Brevet FR2852022A1 — publié le 20040910

L'invention objet de la présente demande de brevet d'invention est un procédé de décrassage d'un bain métallique obtenu par soufflage de gaz sur le laitier de couverture du métal liquide dans le but de repousser ce laitier vers un seuil de débordement et d'en évacuer la majeure partie sans entraîner de métal sur lequel il flotte. Le traitement métallurgique des métaux à l'état liquide conduit nécessairement à la production à la surface du bain de métal d'un laitier dont le but est métallurgique et thermique. Le laitier est constitué d'oxydes métalliques d'origine exogène et endogène au métal traité dans des proportions variables suivant le traitement. Les phases métallurgiques de production des métaux réclament très souvent qu'un laitier formé doive être éliminé pour être 10 remplacé par un nouveau mélange adapté à la phase de production suivante. Cette élimination du laitier est recherchée au convertisseur, au four électrique ou en poche. Le simple débordement du laitier par le trou du convertisseur ou par le seuil de décrassage du four électrique, par un écoulement du type canal, est très souvent suffisant pour que les conditions métallurgiques requises soient satisfaites mais ce n'est pas le cas général. Par contre 15 l'élimination du laitier sur la poche, plus ou moins complètement suivant les exigences métallurgiques, est très souvent recherché par les métallurgistes. L'opération est effectuée de façon conventionnelle à l'aide d'un râble refroidi à l'eau actionné soit manuellement soit à l'aide d'un robot. Quand l'opération de décrassage doit être soignée, la manoeuvre du râble par les opérateurs est pénible physiquement et dangereuse. En particulier le râble refroidi à 20 l'eau se trouve être à l'interface métal et laitier avec un risque important de voir sa destruction malencontreuse par fusion ou déchirure de la partie refroidie à l'eau. Le laitier n'est repoussé par le râble que si celui-ci a un mouvement suffisamment rapide. En fin de course, l'évacuation du laitier approché du seuil de décrassage, s'accompagne souvent d'un sursaut dans le mouvement du râble, provoqué par l'opérateur. Ce sursaut, pénible physiquement a 25 pour conséquence de favoriser l'entraînement indésirable de métal avec le laitier. L'invention proposée dans cette demande de brevet est essentiellement un procédé qui utilise un plénum refroidi à l'eau qui dirige vers le laitier un jet de gaz de forme plate, le moins divisé possible, d'une largeur adaptée au réacteur métallurgique, exerçant une pression sur le laitier et le métal et agissant comme un râble immatériel, sans contact du dispositif ni 30 avec le laitier ni avec le métal. L'action du jet d'air sur le bain métallique est assez faible pour ne pas provoquer: - de brassage entre le métal et le laitier, - de projection de gouttelettes de métal et de laitier, - de vagues profondes dans le métal. Ces résultats sont obtenus grâce à un équilibre entre la pression du gaz dans le plénum, la largeur de la buse de soufflage, son inclinaison par rapport à la verticale et la distance entre le plénum, le laitier et le métal. Cet équilibre dépend des caractéristiques du laitier et du métal, en particulier de leurs densités, de leurs viscosités et des quantités de laitier à évacuer. 5 Le dispositif utilise les gaz les plus facilement disponibles industriellement comme l'air comprimé ou l'azote. Le chauffage des gaz de soufflage n'est pas un impératif bien qu'il puisse dans certains cas limiter les pertes thermiques au cours de l'opération de décrassage. Différents moyens sont mis en oeuvre pour assurer le chauffage qui doit se situer à la sortie de la buse par résistance électrique chauffante ou par combustion d'un mélange gazeux. 10 La lame d'air sortant du plénum exerce deux actions mécaniques: - l'une est une pression appliquée sur le laitier, le long d'une ligne au mois égale à la longueur de soufflage et limitant le passage du laitier d'un côté à l'autre de cette barrière, l'autre est une force de cisaillement de la couche de laitier écartant ce laitier de la zone de pression. Ces deux actions écartent localement le laitier et, combinées à un déplacement du plénum, repoussent devant celui-ci le laitier. L'écoulement latéral du laitier au-delà de la largeur de soufflage est contrecarrée en donnant au profil de soufflage une forme convexe par un réglage de la largeur du jet ou par une courbure du plénum. En dirigeant le laitier vers un seuil de débordement du réacteur métallurgique 20 l'opération de décrassage est assurée. En comparaison avec le râble traditionnel ce procédé de décrassage en utilisant un dispositif de soufflage plat maintient une dépression dans la couche de laitier et lui donne donc une aptitude à faire passer le laitier par le seuil de décrassage sans entraînement de métal quand sa vitesse de déplacement se réduit à proximité du seuil de décrassage. La construction du plénum est conventionnelle dans sa partie de passage des gaz, avec l'alimentation d'air ou de gaz par une tuyauterie en partie rigide et en partie flexible, la distribution à travers des grilles ou autour d'un cylindre, une longueur des lèvres suffisante pour régulariser l'écoulement et un réglage éventuel de l'espace entre les lèvres. Par contre, compte tenu des conditions de travail un refroidissement à l'eau du dispositif est nécessaire et 30 les caractéristiques dimensionnelles des lèvres de soufflage sont inhabituelles. Dans le cas d'un plénum cylindrique une double paroi tubulaire permet le passage de l'eau. Dans le cas d'un plénum prismatique la construction intègre des doubles parois pour le passage de l'eau. Le support du plénum doit lui aussi être refroidi à l'eau. Pour l'évacuation d'un laitier basique oxydé d'une poche d'acier liquide les caractéristiques du dispositif de soufflage sont: - l'espace entre les lèvres de la buse est de 1 à 8 mm, c'est l'épaisseur de la lame d'air ou de gaz, - la pression dans le plénum est de 2 bars maximum, et très basse dans la période de retour en position de travail, - l'inclinaison de la buse de 15 à 30 degrés par rapport à la verticale, vers le seuil de débordement du laitier, - la distance entre la sortie de la buse et le laitier est de 70 à 150 mm pour l'entraînement du 10 laitier, plus de 150 mm pour le retour en position de travail, Le procédé de décrassage demande que soient effectués plusieurs passages, bien qu'il soit plus efficace que le procédé conventionnel qui en demande de nombreux, le dispositif doit donc faire des allers et des retours au-dessus du bain en assurant le refoulement du laitier dans une seule direction. Le plénum doit donc se mettre en place à l'opposé du seuil de 15 décrassage en évitant d'y refouler le laitier; ceci est obtenu par une réduction du débit soufflé ou par le soulèvement du plénum au-dessus du bain ou par une combinaison de ces deux actions. Le support est actionné par un dispositif de type chariot ou de type potence articulée et donne au plénum une grande liberté de mouvements: éloignement du seuil de décrassage pour aller en position de travail et rapprochement de ce seuil pour repousser le laitier, rotation 20 vers la droite ou vers la gauche pour récupérer le laitier sur l'ensemble de la surface du métal liquide dans le réacteur métallurgique, élévation ou abaissement pour s'adapter à la hauteur du métal dans le réacteur incliné, à la hauteur du laitier qui le recouvre et pour s'éloigner du laitier dans les phases d'éloignement du seuil de décrassage. La description présentée ci après, d'un mode de réalisation du dispositif utilisé pour le 25 décrassage d'une poche d'acier, permet de mieux comprendre l'objet de la présente demande de brevet en s'appuyant sur les figures 1 et 2 ci-dessous. La figure 1 présente une vue en coupe d'un plénum de section circulaire, son alimentation en gaz et les doubles parois pour le refroidissement. La figure 2 présente une vue en élévation d'un dispositif de manoeuvre d'un plénum 30 au-dessus du bain d'acier et de laitier d'une poche d'acier liquide inclinée. Le plénum 1 est la partie essentielle du dispositif constitué d'une enveloppe cylindrique extérieure 11, d'une enveloppe cylindrique intérieure 12, cette double enveloppe constitue un volume 13 alimenté en eau de refroidissement. Le long d'une génératrice de ce plénum 1 sont placé deux lèvres 14 qui constituent une excroissance de section triangulaire. L'espace 17 entre les faces parallèles des deux lèvres 14 canalise le jet de gaz pour lui donner des caractéristiques de forme recherchées. L'intérieur du plénum 1 est la chambre 16 de soufflage dans laquelle la répartition du flux du gaz entre l'alimentation et le jet de sortie est améliorée par la présence du tube 15. Ce plénum 1 est maintenu en position par le bras 2 constitué lui-même d'une enveloppe cylindrique extérieure 21 et d'une enveloppe intérieure 22 entre lesquelles l'espace 23 sert au refroidissement par eau. Le conduit 24 à l'intérieur de l'enveloppe 22 alimente en air la chambre 16 du plénum 1. Le support 2, garni de chemins de roulement 21 dans sa partie arrière sert de guide aux 10 mouvements du plénum 1. En effet le décrassage de la poche de métal 6 se fait en plusieurs passages du plénum 1 sur le laitier liquide 62 qui surnage au-dessus du métal liquide 61, pour le rassembler du côté du seuil de décrassage 63 et pour l'évacuer par le dit seuil 63 dans le cuvier 7. Les mouvements du support 2 sont assurés par le chariot 4. Ce dit chariot 4 a une autonomie de manoeuvre qui lui permet de venir se positionner 15 en face de la poche d'acier 6 en se déplaçant sur le plancher 5. Le mouvement d'avance et de retour du support 2 est fait par un système de chaîne 48 entraînée dans les deux directions par un moteur électrique. Le mouvement de montée et de descente du support 2 est assuré par une table élévatrice 45 du type à ciseaux actionnée par un vérin hydraulique intégréde façon conventionnelle à la plateforme. Le mouvement latéral se fait autour de l'axe 43, la charge est 20 supportée par l'axe de pivotement 43 et le chemin de roulement 44. La commande du mouvement est faite par un vérin hydraulique non représenté sur la figure 2. Un ensemble 49 de motorisation et de génération de puissance hydraulique est embarqué sur le chariot 4. L'ensemble de guidage du support 2 est protégé des projections et de la chaleur due au rayonnement du laitier et du métal par l'écran 46 pour la partie orientable et l'écran 47 pour la 25 table élévatrice 45. La commande de cet ensemble de décrassage par un opérateur est de préférence fait à distance et ne comporte en lui-même pas d'originalité. REVENDICATIONS 1. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique obtenu par l'action d'un râble et d'un ensemble de manoeuvre qui lui permet de se déplacer dans toutes les directions caractérisé par l'utilisation d'une lame d'air (1) refroidie à l'eau en guise de râble, fixée à l'extrémité d'un support mobile (2) lui aussi refroidi à l'eau. 2. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique, sans brassage du métal liquide et du laitier, suivant la revendication 1 caractérisé par la possibilité de régler l'intervalle entre les lèvres (14) de la lame d'air (1) de 1 à 8 millimètres et la pression de soufflage à moins de 2 bars pour assurer l'action de refoulement du laitier (62) vers le seuil de décrassage (63). 3. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par une inclinaison de la lame d'air (1) de 15 à 30 degrés associée à un réglage de la pression de moins de 2 bars dans la chambre du plénum pour éviter le refoulement du laitier liquide (62) à l'opposé du seuil de décrassage (63) du réacteur métallurgique. 4. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par un réglage en hauteur (45) de la lame d'air (1) associé à un réglage de la pression dans la chambre(16) du plénum au cours de mouvements d'éloignement du seuil de décrassage (63) pour éviter le refoulement du laitier liquide(62) à l'opposé de ce seuil (63). 5. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique suivant les revendications 1 à 3 caractérisé par l'utilisation d'un gaz chauffé dans la chambre (16) ou à la sortie de l'espace (17) de soufflage.