Brevet FR2472153A1 — publié le 19810626

Dispositif pour ouvrir et fermer le trou de coulée des fours Siemens-Martin et procédé de production acier dans des fours de ce type. L'invention concerne un dispositif pour ouvrir et fermer le trou de coulée de fours Simens Martin et un procédé de production d'acier dans des fours de ce type. Lors de la mise en oeuvre du procédé, le matériau de chargement, préparé au préalable, est introduit dans l'espace de travail du four, puis est fondu. Après le travail d'affinage, la désoxydation et la formation de l'alliage, l'acier fabriqué est évacué dans une cuve. I1 est bien connu que le trou de coulée des fours Siemens-Martin est ménagé dans la paroi arrière du four, et ce au niveau du fond. Le trou de coulée est a proprement parler un canal cintré formé de briques et possédant un diamètre de 120-140 mm et une longueur d'environ 1200-1600 mm. Conformément ci la technologie usuelle, le trou de coulée est obturé avant le chargement de chaque matériau de chargement et doit etre débouché lors de la sortie de la coulée. Le trou de coulée ne peut pas être obturé pendant la sortie de la coulée. Ceci ne peut entre effectué que lorsque L'acier et le laitier sont déjà totalement sortis hore du four. Après la sortie de I 'acier et du laitier, on enlève les restes de cet acier et de ce laitier de la paroi intérieure du trou de coulée au moyen d'un écrémoir, d'une barre extensible ou d'olygene insufflé à travers un tube d'acier. Ensuite, il faut jeter dans l'extrémité intérieure de l'ouverture, quelques pelletées de granulés de magnésium condensés, et ce par l'intérmédiaire de l'ouver- ture centrale en vue de déceler un éventuel écoulement du laitier. A la fin de l'écoulement du laitier, le trou de coulée doit être obturé de façon étanche par tassement à l'aide de granulés de magnésium condensés jetés depuis l'extrémie de la fonderie.Apres l'obturation, il faut coller sur l'extrémité extérieure de l'ouverture une masse réfractaire étanche possédant une épaisseur de quelques centi mètres afin d'empêcher l'écoulement goutte à goutte du ma tériau d1 étanchéité. Comme matériau on utilise un matériau en forme de grains, qui ne se ramollit pas à la température donnée et ne s'agglutine pas. Ce matériau est la plupart du temps du magnésium fritté constitué par 20 % de poussière et 80 % de granulés possédant un diamètre de 5 à 10 mm. Avant la sortie de la coulée, il faut enlever la masse de l'extrémité extérieure du trou de coulée, à la suite de quoi il faut éliminer, en grattant avec un instrument particulier le matériau de remplissage tassé, hors de l'ouverture. Cette opération dure en général 5-15 minutes, mais il arrive que le matériau de remplissage fermement tassé ne peut être détaché que moyennant un dur travail manuel. Pour cette opération, on utilise des barres de fer pointues. La croûte intérieure frittée, qui est en contact avec l'acier et possède une épaisseur d'environ 5-10 mm, peut être percée la plupart du temps au moyen d'une injection d'oxygène. Lorsque l'élimination du matériau de fermeture ne peut pas être exécutée aisément, le temps de sortie de la coulée est dépassé. Ce decalage peut être de 10-25 minutes et peut avoir pour conséquence que la composition du matériau de chargement varie par rapport à la composition désirée ou bien que le matériau de chargement s'use. Cette solution traditionnelle-présente cependant de nombreux inconvénients. Un inconvénient fondamental réside dans le fait qu'aussi bien l'ouverture, que la fermeture nécessitent un travail manuel particulièrement difficile et que pour effectuer ce travail il est nécessaire d'avoir une grande habitude. Le travail doit être exécuté de façon très soigneuse, sinon l'acier peut s'échapper prématurément du four. Comme cela a déjà été mentionne, on ne peut pas bloquer le trou de coulée au cours de la sortie de la coulée et on ne peut pas retenir l'acier, ni le laitier, ou une partie de ce dernier, dans le four. Un autre inconvénient du procédé usuel réside dans le fait que la durée de l'ouverture du trou de coulée est très variable, en sorte que la composition chimique du matériau de chargement ne peut être maîtrisée que très difficilement. L'objet de la présente invention est de supprimer les inconvénients indiqués plus haut et de fournir une solution permettant de supprimer totalement ou de mécaniser une partie des travaux extrêmement difficiles de la fabrication de l'acier. Un autre but de la présente invention est de rendre possible l'utilisation du laitier final des fours Siemens-Martin et d'augmenter de ce fait l'économie de la fabrication. Le laitier final contient en effet des composants très précieux, par exemple du fer ou de l'oxyde de calcium libre, et la quantité de chaleur du laitier fondu est également très importante. Le problème indiqué plus haut est résolu grâce au fait qu'on utilise une unité déplaçable transverselement par rapport à l'axe géométrique du trou de cc-lee des fours Siemens-Martin et qui est constituee par un bloc cie fermeture réfractaire, par une chambre logeait et guidant ce bloc de fermeture et située en surpression, et par une unité déplaçant le bloc de fermeture. La chambre logeant et guidant le Gloc de fermeture et située en surpression est un réservoir en acier soudé en forme de bonite, encastré dans la paroi arrière du four à la hauteur du trou de coulée et dans lequel la pression est supérieure d'au moins 0,3 atmosphère à la pression ferrostatique de la masse en fusion. Pour obtenir cette pression, la chambre est reliée à un tuyau d'air comprimé. En dehors de l'air comprimé, on peut introduire dans la chambre, des matériaux supplémentaires gazeux et/ou pulvérulents pour réaliser l'alliage ou la désulfuration de la coulée. De façon appropriée, le bloc de fermeture est réalisé par des briques contenant de l'oxyde de magnésium et qui sont montées de façon lâche, c'est-à-dire avec des fentes d'une largeur de 2 à 12 mm, dans la chambre. Ce bloc de fermeture est déplacé par une unité hydraulique ou électrique de déplacement. Dans le four Siemens-Martin, réalisé conformément a l'invention, la production d'acier est obtenue de telle manière que le laitier présent dans le four est retenu au cours de la sortie de la coulée et que ce laitier est réutilisé dans le traitement du matériau suivant de chargement. Dans de nombreux cas on peut retenir une partie de l'acier situé dans le four. La solution conforme à l'invention fournit, par rapport aux dispositifs classiques et aux technologies usuelles, de nombreux avantages. L'obturation du trou de coulée est inutile et le travail manuel dur et dangereux, qui était jusqu'alors nécessaire pour réaliser cette obturation ou ouvrir le trou de coulée, est supprimé. La technologie de fabrication peut être avantageusement modifiée : l'acier peut être fabriqué plus rapidement, de façon plus fiable et à des intervalles de temps précis prédéterminés. Ces avantages sont imputables au fait que - les composants physiques et chimiques précieux du laitier liquide peuvent etre rendus partiellement ou complètement ut lisabls; - que le laitier final peut être utilisé pour le laitier formé pendant la fusion du matériau suivant de chargement; - que le dispositif permet d'injecter par soufflage des ma matériaux gazeux et sous forme' de poussières dans le bain, ce qui rend plus efficaces la formation de l'alliage et la désulfuration; ; - que l'air injecté par soufflage dans le four y parvient avec une pression supérieure à la pression ferrostatique du bain, ce qui active le mélange de la coulée et rend le processus métallurgique plus rapide. Des détails de la présente invention vont être explicités ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation en référence au dessin annexé. La figure représente une coupe horizontale de la partie arrière du four Siemens-Martin comportant un dispositif de fermeture et d'ouverture conforme à l'invention. Comme cela ressort de la figure, le dispositif de fermeture selon l'invention est encastré horizontalement ou presque horizontalement dans la paroi de séparation 2, qui limite l'espace du four. Le trou de coulée 3 est fermé par un bloc de fermeture 4, comme cela est visible sur le dessin. Le bloc de fermeture est déplacé dans la chambre 5 par l'intermédiaire d'un organe de manoeuvre 6. Cet organe 6 est raccordé à une unité de déplacement hydraulique ou électrique. Le bloc de fermeture 4 est adapté de façon lâche à la chambre 5, de sorte qu'il existe des fentes 7. La largeur des fentes peut être de 2-12 mm. L'air comprime sortant par l'intermédiaire des fentes 7 empêche que la coulée de métal située dans l'espace 1 du four ne péntre dans la chambre 5. L'air comprimé parvient dans la chambre 5 par l'intermédiaire de la conduite tubulaire 8. Cette dernière est reliée à la conduite d'air 10 qui est raccordée à une source d'air comprimé connue en soi. A la conduite tubulaire ss est raccordée une conduite de dérivation 9 au moyen de laquelLe des matériaux sous forme de poudre et/ou de gaz d'alliage et de désulfuration sont introduits dars la chambre 5. Cea ntriaux pénètrent, conjointement avec l'air comprimé arrivant par la conduite d'air 10, dans la chambre 5, et, à partir de là, passent par l'intermédiaire des fentes 7 à l'intérieur de l'espace du four. La sortie de l'air comprimé ou des matériaux de dosage est empêchée par un bouchon 11 introduit de l'extérieur dans le trou de coulée 3. Dans de nombreux cas, il est approprié de ménager dans le bloc de fermeture 4, des perçages en vue de faciliter l'introduction des matériaux de dosage. Les matériaux en forme de gaz et/ou de poussières, introduits par soufflage dans l'espace du four, activent le processus de formation de l'alliage et le déroulement de la désulfuration. L'ouverture et la sortie de l'acier liquide et du laitier hors du four Siemens-Martin peuvent être obtenues en retirant le bloc de fermeture 4 du trou de coulée 3, ce qui nécessite un déplacement horizontal sur une longueur d'environ 20 cm. Ce processus peut être mécanisé, ce qui permet de supprimer le travail manuel pénible et dangereux ainsi que le burinage et le perçage de la paroi réfractaire. Le bloc de fermeture 4 peut être déplacé horizontalement à peu près sous un angle de 900 par rapport a la direction de l'axe horizontal du trou de doulée 3. Dans sa position adaptée dans le trou de coulée 3, le bloc de fermeture 4 se trouve à une distance approximative de 35-cm du contour intérieur de l'espace 1 du four La construction décrite ci-dessus permet d'améliorer la technologie de la production de l'acier. Grâce à ce dispositif, la fermeture est complètement garantie en une seule periode du matériau de chargement et ce dispositif permet de retenir dans le four, le laitier mince libéré ou le métal, ou une fraction quelconque du laitier ou du métal, et d'utiliser ce laitier par la suite, dans les cycles suivants de fabrication.De ce fait, on put réduire la durée de traitement d'un matériau de chargement et les compositions prescrites peuvent être plus sûrement respectées. Le fait que ltefficacité du procédé puisse être nettement accrue est un grand avantage. En vue d'illustrer les indications fournies cidessus, on a représenté, ci-après, a titre d'exemple, les paramètres caractéristiques de la production d'acier habituelle et de la production d'acier conforme à l'invention. Les valeurs comparatives se rapportent à un matériau de chargement. Cas de la Conformément Composition du matériau technologie à l'invention de chargement traditionnelle Déchets en tonnes 40 40 Fonte en tonnes 65 65 Pierre calcaire en tonnes 12 6 Acier sortant en tonnes 1 92 93 Cas de la Conformément Durée en minutes technologie à l'invention usuelle Dégagement de l'ouverture 10 Temps de coulée de l'acier 10 10 Obturation du trou de coulée - 15 I Amélioration du matériau de chargement 30 30 Chargement 50 40 Temps de fusion a partir de la fin du chargement 170 140 Temps de fabrication à partir de la fusion Durée de chargement 315 t 26 260 j (Remarque : l'obturation du trou de coulée, d'une durée de 15 mn, désignée par *, est effectuée parallèlement à I'amé- lioration du matériau de chargement, de sorte que cette période d'amélioration n'est pas prise en considération dans la période du matériau de chargement). D'après l'exemple de réalisation, on voit aisément que grâce à l'utilisation de l'invention, le volume des matériaux additonnels est réduit, que le volume sortant a augmenté et que la période d'un matériau de chargement est devenue nettement: plus courte. En outre, comme cela a déjà été mentionné, l'opération d'obturation du trou de coulée et le travail manuel difficile de mélange du matériau d'étan chiite sont supprimés, et le dégagement ou l'ouverture de la paroi réfractaire peut être remplacé par une opération méca nisée simple. L'air, qui est introduit par soufflage dans la chambre avec une pression supérieure à la pression ferrostatique de la coulée métallique, active le mélange intime du bain métallique, de sorte que ceci rend les processus métallurgiques plus efficaces. Les composants physiques et chimiques précieux du laitier retenu dans le four et la quantité de chaleur de ce dernier peuvent être rendus partiellement ou totalement utilisables,.ce qui permet de réduire la période de traitement d'un matériau de chargement. La production de l'acier est encore rendue plusefficace par l'intermédiaire des dispositions mentionnées plus haut grâce au fait que les matériaux ou composants, devant être utilisés pour la formation de l'alliage et-pour la désulfuration, sont introduits dan le four par le trou de coulée. En résumé, on peut indiquer que gracie au dispositif et au procédé conformes à l'invention, la production de l'acier dans le four Siemens-Martin auyrtlente la productivité et que l'on fait l'économie d'une partie impJr.tan Le des travaux manuels les plus durs et le plus dangereux de la technologie de fabrication. REVENDICATIONS 10) - Dispositif pour ouvrir et fermer le trou de coulée d'un four Siemens-Martin, caractérisé par le fait que ce dispositif se compose d'un bloc de fermeture (4), qui est disposé de façon à pouvoir avoir un déplacement transversal par rapport à l'axe géométrique du trou de coulée (3), d'une chambre (5) logeant et guidant le bloc de fermeture (4) et située en surpression, et d'une unité déplaçant le bloc de fermeture (4). 20) - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (5) est constituée par un réservoir en acier soudé, en forme de boîte, ménagé dans la paroi arrière du four à la hauteur du trou de coule (3). 30) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la valeur de la surpression est au moins supérieure dê 0,3 atmosphère à la pression ferrostatique de la coule. 40) - Dispositif selon lune quelconque des revendications 1 à 3, caractcrisé en ce que la chambre (5) est reliée à une conduite d'air rl0S. 50) - Dispositif selon 3. T une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la chambre (5) est reliée à une conduite (9) delivrant des matériaux additionnels gazeux et/ou pulvérulents permettant la formation de l'alliage ou la désulfuration. 60) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la conduite (9) d'amenée des matériaux additonnels permettant la formation de l'alliage ou la désulfuration est reliée à la conduite d'air (10). 70) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau du bloc de fermeture (4) est forme de briques réfractaires possédant une teneur élevée en oxyde de magnésium. 80) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le bloc de fermeture (4) est adapté de façon lâche dans la chambre (5), avec formation de fentes d'une largeur de 2 à 12 mm. 90) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le bloc de fermeture (4) est relié à une unité de déplacement hydraulique ou électrique. 10 ) - Procédé pour fabriquer de l'acier dans des fours Siemens-Martin, qui sont équipés d'un dispositif fermant et ouvrant le trou de coulée, et selon lequel au cours de la production, le matériau de chargement est chargé dans l'espace de travail du four et est fondu, puis est affiné, désoxydé et allié, et enfin le fer à l'état fondu sort dans des cuves, caractérisé par le fait que le laitier situé dans le four est retenu au cours de la coulée et est réutilisé au cours du traitemnet du matériau suivant de chargement. 110) - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une partie de llacier située dans le four est retenue dans ce dernier 12-o) - Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caracterisé par le fait qu'au cours de la production de l'acier, on introduit par soufflage à l'intérieur du four, par le trou de coulée, de flair et/ou des matériaux gazeux de formation de l'alliage ou de désulfuration.