, caractérisé en ce que le réservoir injecteur est relié par le passage ou les conduits précités à un réservoir intermédiaire étanche de stockage, lui-m & e relié par un passage ou des conduits analogues au creuset du cubilot, ce réservoir de stockage étant connu en soi pour former un distributeur comportant un siphon d'évacuation de la fonte et un circuit pneumatique de rétention.