Brevet FR2608630A1 — publié le 19880624

La présente invention concerne l'équipement des fours utilisés dans la métallurgie des métaux non ferreux et, plus précisément un dispositif de soufflage d'un mélange air-eau dans un convertisseur horizontal. La présente invention trouve son application dans le convertissage des mattes de cuivre, de cuivre-nickel, de nickel et polymétalliques pour obtenir des produits finaux de convertissage ; une matte de nickel ou le cuivre noir. Bien que les hommes du métier connaissent les expressions "matte" et "matte de nickel", pour éviter les malentendus, nous précisons que nous attendons par 'rrnatte'; un alliage de sulfures de métaux non ferreux et de sulfure de fer (matte de cuivre : Cu2S+FeS+impuretés ; matte cuivre-nickel : Cu2S+Ni3S2+FeS+impuretés ; matte polymétallique : Cu2S+ZnS+PbS+FeS+impuretés, matte de nickel (brute) : Ni3S2+FeS+(Ni+Fe)+impuretés) - natte de nickel": une matte déferrée (matte de nickel : Ni3S2+Ni ; matte de cuivre et de nickel Cu2S+Ni3S2). Le cuivre brut (noir) est obtenu à partir de mattes de cuivre et de mattes polymétalliques. Les mattes de nickel sont obtenues à partir des mattes de nickel brutes et des mattes brutes de cuivre et de nickel. Aujourd'hui on tend à renforcer les exigences concernant les indices technico-économiques du convertissage, tels l'accroissement du rendement des convertisseurs traitant les nattes, l'augmentation du rendement en métaux non ferreux (notamment une meilleure extraction du Cobalt) au cours du convertissage des mattes de cuivre et de cuivrenickel, la réduction de la main d'oeuvre nécessaire pour faire fonctionner un convertisseur et la diminution des dangers de déflagration. Le soufflage d'un mélange d'air et d'eau au convertisseur est un procédé très efficace pour dégager les tuyères de soufflage et réaliser le réglage thermique du processus de convertissage. On connaît un dispositif pour envoyer dans un convertisseur horizontal l'air, l'eau et le combustible (voir certificat d'auteur de l'URSS NO 729 270, Cl2 C22B 15/06, demande déposée le 02.06.77 et publiée le 25.04.80 pour "Tuyère de soufflage d'un convertisseur horizontal" ) . Ce dispositif comporte un tube conique pour amener le combustible, à l'intérieur duquel est placé, coaxialement à lui, un tube (une tuyère de soufflage) pour l'amenée de l'air dans le convertisseur. Dans les parois de cette tuyère sont disposés des tubes cylindriques pour l'amenée de l'eau, qui sont répartis uniformément sur la périphérie de la tuyère. La tuyère de soufflage d'air est montée mobile pour pouvoir effectuer un mouvement dans le but de modifier la zone de prémélange de l'air et du combustible. Le tube conique d'amenée du combustible comporte une tubulure raccordée à un collecteur d'amenée du combustible. La tuyère de soufflage comporte une tubulure raccordée à un collecteur d'amenée d'air ; tous les tubes cylindriques pour l'amenée de l'eau sont raccordés à un collecteur d'amenée d'eau. Le combustible est amené à travers l'espace annulaire à section variable, formé entre le tube conique d'amenée du combustible et la tuyère de soufflage d'air. Le combustible brûle entièrement ou partiellement dans la zone de premélange, dont la longueur peut varier dans de larges limites en modifiant l'épaisseur de l'espace annulaire par déplacement horizontal de la tuyère de soufflage d'air effectué par un mécanisme de déplacement. L'eau est amenée directement à partir du collecteur d'amenée d'eau par les tubes cylindriques dans le metal en fusion en régimes impulsionnel ou continu. En modifiant l'importance de la zone de prémélange, on peut régler la vitesse du flux des produits de combustion du combustible, qui, en arrivant sur le métal an fusion, protègent simultanément la tuyère de soufflage contre la surchauffe. En envoyant l'eau des tubes cylindriques directement dans le métal en fusion, on refroidit le métal en fusion situé à proximité du débouché de la tuyère de soufflage. Ce dispositif d'amenée d'eau dans le convertisseur assure une action efficace de l'eau sur le métal en fusion et modifie la température du métal. D'autre part il est connu que le rendement en Cobalt du métal brut est en relation avec la température de la fusion du métal brut. Cette relation est décrite par l'équation Co% = a - bt où a et b sont des coefficients constants, qui dépendent de la composition de la matte et de la capacité du convertisseur t est la température de fusion du métal brut, en OC. Ce'tte relation montre qu'au fur et à mesure que la température de fusion du métal brut diminue, le rendement en Cobalt croît. Cependant cet arrangement des extrémités de sortie des tubes cylindriques, par lesquels l'eau arrive au convertisseur, juste au débouché de la tuyère de soufflage n'assure pas la pulvérisation de l'eau par le flux d'air, ce qui entraîne l'arrivée en masse de l'eau dans le métal en fusion, avec le risque de provoquer une déflagration. D'autre part, ce dispositif est de fabrication compliquée à cause du nombre de tubes d'amenée d'eau. On connaît un dispositif pour l'amenée des mélanges d'air et d'eau dans un convertisseur (voir le certificat d'auteur de l'URSS NO 722975 C12 C 228 15/06 déposé le 01.02.78, publié le 25.03.80 pour "Dispositif pour amener des mélanges d'air et d'eau dans les convertisseurs). Ce dispositif comporte un collecteur d'amenée d'air équipé de soupapes à bille et de tuyères de soufflage disposées coaxialement par couple. D'autre part, le dispositif comporte un collecteur d'amenée de liquide situé à l'intérieur du collecteur d'amenée d'air. Le collecteur d'amenée de liquide comporte des tubulures dotées de buses pour envoyer le liquide dans chaque tuyère de soufflage. Ces tubulures sont fixées rigidement sur le corps du collecteur pour l'amenée de liquide et comportent des soupapes de fermeture individuelles. Du fait que dans ce dispositif le liquide est amené vers la section d'entrée de la tuyère de soufflage à proximité de ses parois, ce liquide est emporté par l'air dans la cavité interne de la tuyère de soufflage et partiellement pulvérisé par l'air sur le métal en fusion. Lorsque le liquide pulvérisé entre en contact, à proximité du débouché de la tuyère de soufflage, avec le métal poreux solidifié sur la surface interne de la tuyère de soufflage, des microexplosions se produisent, qui exercent une action destructive sur le métal dépose sur la tuyère. Cette action dégage la section de passage de la tuyère de soufflage en augmentant le débit de chaque tuyère d'amenée d'air. Ainsi est amélioré le rendement du convertisseur dans son ensemble. Cependant, par suite de l'arrivée du liquide vers la section d'entrée à proximité de ses parois, la partie du liquide qui n'est pas pulvérisée par l'air s'écoule sur la surface interne de la tuyère de soufflage (on observe un "effet pelliculaire") et arrive sur la surface externe de la tuyère, d'où elle passe dans la maçonnerie réfractaire du convertisseur en la détruisant. D'autre part, en s'accumulant dans la maçonnerie réfractaire, l'eau peut provoquer une explosion, si le métal en fusion arrive accidentellement à cet endroit. Le positionnement fixe des tubulures d'amenée du liquide entraîne leur endommagement mécanique fréquent au cours des diverses opérations de service (prélèvement des echantillons, mesures de l'épaisseur du recouvrement réfractaire, etc.). L'invention vise un dispositif de soufflage d'air et d'eau dans un convertisseur horizontal dont le positionnement du collecteur d'amenée d'eau assure une pulvérisation uniforme de l'eau dans le courant d'air, améliore la fiabilité en service du dispositif et réduit le danger d'explosion si l'eau entre en contact avec le métal en fusion. Le dispositif selon l'invention de soufflage d'air et d'eau pour convertisseur horizontal comporte un collecteur d'amenée d'air, équipé de soupapes à bille et de tuyères de soufflage, chaque soupape et la tuyère de soufflage qui lui correspond ayant le même axe, et un collecteur d'amenée d'air, doté de tubulures et de buses pour envoyer l'eau dans chaque tuyère de soufflage fixées rigidement sur le corps du collecteur d'amenée d'eau et possédant des commandes de fermeture individuelles, le collecteur d'amenée d'eau étant mobile en rotation autour de son axe longitudinal afin de placer chaque buse sensiblement coaxialement avec la tuyère de soufflage correspondante. Du fait que, pendant le fonctionnement du disposotif, chaque buse est placée sensiblement coaxialement à la tuyère de soufflage correspondante, il devient possible d'éliminer "l'effet de pellicule", car le jet d'eau est emporté par le courant d'air selon l'axe de la veine d'air ou la vitesse est maximale. L'eau est alors pulvérisée totalement dans la cavité de la tuyère et ne vient pas sur les parois de la tuyère de soufflage. L'eau ne pénètre donc pas dans la maçonnerie réfractaire et est utilisée en totalité pour éliminer le métal déposé sur la tuyère et pour assurer le réglage thermique du processus de convertissage. Par ailleurs, les dangers de déflagration sont réduits. Grâce au fait que le collecteur d'amenée d'eau est mobile en rotation autour de son axe longitudinal, il est possible de relever les tubulures et les buses d'amenée d'eau au cours de diverses opérations -auxiliaires. Ceci améliore la fiabilité en service du dispositif. Du fait que le collecteur d'amenée d'eau est monté à l'intérieur du collecteur d'amenée d'air, la fiabilité en service du dispositif de soufflage d'air et d'eau pour convertisseur horizontal se trouve améliorée. En effet, lors du chargement et du déchargement du convertisseur horizontal, les matériaux solides et le métal en fusion n'arrivent pas sur le collecteur, fragile, d'amenée d'eau et ne peuvent pas l'endommager. Ainsi l'utilisation du dispositif proposé assure la pulvérisation uniforme de l'eau dans un courant d'air, améliore la fiabilité en service du dispositif et réduit le danger d'explosion du à un contact de l'eau avec le métal en fusion. D'autre part, par suite de l'élimination des dépots de métal, les tuyères de soufflage conservent une section de débit constante, ce qui améliore le rendement du convertisseur dans son ensemble. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, faite en se référant aux dessins annexés, qui représentent - la figure 1, une coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention, de soufflage d'air et d'eau pour convertisseur horizontal - la figure,2 la coupe selon II-II de la figure 1 - la figure 3 la coupe selon III-III de la figure 1 Le dispositif de soufflage d'air et d'eau pour convertisseur horizontal comporte un collecteur ou caisson 1 (figures 1, 2 et 3) d'amenée d'air. Ce collecteur est muni d'une série de soupapes à bille 2 et d'une série de tuyères 3, introduisant l'air dans le convertisseur 12. Le nombre de tuyères 3, arbitraire, est choisi en fonction de la capacité de production du convertisseur. Le nombre de soupapes à bille 2 est égal au nombre des tuyères 3 de soufflage.Comme montré sur la figure 2 à chaque tuyère 3 correspond une soupape ou vanne à bille 2, ces deux organes correspondant ayant le même axe 10. A l'intérieur du caisson d'amenée d'air 1 se trouve un collecteur d'amenée d'air 4. Ce collecteur d'amenée d'eau 4 comporte une série de tubulures 5 terminées chacune par une buse 6 pour l'amenée de l'eau dans chacune des tuyères de soufflage 3. Les tubulures 5 (figures 2, 3) sont solidaires du corps du collecteur d'amenée d'eau 4 et sont équipées d'organes de fermeture 7 individuels, prévus pour arrêter en cas de besoin l'eau dans chacune des tuyères 3. Le collecteur d'amenée d'eau 4 est réalisé de façon à pouvoir pivoter autour de son axe longitudinal 11. Le dispositif de pivotement du collecteur d'amenée d'eau 4 peut être réalisé d'une façon connue appropriée non représentée. Dans la variante représentée sur les figures 2 et 3 la rotation du collecteur 4 place simultanément en position de travail toutes les tubulures 5 et les buses 6 qui sont parallèles entre elles. Il est évidemment possible de prévoir des mécanismes de commande individuelles de chaque couple tubulure 5 - buse 6, ce qui permet un meilleur réglage de la position de la buse 6 dans la tuyère 3 correspondante. Selon la variante représentée, on fait pivoter autour de son axe longitudinal 11 le collecteur 4 d'amenée d'eau pour disposer chaque buse 6 sensiblement coaxialement à la tuyère 3 correspondante. Pour amener l'eau dans chaque tuyère de soufflage 3, chaque tubulure 5 (figure 2) avec sa buse 6 est disposée sensiblement coaxialement à la tuyère de soufflage 3 correspondante. Au besoin, lorsqu'on doit réaliser des opérations auxiliaires (prélèvement d'échantillons, etc.) les tubulures-5 avec les buses 6.sont relevées à la position représentée sur la figure 3. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Lorsqu'on convertit les mattes dans un convertisseur, on envoie en permanence un courant d'air dans celui-ci à l'aide du dispositif de soufflage du mélange d'air et d'eau. L'air provenant du collecteur d'amenée d'air 1 arrive à une tuyère de soufflage 3, et, à travers elle, à llintérieur du convertisseur 12. Au cours du fonctionnement du convertisseur, sur les embouchures 13 des tuyères 3 se produit un dépôt de métal réduisant la section de passage des tuyères, ce qui diminue le rendement du convertisseur. Pour éliminer ces dépôts métalliques, on injecte de l'eau par les tubulures 5 et les buses 6. L'injection d'eau sert également à régler la temperature du convertisseur et des matières en cours de transformation. A cet effet, on fait pivoter le collecteur d'amenée d'eau 4 par rapport à son axe longitudinal 11. Alors, la tubulure 5 est placée perpendiculairement à l'axe de la tuyère de soufflage 3, la vanne de fermeture 7 se situe en regard de la soupape à bille 2, et la buse 6, sur l'axe de la tuyère de soufflage 3. Ensuite, on fait arriver l'eau par le collecteur d'amenée d'eau 4. Lorsque la tuyère de soufflage 3 est débarrassée des loups de métal, ou lorsque le bain en fusion est refroidi jusqu'à la température nécessaire, on coupe l'arrivée de liteau dans le collecteur d'amenée d'eau 4 et on le fait pivoter en sens inverse, pour relever les tubulures 5 et les buses 6 et ne pas gêner les opérations auxiliaires (prélèvements d'échantillons, etc.) à travers les soupapes à bille 2 et les tuyères 3. S'il faut couper l'amenée d'eau sur l'une des tuyères de soufflage 3, on coupe l'arrivée de l'eau sur la tubulure correspondante 5 à l'aide de la vanne de fermeture 7 correspondante, en la manoeuvrant à travers la soupape à bille correspondante. L'utilisation du dispositif proposé permet d'assurer la pulvérisation uniforme de l'eau dans un courant d'air, d'améliorer la fiabilité en service du dispositif et de réduire le danger d'explosion en cas de contact de l'eau avec le métal en fusion. - REVENDICATION Dispositif de soufflage d'air et d'eau pour convertisseur horizontal, comportant un collecteur d'amenée d'air (1) doté de soupapes à bille (2) et de tuyères de soufflage (3), disposées par couple coaxialement les unes aux autres, un collecteur d'amenée d'eau (4) situé à l'intérieur du collecteur d'amenée d'air (1), et comportant des tubulures (5) équipées de buses (6) pour amener l'eau dans chacune des tuyères de soufflage (3), fixées à demeure sur le corps du collecteur d'amenée d'eau (4) et comportant des organes de fermeture individuels (7), caractérisé en ce que le collecteur d'amenée d'eau (4) est monté pivotant autour de son axe longitudinal (11) pour disposer chaque buse (6) sensiblement coaxialement à la tuyère de soufflage (3) correspondante.