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Appareil rotatif pour l'affinage des fontes, particulièrement des fontes pauvres en silice et en phosphore, par insufflation d'air et d'oxygène.
Le procédé Bessemer pour la transformation en acier de la fonte consiste, comme on le sait, à introduire la fonte en état de fusion dans une sorte de cornue de grandes dimensions, dénom- mée "convertisseur", et à faire passer à travers le bain de la fonte, par de nombreuses tuyères, de l'air froid sous pression.
Cet air agite fortement la masse, oxyde le carbone et les autres éléments contenus dans la fonte, notamment la silice, produisant ainsi une chaleur qui suffit pour maintenir le bain à l'état li- quide, bien que le point de fusion du métal augmente au fur et à mesure qu'il se décarbure jusqu'à devenir de l'acier.
Pour obtenir ce résultat, la chaleur dégagée par la combus- tion du carbone contenu dans la fonte, avec formation d'oxyde de carbone, ne suffit pas, car elle ne dégage que 2400 calories en-
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viron par kilogramme. C'est la combustion de la silice, en dégageant près de 8000 calories par kilogramme, qui produit la plus grande partie de la chaleur nécessaire à cet effet; aussi les fontes convenant pour le traitement par le procédé Bessemer doiventelles contenir environ 2% de silice et, dans tous les cas, jamais moins de 1%. Le procédé Bessemer n'est pas applicable aux fontes phosphoreuses; pour leur traitement, il faut recourir au procédé Thomas.
Dans ce cas, c'est la chaleur de la combustion du phosphore, qui s'élève à plus de 5000 calories par kilogramme, qui maintient le bain en fusion, étant donné que, dans les fontes Thomas, on ne tolère que de petits pourcentages de silice, inférieurs à 0,5%. afin d'éditer la destruction rapide du revêtement basique du convertisseur, par l'action de la silice produite en grande quantité. par ce qui vient d'être exposé, on constate que les fontes pauvres en silice et en phosphore ne peuvent être traitées dans les convertisseurs Bessemer ou Thomas, parce que la chaleur de la combustion du carbone, avec formation d'oxyde de carbone, arrive à peine à compenser les pertes calorifiques dues à la chaleur sensible des gaz (oxyde de carbone, azote, etc..) s'échappant de l'appareil.
C'est pour le traitement des fontes de ce type dans le convertisseur qu'a été conçu le procédé d'injection d'oxygène, au lieu d'air atmosphérique, faisant l'objet de la demande de brevet du 14 Mars 1944- accordée sous le ? 4-54-.820 pour "Procédé de traitement des fontes pauvres en silice et en phosphore dans le convertisseur".
Le procédé Bessemer a l'avantage d'être très économique et convient parfaitement pour l'obtention d'aciers de qualité moyenne, mais la rapidité des opérations ne permet pas de contrôler rigoureusement la marche des réactions et, en conséquence, la
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composition et l'homogénéité des produits.
Pour obtenir des aciers fins et de qualité homogène, on a généralement recours à l'affinage sur la sole, dans le four Martin ou dans ses dérivés, par exemple par les procédés dits : "scrap process", "oré process", procédés Talbot, Thiel, Hoesch, etc..
Les installations correspondantes, comportant de grands récupérateurs de chaleur, sont compliquées et coûteuses. Les opérations sont longues et les produits obtenus n'atteignent pas toujours la qualité voulue,
On a essayé de combiner les avantages de rapidité et de simplicité des opérations du convertisseur et ceux de la, régularité et de la bonne qualité obtenue dans le four Martin, en recourant au procédé Duplex. On emploie alors le convertisseur, pour la première partie de l'affinage, lequel est complété dans un four Martin. 'La durée du travail d'affinage est ainsi abrégée, mais on n'évite pas les énormes dépenses d'installation et, d'autre part, il est difficile de maintenir le synchronisme entre les marches d'appareils si divers.
L'objet de la présente invention est un dispositif qui permet de réaliser, dans un seul appareil, relativement simple et de cons- truction économique, les opérations qui, dans le procédé Duplex, demandent deux installations indépendantes et très coûteuses.
En outre, ce dispositif permet le traitement des fontes pauvres en silice et en phosphore, qui ne sauraient être affinées dans les convertisseurs Bessemer ou Thomas.
On donne ci-après, avec référence aux dessins joints, une description d'un mode de réalisation pratique de l'invention, à titre de simple exemple, non limitatif, sur ce dessin :
Fig. 1 est une vue de ce dispositif en coupe axiale verticale;
Fig. 2 est une vue du même en coupe schématique transversale;
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fig. 3 est une coupe transversale d'un organe auxiliaire formant distributeur.
L'appareil consiste essentiellement en un four, par exemple cylindrique 1, susceptible de tourner lentement sur les rouleaux 2, muni intérieurement d'un revêtement réfractaire 3, et possédant deux ouvertures 4 et 5.
Le revêtement du fond de l'appareil esttraversé par des tuyères 6, reliées aux boites à vent 7, tournant avec le fond.
Les tuyères sont placées de telle façon que la totalité du bain métallique en fusion se trouva.nt dans le four immobilisé, puisse être contenue dans le volume limité par le plan x-y (Fig.2) sans qu'aucune des tuyères ne plonge dans le métal fondu.
Les boites à vent sont reliées par les tubulures, 8, à un distributeur 9, représenté schématiquement dans la Fig. 3. La particularité essentielle de cet organe consiste à permettre l'injection d'oxygène plus ou moins pur dans le bain, pendant que les tuyères passent au-dessous du niveau dudit bain métallique, c'est-à-dire pendant le parcours de ces tuyères de x à y, selon la flèche f1, tandis que ces tuyères injectent de l'air dans l'appareil pendant leur trajet de y à x, selon la flèche f2, et ainsi de suite.
Le masque 10 soutenu, par le conduit 17 obstrue l'orifice 4.
D'autre part, le conduit des gaz 12, appliqué contre l'ouverture 5, évacue les fumées vers les récupérateurs calorifiques 13 et 14; un système de valves (non représenté), disposé en 15, permet la, liaison de ces récupérateurs, à volonté, avec la cheminée 16, ou avec le conduit 17, qui amène l'air chaud à l'ouverture 4/
La rigole amovible 18 sert au chargement de la fonte liquide, tandisque le métal affiné estévacué par l'orifice de décharge 19. Les portes 20 permettent également la charge de la fonte froide, et de plus, le prélèvement d'échantillons, les additions,
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les nettoyages, l'enlèvement des scories, etc..
L'appareil fonctionne de la, façon suivante :
Le four étant arrêté dans la position représentée à la Fig. 2, on charge la fonte, qui devra être aussi peu silicieuse et phosphoreuse que possible, par la rigole 18, si elle est à l'état liquide, ou par les portes 20 si elle est à l'état solide; dans ce dernier cas, la charge est fondue immédiatement à l'aide du brûleur 27. Ensuite, l'appareil est mis en mouvement, en même temps que l'on commence à insuffler de l'air et de l'oxygène dans le distributeur 9.
Les tuyères 6 en passant à la position inférieure, injectent, dans le bain, de l'oxygène ou de l'air suroxygéné, de telle fagon que la richesse en oxyde de carbone du gaz produit en 22, soit telle que sa combustion en 23, au moyen de l'air injecté par les tuyères 6 dans leurs parcours supérieur avec le four, vienne pro- vdquer une élévation considérable de la température du revêtement du four et du bain, qui s'ajoute à celle produite par la combustion du carbone, de la silice et du manganèse.
L'oxygène injecté brûle le carbone, la silice, le manganèse et le phosphore. L'oxyde de carbone, plus ou moins pur, dégagé en 22, se transforme en anhydride carbonique au contact de l'air insufflé par les tuyères 6 dans leur parcours supérieur, ou par l'air chaud qui arrive par le conduit 17. La combustion de l'oxyde de carbone et sa transformation en anhydride carbonique, élève la température du revêtement et du bain dans la région com prise entre 22 et 5. La rotation a une tendance à égaliser les températures du revêtement et du métal et l'excès de calories est entraîné par les gaz qui vont chauffer les récupérateurs 13 et 14, avant de s'échapper vers la cheminée 16.
Lorsque la décarburation a atteint le degré voulu, l'appareil est immobilisé dans la position représentée à la Fig. 2, de sorte
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qu'aucune des tuyères 6 ne plonge dans le bain, et l'affinage se poursuit comme s'il s'agissait d'une opération sur sole.
Si l'affinage demande un temps très long ou l'addition de ma- tériaux donnant lieu à des réactions fortement endothermiques (formation de scories, etc..),on met en marche le brûleur 27 à gaz, huile lourde ou au charbon pulvérisé, alimènté par l'air chaud provenant des récupérateurs.
On déduit facilement de ce qui vient d'être exposé, qu'en réglant d'une part, le degré de pureté de l'oxygène injecté par les tuyères 6, dans leur trajet inférieur et d'autre part, la quantité d'air qui est insufflée par ces tuyères 6 dans leur trajet supérieur, on peut modifier à volonté l'atmosphère du four, laquelle peut être maintenue soit réductrice, soit oxydante, soit neutre, pendant que l'on règle aussi la température des gaz composant ladite atmosphère.
Le distributeur 9, antérieurement mentionné, se compose essentiellement (Fig. 3) d'une capacité circulaire, fixe 28, divisée en deux parties inégales par les cloisons 23. L'oxygène, plus ou moins pur, entre par la tubulure 24 et l'air par la tubulure 25. Autour de cette capacité, et formant un joint étanche, se trouve appliqué un anneau 26, solidaire du four et dans lequel débouchent trois tubulures 8, 81 et 82. reliées aux boîtes à vent 7.
Cet anneau 26 tourne en même temps que le four, Par suite de sa rotation, entraînant les tubulures 8, 81 et 82 d'une part, l'oxygène plus ou moins pur est insufflé dans le bain par celle de ces tubulures et par la boite à vent 7 et la tuyère 6 correspondantes, se trouvant à ce moment dans la partie inférieure du four, tandis que les autres tubulures, qui se trouvent dans la partie supérieure du four, insufflent de l'air au-dessus du bain, et ainsi de suite, effectuait de cette manière, un échange circulaire qui permet l'injection continuelle d'oxygène plus ou moins pur au-dessous du
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niveau du métal et d'air au-dessus dm niveau du bain.
Résumé,
1. Appareil pour l'affinage de la fonte par insufflage d'air et d'oxygène, caractérisé en ce qu'il se compose d'un four, de préférence cylindrique, horizontal, susceptible d'accomplir un mouvement de rotation autour de son axe et muni d'un revêtement réfractaire traversé par un certain nombre de tuyères, placées dans la périphérie ou près de la périphérie de l'une des bases du four et en communication avec un organe distributeur disposé de façon à fournir, pendant le mouvement de rotation du four, de l'o- xygéne plus ou moins pur à. la tuyère et aux tuyères passant audessous du bain métallique, tout en leur fournissant de l'air alfa- sitôt qu'elles passent au-dessus du niveau dudit bain.
2, Forme d'exécution d'un appareil pour l'affinage selon 1. caractérisée en ce que les tuyères se trouvent distribuées de telle façon que le bain puisse être contenu dans un segment du four plus petit que le segment du four compris entre deux tuyères contiguês.
3, Forme d'exécution d'un appareil pour l'affinage selon 1, caractérisée en ce que les gaz formés dans la partie intérieure du four s'échappent par un orifice placé axialement et sur la base @ opposée à celle qui est traversée par les tuyères.
4. Forme d'exécution d'un appareil pour l'affinage selon 1, caractérisée en ce que le four possède un orifice qui est placé axialement dans la base traversée par les tuyères et qui est en communication avec un conduit par où l'on peut insuffler de l'air, chauffé ou non chauffé.
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