Brevet FR2688434A1 — publié le 19930917

La présente invention est relative à un procédé d'élaboration de particules solides par fractionnement d'un matériau en fusion, notamment de fonte liquide. La présente invention s'applique également à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Dans les aciéries des usines sidérurgiques, on élabore l'acier à partir de la fonte liquide produite dans les haut-fourneaux. Cependant, le processus de production de la fonte est continu et, lorsque les aciéries sont à l'arrêt, en raison notamment d'une utilisation maximale des poches contenant la fonte, il est nécessaire de continuer l'éva- cuation de la fonte produite dans les haut-fourneaux. A cet effet, on procède à la granulation de la fonte liquide, c'est-à-dire à son fractionnement en nodules fins. Pour ce faire, on dispose d'un bac sensiblement parallélépipèdique contenant de l'eau et d'un massif en béton réfractaire situé sur un des côtés dudit bac et surplombant celui-ci. Le massif comporte dans sa partie haute une ou plusieurs rigoles appelées également canaux de coulée et qui sont sensiblement alignés parallèlement. Chaque canal de coulée achemine la fonte liquide provenant d'un haut-fourneau vers le bac d d'eau et la déverse dans ledit bac en formant une chute. Une amenée d'eau sous pression est aménagée dans le massif et alimente, en-dessous de chaque canal de coulée, une tête de granulation constituée d'une conduite d'eau horizontale et d'une bride fixée perpendiculairement à ladite conduite à son extrémité débouchante. Cette extrémité débouchante est disposée sensiblement à l'aplomb de l'extrémité déversante du canal de coulée. Chaque bride est pourvue d'une pluralité de perforations permettant l'écoulement de l'eau sous pression sous la forme de jets qui sont projetés en direction de la chute de fonte liquide de manière à granuler ladite fonte. Ainsi, sous l'effet de l'eau projetée contre la chute de fonte liquide, celle-ci se fractionne et tombe dans l'eau du bac où les nodules se déposent gravitairement. Malgré l'apparente efficacité de ce dispositif, celui-ci présente néanmoins des inconvénients majeurs. En effet, on a constaté que les nodules de fonte présentent majoritairement une granulométrie trop fine, à savoir un diamètre voisin de 0,2 mm et également trop irrégulière. Cette granulométrie est notamment inacceptable pour les aciéries à oxygène car les grains trop fins se collent au bec de la cornue des convertisseurs et sont donc irrécupérables. Par ailleurs, la chute dans le bac d'une certaine quantité de fonte liquide de 1400 à 1540"C peut provoquer la dissociation de l'eau en ses éléments constitutifs que sont l'hydrogène et l'oxygène, ce qui risque de provoquer des explosions violentes. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé d'élaboration de particules solides par fractionnement d'un matériau en fusion, tel que de la fonte liquide, d'une grande efficacité et qui permettent d'éviter les risques d'explosion. La présente invention a ainsi pour objet un procédé d'élaboration de particules solides, par fractionnement d'un matériau en fusion tel que de la fonte liquide, consistant - à déverser le matériau en fusion dans un bac, sous la forme d'une chute ayant un trajet sensiblement parabolique dont une première partie supérieure élargie présente une largeur maximale à l'extrémité supérieure de la chute constituant le sommet de la chute parabolique et se resserre progressivement pour constituer une seconde partie inférieure sensiblement cylindrique, - à fractionner la chute de matériau en fusion en projetant de l'eau sous pression sur la chute, à un niveau situé en-dessous du sommet de la chute, et - à refroidir le matériau fractionné dans le bac, caractérisé en ce qu'on coupe la chute de matériau en fusion, à un premier niveau, par un premier jet plat d'eau sous pression de manière à fractionner une partie du matériau en fusion de la chute puis au moins à un second niveau inférieur au premier, par un second jet plat d'eau sous pression venant en contact avec la chute dans une zone entièrement distincte d'une zone de contact du premier jet, de manière à fractionner la partie restante de la chute, les jets plats étant constitués par des lames d'eau transversales par rapport à la chute et d'une largeur supérieure à la largeur de la chute. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - on coupe la chute du matériau en fusion par le premier jet d'eau dans la première partie élargie de la chute, - on coupe la chute de matériau en fusion par le second jet d'eau dans la seconde partie de la chute de forme cylindrique, - on refroidit le matériau fractionné par immersion dans de l'eau qui est contenue dans le bac. La présente invention a également pour objet une installation pour l'élaboration de particules solides, par fractionnement d'un matériau en fusion tel que de la fonte liquide, comprenant un bac contenant de l'eau, un bâti disposé de manière adjacente au bac et au-dessus de son niveau supérieur, au moins un canal de coulée du matériau en fusion porté par le bâti ayant une extrémité de déversement à l'aplomb du bac, de manière à assurer le déversement d'une chute de matériau en fusion dans le bac, de forme sensiblement parabolique comportant une première partie supérieure élargie présentant une largeur maximale à son extrémité supérieure et une seconde partie inférieure sensiblement cylindrique et au moins un dispositif de fractionnement de la chute disposé à un niveau inférieur au niveau du canal de coulée et comportant des moyens de projection d'eau sous pression, caractérisée en ce que les moyens de projection d'eau du dispositif de fractionnement comportent au moins deux buses, dont une première buse supérieure disposée en-dessous du canal de coulée et une seconde buse inférieure à un niveau inférieur au niveau de la première buse, chacune des buses alimentée en eau sous pression à un débit réglable présentant une extrémité débouchante dirigée vers la chute, comportant une ouverture de forme aplatie ayant une direction transversale par rapport à la chute et une largeur supérieure à la largeur de la chute. Selon encore d'autres caractéristiques de 1 'in- vention - les extrémités débouchantes des buses sont sensiblement placées à l'aplomb de l'extrémité déversante du canal de coulée, - la buse supérieure est disposée au niveau d'une zone de la partie supérieure élargie de la chute de matériau en fusion, - la buse inférieure est disposée au niveau d'une zone de la partie inférieure cylindrique de la chute de matériau en fusion, - la buse supérieure présente une inclinaison vers le bas, formant avec l'horizontale un angle compris entre 10 et 16 et de préférence égal à 13 , - l'une au moins des buses a une inclinaison réglable par rapport à l'horizontale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées, sur lesquelles - La figure 1 est une vue schématique de côté de l'installation selon l'invention. - La figure 2 est une vue schématique en élévation latérale du dispositif de fractionnement de l'installation selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention. - La figure 3 est une vue schématique frontale du dispositif de fractionnement de l'installation. - La figure 4 est une vue schématique en coupe à grande échelle suivant 4-4 de la figure 3 du dispositif de fractionnement de l'installation. L'installation selon l'invention a été représentée à la figure 1 et désignée dans son ensemble par la référence 1 ; cette installation, disposée à proximité d'un haut-fourneau, a pour but de fractionner la fonte liquide issue du haut-fourneau en particules fines appelées nodules. L'installation 1 comprend un bac 2, de forme sensiblement parallélépipèdique contenant de l'eau ainsi qu'un bâti 3 disposé de manière adjacente par rapport au bac 2 le long d'un de ses côtés 2a et en surplomb par rapport à celui-ci. Le bâti 3 est un massif en béton réfractaire d'une longueur, dans une direction transversale perpendiculaire au plan de la figure 1, qui peut être égale à celle du côté 2a du bac 2 et dont une paroi 3a, appelée paroi frontale, est placée sensiblement à l'aplomb dudit côté 2a, prolongeant ainsi celui-ci au-dessus dudit bac. L'installation 1 comprend également au moins un dispositif 4 (figure 2) qui est supporté par le massif 3. On a représenté aux figures 2 et 3 un canal de coulée 5 de la fonte liquide, appelé également rigole chaude, situé dans la partie haute du massif 3 et qui présente par exemple une section de forme trapézoïdale. Le canal de coulée 5 est légèrement incliné ce qui permet un meilleur écoulement de la fonte et son déversement dans le bac d'eau 2 par une extrémité 5a de ce canal appelée extrémité de déversement. La fonte déversée forme une chute 6 parabolique qui adopte à la sortie du canal 5 par l'extrémité déversante 5a une forme élargie transversalement, devenant ensuite sensiblement cylindrique de manière progressive et qui finalement se déchire lorsque les forces de gravité auxquelles sont soumises les particules de fonte sont supérieures aux forces de cohésion du matériau constituant la chute 6. Le dispositif 4 est formé, d'une part, d'une première buse 7, appelée buse supérieure, logée à une hauteur inférieure à celle du canal de coulée dans la partie basse du massif 3 et, d'autre part, d'au moins une autre buse 8 appelée buse inférieure et qui est logée à une hauteur inférieure à celle de la buse supérieure 7. Selon un exemple de réalisation de l'invention, les deux buses 7 et 8 sont disposées sous le canal et l'une en-dessous de l'autre. Des conduites 9 et 10 d'arrivée d'eau sous une pression par exemple égale à 2 bars alimentent les buses 7 et 8 respectivement, comme représenté Figure 2. Selon une variante de l'exemple de réalisation, l'installation 1 comprend plusieurs canaux de coulée et plusieurs dispositifs 4 identiques supportés par le massif 3, parallèles entre eux et régulièrement espacés le long dudit massif 3 dans la direction transversale. Comme représenté à la Figure 2, les conduites 9 et 10 se raccordent aux buses 7 et 8, par l'intermédiaire d'un collecteur de forme générale cylindrique fixé sur le bac 2 ou le massif 3. Chacune des buses d'un même dispositif est formée d'un corps allongé 7a ou 8a et est munie, à une de ses extrémités, dite débouchante, d'un ajutage 7b ou 8b qui est logé dans ledit corps et a pour but de réduire la section de sortie de l'écoulement d'eau. Les buses présentent chacune une forme sensiblement parallélépipédique de section rectangulaire aplatie suivant une direction transversale horizontale. Ainsi, le jet 11 ou 12 d'eau sous pression qui sort de l'extrémité débouchante de chaque buse 7 ou 8 dirigée vers la chute 6 prend la forme d'une lame d'eau transversale sensiblement horizontale et de largeur supérieure à celle de la chute 6 de fonte liquide. La largeur de la lame d'eau est par exemple égale à 0,30 m. Avantageusement, on peut modifier la forme de l'ajutage 7b ou 8b et donc sa section afin de faire varier la forme du jet 11 ou 12. Il est également possible de retirer l'ajutage 7b ou 8b pour augmenter la section de sortie du jet 11 ou 12. Une partie de la buse 7 ou 8 débouche hors du massif 3 alors que l'autre partie est logée dans celui-ci et est entourée d'un conduit 13 ou 14 à section rectangulaire fixé par une de ses extrémités 13a ou 14a au collecteur correspondant, lui-même relié à la conduite 9 ou 10 et comportant à son extrémité opposée 13b ou 14b un épaulement 15 ou 16 sensiblement à l'aplomb de la paroi frontale 3a du massif 3. La partie débouchante de la buse 7 ou 8 est fixée par soudage sur une bride 17 ou 18 rapportée et fixée par boulonnage sur l'épaulement 15 ou 16 du conduit 13 ou 14 afin de solidariser ladite buse 7 ou 8 au massif 3. Ainsi que représenté Figure 2, la paroi frontale 3a du massif présente dans sa partie haute où est logé le canal de coulée 5 une avancée si bien que les extrémités débouchantes des buses 7 et 8 sont sensiblement à l'aplomb de l'extrémité débouchante 5a du canal de coulée 5. Les conduites 9 et 10 peuvent être munies chacune d'une vanne 20, 21 permettant d'ajuster le débit d'eau sous pression injecté dans les buses 7 et 8, en fonction du débit de fonte de la chute 6 et de manière à obtenir une granulométrie voulue des particules. Selon une disposition avantageuse de l'invention, la buse supérieure 7 est disposée au. niveau d'une zone de la partie élargie de la chute de fonte liquide tandis que la buse inférieure est disposée au niveau d'une zone de la partie cylindrique de la chute de fonte liquide. Les buses supérieure 7 et inférieure 8 sont situées à des hauteurs par exemple respectivement égales à 0,5 et à 0,8 mètres en-dessous de l'extrémité de déversement du canal de coulée 5. Le débit de la fonte déversée du canal de coulée 5 est par exemple égal à 6 tonnes par minute, les débits d'eau des buses supérieure 7 et inférieure 8 étant par exemple respectivement égaux à 250 m3 par heure et 150 m3 par heure. Ainsi pour fractionner la fonte liquide et former des nodules fins de granulométrie déterminée, on forme au moins deux jets Il et 12 d'eau sous pression, ainsi que décrit précédemment, afin qu'ils rencontrent la chute de fonte à deux niveaux différents et dans deux zones entièrement distinctes. On coupe une première fois la chute 5 à une hauteur z1 où sa forme est élargie suivant une surface de contact S1. La rencontre entre le jet 11 d'eau sous une pression de 2 bars et la chute de fonte liquide provoque un fractionnement partiel de la chute 6 et projette une dispersion de fonte sous la forme de gouttelettes ou particules vers le bac 2 d'eau dans lequel celles-ci sont refroidies et solidifiées et forment ainsi les nodules de fonte. En-dessous du premier fractionnement, la partie restante de la chute 6 prend une forme sensiblement cylindrique, de manière progressive, et l'on coupe alors une seconde fois la chute 6 à une hauteur z2, z2 La rencontre entre ce jet 12 et la chute de fonte liquide permet de fractionner la partie restante de la chute 6. z1 et z2 sont, dans l'exemple décrit, respectivement égales aux hauteurs auxquelles sont situées les zones d'impact des jets provenant des buses 7 et 8 par rapport à un niveau de référence. Il convient de noter que l'on peut également ajouter une troisième buse sous les deux premières pour assurer un fractionnement total de la fonte liquide constituant la chute 6 lorsque le débit de fonte est très éleve. Les nodules de fonte recueillis au fond du bac ont par exemple une granulométrie environ égale à 3 millimètres. On obtient ainsi de manière avantageuse des nodules de granulométrie moins fine et plus constante, ce qui constitue un atout majeur pour les utilisations ultérieures de ces nodules et par exemple en addition métallique à l'aciérie. L'installation 1 selon l'invention permet en outre d'éviter les risques d'explosion inhérents à la technique de l'art antérieur. En effet, grâce à l'invention, la chute de fonte liquide ne rencontre plus l'eau du bac étant donné que la fonte a été préalablement entièrement fractionnée. Dans l'exemple de réalisation précédemment décrit, l'installation 1 présente comme caractéristique supplémentaire une inclinaison de la buse supérieure 7, comme représenté Figure 2. L'extrémité débouchante de la buse supérieure 7 présente une inclinaison vers le bas suivant un angle compris entre 10 et 16 par rapport à l'horizontale et de préférence par exemple égal à 13". Cette caractéristique avantageuse permet que la rencontre entre le jet 11 et la chute 6 de fonte liquide ait lieu suivant une plus grande surface, ceci afin de fractionner une plus grande quantité de fonte dès le début du procédé. De cette manière, on s'assure que la chute de fonte n'atteint pas l'eau et donc ne provoque pas d'explosion, ce qui constitue une sécurité supplémentaire. Etant donné que le débit de la fonte liquide déversée par le canal de coulée 5 peut varier, les parties de la chute de fonte ainsi formée qui ont d'abord une forme élargie puis sensiblement cylindrique ont des hauteurs qui varient en fonction du débit. A cet effet, il est avantageux de prévoir, dans une variante de l'invention, qu'au moins l'une des buses ait une inclinaison réglable en fonction du débit de fonte déversée, lorsque celui-ci est sujet à de grandes fluctuations. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'élaboration de particules solides, par fractionnement d'un matériau en fusion tel que de la fonte liquide, consistant - à déverser le matériau en fusion dans un bac (2), sous la forme d'une chute (6) ayant un trajet sensiblement parabolique dont une première partie supérieure élargie présente une largeur maximale à l'extrémité supérieure de la chute (6) constituant le sommet de la chute parabolique et se resserre progressivement pour constituer une seconde partie inférieure sensiblement cylindrique, - à fractionner la chute de matériau en fusion en projetant de l'eau sous pression sur la chute (6), à un niveau situé en-dessous du sommet de la chute (6), et - à refroidir le matériau fractionné dans le bac (2), caractérisé en ce qu'on coupe la chute (6) de matériau en fusion, à un premier niveau, par un premier jet plat (11) d'eau sous pression de manière à fractionner une partie du matériau en fusion de la chute (6) puis au moins à un second niveau inférieur au premier, par un second jet plat (12) d'eau sous pression venant en contact avec la chute (6) dans une zone entièrement distincte d'une zone de contact du premier jet (11), de manière à fractionner la partie restante de la chute (6), les jets plats (11, 12) étant constitués par des lames d'eau transversales par rapport à la chute (6) et d'une largeur supérieure à la largeur de la chute (6). 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on coupe la chute (6) de matériau en fusion par le premier jet d'eau (11), dans la première partie élargie de la chute (6). 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on coupe la chute (6) de matériau en fusion par le second jet d'eau (12), dans la seconde partie de la chute (6) de forme cylindrique. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'on refroidit le matériau fractionné, par immersion dans de 1 ' eau contenue dans le bac (2). 5.- Installation pour l'élaboration de particules solides, par fractionnement d'un matériau en fusion tel que de la fonte liquide, comprenant un bac (2) contenant de l'eau, un bâti (3) disposé de manière adjacente au bac (2) et au-dessus de son niveau supérieur, au moins un canal de coulée (5) du matériau en fusion porté par le bâti (3) ayant une extrémité de déversement à l'aplomb du bac (2), de manière à assurer le déversement d'une chute (6) de matériau en fusion dans le bac (2), de forme sensiblement parabolique comportant une première partie supérieure élargie présentant une largeur maximale à son extrémité supérieure et une seconde partie inférieure sensiblement cylindrique et au moins un dispositif (4) de fractionnement de la chute (6) disposé à un niveau inférieur au niveau du canal de coulée (5) et comportant des moyens de projection d'eau sous pression, caractérisée en ce que les moyens de projection d'eau du dispositif de fractionnement comportent au moins deux buses dont une première buse (7) supérieure disposée en-dessous du canal de coulée (5) et une seconde buse (8) inférieure à un niveau inférieur au niveau de la première buse (7), chacune des buses (7, 8) alimentée en eau sous pression à un débit réglable présentant une extrémité débouchante dirigée vers la chute (6), comportant une ouverture de forme aplatie ayant une direction transversale par rapport à la chute (6) et une largeur supérieure à la largeur de la chute (6). 6.- Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les extrémités débouchantes des buses (7, 8) sont disposées sensiblement à l'aplomb de l'extrémité de déversement du canal de coulée (5). 7.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que la buse supérieure (7) est disposée au niveau d'une zone de la partie supérieure élargie de la chute (6). 8.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5, 6 et 7, caractérisée en ce que la buse inférieure (8) est disposée au niveau d'une zone de la partie inférieure cylindrique de la chute (6). 9.- Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que la buse supérieure (7) présente une inclinaison vers le bas, formant avec l'horizonale un angle compris entre 10 et 16 et de préférence égal à 13". 10.- Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que l'une au moins des buses (7, 8) a une inclinaison réglable par rapport à l'horizontale.