Brevet FR2472613A1 — publié le 19810703

La présente invention concerne un procédé et un appareil de séparation de laitier et de coulée d'acier fondu d'un récipient tel qu'un convertisseur ou analogue, permettant la coulée efficace de l'acier seul hors du ré- cipient, sans réduction du rendement de l'acier fondu. Dans le cas de la coulée d'acier fondu d'un con- vertisseur après la fin d'un affinage, le laitier est sou- vent mélangé à l'acier fondu pendant la coulée et surtout à la fin de celle-ci. L'élimination de cet inconvénient est en général difficile. Le laitier mélangé à l'acier fondu réduit le rendement de la matière d'alliage et favorise l'érosion des réfractaires des poches. En outre, la qua- lité de l'acier risque d'être détériorée. Enfin, le lai- tier mélangé à l'acier fondu provoque une augmentation de la concentration du phosphore dans l'acier fondu. En conséquence, il est très important que le laitier ne puisse pas s'écouler dans la poche lors de la coulée. On a déjà essayé souvent de résoudre ce pro- blème mais on n'a pas encore obtenu de résultats parfaite- ment satisfaisants, étant donné les raisons suivantes. Un procédé classique d'utilisation d'un dispo- sitif d'ouverture et de fermeture, par exemple d'un obtu- rateur ou analogue placé au trou de coulée du convertis- seur, empêche le mélange du laitier avec l'acier fondu mais présente l'inconvénient de réduire le rendement d'acier fondu, et l'entretien du dispositif d'ouverture et de ferme- ture est difficile dans le cas d'un convertisseur de graridu dimension. Un autre procédé classique d'utilisation d'une poche ayant un pot à laitier et de collecte du laitier dans cette poche présente l'inconvénient de réduire de façon importante la température de l'acier fondu. Pour remédier à cet inconvénient, on a utilisé en général une bille d'arrêt de laitier ou on a dévié hors de la poche le courant d'acier fondu après la coulée de cet acier, c'est-à-dire qu'on a utilisé une coupe de fin de poche ou analogue. Le dernier de ces deux procédés est d'utili- sation commode mais il n'est pas fiable. On a proposé l'utilisation d'un appareil de sé- paration de laitier et de coulée d'acier fondu d'un réci- pient tel qu'un convertisseur ou analogue afin de remédier à cet inconvénient. Cet appareil comprend un récipient des- tiné à contenir le métal fondu et le laitier recouvrant la surface libre de ce métal, et un passage en U comportant une partie descendante communiquant avec un trou de coulée du récipient, une partie intermédiaire et une partie ascendan- te communiquant avec un orifice de sortie du passage en U fixé à la face inférieure du récipient lorsque celui- ci est incliné dans la-position de coulée d'acier fondu, après la fin de l'affinage, le passage en U assurant l'équilibre entre la pression statique de l'acier fondu résiduelet la pression statique du laitier résiduel. Cet appareil met en oeuvre le principe suivant. Les conditions dans lesquelles la pression stati- que de l'acier fondu résiduel qui se trouve dans le passage en U est en équilibre avec la pression statique du laitier résiduel s'écoulant après l'acier fondu et restant aussi dans le passage en U afin d'éviter la sortie du laitier de ce passage, sont représentées par la formule (1) h2pm > (hl + hs)ps (1) dans laquelle pm désigne la masse volumique de l'acier fondu, p5 la masse volumique du laitier, h la hauteur de la partie descendante du passage en U. h2 la hauteur de la partie ascendante du passage en U et h l'épaisseur de- - laitier restant dans le convertisseur. En conséquence, si le passage en U est réalisé de manière que les hauteurs hl et h2 correspondent à la formule (1), il est possible que le laitier ne puisse pas sortir du passage en U. - Cependant, la formule précitée (1) est une équation conditionnelle qui ne tient compte que de l'é- quilibre statique de l'acier fondu et du laitier. L'invention concerne un procédé de séparation de laitier et de coulée d'acier fondu hors d'un récipient tel qu'un convertisseur ou analogue, permettant la réduction de la vitesse d'écoulement de l'acier fondu à la fin de son écoulement et permettant la détermination de conditions dans lesquelles le laitier est séparé de manière fiable de l'acier fondu, si bien que le laitier ne peut pas du tout s'écouler hors du passage du métal fondu à la fin de la coulée de l'acier fondu. L'invention concerne aussi un appareil de sépara- tion de laitier et de coulée d'acier fondu hors d'un réci- pient tel qu'un convertisseur ou analogue, ayant une cons- truction simple et qui peut être utilisé fréquemment, un certain nombre de fois,à haute température, sans aucun problème. L'invention concerne ainsi un procédé de sépara- tion de laitier et de coulée d'acier fondu hors d'un réci- pient tel qu'un convertisseur ou analogue, qui comprend le guidage de l'acier fondu dans un passage en U ayant une partie descendante qui communique avec un trou de coulée du récipient, une partie intermédiaire et une partie as- cendante qui communique avec un orifice de sortie du pas- sage en U qui est fixé et placé à la partie latérale inférieure du récipient lorsque celui-ci est incliné dans sa position de coulée d'acier fondu après la fin de l'af- finage, le passage en U maintenant l'équilibre entre la pression statique de l'acier résiduel fondu et de la pres- sion statique du laitier résiduel; selon l'invention, un gaz inerte qui ne réagit pas avec l'acier fondu est injecté dans le courant d'acier fondu, dans la partie descendante du passage en U si bien que ce jet de gaz réduit la vites- se d'écoulement de l'acier fondu et élimine l'influence de la force d'inertie du courant d'acier fondu sur l'équilibre des pressions statiques de l'acier fondu résiduel et du laitier résiduel dans le passage en U. L'invention concerne aussi un appareil de sépara- tion de laitier et de coulée d'acier fondu hors d'un réci- pient tel qu'un convertisseur ou analogue, comprenant un récipient destiné à contenir un métal fondu et du laitier recouvrant la surface libre du métal fondu, et un passage en U ayant une partie descendante qui communique avec un trou de coulée du récipient, une partie intermédiaire et une partie ascendante communiquant avec un orifice de sortie du passa- ge en U fixé et placé sur une partie latérale infé- rieure du récipient lorsque celui-ci est incliné en posi- tion de coulée après la fin de l'affinage, le passage en U étant destiné à maintenir en équilibre les pressions sta- tiques de l'acier fondu résiduel et du laitier résiduel; selon l'invention, l'appareil comporte un organe d'in- jection de gaz communiquant avec la partie descendante du passage en U et destiné à injecter un gaz inerte qui ne réagit pas avec le laitier fondu, dans le courant d'acier fondu formé dans la partie descendante du passage en U, si bien que le jet de gaz provoque une réduction de la vitesse d'écoulement de l'acier fondu et élimine l'influence de la force d'inertie du courant d'acier fondu sur l'équilibre des pressions statiques de l'acier fondu résiduel et du laitier résiduel qui se trouvent dans le passage en U. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une coupe schématique des parties essentielles d'un appareil selon l'invention; - la figure 2A est une coupe longitudinale par- tielle des parties essentielles d'un mode de réalisation d'appareil de séparation de laitier et de coulée d'acier fondu d'un récipient tel qu'un convertisseur ou analogue, selon l'invention; - la-figure 2B est une coupe longitudinale par- tielle des parties essentielles d'un autre mode de réali- sation d'appareil de séparation de laitier et de coulée d'acier fondu hors d'un récipient tel qu'un convertisseur ou analogue, selon l'invention; et - la figure 3 est une coupe agrandie d'un organe d'injection de gaz, du type représenté sur les figures 2A et 2B. On sait que l'acier fondu s'écoule avec une force d'inertie. Si l'on considère cette force d'inertie, on constate que la condition dans laquelle le laitier se sé- pare totalement de l'acier fondu est représentée par l'é- quation suivante (2): h2pm > (h1 + h2)Ps + a (2) dans laquelle a représente une force d'inertie du courant d'acier fondu et les autres paramètres ont les significa- tions indiquées précédemment. En conséquence, la séparation totale du laitier et la coulée de l'acier fondu hors du convertisseur né- cessitent la suppression de toute influence de la force d'inertie 1) par utilisation d'une hauteur h2 suffisamment grande par rapport à hl, ou 2) par réduction de la vitesse d'écoulement de l'acier fondu à la fin de sa coulée. Cependant, en pratique, l'utilisation d'une hauteur h2 suffisamment grande est limitée par des consi- dérations physiques portant notamment sur le dorps du convertisseur, son angle de pivotement ou analogue. En conséquence, il est important que la vitesse d'écoulement de l'acier fondu soit rendue petite. A cet effet, on a essayé de-réduire le diamètre du côté d'entrée du passage de l'acier fondu et d'accroître le diamètre de la partie intermédiaire du passage d'acier fondu afin que la vitesse d'écoulement de l'acier fondu soit réduite. Dans ce cas, le diamètre du passage de circulation de l'acier fondu change par détérioration des briques ré- fractaires si bien que le maintien d'un diamètre déterminé pour le passage de l'acier fondu est très difficile. En conséquence, la vitesse d'écoulement de l'acier fondu ne peut pas être faible lorsque le passage a été utilisé fréquemment, au bout d'un certain nombre de fois. Selon l'invention, on remédie à cet inconvénient par projection d'un gaz inerte dans le courant d'acier 24726 1 3 fondu, de la manière décrite dans la suite en référence aux figures 2A, 2B et 3. La figure 1 représente un passage en U fixé à un convertisseur. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un convertisseur et la référencé 4 un passage en U. Ce passage 4 a une partie descendante 4a communiquant avec un trou 2 de coulée d'acier fondu (figure 2A) du conver- tisseur 1, une partie intermédiaire 4b et une partie as- cendante 4c qui communique avec un orifice de sortie du passage 4 en U. La référence 5 désigne l'acier fondu ré- siduel et la référence 6 le laitier résiduel. Comme indiqué précédemment, les conditions se- lon lesquelles la pression statique de l'acier fondu ré- siduel 5 dans le passage 4 est en équilibre avec la pres- sion statique du laitier résiduel 6 s'écoulant après l'acier fondu 5 et restant aussi dans le passage 4 en U, empêchant la sortie du laitier 6 du passage 4, sont re- présentées par l'équation suivante (1) h2pm > (h1 + h(2)p) dans laquelle pm représente la masse volumique de l'acier fondu, ps la masse volumique du laitier, hl la hauteur de la partie descendante 4a du passage 4 en U, h2 la hauteur de la partie ascendante 4c du passage 4 et hs l'épaisseur du laitier 6 restant dans le convertisseur 1. Si l'on prend en considération la force d'iner- tie du courant d'acier fondu, l'équation (1) doit être représentée sous forme de l'équation (2) h2pm > (h1 + h2)p + (t (2) dans laquelle a désigne la force d'inertie du courant d'acier fondu. Sur la figure 2A, la référence 1 désigne un corps de convertisseur, la référence 2 un bout de coulée et la référence 3 un dispositif de coulée d'acier fondu, fixé de façon amovible au trou 2 de coulée par une bride il de raccordement et comprenant un passage 4 en U com- portant une partie descendante 4a, une partie intermédiaire 4b et une partie ascendante 4c. La référence 5 désigne l'acier fondu Et la référence 6 du laitier flottant à la surface libre le l'acier fondu 5. Lorsque le convertisseur est incliné dans la po- sition représentée sur la figure 2A dans laquelle l'acier fondu 5 est coulé du convertisseur, cet acier 5 est guidé par le passage 4 en U vers une poche (non représentée). Selon l'invention, le trou 2 de coulée, c'est-à- dire la partie descendante 4a du passage 4 en U, porte, à sa partie inférieure, un organe 7 d'injection de gaz, sous forme d'une tuyauterie d'injection de gaz dans le mode de réalisation considéré. A la fin de la période de coulée de l'acier fondu au moins, un gaz inerte tel que l'azote gazeux ou analogue, est injecté par la tuyauterie 7 dans le courant d'acier fondu de la partie descendante 4a du passage 4 afin que la vitesse d'écoulement de l'acier fondu soit réduite, étant donné l'effet de flot- taison des bulles de gaz et l'effet de réduction de sec- tion lors du passage 4 de ces bulles de gaz. Comme l'indique la figure 3, dans le cas de l'in- jection du gaz, une tuyauterie 7 ayant un diamètre de 6 mm au maximum et de préférence de 2 à 3 mm, traverse une paroi réfractaire et communique avec la partie descendante 4a du passage 4. A cet effet, la tuyauterie 7 qui est placée sur le côté du convertisseur, est reliée à une tuyauterie souple 8 qui est raccordée à une réserve de gaz d'injec- tion (non représentée). L'utilisation de la tuyauterie 7 dont le diamètre est au plus égal à 6 mm assure une so- lidification naturelle de l'acier fondu qui a finalement pu pénétrer dans la tuyauterie 7 si bien que tout danger est écarté. Il est préférable que le diamètre de la tu- yauterie soit compris entre 2 et 3 mi puisque la quantité de gaz nécessaire pour que la tuyauterie 7 ne se bouche pas est avantageusement faible. Si le diamètre de la tu- yauterie 7 est inférieur à 2 mm, cette dernière peut être bouchée par des matières étrangères ou analogues si bien que l'entretien pose des problèmes. Ainsi, l'influence de la force d'inertie a in- - diquée dans l'équation (2) peut être pratiquement éliminée 2 4 72 6 1 3 par le jet de gaz. En conséquence, si les conditions re- présentées par l'équation (1), c'est-à-dire les conditions correspondant à l'équilibre des pressions statiques entre l'acier fondu et le laitier, sont satisfaites, l'acier - fondu peut être coulé du convertisseur avec séparation to- tale du laitier. En outre, il n'est pas nécessaire que la dimension du dispositif de coulée d'acier fondu soit im- portante. En pratique, pendant la période comprise entre le début de la coulée de l'acier fondu du convertisseur et la fin de cette coulée, du gaz est transmis à une pression telle que l'acier fondu ne pénètre pas dans la tuyauterie 7. Ce n'est qu'à la fin de la coulée de l'acier fondu du convertisseur que la quantité de gaz nécessaire à la ré- duction de la vitesse du courant d'acier fondu, est injectée dans la tuyauterie 7. Lorsque le débit injecté est excessif, le courant de gaz provoque une agitation de l'acier fondu et du laitier et mélange le laitier à l'acier fondu. En conséquence, la quantité de gaz injecté doit être inférieure à 5 m /min, cette quantité étant mesurée dans les conditions normales. Par exemple, dans le cas d'un convertisseur ayant une ca- pacité de 200 t, il est avantageux que la quantité de gaz injecté soit comprise entre 0,2 et 2 m3/min dans les con- ditions normales. L'utilisation de petites quantités de gaz de l'ordre de 0,2 m3/min dans les conditions normales donne un effet retardateur, mais une quantité inférieure à 0,2 m3/min ne suffit pas au retardement du courant d'acier fondu. La tuyauterie 7 peut communiquer à tout empla- cement de la partie descendante 4a du passage 4. Cependant, -la force d'inertie peut être le plus efficacement contre- balancée lorsque la tuyauterie 7 communique avec une po- sition basse de la partie descendante 4a du passage 4 comme indiqué sur les figures 2A et 3. La figure 2B représente un autre mode de réalisa- tion d'appareil selon l'invention. Dans celui-ci, la tuyau- terie 7 d'injection de gaz communique avec un emplacement de la partie descendante 4a du passage 4 qui se trouve au-dessous de la bride 11 de raccordement. Dans ce mode de réalisation, comme la tuyauterie 7 est fixée au passage 4 monté de façon amovible sur le convertisseur, cette tuyauterie 7 peut être facilement retirée avec le passage 4 et elle peut être réparée ou remplacée par une nouvelle. Lorsque la tuyauterie 7 d'injection de gaz fonc- tionne de manière continue et injecte le gaz inerte dans le passage 4 pendant l'opération de coulée de l'acier fon- du, la vitesse de coulée de celui-ci peut être réglée, c'est-à-dire que le débit d'acier fondu peut être réglé à volonté. En conséquence, ce réglage peut être utilisé pour l'adaptation aux conditions d'addition de compositions d'alliage à l'acier fondu coulé hors du passage en U. Ainsi, l'invention permet la coulée efficace de l'acier fondu hors du convertisseur, sansréduction du ren- dement en acier fondu et sans que l'appareil de coulée ait une grande dimension. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation de laitier et de coulée d'acier fondu d'un récipient tel qu'un convertisseur ou analogue, du type qui comprend le guidage de l'acier fondu dans un passage en U ayant une partie descendante communiquant avec un orifice de sortie d'acier fondu du récipient, une partie intermédiaire et une partie ascen- dante communiquant avec un orifice de sortie du passage en U fixé et placé en position latérale inférieure par rapport au récipient lorsque celui-ci est incliné dans sa position de coulée après la fin d'un affinage, le passage en U étant destiné à maintenir l'équilibre entre la pression statique de l'acier fondu résiduel et la pression statique du laitier résiduel, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'injection d'un gaz inerte qui ne réagit pas avec l'acier fondu dans le courant d'acier fondu qui se trouve dans la-partie des- cendante du passage en U, si bien que le gaz injecté pro- voque un ralentissement de la vitesse de l'acier fondu et élimine l'influence de la force d'inertie du courant d'a- cier fondu sur l'équilibre des pressions statiques de l'acier fondu résiduel et du laitier résiduel eu passage en U. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit de gaz injecté est au maximum égal à m3/min dans les conditions normales et est de préférence compris entre 0,2 et 2 m3/min dans les conditions normales. 3. Appareil de séparation de laitier et de coulée d'acier fondu hors d'un récipient tel qu'un convertisseur ou analogue, du type qui comprend un récipient (1) desti- né à contenir un métal fondu et du laitier recouvrant la surface libre du métal fondu, et un passage en U (4) compre- nant une partie descendante (4a) communiquant avec une partie de sortie d'acier fondu du récipient, une partie in- termédiaire (4b) et une partie ascendante (4c) communi- quant avec l'orifice de sortie du'passage en U (4) fixé et placé à une partie latérale inférieure du récipient lorsque celui-ci est incliné dans sa position de coulée d'acier fondu après la fin de l'affinage, le passage en U (4) étant destiné à maintenir l'équilibre des pressions statiques de l'acier fondu résiduel et du laitier résiduel, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un organe (7) d'injection de gaz communiquant avec la partie descendante (4a) du passage en U et destiné à injecter un gaz inerte qui ne réagit pas avec l'acier fondu dans le courant d'acier fondu qui se trouve dans la partie descen- dante (4a) du passage en U si bien que le jet de gaz pro- voque une réduction de la vitesse de circulation de l'a- cier fondu et élimine l'influence de la force d'inertie du courant d'acier fondu sur l'équilibre des pressions stati- ques de l'acier fondu résiduel et du laitier résiduel se trouvant dans le passage en U. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe (7) d'injection de gaz communique avec une partie latérale inférieure de la partie descendante (4a) du passage en U (4), solidaire de l'orifice de sortie d'acier fondu du récipient (1). 5. Appareil selon la revendication 3,-caractérisé en ce que l'organe (7) d'injection de gaz communique avec la partie latérale supérieure de la partie descendante (4a) du passage en U (4) qui est raccordée de façon amovible à l'orifice de sortie de métal fondu du récipient (1). 6. Appareil selon la revendication 3, c aractérisé en ce que l'organe (7) d'injection de gaz comporte une tuyauterie métallique dont le diamètre est au maximum égal à 6 mm et est de préférence compris entre 2 et 3 mm.