Brevet FR2458777A1 — publié le 19810102

- J. - 2458777 La présente invention concerne un cubilot de coulée continue, en particulier un cubilot à vent chaud dont la sole inclinée est prolongée par un chenal de coulée con- duisant à au moins un avant-creuset muni de siphons pour le fer et la scorie. Un cubilot de ce genre est décrit par exemple dans le brevet DE 1 217 027; il est, par l'intermédiaire du chenal de coulée, raccordé en permanence à l'avant-creuset, de sorte que pratiquement la même pression règne dans le creuset et dans l'avant-creuset et que ce dernier est maintenu chaud par les gaz brûlants issus du cubilot. Les phases liquides de métal en fusion d'une part, de scorie d'autre part, arrivant continuellement par le che- nal de coulée en pente, sortent en continu de l'avant- creuset, chacune par son propre siphon, les deux siphons étant disposés à l'angle droit l'un par rapport à l'autre. Dans cette disposition le sommet de l'entrée du siphon prévu pour la scorie se trouve tout près au-dessus du sommet de l'entrée du siphon prévu pour le fer, tandis que le seuil de débordement de la sortie de la scorie est situé au-dessous de l'embouchure du chenal de coulée. La structure de ce cubilot connu, notamment la disposition relative de l'embouchure du chenal de coulée et des deux siphons a pour but de prolonger dans l'avant- creuset les réactions qui se produisent entre la scorie et le fer. Ceci doit s'effectuer par la voie d'un contact intensif des deux phases dans l'avant-creuset, notamment en créant dans celles-ci un courant tourbillonnaire. Cependant, la durée de séjour relativement longue du métal et de la scorie dans l'avant-creuset conduit à une usure considérable du garnissage, ce qui rend fré- quentes les réparations de celui-ci et empoche de le faire fonctionner sans interruption pendant des mois ou m9me des années. L'invention a donc pour problème d'arriver, par des dispositions de construction, à un autre dérouloment de processus et, ainsi, à augmenter la durée de service de l'avant-creuset afin que le cubilot puisse fonctionner pendant de très longues périodes.nterrompues. La solution à ce problème est basée sur l'observation que la vitesse des réactions métal/scorie dépend de la différence entre les concentrations des deux phases et donc décrolt asympto- tiquement. En conséquence, l'invention a pour but de limiter essentiellement au creuset du cubilot les réactions métal/scorie dans la plage des vitesses de réaction élevées, et-de séparer rapidement ces deux phases dans l'avant- creuset. Dans le détail l'invention est mise en pratique en donnant à la partie inférieure de l'avant-creuset d'un cubilot du genre décrit en préambule une section transversale plus petite que celle de la partie supérieure de l'avant-creuset. Les volumes des deux parties de ltavantcreuset sont alors calculés de telle sorte que dans la partie supérieure, de surface plus grande, se trouve seulement de la scoriee et que dans la partie inférieure, de surface plus petite, se trouve l'interface fer/scorie. Cette disposition a des répercussions avan- tageuses à deux points de vue. L'une d'elles est que, du fait de la section plus grande dans la partie supérieure de l'avant-creuset, la colonne de scorie est moins haute. L'autre avantage est que dans la partie inférieure l'in- terface métal/scorie est plus petite en conséquence. Le fait que la colonne de scorie soit moins haute conduit a raccourcir, au travers de la scorie, le trajet du fer qui entre dans l'avant-creuset. Le fait que liinterface métal/scorie soit plus petite impose des parcours de diffusion plus longs. -Il est avantagdx que le rapport entre la grande section et la petite section de l'avant-creuset soit au moins égal à 1,4: 1. En outre, la zone de transition entre ces deux sections peut âtre conique, ce qui assure des conditions d'écoulement favorables et empoche l'endom- - 2 - magement du garnissage de l'avant-oreuset. De fond du cubilot, le chenal de coulée et un che- nal de contrôle sont avantageusement disposés dals un même plan, car ainsi il est aisé d'observer ce qui se passe dans l'avant-creuset, le chenal de ocoulée et la partie supérieure de l'avant-creuset. Etant donné qu'à cause de la forte agressivité de la scorie de cubilot le chenal d'évacuation de la scorie fait partie des parties les plus fortement sollicitées, le cubilot selon l'in- vention comporte à l'avant-creuset de préférence au moins deux siphons à scorie, dont normalement un seul est en service. Ceci est avantageux parce que l'utilisation alternée de ces siphons à scorie assure à ceux-ci une lon- gévité d'autant plus grande. Les siphons à scorie doivent être disposés de préférence, de façon telle que la différence de niveau entre le sommet d'un chenal d'évacuation du fer disposé au fond de l'avant-creuset et le sommet des deux chenaux d'évacuation de la scorie du siphon à scorie corresponds à 0,5 à 1,5 fois le diamètre du chenal d'évacuation du fer. En meme temps, la longueur du chenal horizontal d'évacuation du fer doit, de préférence, tre égale à au moins le double du diamètre de ce chenal, ceci afin que m9me dans le champ des siphons un fonctionnement de très longue durée soit assuré. Pour cette même raison la plaque de sole du cubilot et celle de l'avantcreuset sont avantageusement situées au même niveau, et/ou l'orifice d'entrée du chenal de coulée est situé au moins à 300 mm au-dessus de la plaque de sole du cubilot. Ceci assure une longévité sensiblement égale du creuset et de l'avant- creuset. Un refroidissement à lteau effectué au sommet des siphons à scorie réduit fortement l'usure de ceux-ci; toutefois, ce refroidissement devrait se terminer au-dessus du chenal de sortie du fer, afin d'emp cher un contact entra le fer liquide et la tasse d'eau dans le cas d'un garnis- sage défectueux. - 3 - -4 - Les travaux d'entretien et de réparation du chenal de coulée et de l:avant-creuset sont grandement facilités lorsque le sommet de ce dernier présente une inclinaison d'au moins 10 sur l'h:.-2izontale, parce qu'alors l'accès à l'avant-creuset est considérablement plus aisé. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide d'un exemple d'exécution illustré au dessin; sur ce dernier - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale axiale du creuset d'un cubilot selon l'invention ayant deuz avant-creusets, en cope en cobDe - la figure 2 est une vue schématisée/horizontale suivant la ligne II-II tracée sur la fig. 1, et - la figure 3 est une vue en coupe verticale au travers de l'un des avant-creusets, suivant la ligne III-III tracée sur la fig. 2. Le cubilot 1 comporte dans son creuset, de la façon habituelle, plusieurs tuyères 2 à distance au-dessus de la sole inclinée 3. Dans le prolongement direct de cette sole 3 deux chenaux de coulée 4 à angle droit l'un avec l'autre sont reliés chacun à un avant-creuset 5. Ces avant-creusets 5 et le cubilot 1 se trouvent au même niveau et ont une fondation commune. Etant donné que les deux avant-creusets sont identiques, un seul sera décrit ci-après. Le chenal de coulée 4 débouche dans la partie haute de l'avant-creuset 5 et est dans l'alignement d'un chenal de contr6le visuel 6 diamétralement opposé qui est muni d'un regard 7 au travers duquel on peut observer l'intérieur de l'avant-creuset et du cubilot. Pour per- mettre d'effectuer des travaux d'entretien ou de réparation, l'a-santcreuset comporte un couvercle amovible 8 étanche aux gaz, disposé sur la partie haute inclinée 9 de l'avant- creuqet 5. Le couvercle 8 et la pente de la partie haute 9 permettent notamment d'effectuer des travaux d'entretien et de réparation au chenal de coulée 4 et au chenal de contrôle 6. 245U777 -5- L'enceinte intérieure de l'avant-creuset se com- pose d'une partie scorie supérieure 10 de section rela- tivement grande, d'une partie fer inférieure 11 de section plus petite que la partie supérieure, et, entre ces deux parties, d'une zone de transition conique 12. De la partie inférieure 11 dans laquelle se rassemble le fer part, immédiatement au-dessus du fond de l'avant-creuset, un chenal 13 d'évacuation du fer, conçu sous forme de siphon. Ce chenal est tout d'abord horizontal puis re- monte (tronçon 14) en biais jusqu'à un débordement de fer 15. Perpendiculairement au siphon 13, 14, 15 pour le fer partent de la partie ll dans laquelle se rassemble le fer deux chenaux à scorie 16 et 17 parallèles entre eux et au m8me niveau, chacun formé aussi par un tronçon horizontal suivi d'un tronçon incliné vers le haut se terminant à des seuils de débordement 18 et 19 respecti- vement (fig. 2 et 5). Ces chenaux font eux aussi office de siphons. Audessus des chenaux d'évacuation de la soorie se trouve un refroidissement par eau 20 qui assure une prolongation considérable de la durée de service des siphons. La distance ent:le l'argte supérieure du chenal d'évacuation du fer 13 et les arêtes supérieures des embouchures des deux chenaux 16, 17 d'évacuation des scories correspond à une valeur comprise entre 0,5 et 1,5 fois le diamètre du chenal à fer. La quantité de scorie qui se trouve dans la partie inférieure 11 de l'avant-creuset varie en fonction de cette distance, et avec elle aussi le chemin que doit parcourir le fer à travers la scorie. En outre, la hauteur de la colonne de scorie peut tre réglée aussi à l'aide de la pression du cubilot, parce qu'il s'établit entre les co- lonres liquides dans les trois siphons et la colonne de fer et de scorie dans l'avant-creuset, suivant le principe des vases communiquants, un état d'équilibre qui, étant - 6 - donné que la pression atmosphérique est constante, dépend de la pression du cubilot. La représentation graphique met en évidence que dans le cubilot selon l'invention les réactions métal/ scorie se déroulent essentiellement dans la "zone sèche" entre la colonne de coke et la sole cd; cubilot, ainsi que dans le chenal de coulée, car les deux phases sont séparées l'une de l'autre immédiatement après leur entrée dans l'avant-creuset et les goutelettes de fer traversent, pendant leur parcours vers la partie inférieure de l'avant- creuset, une colonne de scorie relativement peu haute et dont on peut régler la hauteur à l'aide de la pression du cubilot. Le déroulement des réactions dans la zone sèche a pour avantage que les partenaires réactifs, fer et scorie, se présentent sous forme de très fines goutte- lettes ayant donc une grande surface réactive et un po- tentiel réactif élevé. A cela s'ajoute le fait que le parcours durant lequel les ractions s'effectuent est relativement long et n'est pas perturbé par un bain de scorie, et que dans ce parcours le coke dépourvu de scorie et donc sec est pleinement disponible pour les réactions métallurgiques. De plus, étant donné que les distances de réaction entre la zone de fusion et le fond du cubilot est constante, la durée des réactions reste constante et l'analyse métallurgique ne varie pas. -7- REVENDICA2IONS 1. Oubilot de coulée continue, notamment cubilot à vent chaud dont la sole inclinée est prolongée par un chenal de coulée conduisant à au moins un avant- creuset muni de siphons pour le fer et la scorie, ce cubilot étant remarquable en ce que l'avant-creuset présente dans sa partie supérieure (10) une section plus grande que dans sa partie inférieure (11). 2..Cubilot selon la revendication 1, remarquable en ce que le rapport entre la grande section et la pe- tite, section de l'avant-creuset est égal à au moins 1,4: 1. 3. Cubilot selon la revendication 1 ou 2, remar- quable en ce que la zone de transition entre la partie supérieure (10) et la partie inférieure (11) de l'a- vant-oeeuset (5) est conique. 4. Cubilot selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, remarquable en ce que le fond (3) du cubilot, le chenal de coulée (4) et un chenal de contrôle (6) sont disposés dans le même axe. 5. Cubilot selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, remarquable en ce que 1'avant-creuoet (5) comporte au moins deux siphons à scorie (16,17). 6. Cubilot selon l'une quelconque des revendica- tions, remarquable en ce que la différence de niveau entre le sommet d'un chenal d'évacuation du fer (13) et le sommet des deux chenaux d'évacuation de la scorie (16, 17) correspond à 0,5 à 1,5 fois le diamètre du chenal d'évoacuation du fer. 7. Cubilot selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, remarquable en ce que la longueur du chenal horizontal (13) d'évacuation du fer est égale à au moins le double du diamètre de ce chenal. - 8 - - 8. Oubilot selon l'une queleonque des revendi- cations précédentes, remarquable en ce que la plaque de sole du cubilot et celle de l'avunt-creuset sont situées au mtme niveau, l'orifice d'entrée du chenal de coulée touvàt tre situé à au moins 300 mm au- dessus do la plaque de sole du oubilot. 9. Cubilot selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, remarquable en ce que les chenaux d'évacuation des scories (16,17) comportent à leur partie supérie,.re un refroidissement à l'eau (20). 10. Oubilot selon la revendication 9, remarquable en ce que le refroidissement à l'eau se termine au- dessus du chenal d'évacuation du fer (13). 11. Oubilot selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, remarquable en ce que le sommet (9) de l'avant-creuset qst incliné d'au moins 10 sur 1' horizontale.